FR2866711A1 - Estimation de la distance separant deux stations d'un systeme de communication a etalement de spectre par sequence directe - Google Patents

Abstract

La présente invention permet d'estimer la distance séparant deux stations dont au moins l'une est mobile, communiquant entre elles en utilisant une modulation de signal par étalement de spectre à séquence directe.Ladite estimation repose sur un traitement algébrique d'une fonction de corrélation entre une réplique locale d'un signal émis par une première station et le signal reçu par une deuxième station quelques instants plus tard.Ledit traitement varie selon le type de canal de communication LOS OU NLOS.

Description

La présente invention concerne d'une façon générale l'estimation de la distance entre deux stations aptes à échanger des informations au moyen de radiocommunications, notamment pour des applications automobile, spatiale, ou de télécommunication.
Plus précisément, la présente invention concerne un procédé pour estimer la distance séparant deux stations dont au moins l'une est mobile, communiquant entre elles en utilisant une modulation de signal par étalement de spectre à séquence directe (connue sous la dénomination DSSS pour Direct Sequence Spread Spectrum en terminologie anglosaxonne).
Il existe un grand nombre de systèmes mettant en u̇vre ce type de procédé, notamment des systèmes de localisation d'objets ou de personnes.
Tel est le cas de certains systèmes GPS (acronyme de l'expression anglo-saxonne Global Positionning System ).
Le principe général d'un système GPS repose sur celui de la triangulation qui utilise les distances entre l'utilisateur et un certain nombre de satellites de positions connues pour définir des sphères centrées sur lesdits satellites, dont l'intersection donne la position recherchée.
La détermination desdites distances repose notamment sur le fonctionnement suivant.
Le récepteur GPS identifiant le satellite qu'il utilise à l'aide d'un signal pseudo-aléatoire émis par chaque satellite, récupère en utilisant ce même signal des informations sur l'orbite et la position du satellite.
La distance qui sépare le satellite de l'utilisateur est alors mesurée par l'intermédiaire du temps Ti mis par ledit signal pour se propager de l'un vers l'autre.
Pour mesurer le temps Ti, le satellite et le récepteur se basent sur l'horloge générale du système GPS pour émettre simultanément ledit code pseudo-aléatoire, le récepteur conservant localement une réplique du code émis.
Le récepteur déphase alors la réplique locale de l'horloge générale jusqu'à obtenir une corrélation maximale avec celui provenant du satellite, cette configuration de signaux correspondant à leur superposition maximale.
La valeur de ce déphasage correspond au temps Ti mis par le signal pour se propager du satellite jusqu'à l'utilisateur.
La vitesse de propagation dudit signal étant celle de la lumière, la distance parcourue est alors déduite immédiatement par la formule suivante :

