Probabilistic sonar scan matching for an AUV

This paper proposes MSISpIC, a probabilistic sonar scan matching algorithm for the localization of an autonomous underwater vehicle (AUV). The technique uses range scans gathered with a Mechanical Scanning Imaging Sonar (MSIS), the robot displacement estimated through dead-reckoning using a Doppler velocity log (DVL) and a motion reference unit (MRU). The proposed method is an extension of the pIC algorithm. An extended Kalman filter (EKF) is used to estimate the robot-path during the scan in order to reference all the range and bearing measurements as well as their uncertainty to a scan fixed frame before registering. The major contribution consists of experimentally proving that probabilistic sonar scan matching techniques have the potential to improve the DVL-based navigation. The algorithm has been tested on an AUV guided along a 600 m path within an abandoned marina underwater environment with satisfactory results

A review of sensor fusion techniques for underwater vehicle navigation

This work provides a general description of the multi sensor data fusion concept, along with a new classification of currently used sensor fusion techniques for unmanned underwater vehicles (UUV). Unlike previous proposals that focus the classification on the sensors involved in the fusion, we propose a synthetic approach that is focused on the techniques involved in the fusion and their applications in UUV navigation. We believe that our approach is better oriented towards the development of sensor fusion systems, since a sensor fusion architecture should be first of all focused on its goals and then on the fused sensors

Accuracy estimation of a new omnidirectional 3D vision sensor

We present a computer vision system that associates omnidirectional vision with structured light with the aim of obtaining depth information for a 360 degrees field of view. The approach proposed in this article combines an omnidirectional camera with a panoramic laser projector. The article shows how the sensor is modelled and its accuracy is proved by means of experimental results. The proposed sensor provides useful information for robot navigation applications, pipe inspection, 3D scene modelling etc

Neptune: a hil simulator for multiple UUVs

This paper overviews the field of graphical simulators used for AUV development, presents the taxonomy of these applications and proposes a classification. It also presents Neptune, a multivehicle, real-time, graphical simulator based on OpenGL that allows hardware in the loop simulations

GNSS signal detection based on first-order absolute statistics

Aquest projecte es centra principalment en el detector no coherent d’un GPS. Per tal de caracteritzar el procés de detecció d’un receptor, es necessita conèixer l’estadística implicada. Pel cas dels detectors no coherents convencionals, l’estadística de segon ordre intervé plenament. Les prestacions que ens dóna l’estadística de segon ordre, plasmada en la ROC, són prou bons tot i que en diferents situacions poden no ser els millors. Aquest projecte intenta reproduir el procés de detecció mitjançant l’estadística de primer ordre com a alternativa a la ja coneguda i implementada estadística de segon ordre. Per tal d’aconseguir-ho, s’usen expressions basades en el Teorema Central del Límit i de les sèries Edgeworth com a bones aproximacions. Finalment, tant l’estadística convencional com l’estadística proposada són comparades, en termes de la ROC, per tal de determinar quin detector no coherent ofereix millor prestacions en cada situació.

Monitoring switch-type sensors and powering autonomous sensors via inductive coupling: application to removable seats in vehicles

Aquesta tesi explora la possibilitat de fer servir enllaços inductius per a una aplicació de l’automòbil on el cablejat entre la centraleta (ECU) i els sensors o detectors és difícil o impossible. S’han proposat dos mètodes: 1) el monitoratge de sensors commutats (dos possibles estats) via acoblament inductiu i 2) la transmissió mitjançant el mateix principi físic de la potència necessària per alimentar els sensors autònoms remots. La detecció d'ocupació i del cinturó de seguretat per a seients desmuntables pot ser implementada amb sistemes sense fils passius basats en circuits ressonants de tipus LC on l'estat dels sensors determina el valor del condensador i, per tant, la freqüència de ressonància. Els canvis en la freqüència són detectats per una bobina situada en el terra del vehicle. S’ha conseguit provar el sistema en un marge entre 0.5 cm i 3 cm. Els experiments s’han dut a terme fent servir un analitzador d’impedàncies connectat a una bobina primària i sensors comercials connectats a un circuit remot. La segona proposta consisteix en transmetre remotament la potència des d’una bobina situada en el terra del vehicle cap a un dispositiu autònom situat en el seient. Aquest dispositiu monitorarà l'estat dels detectors (d'ocupació i de cinturó) i transmetrà les dades mitjançant un transceptor comercial de radiofreqüència o pel mateix enllaç inductiu. S’han avaluat les bobines necessàries per a una freqüència de treball inferior a 150 kHz i s’ha estudiat quin és el regulador de tensió més apropiat per tal d’aconseguir una eficiència global màxima. Quatre tipus de reguladors de tensió s’han analitzat i comparat des del punt de vista de l’eficiència de potència. Els reguladors de tensió de tipus lineal shunt proporcionen una eficiència de potència millor que les altres alternatives, els lineals sèrie i els commutats buck o boost. Les eficiències aconseguides han estat al voltant del 40%, 25% i 10% per les bobines a distàncies 1cm, 1.5cm, i 2cm. Les proves experimentals han mostrat que els sensors autònoms han estat correctament alimentats fins a distàncies de 2.5cm.

