Laboratorio de Computación Reconfigurable

Sistema de navegación inercial en FPGA

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Research Area: Integrated Navigation Systems
Status: In progress Degree: Bachelor
Directors: Students:
Proposed start date: 2012-08-01 Proposed end date: 2013-12-31
Description:

 

 

Un sistema de navegación inercial o INS (por sus siglas en inglés, Inertial Navigation System,), es un sistema de asistencia de navegación que calcula en tiempo real una estimación de la posición, orientación y velocidad (dirección y rapidez de movimiento) de un objeto en movimiento sin necesidad de referencias externas. Está compuesto por una computadora, acelerómetros (sensores de variación de aceleraciones) y giróscopos (sensores de variación de las velocidades angulares) en los tres ejes perpendiculares entre sí. Este sistema de navegación utiliza posicionamiento relativo necesitando conocer posición, velocidad y altitud iniciales.

 

Mediante la resolución de ecuaciones, que utilizan la información de los sensores y datos iniciales, se calculan: velocidades angulares, gravedad, velocidad, posiciones y otros ángulos de orientación en un marco de referencia conocido. Para resolver estas ecuaciones es necesario utilizar algoritmos compuestos por un conjunto de operaciones básicas (suma, resta, multiplicación y división) y funciones trigonométricas, ambas en precisión simple de punto flotante, y cálculos matriciales (suma, resta, transpuesta de una matriz y multiplicación), los cuales demandan un elevado tiempo de computación por su complejidad.

 

Un FPGA (Field Programmable Gate Array) permite la ejecución de algoritmos complejos en forma paralela, lo que implica un mayor desempeño. También permite mejor escalabilidad respecto de implementaciones en otros sistemas digitales, los cuales además pueden presentar costos muy elevados.

 

El objetivo del proyecto es desarrollar en FPGA los circuitos aritméticos necesarios para implementar un INS con precisión simple de punto flotante, obteniendo una estimación de la posición, orientación y velocidad de un móvil. Finalmente se realizará una prueba de concepto del conjunto INS-magnetómetro aplicando la técnica “hardware in the loop” con el fin de comparar la información obtenida con valores, calculados con anterioridad con MATLAB.