où c est la constante de la vitesse de la lumière.
De tels systèmes sont aujourd'hui disponibles sur le marché, la précision obtenue sur l'estimation de la position est de l'ordre de 60 mètres.
Toutefois, au regard de ces performances modérées, leur coût et leur complexité constituent un réel inconvénient.
Bien entendu des solutions connues sont proposées pour améliorer la précision d'estimation de position.
Une première solution générale consiste à multiplier le nombre de mesures de distance.
On arrive ainsi à obtenir une précision de localisation d'environ 10 mètres, mais bien entendu les problèmes cités tels que la complexité, le coût et les temps de calcul rendent ce type de solution inadapté à de nombreuses applications.
Une autre solution générale, et qui intéresse tout particulièrement la présente invention, consiste à perfectionner la précision de la mesure de la distance.
On rappellera ici que deux cas se présentent généralement lorsqu'une distance doit être estimée à partir de signaux hertziens :
Cas1 : propagation essentiellement sur trajet direct , Cas2 : propagation sur trajets multiples .
Les cas 1 et 2 correspondent respectivement à des signaux désignés par les acronymes anglo-saxons répandus LOS ( Line of Sight ) et NLOS ( Non Line of Sight ).
Dans la suite de ce texte, on désignera ainsi : - le cas 1 par son appellation française propagation essentiellement sur trajet direct ou par l'acronyme LOS, - le cas 2 par son appellation française propagation sur trajets multiples ou par l'acronyme NLOS.
Dans le premier cas (LOS), le signal reçu s'est essentiellement propagé sur la distance d recherchée.
L'une des principales difficultés consiste alors à estimer, avec la meilleure précision possible, le temps de propagation Ti dudit signal, la distance d étant ensuite déterminée par la formule (1).
Dans le second cas (NLOS), l'estimation de la distance d du trajet direct est plus délicate à obtenir car il est difficile d'isoler la composante du signal reçu relative au trajet direct et, sans elle l'estimation devient inéluctablement plus compliquée.
Un problème supplémentaire consiste donc à retrouver le signal ayant emprunté le trajet direct LOS puis d'estimer son temps de propagation.
Il existe aujourd'hui de nombreuses solutions qui permettent de remédier à ces problèmes, nous en présentons ci-dessous une liste non exhaustive.
Fréquence d'échantillonnage Une première solution connue consiste à augmenter la fréquence du signal d'échantillonnage au niveau de la réception.
Mais la complexité du convertisseur analogique-numérique, et surtout la puissance qu'il consomme, constituent de nouveau un inconvénient important.
A titre d'information, il est connu que, à architecture équivalente, un doublement de la fréquence du signal d'échantillonnage nécessite approximativement un doublement de la consommation dudit système.
Le même problème concerne les circuits capables de traiter les échantillons numériques et situés en aval du convertisseur analogiquenumérique (processeurs ou circuits analogues).
La complexité de ces circuits croissant, les performances en temps de calcul se détériorent à moins d'augmenter la puissance de calcul, ce qui revient encore à augmenter la consommation de l'ensemble du système.
Débit de données Une autre solution connue, qui remédie dans une certaine mesure aux problèmes précités des deux cas LOS et NLOS, consiste à augmenter le débit du signal codé.
Concernant le premier cas (LOS), l'augmentation du débit entraîne celle de la résolution temporelle de la fonction de corrélation, ce qui améliore la précision du calage en phase de la réplique locale avec le signal reçu.
Il en découle une meilleure précision sur l'estimation du temps Ti, donc de la distance d.
Concernant le second cas (NLOS), l'augmentation du débit de données limite avantageusement le recouvrement temporel des fonctions de corrélation entre les différentes composantes du signal reçu et la réplique locale.
Il est alors plus aisé d'identifier la fonction de corrélation liée à la composante du signal reçu relative au trajet direct.
De très bons résultats sont notamment obtenus lorsque les délais entre les composantes du signal reçu dépassent deux fois le temps Tc d'une unité d'information dudit signal codé.
Toutefois cette solution atteint rapidement ses limites notamment en ce qui concerne la faisabilité d'un système de communication adapté à un tel débit.
En effet, l'augmentation du débit de données impose celle de la bande passante du signal codé.
Mais ladite bande passante est inévitablement limitée par la bande de fréquence que le système de communication est capable d'allouer à chaque utilisateur.
A titre d'exemple, dans le premier cas (LOS), une précision sur la distance de 3 mètres imposerait un temps Tc de 10ns, ce qui correspond à une fréquence de chip de 100MHz, un chip étant défini comme une unité d'information du code ou du signal codé.
Pour que ledit signal contienne un certain nombre d'harmoniques, sa bande passante devrait alors être égale à 100MHz au moins.
Or, dans la plupart des cas, les autorités de régulation des télécommunications n'autorise pas qu'une telle bande passante soit allouée à chaque utilisateur.
De plus, encore aujourd'hui, il ne semble pas raisonnable de concevoir un système capable d'allouer à un utilisateur une bande passante adaptée à de tels débits, la complexité et les coûts devenant rapidement un obstacle.
La présente invention vise donc à pallier les limitations de l'état de la technique, et à proposer un procédé d'estimation de distance entre deux stations permettant de s'affranchir dans une certaine mesure des problèmes cités, notamment de complexité, de coût et d'adaptation.
Afin d'atteindre ce but, l'invention propose un procédé pour estimer la distance séparant deux stations dont au moins l'une est mobile, communiquant entre elles en utilisant une modulation de signal par étalement de spectre à séquence directe, les dits signaux étant de type LOS, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :a) au niveau d'une première station, émettre un signal codé avec un code pseudo-aléatoire de longueur M, ce code étant connu des stations, b) au niveau d'une deuxième station, recevoir ledit signal puis, à l'aide d'un convertisseur analogique-numérique, échantillonner ledit signal reçu, c) au niveau de la deuxième station, générer localement un signal codé avec ledit code pseudo-aléatoire connu, d) au niveau de la deuxième station, calculer et mémoriser plusieurs points de corrélation entre ledit signal généré à l'étape (c) et plusieurs séquences d'échantillons obtenus à l'étape (b), e) au niveau de la deuxième station, effectuer sur des données représentatives des coordonnées des points de corrélation mémorisés à l'étape (d),un calcul de détermination de la coordonnée temporelle d'un point de corrélation maximale de la fonction de corrélation associée à la composante du signal reçu relative à la propagation selon un trajet direct entre les deuxdites stations. f) au niveau d'une station, déterminer à partir de ladite coordonnée temporelle une valeur de distance entre les deuxdites stations.
Certains aspects préférés, mais non limitatifs, de ce procédé sont les suivants : - on détermine ledit point de corrélation maximale en calculant le point d'intersection de deux droites, - à l'étape (d) on calcule et mémorise quatre points de corrélation pour représenter chacune des deux droites par deux points de corrélation, - postérieurement à l'étape (f) ladite distance est transmise à la première station , - le procédé comporte en outre les étapes suivantes entre les étapes (e) et (f) :