Characterization and simulation of a CdTe detector for use in PET

The Voxel Imaging PET (VIP) Path nder project got the 4 year European Research Council FP7 grant in 2010 to prove the feasibility of using CdTe detectors in a novel conceptual design of PET scanner. The work presented in this thesis is a part of the VIP project and consists of, on the one hand, the characterization of a CdTe detector in terms of energy resolution and coincidence time resolution and, on the other hand, the simulation of the setup with the single detector in order to extend the results to the full PET scanner. An energy resolution of 0.98% at 511 keV with a bias voltage of 1000 V/mm has been measured at low temperature T=-8 ºC. The coincidence time distribution of two twin detectors has been found to be as low as 6 ns FWHM for events with energies above 500 keV under the same temperature and bias conditions. The measured energy and time resolution values are compatible with similar ndings available in the literature and prove the excellent potential of CdTe for PET applications. This results have been presented in form of a poster contribution at the IEEE NSS/MIC & RTSD 2011 conference in October 2011 in Valencia and at the iWoRID 2012 conference in July 2012 in Coimbra, Portugal. They have been also submitted for publication to "Journal of Instrumentation (JINST)" in September 2012.

Desenvolupament d'un node sensor sense fils autoalimentat. Mòdul piezo-magnètic

En aquest projecte es pretén implementar un dispositiu capaç de ser auto-suficient i no dependre de cap tipus de pila, bateria o fil elèctric que l’abasteixi d’energia elèctrica. El dispositiu recol·lectarà la energia magnètica generada per la corrent elèctrica a un fil i la transformarà en energia elèctrica, que serà emmagatzemada per el seu posterior ús. A demès, aquest projecte s’ha desenvolupat en col·laboració amb un segon projecte, dintre del qual s’implementarà una xarxa de sensors, mitjançant el protocol MIWI. Aquest projecte es divideix en tres grans blocs. El primer bloc del projecte serà una introducció teòrica de tots els coneixements relacionats amb el concepte d’energy harvesting i els mecanismes físic implicats. Al segon bloc podrem veure com s’han realitzat els càlculs, simulacions i posada en marxa, dels diferents elements que formaran el dispositiu recol·lector d’energia. Per últim en el tercer bloc veurem el prototip ja implementat. Es valoraran els resultats obtinguts, i es veuran els temps que necessitarà per alimentar al microcontrolador.

Modelització de les propietats òptiques de partícules metàl•liques en matriu dielèctrica

En el marc del projecte "Modelització de les propietats òptiques de partícules metàl•liques en matriu dielèctrica" s'han desenvolupat un conjunt d'eines numèriques que permeten avançar en l'ús de l'espectroscòpia òptica per a l'obtenció d'informació morfològica de materials compostos consistents en partícules metàl•liques en matriu dielèctrica. S'han implementat esquemes numèrics per a calcular les propietats òptiques de materials compostos on les partícules poden presentar una distribució de mides i formes i diferent graus d'ordenament espacial. Les simulacions s'han realitzat a dos nivells: i) amb l’aproximació quasi-estàtica, que permet descriure el comportament d'aquests materials en termes de constants òptiques efectives i ii) amb càlculs electrodinàmics exactes, que han servit per avaluar la validesa de l’aproximació anterior i que han permès d'estudiar la interacció de partícules amb feixos de llum focalitzats o amb polarització no homogènia. A través de l’anàlisi d'aquestes simulacions, s'han desenvolupat models senzills que permeten parametritzar la influència de diferents quantitats físiques en el comportament òptic del material. Aquests models s'han implementat en un programari de càlcul que permeten trobar el valor òptim dels paràmetres físics d'interès mitjançant l'ajust d'espectres òptics. Els models s'han avaluat amb l'anàlisi de dades experimentals subministrades per altres laboratoris.

