Real time GPS precise positioning of LEO satellites

Report for the scientific sojourn at the German Aerospace Center (DLR) , Germany, during June and July 2006. The main objective of the two months stay has been to apply the techniques of LEO (Low Earth Orbiters) satellites GPS navigation which DLR currently uses in real time navigation. These techniques comprise the use of a dynamical model which takes into account the precise earth gravity field and models to account for the effects which perturb the LEO’s motion (such as drag forces due to earth’s atmosphere, solar pressure, due to the solar radiation impacting on the spacecraft, luni-solar gravity, due to the perturbation of the gravity field for the sun and moon attraction, and tidal forces, due to the ocean and solid tides). A high parameterized software was produced in the first part of work, which has been used to asses which accuracy could be reached exploring different models and complexities. The objective was to study the accuracy vs complexity, taking into account that LEOs at different heights have different behaviors. In this frame, several LEOs have been selected in a wide range of altitudes, and several approaches with different complexity have been chosen. Complexity is a very important issue, because processors onboard spacecrafts have very limited computing and memory resources, so it is mandatory to keep the algorithms simple enough to let the satellite process it by itself.

Testing low-altitude infrared digital photography from a mini-UAV to retrieve information for biological conservation

Satellite remote sensing imagery is used for forestry, conservation and environmental applications, but insufficient spatial resolution, and, in particular, unavailability of images at the precise timing required for a given application, often prevent achieving a fully operational stage. Airborne remote sensing has the advantage of custom-tuned sensors, resolution and timing, but its price prevents using it as a routine technique for the mentioned fields. Some Unmanned Aerial Vehicles might provide a “third way” solution as low-cost techniques for acquiring remotely sensed information, under close control of the end-user, albeit at the expense of lower quality instrumentation and instability. This report evaluates a light remote sensing system based on a remotely-controlled mini-UAV (ATMOS-3) equipped with a color infra-red camera (VEGCAM-1) designed and operated by CATUAV. We conducted a testing mission over a Mediterranean landscape dominated by an evergreen woodland of Aleppo pine (Pinus halepensis) and (Holm) oak (Quercus ilex) in the Montseny National Park (Catalonia, NE Spain). We took advantage of state-of-the-art ortho-rectified digital aerial imagery (acquired by the Institut Cartogràfic de Catalunya over the area during the previous year) and used it as quality reference. In particular, we paid attention to: 1) Operationality of flight and image acquisition according to a previously defined plan; 2) Radiometric and geometric quality of the images; and 3) Operational use of the images in the context of applications. We conclude that the system has achieved an operational stage regarding flight activities, although with meteorological limits set by wind speed and turbulence. Appropriate landing areas can be sometimes limiting also, but the system is able to land on small and relatively rough terrains such as patches of grassland or short matorral, and we have operated the UAV as far as 7 km from the control unit. Radiometric quality is sufficient for interactive analysis, but probably insufficient for automated processing. A forthcoming camera is supposed to greatly improve radiometric quality and consistency. Conventional GPS positioning through time synchronization provides coarse orientation of the images, with no roll information.

Desarrollo de un sistema integrado de navegación inercial: interfície IMU + FPGA

Els sistemes automatitzats que requereixen d’un control d’estabilitat o moviment es poden trobar cada cop en més àmbits. Aplicacions UAV o de posicionament global són les més comunes per aquest tipus de sistemes, degut a que necessiten d’un control de moviment molt precís. Per a dur a terme aquest procés s’utilitzen unitats de mesura inercial, que mitjançant acceleròmetres i giroscopis degudament posicionats, a més a més d’una correcció del possible error que puguin introduir aquests últims, proporcionen una acceleració i una velocitat angular de les quals es pot extreure el camí efectuat per aquestes unitats. La IMU, combinada amb un GPS i mitjançant un filtre de Kalman, proporcionen una major exactitud , a més d’un punt de partida (proporcionat per el GPS), un recorregut representable en un mapa y, en el cas de perdre la senyal GPS, poder seguir adquirint dades de la IMU. Aquestes dades poden ser recollides i processades per una FPGA, que a la vegada podem sincronitzar amb una PDA per a que l’usuari pugui veure representat el moviment del sistema. Aquest treball es centra en el funcionament de la IMU i l’adquisició de dades amb la FPGA. També introdueix el filtre de Kalman per a la correcció de l’error dels sensors.

QoS support in satellite and wireless networks: study under the network simulator (NS-2)

Aquest projecte es basa en l'estudi de l'oferiment de qualitat de servei en xarxes wireless i satel·litals. Per això l'estudi de les tècniques de cross-layer i del IEEE 802.11e ha sigut el punt clau per al desenvolupament teòric d’aquest estudi. Usant el simulador de xarxes network simulator, a la part de simulacions es plantegen tres situacions: l'estudi de la xarxa satel·lital, l'estudi del mètode d'accés HCCA i la interconnexió de la xarxa satel·lital amb la wireless. Encara que aquest últim punt, incomplet en aquest projecte, ha de ser la continuació per a futures investigacions.