(1) au niveau de la deuxième station, décaler temporellement ledit signal généré à l'étape (c) d'une valeur Ti obtenue à l'étape (e), (2) au niveau de la deuxième station, émettre ledit signal décalé temporellement à l'étape (1), (3) au niveau de la première station, recevoir ledit signal émis à l'étape (2) puis l'échantillonner à l'aide d'un convertisseur analogique-numérique, (4) au niveau de la première station, générer localement un signal codé avec ledit code pseudo-aléatoire connu, (5) au niveau de la première station, calculer et mémoriser plusieurs points de corrélation entre ledit signal généré à l'étape (4) et plusieurs séquences d'échantillons obtenus à l'étape (3), (6) au niveau de la première station, effectuer sur des données représentatives des coordonnées des points de corrélation mémorisés à l'étape (5),un calcul de détermination de la coordonnée temporelle d'un point de corrélation maximale de la fonction de corrélation associée à la composante du signal reçu relative à la propagation selon un trajet direct entre les deuxdites stations, et à l'étape (f), ladite distance est déterminée au niveau de la première station.
Selon un deuxième aspect, l'invention propose un procédé pour estimer la distance séparant deux stations dont au moins l'une est mobile, communiquant entre elles en utilisant une modulation de signal par étalement de spectre à séquence directe, lesdits signaux étant de type NLOS, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
au niveau d'une première station : a) émettre un signal codé avec un code pseudo-aléatoire de longueur M, ce code étant connu des stations, au niveau d'une deuxième station : b) générer localement un signal codé avec ledit code pseudoaléatoire connu, c) recevoir ledit signal émis à l'étape (a), d) échantillonner ledit signal reçu à l'aide d'un convertisseur analogique-numérique, e) calculer et mémoriser plusieurs points de corrélation entre ledit signal généré à l'étape (b) et plusieurs séquences d'échantillons obtenus à l'étape (d), f) déphaser le signal d'horloge d'un pas et renouveler les étapes (c) à (e) autant de fois que le nombre total de pas contenus dans une période de ce signal d'horloge, g) effectuer sur les données mémorisées aux étapes (e),un calcul de détermination de la coordonnée temporelle d'un point de corrélation maximale de la fonction de corrélation associée à la composante du signal reçu relative à la propagation selon un trajet direct entre les deuxdites stations, h) ajouter un retard temporel audit signal généré à l'étape (b) correspondant à la valeur de ladite coordonnée temporelle déterminée à l'étape (g) puis émettre ce nouveau signal, au niveau de la première station :
i) générer localement un signal codé avec ledit code pseudoaléatoire connu, j) recevoir le signal émis à l'étape (h), k) échantillonner ledit signal reçu à l'aide d'un convertisseur analogique-numérique, 1) calculer et mémoriser plusieurs points de corrélation entre ledit signal généré à l'étape (i) et plusieurs séquences d'échantillons obtenus à l'étape (k), m) déphaser le signal d'horloge d'un pas et renouveler les étapes (j) à (1) autant de fois que le nombre total de pas contenus dans une période de ce signal d'horloge, n) effectuer sur les données mémorisées aux étapes (1), un calcul de détermination de la coordonnée temporelle d'un point de corrélation maximale de la fonction de corrélation associée à la composante du signal reçu relative à la propagation selon un trajet direct entre les deuxdites stations, o)déterminer à partir de ladite coordonnée temporelle déterminée à l'étape (n) une valeur de distance entre les deuxdites stations.
Certains aspects préférés, mais non limitatifs, de ce procédé sont les suivants : - la coordonnée temporelle dudit point de corrélation maximale dans les étapes (g) et (n) est déterminée de la manière suivante :
p) détermination de la coordonnée temporelle du point dit caractéristique , q) addition de la valeur de temps (Tc) correspondant à une unité d'information du code pseudo-aléatoire à la dite cordonnée obtenue à l'étape (p), - la détermination à l'étape (p) est réalisée par détermination du point d'intersection de deux droites, - aux étapes (e) et (1), on calcule 2N points de corrélations différents, N étant défini comme le rapport de sur-échantillonage Sech multiplié par la longueur M du code pseudo-aléatoire, - à la réception d'un signal, le convertisseur analogique-numérique sur-échantillonne ledit signal reçu, le rapport de sur-échantillonnage Sech étant égal au moins à 2, de sorte que l'on dispose d'au moins 2 échantillons par unité d'information dudit signal reçu.
D'autres aspects, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de deux formes de réalisation préférées de celle-ci, données à titre d'exemples non limitatifs et faites en référence aux dessins annexés, sur lesquels :la figure 1 représente, conformément au premier mode d'utilisation de la présente invention, le système de communication comportant deux stations séparées d'une distance d, les signaux transmis étant de type LOS, la figure 2 illustre schématiquement la chaîne de réception d'une station, la figure 3 représente la fonction d'autocorrélation théorique d'un signal codé avec code pseudo-aléatoire, la figure 4 montre les échantillons d'un signal reçu en décalage de phase avec une réplique locale du code pseudo-aléatoire, la figure 5 montre une représentation de l'approximation de la fonction de corrélation obtenue dans le premier mode d'utilisation de l'invention, la figure 6 représente, conformément au second mode d'utilisation de la présente invention, le système de communication comportant deux stations séparées d'une distance d,les signaux étant de type NLOS, la figure 7 représente la fonction d'autocorrélation théorique d'un signal codé avec un code pseudo-aléatoire et ayant emprunté différents trajets lors de la propagation (type NLOS), la figure 8 montre une représentation de l'approximation de la fonction de corrélation obtenue dans le second mode d'utilisation de l'invention.
On notera à titre préliminaire que dans l'ensemble de la description ci-dessous, on parlera notamment de droite, de points ou autre formulation du même type.
On comprendra que ces notions ne sont utilisées qu'à des fins d'explication, étant bien entendu que les calculs correspondant s'effectuent sur des données numériques représentatives de ces notions.
Par ailleurs, on désignera par réplique locale , un signal codé avec ledit code pseudo-aléatoire connu des deux stations, ce signal étant généré localement par un circuit connu dit générateur de codes DSSS .
Comme indiqué précédemment, la présente invention permet d'estimer la distance d séparant deux stations et ce de manière précise, simple et rapide.
La figure 1 représente synthétiquement une vue générale d'un système de communication comprenant une station émettrice 10 envoyant un message à une seconde station réceptrice 20, ledit message ayant emprunté le trajet direct sur une distance d.
Le support physique dudit message est un signal 30 étalé en fréquence modulant un second signal de fréquence plus élevée et servant de porteuse.
L'étalement en fréquence est obtenu par modulation d'un signal utile avec un code répétitif pseudo-aléatoire de longueur M, de temps d'unité d'information Tc, ledit code étant généré notamment à partir de registres à décalages et étant connus à l'avance par les deux stations.
A la réception, une chaîne de traitements appropriée permet après quelques étapes d'obtenir une estimation de la fonction de corrélation entre le signal reçu puis traité et une réplique locale.
Cette chaîne de réception, illustrée sur la figure 2, se compose schématiquement d'un ensemble de circuits traitant le signal radio fréquence 40, d'un système de conversion analogique-numérique 50 recevant entre autre un signal d'horloge 61 généré par un circuit dédié 60, et d'un système, dit corrélateur 70, capable de calculer puis d'analyser la corrélation 71 entre la réplique locale et les échantillons issus du système de conversion.
On rappelle que la fonction d'autocorrélation 100 d'un code pseudoaléatoire périodique peut être représentée graphiquement comme sur la figure 3.
Et l'expression mathématique d'une telle fonction peut être de la forme suivante :