Projecte desplegament d'una xarxa d'operador de fibra òptica al 22@ i a diverses ciutats del continent

En la primera fase s’interconnectarien a través d’un anell de fibra òptica tres hotels d’una mateixa cadena en l’àrea del 22@ de Barcelona. S’ofereixen els serveis de: intranet, telefonia IP amb interconnexió a la PSTN, videoconferència i internet. Utilitzem VLANs per gestionar la qualitat de servei i la seguretat. El nostre model teòric inclou estimacions de tràfic, comparativa de fabricants, valoració econòmica i diagrama de Gantt d’implantació. A més, ampliem la gamma de serveis amb una xarxa Wimax al 22@ en previsió de futur ús. I augmentem la disponibilitat del servei amb un enllaç ràdio dedicat de backup des d’un dels nodes cap a la torre de Collserola, en la banda dels 18GHz, amb antenes parabòliques. Hem fet càlculs d’atenuació. En la segona i successives fases s’amplia la xarxa de FO a nivell nacional i internacional per a treballar com a operador d’empreses, amb un acurat disseny i selecció dels aparells òptics.

Detección de caídas mediante acelerometría

La detección de caídas mediante un sensor basado en microcontrolador y un sensor de aceleración triaxial, se basa en detectar un patrón en la señal medida por el acelerómetro durante una caída

Control d'il·luminació i ventilació d'un pàrquing

El treball presentat ve motivat per la necessitat d’instal•lació d’un pàrquing públic i privat de nova construcció a nivell d’il•luminació i ventilació. Per poder satisfer les necessitats del nostre client d’estalvi energètic i confort en l’edifici es decideix d’implementar una instal•lació immòtica que és l’aplicació de tècniques de gestió i control automatitzat a un edifici terciari amb bus de comunicació KNX/EIB. Per a la il•luminació s’han utilitzat fluorescents amb balasts DALI, que permeten la seva regulació i control, per així poder adequar en tot moment l’encesa i intensitat de llum d’aquests. En quant a la ventilació s’han utilitzat variadors de freqüència per també poder optimitzar el funcionament dels ventiladors podent posar-los en marxa quan realment sigui necessari i a la potència que calgui. Per enllaçar tots els elements de la instal•lació, detectors i actuadors, sorgeig la necessitat d’implementar xarxes de comunicació com el KNX/EIB, DALI, Modbus i Ethernet. Per gestionar variables, comunicacions i controlar elements, s´hi han implementen dos autòmats programables a més d’un PC integrat per la visualització i el control del pàrquing. S’ha aconseguit de realitzar un pàrquing totalment automàtic on no és necessaria l’actuació dels operaris i amb les principals càrregues elèctriques totalment regulables en potència. S’ha comprovat que la instal•lació funciona per sota de la potència nominal de les càrregues amb l’estalvi energètic que això suposa.

Modelling of weather radar echoes from anomalous propagation using a hybrid parabolic equation method and NWP model data

Contamination of weather radar echoes by anomalous propagation (anaprop) mechanisms remains a serious issue in quality control of radar precipitation estimates. Although significant progress has been made identifying clutter due to anaprop there is no unique method that solves the question of data reliability without removing genuine data. The work described here relates to the development of a software application that uses a numerical weather prediction (NWP) model to obtain the temperature, humidity and pressure fields to calculate the three dimensional structure of the atmospheric refractive index structure, from which a physically based prediction of the incidence of clutter can be made. This technique can be used in conjunction with existing methods for clutter removal by modifying parameters of detectors or filters according to the physical evidence for anomalous propagation conditions. The parabolic equation method (PEM) is a well established technique for solving the equations for beam propagation in a non-uniformly stratified atmosphere, but although intrinsically very efficient, is not sufficiently fast to be practicable for near real-time modelling of clutter over the entire area observed by a typical weather radar. We demonstrate a fast hybrid PEM technique that is capable of providing acceptable results in conjunction with a high-resolution terrain elevation model, using a standard desktop personal computer. We discuss the performance of the method and approaches for the improvement of the model profiles in the lowest levels of the troposphere.