Analysis of Time Local Positioning Systems for High-Demanded Accuracy Applicationsposition Disambiguation, Optimized Node Deployments and Failure Conditions Enhancements

Resumen

El desarrollo tecnológico actual demanda aplicaciones de localización de elevada exactitud para actividades con altos requerimientos de precisión. Tradicionalmente, los Sistemas de Navegación Satelital (GNSS) se han empleado para proporcionar cobertura global con costes reducidos. Sin embargo, estos sistemas son incapaces de alcanzar la exactitud requerida para la navegación autónoma, localización en interiores, posicionamiento subacuático o agricultura de precisión. Para estas aplicaciones, en estos últimos años se proponen los Sistemas de Posicionamiento Local (LPS) que se basan en un despliegue inteligente y optimizado de redes de sensores terrestres adaptadas a la orografía y a las particularidades del escenario de aplicación en el que van a ser empleados. Entre todas las posible arquitecturas y configuraciones LPS, aquellas basadas en mediciones temporales son las que han resultado más prometedoras por su balance entre exactitud, disponibilidad, robustez, sencillez de implementación y costes. La proximidad entre los sensores y los objetivos de posicionamiento en los LPS temporales permite la reducción de la incertidumbre en el cálculo de la posición en estos sistemas gracias a la maximización de las propiedades de los LPS en su escenario de aplicación. Esto requiere una optimización heurística de la localización de los sensores en el espacio para la reducción de los errores debidos al ruido y el sincronismo de los relojes de la arquitectura de posicionamiento. En esta tesis doctoral, se abordan y resuelven los problemas de implementación y despliegue de los LPS temporales en contextos reales de aplicación. En concreto, se consigue por primera vez la desambiguación en el cálculo de la posición con el menor número de sensores, la consideración de posibles fallos de funcionamiento de sensores durante la operación de los sistemas y su resolución a través de optimizaciones que consideran condiciones nominales y de emergencia del sistema, el despliegue efectivo y rentable de arquitecturas asíncronas de posicionamiento, la generación de una metodología objetiva de comparación del empleo de las principales arquitecturas temporales LPS en escenarios urbanos y la introducción de conocimiento en la optimización de la localización de los nodos de posicionamiento a través de una metodología memética híbrida. Los resultados obtenidos muestran la resolución de los principales problemas de aplicación de los LPS y resaltan que la aplicación de los LPS resulta prometedora para aplicaciones de elevada precisión en los próximos años.