GPS Sport Sniffer : aplicació de seguiment de rutes GPS desenvolupat en QT i C++

En aquest projecte s'ha dut a terme la implementació d'una aplicació per telèfons mòbils que faciliti el seguiment de rutes GPS d'activitats esportives a l'aire lliure. S'inclou també el vídeo de presentació del projecte final de carrera.

Simulador PDA-GPS de un Guía Turístico Interactivo

El present projecte té com objectiu crear una aplicació per a la gestió i manteniment d'un lloc web que proporciona un servei interactiu d'informació puntual sobre localitzacions en posicions reals via GPS de fites turístiques de Mallorca.

Disseny i implementació d'un dispositiu de localització GPS

L'objectiu final d'aquest projecte ha estat el de fer un localitzador GPS.Inicialment es parteix d'un mòdul LCD amb retroil•luminació Optrex DMF-5005Ni un mòdul GPS Connexant TU30. De la unió d'aquests dos, més la circuiteriadissenyada, en sorgeix un sistema capaç de proporcionar dades fiables i útilsper a l'usuari, com són les coordenades, la velocitat, l'alçada, la data i l'hora,entre d'altres. El resultat final del projecte està contingut en una carcassa al frontal de la qual, hi podem veure el panell LCD, un pulsador per canvi de pantalla i un altre per variar la velocitat de quilòmetres per hora a nusos i a la inversa

Servei de retirada de vehicles de la via pública del terme municipal de València basat en localització GPS i comunicacions GPRS

L’objectiu d’aquest projecte és dotar a Servicleop d’un programari que li permeti millorar la gestió dels serveis de retirada de vehicles de la via pública, que actualment s’efectua a través del canal de veu. Això s’aconseguirà mitjançant l’ús de cartografia digital i localització GPS, que permetrà optimitzar l’assignació de retirades al saber quina grua es troba en millor disposició, i PDAs que es comunicaran amb un centre de control a través de GPRS des del qual s’assignaran aquest serveis. S’oferiran facilitats sempre que sigui possible en la introducció de dades, disminuint les probabilitats de cometre errors, i tot el procés quedarà enregistrat automàticament en base de dades per a poder generar estadístiques o informes. el projecte parteix d’un altre projecte intern de Knosos anomenat Micronav.Net Serveis, en el qual també he treballat molt activament i que ofereix una solució genèrica similar a la requerida per Servicleop, empresa a la que va destinada el sistema que es presenta en aquest projecte final de carrera

Control de posició GPS i avís d'incidències via SMS

Utilitzar els dispositius mòbils mitjançant el posicionament GPS i els missatges SMS en la plataforma WAC.

Integració de la posició GPS per fer el control del moviment d'un robot

L’objectiu d’aquest treball és fer un estudi dels diferents tipus de sistemes de posicionament global que hi ha en el mercat, elegir un mòdul receptor assequible per poder analitzar-lo i veure si disposa de les característiques adequades per integrar-lo en un robot autònom d’exploració del projecte Sant Bernardo. S’hauran de fer les anàlisis de la precisió del mòdul en les diferents direccions cardinals, es a dir Nord, Sud, Est, Oest i altura i veure la diferència d’error que hi ha en cada una, veure si la precisió varia molt en diferents situacions, com en cel obert, en sotabosc, costat i interior edificis. A més a més s’haurà de mirar la repetibilitat, la diferencia d’error amb diferentnombre de satèl•lits connectats i si disposa de suficient velocitat de processat per a podar corregir la posició del robot en moviment. Un cop analitzades les característiques del mòdul receptor elegit, es decidirà si aquest ésadequat per fer les correccions de posició del robot, o s’haurà d’adquirir un mòdul de característiques superiors i per tant molt més car per a dura a terme adequadament la correcció de la posició

Posicionament de vehicles en mapes mitjançant GPS

El projecte consisteix en el desenvolupament d'un algorisme que millori el posicionament final d'un sistema que adquireix les dades d'una antena de GPS estàndard. Aquest sistema en certs moments té pèrdua total de senyal GPS o rep senyal amb pertorbacions, derivant en un mal posicionament. Nosaltres hem proposat una solució que utilitza les coordenades del GPS, el filtre Kalman per resoldre els problemes de pertorbacions de senyal, bases de dades digitals geogràfiques per garantir la circulació del vehicle per sobre la carretera, i finalment combina la informació temporal de posicions anteriors i la de les bases de dades per posicionar el vehicle quan hi ha pèrdua total de senyal. Els experiments realitzats ens indiquen que s'obté una millora del posicionement.

