FR3016220A1

FR3016220A1 - Systeme et procede de localisation d'un objet

Info

Publication number: FR3016220A1
Application number: FR1400017A
Authority: FR
Inventors: Matthieu Mutz; Stephane Mutz
Original assignee: BLINKSIGHT
Current assignee: BLINKSIGHT
Priority date: 2014-01-06
Filing date: 2014-01-06
Publication date: 2015-07-10
Anticipated expiration: 2034-01-06
Also published as: WO2015101674A1; US10698074B2; US20160327630A1; EP3092507A1; FR3016220B1

Abstract

La présente invention se rapporte à un système de localisation d'un élément mobile caractérisé en ce qu'il comporte : - au moins une balise (1) émettant des messages radios ; - au moins un relais (2) capable d'émettre un second message avec un délai connu suite à la réception d'un premier message en provenance de ladite au moins une balise (1) ; - au moins un capteur (3) capable de mesurer dans une base temps locale les instants d'arrivée des messages provenant desdits au moins une balise (1) et au moins un relais (2) ; - au moins un calculateur de position, pouvant être central ou embarqué avec chaque capteur, capable de déterminer la position d'un élément mobile à partir des informations de temps d'arrivée ; l'élément mobile pouvant être une balise (1), un relais (2) ou un capteur (3).

Description

SYSTEME ET PROCEDE DE LOCALISATION D'UN OBJET DOMAINE TECHNIQUE GENERAL Le contexte de cette invention est celui de la localisation d'un objet mobile au sein d'une zone couverte par une infrastructure ad hoc. On s'intéresse ici tout particulièrement à une solution qui combine un faible encombrement (taille, poids), une bonne précision de localisation, et une consommation énergétique minimale. ETAT DE L'ART On trouve dans l'état de l'art de nombreuses propositions visant à résoudre cette problématique. Parmi celles-ci on trouve notamment des solutions mettant en oeuvre une fonction de localisation par ondes radiofréquence, et plus particulièrement des solutions employant la technologie radio à impulsions Ultra Large Bande, connue pour permettre une grande précision de localisation dans les environnements intérieurs. Parmi les solutions rencontrées dans l'état de l'art, on trouve entre autres : Des systèmes utilisant une mesure directe de temps de vol. Une telle techniques est notamment décrite dans le standard IEEE 802.15.4a, Annexe D1, section D1.3.1. et D1.3.2, sous l'appelation Two-Way Ranging. La distance existant entre deux émetteurs-récepteurs est ainsi estimée par mesure du temps nécessaire à l'échange de messages. Des systèmes utilisant la technique dite de mesure de temps d'arrivée (en anglais TOA pour Time of Arrivai). Ceux-ci s'appuient sur l'hypothèse d'une synchronisation parfaite entre les bases de temps d'un émetteur et d'un ou plusieurs récepteur(s) pour déterminer le temps de vol d'un message émis à un instant donné, supposé connu, par l'émetteur et capté après un certain délai -le temps de vol- par le(s) récepteur(s). Ces systèmes sont peu répandus en raison de la forte contrainte de synchronisation entre l'émetteur et le(s) récepteur(s).

Des systèmes utilisant la technique dite de mesure de différence de temps d'arrivée (TDOA pour Time Difference Of Arrivai). De fonctionnement similaire à celui des systèmes TOA, ces systèmes présentent l'avantage de demander seulement une synchronisation des bases de temps des récepteurs puisque l'on s'intéresse ici à l'instant relatif d'arrivée d'un même message radio à au moins deux récepteurs (voir Standard IEEE 802.14.4a section D1.4). Les systèmes à mesure de temps de vol direct (Two Way Ranging notamment) nécessitent l'utilisation d'émetteurs-récepteurs à chaque extrémité du lien. La complexité et le coût de la fonction de localisation ainsi que la quantité d'énergie consommée s'en trouvent donc accrus. Les systèmes TOA ou TDOA s'affranchissent de cette contrainte, mais posent le problème de la synchronisation des bases de temps des récepteurs. Une telle synchronisation est en pratique difficile à atteindre et nécessite par exemple le recours à des dispositifs de distribution contrôlée d'une horloge commune à l'ensemble des récepteurs du système TDOA, par exemple sous forme d'un réseau câblé. D'autre part, si ces systèmes TDOA sont bien adaptés à la localisation d'un objet comportant un simple émetteur, ils ne permettent pas directement à l'objet de se localiser lui-même dans l'environnement. En pratique, il est alors nécessaire d'équiper l'objet d'un récepteur et de lui communiquer la position estimée par le système. De manière à proposer une solution plus adaptée à la problématique posée, on recherche un système qui minimise le nombre d'échanges de messages radio -donc la consommation énergétique- nécessaires à une opération de localisation, qui permette une simplification des éléments constitutifs du système pour en réduire au maximum le coût, qui ne présente pas les contraintes de synchronisation et/ou de distribution d'horloge des systèmes TDOA et qui soit le plus versatile possible.