où Rc( ) est l'autocorrélation, M le nombre d'unités d'information contenues dans le code ou encore la longueur dudit code, le déphasage temporel et Tc le temps que dure une unité d'information.
On notera ici, par mesure de commodité, que cette expression, limitée à l'intervalle [-Tc ; Te], sera désignée par triangle dans la suite du texte. Conformément à la théorie, un triangle s'étend donc sur une durée de 2 Tc.
Comme l'indique la figure 3, le maximum de la fonction de corrélation a lieu lorsque est nul, ce qui correspond à un déphasage nul entre les deux signaux dont on cherche la corrélation.
La présente invention repose sur ce principe.
Un but du procédé est en effet de retrouver notamment les coordonnées dudit maximum de corrélation entre un signal généré localement (ou réplique locale), et un signal ayant emprunté un trajet direct entre les deux stations, et ce quel que soit le nombre de trajets empruntés.
Afin d'atteindre ce but il convient de différencier deux modes de réalisation de la présente invention répondant chacune à deux configurations différentes.
On utilise le premier mode ou première variante du procédé lorsque le signal codé reçu a emprunté pour l'essentiel le trajet direct (le plus court trajet).
On se sert au contraire du second mode lorsque le signal codé reçu a subi de multiples réflexions et a emprunté plusieurs trajets.
Le passage d'un mode à l'autre se fait en réponse à une instruction de changement de mode, des moyens de détections quelconques de l'environnement, le plus possible basés sur un signal extérieur ou sur une analyse postérieure des résultats issus du procédé selon l'invention, permettant de sélectionner le mode le plus approprié.
Premier mode : signaux LOS Dans ce mode, on considère que la fonction de corrélation théorique du signal reçu ressemble à celle représentée sur la figure 3.
Le principe du procédé selon l'invention consiste alors à déterminer les coordonnées dudit point de corrélation maximale en considérant qu'il est situé à l'intersection des deux droites comprises respectivement dans l'intervalle de temps [-Tc,O] et [O,Tc].
Afin d'obtenir une estimation dudit point d'intersection, les équations des deux droites sont estimées par le système corrélateur en utilisant les échantillons du signal traité et une réplique locale.
Le fonctionnement détaillé de l'ensemble de ces opérations est le suivant.
Tout d'abord, le signal reçu est démodulé et éventuellement filtré afin de disposer du signal codé par le code pseudo-aléatoire.
Le système de conversion transforme ensuite le signal analogique en un signal numérique, le rapport de suréchantillonnage Sech étant fixé dans cet exemple à deux.
Bien entendu d'autres valeurs peuvent être choisies, mais la demanderesse considère que cette valeur permet d'atteindre un compromis idéal entre la consommation dudit système de conversion, sa simplicité de réalisation et les performances obtenues finalement en terme de précision.
On dispose ainsi de deux échantillons par unité d'information du signal reçu.
L'estimation de la fonction de corrélation est alors mise en u̇vre de la manière suivante.
On effectue un premier calcul de corrélation en utilisant une première séquence d'échantillons de longueur M.
Dans l'exemple donné figure 4, la première séquence de longueur 7 est composée des échantillons 1,3,5,7,9,11,13 (sur la figure 4, les quatre premiers sont respectivement notés 80, 81, 82, 83).
Une valeur de corrélation avec ladite réplique 90 est obtenue, cette valeur correspondant au point A sur la figure 5.
Trois autres séquences d'échantillons vont permettre le calcul de trois corrélations, représentées chacune par les points B, C et D : - séquence 2,4,6,8,10,12,14 - séquence 3,5,7,9,11,13,15 - et séquence 4,6,8,10,12,14,16.
Le système corrélateur détermine l'équation des droites (D1) et (D2), ainsi que le point d'intersection théorique desdites deux droites.
Les coordonnées du point d'intersection 1 où la corrélation est maximale sont maintenant connues et l'abscisse correspond à la durée de propagation du signal ayant emprunté le trajet direct.
La distance d est alors déduite directement par la formule (2) suivante en utilisant pour la variable Ti la valeur de ladite abscisse.

