Comparative analysis of GNSS device: acccuracy, precision, reliability and experimental application in autonomous vehicle speed limit assessment

This thesis presents a comparative analysis of GNSS (Global Navigation Satellite System) devices, focusing on their real world performances in different road scenarios. Through the evaluation of selected GNSS devices, key performance indicators (KPIs) such as maximum offset error, accuracy, precision, and reliability are defined and calculated using empirical data. Experiments are conducted to assess GNSS behavior across diverse environments, including urban and tunnel conditions, where signal degradation can influence positioning accuracy. Additionally, the study explores the application of GNSS data to asses the reasonable maximum speed that future autonomous vehicle systems would require in a urban scenario. The analysis compares experimental data collected under different conditions, including free-flow traffic data provided by UnipolTech and simulated real vehicle data with hard speed limits, acquired driving with a high-precision GNSS device. Findings highlight significant performance differences among devices, offering valuable insights into the selection of GNSS devices for localization purposes particularly in autonomous vehicles, where precise and reliable positioning is critical to meet safety standards. Moreover, it provides meaningful insights to preview the real driving future speed that AV will be required to have, therefore influencing their mechanical requirements, sensors and control systems characteristics.

Questa tesi presenta un’analisi comparativa dei dispositivi GNSS (Global Navigation Satellite System), focalizzandosi sulle loro prestazioni in diversi scenari stradali, nel mondo reale. Attraverso la valutazione di dispositivi GNSS selezionati, vengono definiti e calcolati indicatori chiave di prestazione (KPI) come l’errore massimo, l’accuratezza, la precisione e l’affidabilità, utilizzando dati empirici. Gli esperimenti sono condotti per analizzare il comportamento dei sistemi GNSS in ambienti diversi, inclusi contesti urbani e in galleria, dove il degrado del segnale può influire sull’accuratezza del posizionamento. Inoltre, lo studio esplora l’applicazione dei dati GNSS per valutare la velocità massima ragionevole che i futuri sistemi di veicoli autonomi dovranno rispettare in un contesto urbano. L’analisi confronta dati sperimentali raccolti in condizioni diverse, inclusi dati di traffico libero forniti da UnipolTech e dati simulati di veicoli autonomi con limiti di velocità rigidi, acquisiti guidando un’auto reale equipaggiata con un dispositivo GNSS ad alta precisione. I risultati evidenziano differenze significative nelle prestazioni tra i dispositivi analizzati, offrendo indicazioni preziose per la selezione di dispositivi GNSS per veicoli autonomi, dove un posizionamento preciso e affidabile è fondamentale per soddisfare gli standard di sicurezza. Inoltre, lo studio fornisce spunti utili per prevedere le velocità future realistiche richieste ai veicoli autonomi, influenzando così i requisiti meccanici, le caratteristiche dei sensori e i sistemi di controllo necessari.