Implementación Android de algoritmos de fusión sensorial para navegación de personas en espacios interiores extensos mediante el teléfono móvil

Abstract

Este Trabajo Fin de Grado (TFG) presenta una aplicación Android que permite de forma robusta y flexible integrar información sensorial de las señales emitidas por un conjunto de Sistemas de Posicionamiento Locales Ultrasónicos (U-LPS), con la de sensores inerciales de una unidad de medición inercial (IMU) portada por el usuario, estimando la posición de personas a través de sus dispositivos portables en zonas interiores extensas. Los U-LPSs se ubican en las zonas que demandan mayor precisión (como entradas y salidas), mientras que la navegación de un U-LPS a otro se realiza por medio de los sensores inerciales, corrigiendo la trayectoria y el error acumulativo de los mismos al entrar de nuevo en el área de cobertura U-LPS. Se obtiene así una aplicación flexible, capaz de ajustarse a las demandas de un entorno extenso. Los U-LPSs constan de cinco transductores cuya emisión, a una frecuencia de 41.67kHz, se multiplexa en el tiempo y codifica para conseguir autentificación y reducir las interferencias por acceso múltiple. En la recepción, un número no limitado de usuarios con sus dispositivos móviles podría calcular su posición de forma autónoma. La captura de la señal ultrasónica se realiza mediante un módulo externo que digitaliza la señal y la envía al dispositivo portable para su procesamiento. Paralelamente, se capturan los datos de la IMU y, mediante un Filtro de Kalman Extendido, se fusionan ambas medidas y se corrigen los posibles errores acumulativos de estos últimos. Por último, la posición estimada del usuario se representa en tiempo real en el dispositivo portable a través de los mapas de interiores proporcionados por Google Maps.

This work presents an Android application that allows estimating the position of the device in a robust and flexible way combining ultrasound signals emitted by a set of Ultrasonic Local Positioning Systems (U-LPSs), with inertial information obtained by an Inertial Measurement Unit (IMU) carried by the user and communicated via Bluetooth with the portable device. The U-LPSs are located in areas that require a high accuracy (such as entrances and waypoints) and the trajectory between U-LPSs where there is not ultrasound (US) coverage is estimated by the inertial sensors. When the user is inside an U-LPS area again, the trajectory and cumulative error of the inertial sensor are corrected. Therefore, this proposal provides a flexible and robust application, which is capable to be adjusted to the demands of a large environment, reducing the number of U-LPSs to place. Each U-LPS consists of five transducers or beacons whose emissions, at a frequency of 41.67kHz, are multiplexed in time and encoded to achieve authentication and reduce interferences by multiple access. At reception, an unlimited number of users with their mobile devices could calculate their position autonomously. The ultrasonic signals are captured by an external module that digitizes the signals and sends them to the portable device for processing. At the same time, IMU data is captured and, using an Extended Kalman Filter (EKF), both measures are fused, and possible errors accumulated by the IMU are corrected. Then, the user`s position is represented on the screen of the portable device by using indoor Google Maps.