où c est la constante de la vitesse de la lumière.
Comme on peut le constater, le procédé est simple puisqu'il consiste essentiellement à calculer quatre corrélations puis les coordonnées dudit point de corrélation maximale.
Il est donc rapide d'exécution et aisé à implémenter dans un quelconque processeur ou autres circuits de traitement numérique.
Outre les qualités précitées, il permet avantageusement d'obtenir une très bonne précision sur l'estimation de la distance.
A titre d'exemple avec un signal d'échantillonnage de 10MHz et un rapport de sur-échantillonnage de deux, le procédé est capable de calculer une distance d avec une précision de 3 mètres, la précision temporelle des valeurs de corrélation obtenues étant de 10ns.
Habituellement un tel résultat nécessiterait d'échantillonner à 100MHz, soit une fréquence dix fois plus importante que précédemment.
Compte tenu des performances des technologies actuelles et donc de celles des circuits qui en sont issus, une fréquence d'échantillonnage de cet ordre serait extrêmement préjudiciable au système, si tant est qu'il soit réalisable.
Finalement, un aspect préféré de l'invention dans ce mode, consiste à n'utiliser qu'une seule transmission de données.
Les étapes du procédé sont donc mises en u̇vre une fois et, à juste titre, la demanderesse constate avantageusement un gain en temps, en simplicité et en coût.
Second mode: signaux NLOS Dans ce second mode, on considère que la fonction de corrélation du signal reçu n'est pas aussi simple que celle représentée sur la figure 3 car, dû aux multiples réflexions dans l'environnement, le signal émis emprunte différents trajets en parallèle (voir la figure 6 où l'on a représenté des trajets indirects 400 et des trajets directs 401 ).

