Ultra Wideband location in scenarios without clear line of sighta practical approach

Resumo

A localización en interiores sufriu dun importante empuxe nos últimos anos. Os servizos baseados en localización (location based services (LBS)) que ata fai pouco estaban restrinxidos a escenarios exteriores e a o uso do GPS, foron estendéndose tamén cara o interior dos edificios. Dende grandes estruturas públicas como aeroportos ou hospitais ata multitude de escenarios industriais, os LBS están cada vez mais presentes baixo teito. De entre as diversas tecnoloxías que poden ser utilizadas para acadar esta localización en interiores, as baseadas en sinais ultra-wideband (UWB) convertéronse nunha das mais demandadas debido fundamentalmente á súa precisión na estimación de posición. Adicionalmente, a aparición no mercado de cada vez mais fabricantes e mais produtos fixo diminuír os prezos destes dispositivos ata niveis que permiten pensar no seu uso para grandes despregues con un presuposto contido. Pola súa natureza, os sinais UWB son moi resistentes ao fenómeno de multi-traxecto, polo que nunha situación de boa visión directa entre os dous dispositivos (LOS) a tecnoloxía é capaz de proporcionar estimación de distancia moi precisas. Isto non ocorre así cando esta liña de de visión está total ou parcialmente bloqueada (NLOS). Neste caso os posibles rebotes do sinal poden ser erroneamente confundidos co sinal orixinal e derivar nunha estimación de tempo, e por tanto distancia, moi alonxada do seu valor real. O obxectivo desta tese é o de ofrecer una solución completa ao problema da localización en interiores con UWB dende un enfoque práctico. Isto quere dicir que se aborda o problema dende todos os ángulos que se deberían ter en conta nun caso de uso real: a investigación básica en busca dunha mellora a nivel técnico dos valores de UWB, a simulación previa para garantir un bo despregue e rendemento e a integración final da solución dentro dunha operativa externa que permita a LBS ou clientes poder facer uso dos datos de localización. A primeira parte desta proposta presentase nos primeiros capítulos da tese, e consiste en utilizar algoritmos de aprendizaxe automático (machine learning (ML)) para detectar e mitigar as posibles medidas NLOS xeradas por dispositivos UWB de baixo custo. Para esta tarefa móstranse as diferentes campañas de medida con dispositivos reais que se realizaron para obter os datos de adestramento dos algoritmos, e como estes se empregaron en diferentes experimentos para medir ata que punto a solución proposta era válida nun entorno real. A segunda parte da tese presenta pola súa parte os datos dun simulador de dispositivos UWB orientado á localización creado para poder realizar probas e detectar posibles problemas antes de efectuar un despregue con dispositivos reais. Entre os datos presentados durante esta segunda parte móstranse diferentes comparativas entre escenarios reais e simulados para comprobar como de fidedigna é a simulación. Ademais, preséntase o simulador integrado dentro dun caso de uso habitual nos sistema de localización en interiores: a localización de vehículos nun entorno industrial utilizando múltiples sensores. Por último, a terceira e derradeira parte desta tese describe unha plataforma de localización en tempo real (real-time location system (RTLS)) multi-tecnoloxía capaz de dar servizo aos diferentes actores habituais nun sistema de localización real. A plataforma serve de punto de unión entre os propios sensores de localización, os LBS e clientes finais, os investigadores encargados da algorítmica de localización e os xestores de servizos derivados como alertas. Mediante a plataforma RTLS proposta nesta terceira parte da memoria lograse desacoplar a funcionalidade destas entidades de forma que todas elas poden traballar sen depender das demais. Ademais da descrición da plataforma, inclúese tamén un resumo dos proxectos reais de localización nos que esta foi utilizada, así como un listado das diversas modificación e melloras que a plataforma sufriu nos últimos tempos grazas precisamente as experiencias obtidas tras estes traballos sobre o terreo con proxectos reais.