Non-coherent acquisition techniques for high-sensitivity GNSS receivers

Resumen

Los sistemas de radionavegación por satélite (GNSSs) se han convertido en una herramienta indispensable de la vida diaria, ya que nos ofrecen la posibilidad de conocer de manera precisa nuestra ubicación en tiempo real y en entornos al aire libre. Desde la aparición de estos sistemas, han surgido una gran cantidad de exitosas aplicaciones de GNSS. Algunos ejemplos de estas aplicaciones son los siguientes: navegación para automóviles, rastreo de vuelos, seguimiento de actividad deportiva y juegos de realidad aumentada. Debido al éxito alcanzado por los sistemas de GNSS, un gran interés está surgiendo para extender sus servicios a entornos más complicados tales como cañones urbanos e interiores. No obstante, en estos entornos los receptores de GNSS tienen grandes dificultades para poder detectar las señales recibidas desde los satélites, las cuales son muy débiles ya que sufren una severa atenuación a causa de la presencia de obstáculos en el camino de propagación entre los satélites y el receptor. Esta tesis aborda varios problemas del procesamiento de señales de GNSS débiles como la detección en la etapa de adquisición, la determinación de la calidad de la señal y las estimaciones de la frecuencia Doppler y el tiempo de retraso. Para ello, se emplean las herramientas de detección y estimación de la señal, que se basan en teoría de probabilidad y estadística. Para poder emplear estas herramientas es necesario tener un conocimiento sobre la arquitectura y las señales que transmiten los sistemas de GNSS. Por este motivo, la primera parte de la tesis se centra en describir las principales características de dos de los sistemas de GNSS más conocidos el americano GPS y el europeo Galileo. Además, tratamos los fundamentos de los receptores y analizamos las señales que están implementadas actualmente en estos sistemas. Después, se explican los fundamentos de teoría de detección requeridos, que son el Neyman-pearson criterion, el Generalized likelihood Ratio Test y el Bayesian approach. Más adelante, se realiza una revisión del estado del arte sobre la detección de señales de GNSS. Las principales contribuciones de esta tesis ocupan lugar en la segunda parte, las cuales tratan de derivar los detectores óptimos para adquirir las señales de GNSS débiles. Hemos encontrado que el detector óptimo depende de las características de la señal trasmitida por el satélite, que puede variar dependiendo de la constelación seleccionada. Los resultados teóricos y simulados demuestran que los detectores propuestos en esta tesis superan claramente el rendimiento de los detectores utilizados en la práctica actualmente. Además, se concluye en qué condiciones es mejor utilizar un detector u otro. También, en esta tesis se aborda el problema de estimar la relación portadora a ruido de las señales de GNSS débiles. Esta relación aporta información esencial ya que se utiliza en todas las etapas de los receptores de GNSS. En esta tesis proponemos nuevos estimadores de la relación portadora a ruido, que son muy sencillos de implementar en receptores de alta sensibilidad de GNSS y ofrecen una mejora de precisión con respecto a los estimadores propuestos en la literatura. Finalmente, la última parte de la tesis se centra en las binary offset carrier (BOC) de alto orden, un tipo de señal que está implementada en el sistema Galileo. Más precisamente, esta parte está dedicada a proponer estimadores precisos de tiempo de retardo y frecuencia Doppler. Estos estimadores mejoran la precisión del método generalmente aplicado en la práctica para estimar estos parámetros.

Fecha de lectura	6 nov 2018
Idioma original	Inglés
Supervisor	Gonzalo Seco Granados (Director/a) & Jose Antonio Lopez Salcedo (Director/a)