La fonction de corrélation a donc une forme bien plus complexe.
Un exemple est donné sur la figure 7 où la fonction d'autocorrélation d'un signal codé avec un code pseudo-aléatoire a emprunté deux trajets différents.

Deux cas sont proposés pour une meilleure compréhension.
Dans le premier cas, la figure 7a concerne un signal empruntant deux trajets et étant reçus à un intervalle de temps égal à 3Tc, donc supérieur à 2Tc.
Par ailleurs, comme indiqué plus haut dans le texte, la largeur des triangles est de 2Tc.
D'après cette figure, on peut observer que la fonction de corrélation contient cette fois-ci deux triangles parfaitement identifiables, le premier 500 dans la zone [Tc,3Tc], le second 501 dans la zone [4Tc,6Tc].
Et respectivement, deux maximums de corrélation peuvent être identifiés l'un à 2Tc, l'autre à 5Tc.
Ainsi, lorsque le délai temporel de réception entre des signaux dépasse 2Tc, la fonction d'autocorrélation contient autant de triangles que de trajets empruntés, lesdits triangles et leur maximum étant tous clairement identifiables.
Dans le second cas, la figure 7b concerne un signal empruntant deux trajets avec les caractéristiques suivantes :

Tableau 1

On a donc fixé volontairement le délai temporel entre les deux trajets à une valeur inférieure à 2Tc.
La fonction de corrélation se complique encore car elle est constituée essentiellement de la superposition des deux triangles associés chacun aux deux trajets évoqués.
Et celui qui est issu du trajet direct ainsi que son maximum sont maintenant difficilement identifiables.
On attire l'attention du lecteur sur le fait que cette remarque prend encore plus d'importance si le nombre de trajets augmente, la fonction de corrélation finissant par avoir une forme mal définie.
On observera aussi sur la figure 7b et d'après le tableau 1, que la puissance du signal empruntant le trajet indirect étant plus forte que celle empruntant le trajet direct, le maximum (point F) de ladite fonction de corrélation ne correspond plus à celui qui permet de calculer le temps de propagation du signal sur le trajet direct (point E).
Le second mode du procédé selon l'invention permet de s'affranchir de cet inconvénient.
Le principe est de rechercher les coordonnées du point maximal de corrélation (point E) appartenant au triangle représentatif du trajet direct.
Afin d'obtenir ces coordonnées, le calcul repose sur le fait que ledit point maximal se situe à un écart temporel connu Tc d'un point, dit caractéristique et noté P sur la figure 7b, que l'on va déterminer.
L'un des buts du calcul est donc d'estimer précisément les coordonnées du point P.
Un fonctionnement plus détaillé de l'ensemble du procédé est le suivant.
Tout d'abord, comme dans le premier mode, un signal REF_SEQ_M codé par un code pseudo-aléatoire est émis par une première station.
Au niveau de la deuxième station, le signal reçu est démodulé et éventuellement filtré afin de retrouver le signal codé.
Le système de conversion transforme ensuite le signal analogique en un signal numérique, le rapport de suréchantillonnage Sech étant fixé dans cet exemple à deux, et l'instant de début d'échantillonnage étant quelconque.
Comme le montre la figure 4, on dispose ainsi de deux échantillons par unité d'information du signal reçu.
Chaque échantillon sert de commencement à l'élaboration d'une séquence de longueur M (M est égale à 7 dans le présent exemple).
A titre d'exemple, les trois premières séquences sont constituées des échantillons [1,3,5,7,9,11,13] puis [2,4,6,8,10,12,14] et [3,5,7,9,11,13,15].
On peut ainsi constituer N séquences de M échantillons pour calculer N corrélations, N étant défini par l'équation suivante :

Dans cet exemple M et Sech étant respectivement égaux à 7 et 2, on calcule 14 corrélations à partir des 14 séquences constituées de la manière décrite ci-dessus.
Une fois les corrélations obtenues, la phase du signal d'échantillonnage est incrémentée (ou décrémentée) et N nouvelles séquences d'échantillons nouveaux permettent le calcul de N nouvelles corrélations.
Cette procédure est reproduite autant de fois que le signal d'échantillonnage contient de pas dans une période de ce signal.
On obtient ainsi au travers de ces données une estimation précise de la fonction de corrélation associée au signal ayant emprunté de multiples trajets (voir la figure 8).
On notera que la précision temporelle de l'estimation est égale à la précision de l'horloge, i.e. du signal d'échantillonnage.
En reprenant l'un des exemples précédents, si on désire une précision de 10ns sur l'estimation du délai temporel d'un signal et si l'horloge est de 10MHz, il faudra réaliser dix incrémentations de phase pour obtenir une précision temporelle de 10ns sur l'estimation de la fonction de corrélation.
Une fois ladite procédure terminée, on met en oeuvre une analyse sur les données de corrélation obtenues et mémorisées.
Ladite analyse commence au point A sur la figure 8 et progresse dans le sens des temps croissants jusqu'à trouver les coordonnées du point caractéristique P.
Ce dernier a une propriété tout à fait particulière car il se situe à un instant de rupture de pente de la fonction de corrélation étudiée.
On remarquera en effet que ledit point P est placé à l'intersection de deux zones distinctes.
Dans la première zone 1000 la pente de la fonction de corrélation est sensiblement égale à zéro alors que, au contraire, dans la seconde 2000 la pente est non nulle.
Une méthode de calcul classique (par estimation de l'intersection des deux droites ou par processus itératif) permet donc d'estimer précisément les coordonnées dudit point P, puis en se basant sur la théorie, la coordonnée temporelle du maximum de corrélation recherché est obtenue en ajoutant la valeur Tc à la coordonnée temporelle du point P.
A ce stade du procédé, la station réceptrice connaît le temps Ti de propagation du signal empruntant le trajet direct.
Elle va maintenant synchroniser en phase sa base de temps et la réplique locale en décalant temporellement ladite réplique de la valeur Ti.
On notera ici qu'une telle synchronisation confère au procédé selon l'invention une parfaite indépendance vis-à-vis de tout temps supplémentaire requis pour le traitement des signaux requis par l'une des stations.
La nouvelle réplique décalée, que l'on nommera DIR_ALLER_SEQ_M, est émise par la deuxième station et reçue quelques instants plus tard (Ti') par la première station.
On notera que dans ce mode du procédé les deux stations intervertissent leurs rôles une fois la première estimation du temps de propagation du signal à trajet direct effectuée (voir tableau 2, Tii correspond au temps cumulé depuis la première émission dudit signal codé, soit la somme de Ti et Ti').

