Contribución al posicionamiento en interiores basado en emisores de señal óptica y detectores PSD
- Autores: Álvaro de la Llana Calvo
- Directores de la Tesis: José Luis Lázaro Galilea (dir. tes.), Alfredo Gardel Vicente (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Alcalá ( España ) en 2020
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Joaquín Torres Sospedra (presid.), Ignacio Bravo Muñoz (secret.), David Salido Monzú (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Electrónica: Sistemas Electrónicos Avanzados. Sistemas Inteligentes por la Universidad de Alcalá
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: TESEO
- Resumen
- español
Esta tesis se centra en aportar propuestas que permitan establecer la base de desarrollo de sistemas de posicionamiento local (LPS) basados en señales ópticas y que utilicen sensores PSD.
La principal fuente de error de los sistemas LPS desarrollados a partir de señales ópticas es el efecto del multicamino producido por las diferentes reflexiones de la luz en el entorno. Gran parte del trabajo se ha centrado en analizar su influencia para poder decidir qué técnica de medida es más inmune a este efecto.
Para conocer cómo se va a reflejar la luz procedente del emisor en los distintos materiales del entorno se ha desarrollado un modelo de reflexión. Se ha demostrado que el modelo propuesto es válido para la gran mayoría de los materiales. Además, se ha propuesto un método para obtener los parámetros del modelo de forma sencilla y con pocas medidas.
Conocido cómo se refleja la luz en los distintos materiales, se ha propuesto un método para obtener la respuesta al impulso del canal debida al efecto del multicamino, utilizando el modelo de reflexión propuesto. Además, se ha desarrollado un método que permite analizar la influencia del efecto del multicamino en sistemas basados en AoA con sensores PSD obteniendo el punto de impacto y la potencia con la que llega cada uno de los multicaminos, después de k rebotes de la señal en el entorno, a la superficie del PSD.
Una vez desarrollado el método, se ha analizado qué técnica de medida es más inmune al efecto del multicamino. Se han estudiado los efectos sobre las técnicas de ángulo de llegada (AoA) y fase de llegada (PoA), concluyendo que la técnica más inmune es AoA. Se ha demostrado la validez del método con pruebas experimentales.
Dado que en ocasiones es necesario poder distinguir entre varios agentes en sistemas de posicionamiento local, se han analizado distintas técnicas de discriminación multiagente para su uso en posicionamiento local con sistemas que utilicen PSD y señales ópticas, como pueden ser el acceso múltiple por división de frecuencia (FDMA) y de código (CDMA). Tras analizarlas en distintos entornos se ha concluido que la técnica usada en el LPS será FDMA ya que, eligiendo correctamente los filtros, la interferencia entre emisores es mínima y se evitan los problemas de interferencia por acceso múltiple (MAI) de CDMA y se reducen los tiempos de obtención de la posición. Se han expuesto distintas propuestas para el posicionamiento 3D con sensor PSD en función del número de emisores dentro del campo de visión (FoV) del receptor.
Finalmente, se han realizado distintas pruebas en entornos reales donde se demuestra que se pueden obtener, a partir de las propuestas presentadas, una alta precisión y exactitud en el posicionamiento, con errores de pocos centímetros y en algunos casos por debajo del centímetro.
- English
This dissertation focuses on providing proposals that can establish the basis for the development of local positioning systems (LPS) based on optical signals and PSD sensors. The primary source of error of LPS systems based on optical signals is the multipath effect produced by different reflections of light in the environment. Much of this work has focused on analysing their influence in order to decide which measurement technique is most immune to this effect. To know how the light coming from the emitter is going to be reflected by the different materials in the environment, a reflection model has been developed. The proposed model has been shown to be valid for most materials. Besides, a method has been proposed to obtain the parameters of the model in a simple way and with few measurements. Knowing how light is reflected by different materials, using the proposed reflection model, a method has been proposed to obtain the response to the channel impulse due to the multipath effect. In addition, we have proposed a method to analyse the influence of the multipath effect in AoA-based systems. This method obtains the point of impact and the signal strength arrival for each one of the multipaths after k bounces of the signal in the environment reaching the surface of the PSD. Once the method has been developed, it has been analysed which measurement technique is more immune to the multipath effect. The effects on the angle of arrival (AoA) and phase of arrival (PoA) techniques have been studied, concluding that the most immune technique is AoA. The validation of the method has been demonstrated with experimental tests. Since it is sometimes necessary to be able to distinguish between various agents in local positioning systems, different multi-agent discrimination techniques have been analysed for use in systems using PSD and optical signals, such as frequency division multiple access (FDMA) and code division multiple access (CDMA). After analysing them in different environments, it has been concluded that the technique used in the LPS will be FDMA since, by correctly choosing the filters, the interference between transmitters is minimal. Using that technique, the interference problems due to CDMA multiple access are avoided and the time to obtain the position is reduced. Different proposals xiv Resumen for 3D positioning with PSD sensor have been presented depending on the number of transmitters within the field of vision of the receiver. Finally, different tests have been carried out in real environments proving that it is possible to obtain, from our proposals, high precision, and positioning accuracy with errors of a few centimetres and in some cases below the centimetre.
- español
