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Mejorando los sistemas de navegación por satélite en vehículos

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Artículo técnico escrito por Florian Bousquet, responsable de desarrollo de mercado de la compañía u-blox sobre cómo mejorar los sistemas de navegación por satélite a la hora de manejar un vehículo.

Muchos de nosotros nos hemos enfrentado al desafío de usar un navegador por satélite a bordo del automóvil. Tanto los dispositivos de serie como las unidades incorporadas por el usuario solían tener sus limitaciones. Algunos ejemplos nos vienen a la mente, pero lo más evidente era su ausencia de precisión al circular por zonas urbanas con edificios de gran altura. En los denominados “cañones urbanos”, los conductores y los pasajeros sufren un deterioro del campo visual a las constelaciones GNSS y, además, esto se produce en un momento en el que más se desea contar con una información fiable. Otro escenario similar tiene lugar cuando se atraviesa un túnel y se pierden los datos de navegación y hay que esperar un periodo de tiempo para restablecer la posición correcta tras salir de dicho tramo.

No obstante, las innovaciones en sistemas globales de navegación por satélite (GNSS) están llegando a la industria del automóvil. Sólo encontrado inicialmente en coches de gama alta, el concepto conocido como navegación a estima para vehículos (Automotive Dead ReckoningADR) combina datos GNSS con información de posición recogida directamente por sensores acoplados en el automóvil y estimación de la velocidad de las ruedas. De esta forma, empleando una técnica sencilla de dead reckoning, se puede calcular la posición actual en relación con la última ubicación GNSS. El grado de integración requerido por la propia red de datos del vehículo es elevado por lo que sólo se puede realizar en el proceso de fabricación.

Con la promesa de proporcionar un rendimiento mejor que usando únicamente GNSS y similar al de ADR, pero con un enfoque que elimina la necesidad de conexión a la red del vehículo, aparece la navegación a estima sin cables (Untethered Dead ReckoningUDR). Esta alternativa combina datos de sensado inercial con datos GNSS, como se observa en el siguiente gráfico.

Mejorando los sistemas de navegación por satélite en vehículos
Figura 1: Concepto básico del Untethered Dead Reckoning (UDR)

Localización instantánea en los sistemas de navegación por satélite

Un acelerómetro MEMS y un giroscopio MEMS son los elementos utilizados para ofrecer una medición precisa de la aceleración y las fuerzas angulares y se combinan con datos GNSS para dotar de una localización instantánea en los sistemas de navegación por satélite, incluso si la señal se interrumpe o resulta poco fiable. Al almacenar la última posición conocida del vehículo cuando, por ejemplo, se encuentra en un aparcamiento de varias plantas o subterráneo, aporta una capacidad casi inmediata de navegación una vez que el vehículo se pone de nuevo en marcha. Un ejemplo de la precisión alcanzada por UDR en una zona urbana rodeada de edificios de altos se puede comprobar en la Figura 2.

Figura 2: Comparación de la navegación con solo GNSS y con UDR gracias a una sencilla antena montada en el parabrisas del vehículo.
Figura 2: Comparación de la navegación con solo GNSS y con UDR gracias a una sencilla antena montada en el parabrisas del vehículo.

Los resultados de los sistemas de navegación por satélite que ilustran la Figura 2 muestran la comparativa de la precisión entre GNSS y UDR usando una antena montada en el parabrisas del vehículo. En este test, la precisión posicional de UDR resulta el triple mejor que GNSS “solo”. Y, con el objetivo de demostrar las capacidades de UDR bajo condiciones de señal “débil”, se llevó a cabo otra prueba: esta vez con la antena situada en el interior del coche (debajo del salpicadero). Los resultados se pueden ver en la Figura 3. A pesar del inconveniente de tener la antena en el salpicadero, UDR continuó manteniendo el triple de precisión. Por lo tanto, parece poco aconsejable el uso de navegación GNSS en solitario.

Figura 3: Comparación de la precisión de GNSS y UDR con la antena en el interior del vehículo.
Figura 3: Comparación de la precisión de GNSS y UDR con la antena en el interior del vehículo.

Ambos test para la localización instantánea se realizaron usando un módulo UDR de u-blox, el NEO-M8U. Este módulo GNSS compacto (12.2 x 16.0 x 2.4 mm), que incluye los sensores inerciales en su encapsulado, soporta recepción GNSS multi constelación de GPS, GLONASS, BeiDou y Galileo. Otro módulo UDR más diminuto, el EVA-M8E, ofrece la misma funcionalidad, pero requiere sensores de giro y aceleración externos para poder conseguir un diseño más integrado.

Continúe leyendo sobre los sistemas de navegación por satélite en Mejoras en la navegación con el sistema UDR Untethered Dead Reckoning

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