Tableau 2

La première station devient ainsi réceptrice et elle va, de la même manière que la deuxième station, lors de la première estimation, mettre en u̇vre une nouvelle estimation du décalage temporel Tii entre REF_SEQ_M, le signal codé initialement émis ou une réplique de celui-ci et le signal DIR_RETOUR_SEQ_M reçu à un temps Ti' après l'émission de DIR_ALLER_SEQ_M.
Il vient que d'après Ti et Ti' on déduit la distance d entre les deux stations par la formule (3) suivante :

La précision sur l'estimation de la distance d peut très facilement dépasser celle de l'état de l'art tout en s'affranchissant des nombreux inconvénients déjà cités.
Par exemple, pour atteindre une précision de trois mètres, il suffit d'une horloge de fréquence égale à 10MHz avec un pas temporel de 10ns, alors qu'une telle précision nécessiterait, avec un procédé classique, une fréquence d'horloge de 100MHz et donc une consommation des circuits dix fois plus importante.
De manière plus générale, même si ce second mode nécessite un plus grand nombre d'opérations que le premier mode, on notera les avantages suivants par rapport à l'état de la technique : - facilité d'implémentation du procédé dans un processeur ou tout système équivalent, - grande précision de la distance d sans recours à l'augmentation de la complexité du système, - temps d'exécution rapides et adaptés à bon nombre d'applications, - consommation réduite, - etc ...
Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux formes de réalisation décrite ci-dessus et représentées sur les dessins.
De nombreuses variantes dérivées du concept général de l'invention paraîtront évidentes à l'homme du métier prenant connaissance de ce document.
En particulier, dans le premier mode du procédé, le calcul de la distance peut être effectué en utilisant deux transmissions (aller puis retour), comme cela est le cas dans le second mode.
On doit dans ce cas utiliser la formule (3) pour estimer la distance.
Une autre variante de ce mode consiste à transmettre à la première station la valeur de la distance calculée au niveau de la deuxième station.
En outre, dans les deux modes, Il existe d'autres procédures qui permettent d'estimer le maximum de corrélation ou le point caractéristique P.
En effet, bien que l'étude de ladite rupture de pente soit avantageuse pour déterminer le point caractéristique P, il est possible d'utiliser des méthodes de détection de changement de niveau, un seuil pouvant notamment être préalablement défini.
Par ailleurs, dans le cas où l'intersection de deux droites est recherchée, celles-ci peuvent être représentées par des données définissant leur équation ou les coordonnées d'un ensemble de points.
Dans le premier cas où les données définissent leur équation, cette dernière peut être déterminée par : - un unique calcul à partir de deux points, une moyenne des calculs à partir de deux points, - une analyse statistique sur un ensemble de points plus important, - etc...
Dans le cas où les données définissent les coordonnées d'un ensemble de points, ce dernier peut être déterminé à l'aide de divers types d'algorithmes ou par interpolation linéaire.

REVENDICATIONS
1. Procédé pour estimer la distance séparant deux stations dont au moins l'une est mobile, communiquant entre elles en utilisant une modulation de signal par étalement de spectre à séquence directe, les dits signaux étant de type LOS, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :a) au niveau d'une première station, émettre un signal codé avec un code pseudo-aléatoire de longueur M, ce code étant connu des stations, b) au niveau d'une deuxième station, recevoir ledit signal puis, à l'aide d'un convertisseur analogique-numérique, échantillonner ledit signal reçu, c) au niveau de la deuxième station, générer localement un signal codé avec ledit code pseudo-aléatoire connu, d) au niveau de la deuxième station, calculer et mémoriser plusieurs points de corrélation entre ledit signal généré à l'étape (c) et plusieurs séquences d'échantillons obtenus à l'étape (b), e) au niveau de la deuxième station, effectuer sur des données représentatives des coordonnées des points de corrélation mémorisés à l'étape (d),un calcul de détermination de la coordonnée temporelle d'un point de corrélation maximale de la fonction de corrélation associée à la composante du signal reçu relative à la propagation selon un trajet direct entre les deuxdites stations. f) au niveau d'une station, déterminer à partir de ladite coordonnée temporelle une valeur de distance entre les deuxdites stations.

