Cálculo de la posición y tiempo GNSS mediante un algoritmo de Coarse-Time

Abstract

La geolocalización es una de las funcionalidades utilizadas en dispositivos como los conocidos wearables o smartwatches y en multitud de industrias como aeronáutica, naval, etc. Para ello, estos dispositivos deben disponer de receptores GNSS. Dentro de los receptores GNSS, existen los denominados receptores snapshot que ofrecen distintas funcionalidades respecto a los receptores convencionales. La implementación y mejora de un algoritmo que haga posible el cálculo de la posición y la estimación del reloj de un receptor GNSS tipo snapshot es el principal objetivo de este trabajo. Inicialmente, tras una medición de datos en crudo gracias a simulaciones en MatLab a partir de capturas realizadas con una API proporcionada por Google, son calculados pseudorangos absolutos, el efecto Doppler y la relación señal portadora a ruido. Esto permitirá la exposición de un algoritmo en base a los pseudorangos. Gracias a una modificación de los pseudorangos absolutos se obtienen los pseudorangos ambiguos, y de esta forma se logra una simulación del funcionamiento de un receptor GNSS de tipo snapshot. Se ha seleccionado el algoritmo de Peterson para su utilización en distintos escenarios, resultando ser altamente sensible a las condiciones iniciales. Posteriormente, se han implementado una serie de mejoras para obtener un incremento de la estabilidad del sistema y una reducción de las debilidades encontradas en el algoritmo de Peterson. Gracias a estas mejoras, se consigue la obtención de la ubicación de forma ágil, partiendo de una posición a priori cualquiera, además de una estabilidad del reloj del orden de =25 ms.

Geolocation is one of the functionalities used in devices such as the known wearables or smartwatches and in many industries such as aeronautics, naval, etc. To do this, these devices must have GNSS receivers. Within GNSS receivers, there are so-called snapshot receivers that offer different functionalities compared to conventional receivers. The implementation and improvement of an algorithm that makes it possible to calculate the position and estimate the clock of a snapshot GNSS receiver is the main objective of this work. Initially, after a measurement of raw data, thanks to MatLab simulations from captures made with an API provided by Google, absolute pseudoranges, the Doppler effect and the signal carrier to noise ratio are calculated. This will allow the exposure of an algorithm based on the pseudoranges. Thanks to a modification of the absolute pseudoranges the ambiguous pseudoranges are obtained, and in this way a simulation of the operation of a snapshot GNSS receiver is achieved. Peterson's algorithm has been selected for use in different scenarios, proving to be highly sensitive to the initial conditions. Subsequently, a series of improvements have been implemented to obtain an increase in system stability and a reduction in the weaknesses found in the Peterson algorithm. Thanks to these improvements, it is possible to obtain the location in an agile way, starting from an a priori position, in addition to a clock stability of the order of = 25 ms.

La geolocalització és una de les funcionalitats utilitzades en dispositius com els coneguts wearables o smartwatches i en multitud d'indústries com a aeronàutica, naval, etc. Per a això, aquests dispositius han de disposar de receptors GNSS. Dins dels receptors GNSS, existeixen els denominats receptors snapshot que ofereixen diferents funcionalitats respecte als receptors convencionals. La implementació i millora d'un algorisme que faci possible el càlcul de la posició i l'estimació del rellotge d'un receptor GNSS tipus snapshot és el principal objectiu d'aquest treball. Inicialment, després d'un mesurament de dades en cru gràcies a simulacions en Matlab a partir de captures realitzades amb una API proporcionada per Google, són calculats pseudorangos absoluts, l'efecte Doppler i la relació senyal portador a soroll. Això permetrà l'exposició d'un algorisme sobre la base dels pseudorangos. Gràcies a una modificació dels pseudorangos absoluts s'obtenen els pseudorangos ambigus, i d'aquesta forma s'aconsegueix una simulació del funcionament d'un receptor GNSS de tipus snapshot. S'ha seleccionat l'algorisme de Peterson per a la seva utilització en diferents escenaris, resultant ser altament sensible a les condicions inicials. Posteriorment, s'han implementat una sèrie de millores per a obtenir un increment de l'estabilitat del sistema i una reducció de les febleses oposades en l'algorisme de Peterson. Gràcies a aquestes millores, s'aconsegueix l'obtenció de la ubicació de manera àgil, partint d'una posició a priori qualsevol, a més d'una estabilitat del rellotge de l'ordre de =25 ms.