Solutions and algorithms for inertial navigation of railroad vehicles

Obiettivo di questa tesi è lo studio e lo sviluppo di soluzioni innovative di navigazione inerziale per applicazioni ferroviarie, strumento utile per il tracciamento del moto durante l'assenza prolungata di sistemi di localizzazione esterni, tipo GPS, come può avvenire in galleria. Definiti gli strumenti di lavoro, è stata poi eseguita un'analisi dello stato dell'arte al fine di mettere in evidenza le metodologie teoriche utilizzate, nonchè le prestazioni dei sistemi già esistenti. Sono poi caratterizzati i sensori e le misure disponibili. Sono proposte varie soluzioni al problema della navigazione inerziale, con l'obiettivo di valutarne le prestazioni durante periodi prolungati assenza del GPS e con varie condizioni al contorno. Dopo una prima versione basata su un singolo EKF, si è scelto di svilupparne una seconda classe in cui il problema di stimadi assetto (AHRS) e diposizione/velocità sono separati e risolti mediante due algoritmi distinti. È stato implementato un AHRS basato su EKF e uno mediante un osservatore non lineare; inoltre, sono stati sviluppati un EKF di ordine completo e uno ridotto per le dinamiche di traslazione. È stata poi sviluppata una soluzione per l'integrazione dei dati delle mappe, in modo da fornire correzioni più frequenti all'INS, mantenendo inoltre un ridotto carico computazionale e facilità di integrazione. Si è infine proceduto implementando e simulando la soluzione a singolo stadio e le varie combinazioni di INS a due stadi in ambiente Matlab-Simulink. Gli algoritmi a due stadi hanno mostrato in simulazione prestazioni migliori rispetto alla struttura a EKF singolo la quale presenta un dominio di convergenza troppo limitato per fini pratici. A conclusione del lavoro, svolto avvalendosi della collaborazione di Sadel, sono state gettate le basi per una successiva analisi atta a verificare se la struttura a due stadi consente la convergenza anche dei bias di accelerometro