Multi-GNSS robust localization for autonomous vehicles in open-air archaeological sites

Accurate and robust localization is essential for autonomous vehicle navigation, particularly in open-air environments where traditional sensor-based methods are impractical. This thesis investigates GNSS-based localization algorithms for autonomous vehicles operating in archaeological sites, with a specific focus on Segóbriga National Park in Spain. Unlike urban settings, where localization benefits from multiple sensing technologies, this scenario presents challenges due to the absence of structured landmarks and obstacles. To address these challenges, this research explores multi-GNSS receiver configurations for precise position and orientation estimation. Two primary localization strategies are evaluated: a dual-GNSS setup, which, despite providing good accuracy, lacks robustness, and a three-GNSS configuration, which significantly enhances both accuracy and reliability. Additionally, a four-GNSS configuration is proposed to examine potential improvements in redundancy and fault tolerance. The study includes experimental validation under real-world conditions. The performance of the proposed algorithms is assessed across different operating scenarios, including longitudinal motion, lateral maneuvers, speed variations, and comparative analysis between open-air and urban environments. The results confirm that the three-GNSS setup provides the best trade-off between accuracy and robustness, making it a practical and reliable solution for autonomous navigation in archaeological parks and similar open-air environments.

Un’accurata e robusta localizzazione è un aspetto fondamentale per il controllo e la navigazione dei veicoli autonomi, in particolare negli ambienti aperti, dove l’impiego di metodi tradizionali basati su sensori risulta spesso impraticabile. Questa tesi analizza algoritmi di localizzazione basati su ricevitori GNSS per veicoli autonomi operanti in siti archeologici, con particolare riferimento al Parco Archeologico di Segóbriga in Spagna. A differenza degli scenari urbani, in cui la localizzazione può sfruttare diverse tecnologie di rilevamento, questo contesto presenta sfide legate all’assenza di ostacoli e punti di riferimento strutturati. Per affrontare tali problematiche, la ricerca esplora configurazioni multi-GNSS finalizzate a una stima precisa della posizione e dell’orientamento del veicolo. Sono analizzate due strategie principali di localizzazione: una configurazione dual-GNSS, che garantisce una buona accuratezza ma risulta poco robusta, e una configurazione a tre GNSS, che migliora significativamente sia la precisione sia l’affidabilità della stima. Inoltre, viene proposta una configurazione a quattro GNSS per valutare i potenziali benefici in termini di ridondanza e tolleranza a potenziali errori. Lo studio prevede una validazione sperimentale in condizioni reali. Le prestazioni degli algoritmi proposti sono analizzate in diversi scenari operativi, tra cui movimenti longitudinali, manovre laterali, variazioni di velocità e un confronto tra ambienti aperti e contesti urbani. I risultati confermano che la configurazione a tre GNSS rappresenta il miglior compromesso tra accuratezza e robustezza, rendendola una soluzione affidabile e applicabile alla navigazione autonoma nei parchi archeologici e in contesti simili.