Diseño e implementación de una plataforma strap-down para “tracking position” en sistemas indoor usando visión artificial y fusión sensorial a través de filtro de Kalman extendido

Abstract

Resumen .- El presente trabajo se enfoca en el diseño de una plataforma strap-down para obtención de la orientación de un sólido rígido, para la cual se utilizan sensores inerciales tales como acelerómetros, magnetómetros, y giróscopos los cuales permiten obtener los valores de aceleración, campo magnético, y velocidad angular respectivamente, los datos obtenidos por los sensores son fusionados con el objetivo de obtener una medida más fiable y con atenuación del ruido, para ello se recurre al uso del filtro de Kalman extendido el cual usa los observadores formados por los datos del acelerómetro y giróscopo y los relaciona con la matriz de predicción, la cual es una ecuación diferencial cinemática no lineal de cuaterniones, se diseñó también las librerías de algebra lineal y de calibración de los sensores por medio de mínimos cuadrados, consiguiendo con ello la total independencia del sistema de medición inercial. Además, se incluye un sistema basado en visión artificial para obtener la posición en 3D de un foco de luz infrarrojo en el espacio, para ello se aplicó un modelo lineal de la cámara incluyendo en este la distorsión de los lentes con el objetivo de generalizar el modelo de la cámara para su posterior calibración. Abstract .- This work focuses on the design of a strap-down platform for obtaining the orientation of a rigid body, for which we use inertial sensors such as accelerometers, magnetometers, and gyroscopes which allow to obtain the values of acceleration, magnetic field, and angular velocity respectively, the data collected by the sensors are fused in order to obtain a more reliable measure and noise abatement, for it we appeal to use the extended Kalman filter which relates observers formed by accelerometer and magnetometers data, with the prediction matrix which is a nonlinear differential equation quaternion kinematics, we have also designed linear algebra libraries and sensor calibration using recursive least squares and matrix, and thereby achieving full independence of inertial measurement. In addition to obtaining guidance, we include a system based on artificial vision for the position in 3D of an outbreak of infrared light in space system, this linear camera model was applied including the distortion of the lens to be included in order to generalize the camera model for later calibration.