Contribución al diseño de GNSS-SDR, un receptor GNSS de código abierto

[ANGLÈS] This project introduces GNSS-SDR, an open source Global Navigation Satellite System software-defined receiver. The lack of reconfigurability of current commercial-of-the-shelf receivers and the advent of new radionavigation signals and systems make software receivers an appealing approach to design new architectures and signal processing algorithms. With the aim of exploring the full potential of this forthcoming scenario with a plurality of new signal structures and frequency bands available for positioning, this paper describes the software architecture design and provides details about its implementation, targeting a multiband, multisystem GNSS receiver. The result is a testbed for GNSS signal processing that allows any kind of customization, including interchangeability of signal sources, signal processing algorithms, interoperability with other systems, output formats, and the offering of interfaces to all the intermediate signals, parameters and variables. The source code release under the GNU General Public License (GPL) secures practical usability, inspection, and continuous improvement by the research community, allowing the discussion based on tangible code and the analysis of results obtained with real signals. The source code is complemented by a development ecosystem, consisting of a website (http://gnss-sdr.org), as well as a revision control system, instructions for users and developers, and communication tools. The project shows in detail the design of the initial blocks of the Signal Processing Plane of the receiver: signal conditioner, the acquisition block and the receiver channel, the project also extends the functionality of the acquisition and tracking modules of the GNSS-SDR receiver to track the new Galileo E1 signals available. Each section provides a theoretical analysis, implementation details of each block and subsequent testing to confirm the calculations with both synthetically generated signals and with real signals from satellites in space.

Description of a robotics-oriented relational positioning methodology

This paper presents a relational positioning methodology for flexibly and intuitively specifying offline programmed robot tasks, as well as for assisting the execution of teleoperated tasks demanding precise movements.In relational positioning, the movements of an object can be restricted totally or partially by specifying its allowed positions in terms of a set of geometric constraints. These allowed positions are found by means of a 3D sequential geometric constraint solver called PMF – Positioning Mobile with respect to Fixed. PMF exploits the fact that in a set of geometric constraints, the rotational component can often be separated from the translational one and solved independently.

Present-day deformation of the Pyrenees revealed by GPS surveying and earthquake focal mechanisms until 2011

The Pyrenean mountain range is a slowly deforming belt with continuous and moderate seismic activity. To quantify its deformation field, we present the velocity field estimated from a GPS survey of the Pyrenees spanning 18 yr. The PotSis and ResPyr networks, including a total of 85 GPS sites, were installed and first measured in 1992 and 1995 1997, respectively, and remeasured in 2008 and 2010. We obtain a deformation field with velocities less than 1 mm yr−1 across the range. The estimated velocities for individual stations do not differ significantly from zero with 95 per cent confidence. Even so, we estimate a maximum extensional horizontal strain rate of 2.0 ± 1.7 nanostrain per year in a N S direction in the western part of the range. We do not interpret the vertical displacements due to their large uncertainties. In order to compare the horizontal strain rates with the seismic activity, we analyse a set of 194 focal mechanisms using three methods: (i) the 'r' factor relating their P and T axes, (ii) the stress tensors obtained by fault slip inversion and (iii) the strain-rate tensors. Stress and strain-rate tensors are estimated for: (i) the whole data set, (ii) the eastern and western parts of the range separately, and (iii) eight zones, which are defined based on the seismicity and the tectonic patterns of the Pyrenees. Each of these analyses reveals a lateral variation of the deformation style from compression and extension in the east to extension and strike-slip in the west of the range. Although the horizontal components of the strain-rate tensors estimated from the seismic data are slightly smaller in magnitude than those computed from the GPS velocity field, they are consistent within the 2σ uncertainties. Furthermore, the orientations of their principal axes agree with the mapped active faults.

Image registration techniques with multiresolution analysis in satellite oceanography

En aquest article es fa una descripció dels procediments realitzats per enregistrar dues imatges geomètricament, de forma automàtica, si es pren la primera com a imatge de referència. Es comparen els resultats obtinguts mitjançant tres mètodes. El primer mètode és el d’enregistrament clàssic en domini espacial maximitzant la correlació creuada (MCC)[1]. El segon mètode es basa en aplicar l’enregistrament MCC conjuntament amb un anàlisi multiescala a partir de transformades wavelet [2]. El tercer mètode és una variant de l’anterior que es situa a mig camí dels dos. Per cada un dels mètodes s’obté una estimació dels coeficients de la transformació que relaciona les dues imatges. A continuació es transforma per cada cas la segona imatge i es georeferencia respecte la primera. I per acabar es proposen unes mesures quantitatives que permeten discutir i comparar els resultats obtinguts amb cada mètode.