Diseño y desarrollo de un prototipo para inferir ubicación mediante el algoritmo dead reckoning aplicando métodos de corrección de errores

Abstract

Este trabajo de investigación presenta el diseño y la implementación de un prototipo capaz de inferir ubicación, basándose en medidas de sensores inerciales y un receptor GPS, aplicando el algoritmo Pedestrian Dead Reckoning (PDR). Además presenta una comparación de métodos de corrección de errores de la longitud del paso y de la orientación propuestos por algunos autores en la literatura. Finalmente se hace la implementación de un algoritmo final con base en los resultados obtenidos. Se presenta el proceso de diseño del hardware, los sensores se comunicaron con el protocolo de comunicación UART, y se utilizó una Unidad d Medida Inercial (IMU), un receptor GPS y una unidad de procesamiento. La implementación en tiempo real se realizó a través de threads para paralelizar la lectura de los sensores de manera paralela. Los resultados obtenidos en la estimación de longitud del paso fueron menores al 1 % y en la orientación menores a 3 grados en giros de 90. Los errores obtenidos son menores al 5 % en la ubicación final. Los errores en interiores están directamente relacionados con la duración que el prototipo no pueda obtener información del GPS. El prototipo puede llegar a estimar una posición con errores menores al 5 % hasta inclusive por dos minutos desde que la persona no realice giros mayores a 20 grados, de lo contrario el bias aumenta e inclusive puede llegar a divergir. Adicionalmente lo errores tanto de orientación como en la estimación de longitud del paso se lograron reducir hasta 0.5 % utilizando un banco de constantes de tiempo para el modelo Gauss-Markov de primer orden con el que se modelaron estos dos errores.