Resumen de Change detection techniques for GNSS signal-level integrity /
Daniel Egea Roca
El gran éxito y la facilidad de uso de los sistemas de navegación global por satélite (GNSSs) ha conducido a la definición de una gran cantidad de aplicaciones basadas en GNSS sin precedentes. De hecho, la tendencia muestra una nueva era de aplicaciones basadas en GNSS, las denominadas aplicaciones críticas, en las que la integridad física de los usuarios puede estar en riesgo en caso de un fallo del sistema. Un requisito importante en estas aplicaciones es la integridad, definida como una medida de la fiabilidad y confianza que se tiene en la información proporcionada por el sistema. Los primeros algoritmos de integridad fueron diseñados para trabajar en entornos aéreos, en concreto para aviación civil. Desafortunadamente, las aplicaciones críticas basadas en GNSS suelen estar asociadas con entornos terrestres y por lo tanto los algoritmos de integridad tradicionales suelen fallar. El principal motivo son los efectos locales como interferencias, multi-camino o el denominado spoofing que nos podemos encontrar en entornos terrestres. Estos efectos se asumen que están controlados en aviación civil, pero ese no es el caso en entornos terrestres. De este modo, se necesitan nuevas técnicas de integridad para aplicaciones críticas basadas en GNSS, la denominada integridad a nivel de señal (signal-level integrity).
Esta tesis investiga nuevos algoritmos de detección con el objetivo de proporcionar una nueva generación de técnicas de integridad en GNSS. Para ello, se considera el campo de detección de cambios estadísticos (SCD). Este campo es de interés porque considera la dimensión temporal, requisito indispensable para aplicaciones críticas ya que una detección rápida es necesaria. Por lo tanto, la primera parte de esta tesis se ocupa del estudio del campo de SCD, incluyendo tanto la detección rápida de cambios (QCD) como la detección de cambios transitorios (TCD). Se aportan nuevas contribuciones en el campo de TCD, incluyendo la denominada solución FMA y su caracterización estadística. Además, resultados numéricos muestran la superioridad de nuestras contribuciones con respecto otras contribuciones en la literatura de TCD. Finalmente, para concluir nuestro estudio de SCD, lo comparamos con esquemas clásicos de detección bajo el mismo marco matemático. Esta comparación muestra la conveniencia de SCD cuando se trata de detecciones rápida.
La principal contribución de esta tesis es la aplicación del campo de SCD a la detección de amenazas e integridad en GNSS. Para ello, primero investigamos varias propiedades de la señal GNSS que pueden ser de utilidad para la detección de amenazas locales. En segundo lugar, damos un paso adelante en el campo de detección de amenazas en GNSS proponiendo un nuevo marco basado en QCD. Sin embargo, para fines de integridad es deseable un retardo limitado y es aquí donde la teoría de TCD es interesante. Por esta razón, se considera un nuevo marco basado en TCD para la detección de multi-camino y algoritmos de integridad en GNSS, lo que conduce a la provisión de la integridad de nivel de señal. Se muestra una mejora notable por la soluciones propuestas de TCD con respecto a las soluciones actuales. En la última parte de la tesis, se validan los detectores de amenazas y el algoritmo de integridad a nivel de señal propuestos. Esto se hace utilizando seles GNSS reales capturadas en el contexto de un proyecto de investigación financiado por la Comisión Europea. Los resultados obtenidos en un escenario realista muestran la mejora de la precisión y la integridad mediante el uso de la solución propuesta con respecto a los algoritmos de integridad actuales. Además, se muestra que la solución propuesta trabaja en tiempo real, siendo por lo tanto muy atractiva para mejorar los algoritmos de integridad actuales y fácilmente implementables.
