Codiseño hardware/software de sistemas embebidos reconfigurables para un sistema multisensorial de posicionamiento local

Abstract

En esta tesis se propone el diseño de una arquitectura distribuida de componentes hardware y software que conforman un sistema de posicionamiento local en interiores, adaptable en tiempo real a diversos contextos de operación derivados de la portabilidad de los elementos del sistema a localizar, con la precisión determinada por la utilización principal de la tecnología acústica combinada con la información proveniente de un sensor inercial. Entre las principales técnicas de localización se encuentran las basadas en medidas de distancias a partir del tiempo de propagación de señales acústicas codificadas. El cálculo de la posición a partir de las distancias se lleva a cabo por métodos complejos que implican a sistemas de alto rendimiento computacional. Los avances en tecnología electrónica aplicada al procesamiento digital de señal, y en los sensores que permiten detectar cambios precisos en la ubicación o el movimiento, favorecen su integración en sistemas portables de consumo energético reducido, basados en procesadores avanzados y hardware reconfigurable especializado, para la implementación de algoritmos de localización precisa en tiempo real. El desarrollo del sistema propuesto se realiza en cuatro etapas: el análisis de las técnicas empleadas en la localización en interiores como de las tecnologías para el diseño e implementación de estos sistemas, el diseño e implementación del subsistema de transmisión basado en un conjunto de balizas inalámbricas emisoras de secuencias codificadas, el diseño del subsistema integrado de recepción a localizar con diversas alternativas de implementación en orden de eficiencia y rendimiento, y la implementación de algoritmos especializados involucrados en el posicionamiento preciso y la navegación.

This thesis proposes the design of a distributed architecture of hardware and software components that conform an indoor positioning system, suitable in real time to diverse operating contexts derived from the portability of the system elements to be located, with the precision determined by the main use of acoustic technology combined with the information provided by an inertial sensor. Among the main techniques of location are those based on distance measurements from the propagation time of coded acoustic signals. The calculation of the position from the distances is carried out by complex methods involving high computational performance systems. Advances in electronic technology applied to digital signal processing, and in sensors that can detect precise changes in location or movement, favor their integration into portable systems with reduced energy consumption, based on advanced processors and specialized reconfigurable hardware, for the implementation of real-time precise location algorithms. The development of the proposed system is carried out in four stages: the analysis of the techniques used in indoor location and the technologies for the design and implementation of these systems, the design and implementation of the transmission subsystem based on a set of wireless beacons emitting coded sequences, the design of the integrated reception subsystem to be located with various implementation alternatives in order of efficiency and performance, and the implementation of specialized algorithms intented for in precise positioning and navigation.