Resumen de Precise GPS-based position, velocity and acceleration determination: algorithms and tools
Dagoberto José Salazar Hernández
Esta tesis doctoral llevó a cabo el estudio, desarrollo e implementación de algoritmos para la navegación con sistemas globales de navegación por satélite (GNSS), enfocándose en la determinación precisa de la posición, velocidad y aceleración usando GPS, en modo post-procesado y lejos de estaciones de referencia. Uno de los objetivos era desarrollar herramientas en esta área y hacerlas disponibles a la comunidad GNSS. Por ello el desarrollo se hizo dentro del marco del proyecto preexistente de software libre llamado GPS Toolkit (GPSTk). Una de las primeras tareas realizadas fue la validación de las capacidades de la GPSTk para el procesado del pseudorango, realizando comparaciones con una herramienta de procesamiento de datos probada (BRUS). La gestión de datos GNSS demostró ser un asunto importante cuando se intentó extender las capacidades de la GPSTk al procesamiento de datos obtenidos de las fases de la señal GPS. Por ello se desarrollaron las Estructuras de Datos GNSS (GDS), que combinadas con su paradigma de procesamiento aceleran el proceso de desarrollo de software y reducen errores. La extensión de la GPSTk a los algoritmos de procesado en fase se hizo mediante la ayuda de las GDS, proporcionándose importantes clases accesorias que facilitan el trabajo. Se implementó el procesado de datos Precise Point Positioning (PPP) con ejemplos relativamente simples basados en las GDS, y al comparar sus resultados con otras aplicaciones de reputación ya establecida, se encontró que destacan entre los mejores. También se estudió cómo obtener la posición precisa, en post-proceso, de un receptor GPS a cientos de kilómetros de la estación de referencia más cercana y usando tasas de datos arbitrarias (una limitación del método PPP). Las ventajas aportadas por las GDS permitieron la implementación de un procesado semejante a un PPP cinemático basado en una red de estaciones de referencia, estrategia bautizada como Precise Orbits Positioning (POP) porque sólo necesita órbitas precisas para trabajar y es independiente de la información de los relojes de los satélites GPS. Los resultados de este enfoque fueron muy similares a los del método PPP cinemático estándar, pero proporcionando soluciones de posición con una tasa mayor y de manera más robusta. La última parte se enfocó en la implementación y mejora de algoritmos para determinar con precisión la velocidad y aceleración de un receptor GPS. Se hizo énfasis en el método de las fases de Kennedy debido a su buen rendimiento, desarrollando una implementación de referencia y demostrando la existencia de una falla en el procedimiento propuesto originalmente para el cálculo de las velocidades de los satélites. Se propuso entonces una modificación relativamente sencilla que redujo en un factor mayor que 35 el RMS de los errores 3D en velocidad. Tomando ideas de los métodos Kennedy y POP se desarrolló e implementó un nuevo procedimiento de determinación de velocidad y aceleración que extiende el alcance. Este método fue llamado Extended Velocity and Acceleration determination (EVA). Un experimento usando una aeronave ligera volando sobre los Pirineos mostró que tanto el método de Kennedy (modificado) como el método EVA son capaces de responder ante la dinámica de este tipo de vuelos. Finalmente, tanto el método de Kennedy modificado como el método EVA fueron aplicados a una red en la zona ecuatorial de Sur América con líneas de base mayores a 1770 km. En este escenario el método EVA mostró una clara ventaja tanto en los promedios como en las desviaciones estándar para todas las componentes de la velocidad y la aceleración.