Claims (6)

1. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on détermine ledit point de corrélation maximale en calculant le point d'intersection de deux droites.
2. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'à l'étape (d) on calcule et mémorise quatre points de corrélation pour représenter chacune des deux droites par deux points de corrélation.
3. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que postérieurement à l'étape (f) ladite distance est transmise à la première station.

   5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre les étapes suivantes entre les étapes (e) et (f) :

   (1) au niveau de la deuxième station, décaler temporellement ledit signal généré à l'étape (c) d'une valeur Ti obtenue à l'étape (e),

   (2) au niveau de la deuxième station, émettre ledit signal décalé temporellement à l'étape (1),

   (3) au niveau de la première station, recevoir ledit signal émis à l'étape (2) puis l'échantillonner à l'aide d'un convertisseur analogiquenumérique,

   (4) au niveau de la première station, générer localement un signal codé avec ledit code pseudo-aléatoire connu,

   (5) au niveau de la première station, calculer et mémoriser plusieurs points de corrélation entre ledit signal généré à l'étape (4) et plusieurs séquences d'échantillons obtenus à l'étape (3),

   (6) au niveau de la première station, effectuer sur des données représentatives des coordonnées des points de corrélation mémorisés à l'étape (5), un calcul de détermination de la coordonnée temporelle d'un point de corrélation maximale de la fonction de corrélation associée à la composante du signal reçu relative à la propagation selon un trajet direct entre les deuxdites stations, et en ce que à l'étape (f), ladite distance est déterminée au niveau de la première station.

   6. Procédé pour estimer la distance séparant deux stations dont au moins l'une est mobile, communiquant entre elles en utilisant une modulation de signal par étalement de spectre à séquence directe, lesdits signaux étant de type NLOS, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : au niveau d'une première station : a) émettre un signal codé avec un code pseudo-aléatoire de longueur M, ce code étant connu des stations, au niveau d'une deuxième station : b) générer localement un signal codé avec ledit code pseudoaléatoire connu, c) recevoir ledit signal émis à l'étape (a), d) échantillonner ledit signal reçu à l'aide d'un convertisseur analogique-numérique, e) calculer et mémoriser plusieurs points de corrélation entre ledit signal généré à l'étape (b) et plusieurs séquences d'échantillons obtenus à l'étape (d), f) déphaser le signal d'horloge d'un pas et renouveler les étapes (c) à (e) autant de fois que le nombre total de pas contenus dans une période de ce signal d'horloge, g) effectuer sur les données mémorisées aux étapes (e), un calcul de détermination de la coordonnée temporelle d'un point de corrélation maximale de la fonction de corrélation associée à la composante du signal reçu relative à la propagation selon un trajet direct entre les deuxdites stations, h) ajouter un retard temporel audit signal généré à l'étape (b) correspondant à la valeur de ladite coordonnée temporelle déterminée à l'étape (g) puis émettre ce nouveau signal, au niveau de la première station : i) générer localement un signal codé avec ledit code pseudoaléatoire connu, j) recevoir le signal émis à l'étape (h), k) échantillonner ledit signal reçu à l'aide d'un convertisseur analogique-numérique, 1) calculer et mémoriser plusieurs points de corrélation entre ledit signal généré à l'étape (i) et plusieurs séquences d'échantillons obtenus à l'étape (k), m) déphaser le signal d'horloge d'un pas et renouveler les étapes (j) à (I) autant de fois que le nombre total de pas contenus dans une période de ce signal d'horloge, n) effectuer sur les données mémorisées aux étapes (1), un calcul de détermination de la coordonnée temporelle d'un point de corrélation maximale de la fonction de corrélation associée à la composante du signal reçu relative à la propagation selon un trajet direct entre les deuxdites stations, o) déterminer à partir de ladite coordonnée temporelle déterminée à l'étape (n) une valeur de distance entre les deuxdites stations.
4. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la coordonnée temporelle dudit point de corrélation maximale dans les étapes

   (g) et (n) est déterminée de la manière suivante : p) détermination de la coordonnée temporelle du point dit caractéristique , q) addition de la valeur de temps (Tc) correspondant à une unité d'information du code pseudo-aléatoire à la dite cordonnée obtenue à l'étape

   (p).

   8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la détermination à l'étape (p) est réalisée par détermination du point d'intersection de deux droites.
5. 9. Procédé selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que, aux étapes (e) et (1), on calcule 2N points de corrélations différents, N étant défini comme le rapport de sur-échantillonage Sech multiplié par la longueur M du code pseudo-aléatoire.
6. 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, à la réception d'un signal, le convertisseur analogique-numérique sur-échantillonne le signal reçu, le rapport de sur-échantillonnage Sech étant égale au moins à 2, de sorte que l'on dispose d'au moins 2 échantillons par unité d'information dudit signal reçu.