PRESENTATION DE L'INVENTION L'invention permet de mesurer la différence de temps d'arrivée entre un trajet direct d'une balise à un capteur et un ou plusieurs trajets indirects impliquant une re-transmission avec un délai connu par un ou plusieurs relais. De par son principe de fonctionnement, cette invention fonctionne de manière analogue à celle d'un système TDOA mais ne nécessite pas un alignement fin des bases de temps de plusieurs capteurs puisqu'une seule base de temps est utilisée pour effectuer les mesures de temps d'arrivée. Par rapport aux systèmes à mesure directe de temps de vol, la présente invention présente une complexité réduite de la balise qui nécessite l'emploi d'un transmetteur uniquement, et de la cible qui nécessite l'emploi d'un récepteur uniquement. Pour chacun de ces deux éléments, la complexité -donc le coût- se trouve réduite, ainsi que la dépense nécessaire en énergie. Enfin, la présente invention permet une grande flexibilité et convient aussi bien au cas où l'on cherche à localiser un objet, par exemple pour déterminer la position d'une palette dans un entrepôt, que pour des applications de localisation autonome d'un mobile, par exemple à des fins de guidage. La présente invention se rapporte donc à un système de localisation d'un élément mobile caractérisé en ce qu'il comporte : . au moins une balise émettant des messages radios ; . au moins un relais capable d'émettre un second message avec un délai connu suite à la réception d'un premier message en provenance de ladite au moins une balise ; . au moins un capteur capable de mesurer dans sa propre base temps les instants d'arrivée des messages provenant desdits au moins une balise et au moins un relais ; . au moins un calculateur de position, pouvant être central ou embarqué avec chaque capteur, capable de déterminer la position d'un mobile à partir des informations de temps d'arrivée ; l'élément mobile pouvant être une balise, un relais ou un capteur. Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'invention : . le système de localisation comporte un séquenceur central disposant d'un émetteur radio et que chaque balise contient un récepteur radio apte à recevoir des messages émis par ledit séquenceur central. . le système de localisation comporte plusieurs capteurs tous reliés par un moyen de télécommunication à un calculateur de position. . le moyen de télécommunication est par exemple de type Ethernet filaire ou WI-FI et le calculateur de position est un serveur informatique. Selon un deuxième aspect, l'invention se rapporte à un procédé de localisation d'un élément mobile caractérisé en ce qu'il comprend des étapes de : (a) Emission par au moins une balise d'un message MI. ; (b) Réception dudit message MI_ par au moins un relais et émission d'un message M2 avec un délai connu par rapport à la réception du message M1 par ledit au moins un relais; (c) Réception desdits messages M1 et M2 par au moins un capteur et (d) Détermination de la position d'un mobile portant la balise, le relais ou le capteur, à partir des informations de temps d'arrivée. Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'invention : . le message M1 émis dans l'étape (a) par une balise comporte dans ses données l'identification de la balise. . le message M1 émis dans l'étape (a) comporte un marqueur de position identifiant l'instant d'émission dans la base temps de la balise et/ou l'instant de réception du message dans la base temps du relais ou du capteur. . le message M2 émis dans l'étape (b) par un relais comporte dans ses données l'identification du relais ainsi que celle de la balise dont le message M1 a déclenché le message M2 pour ce relais. . le message M2 émis dans l'étape (b) par un relais comporte un marqueur de position identifiant l'instant d'émission dans la base temps du relais et/ou l'instant de réception du message dans la base temps du capteur et/ou le délai entre l'instant de réception du message MI. et l'instant d'émission du message M2 dans la base de temps propre du relais. . le délai entre la réception d'un message M1 émis dans l'étape (a) et l'émission d'un message M2 émis dans l'étape (b) par un relais soit du même ordre de grandeur que le temps de traitement des messages M1 ou M2. L'invention concerne également les balises, relais et capteurs, en tant que tels, intervenant dans la mise en oeuvre du système et/ou procédé précités.

PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation préférentiel. Cette description sera donnée en référence aux dessins annexés dans lesquels : - La figure 1 est un schéma d'un premier mode de réalisation de l'invention disposant d'une balise fixe, d'un relais fixe et d'un capteur mobile ; La figure 2 est un schéma d'un second mode de réalisation de l'invention disposant de plusieurs balises fixes, d'un relai fixe et d'un 20 capteur mobile ; - La figure 3 est un schéma d'un message émis par une balise selon un mode de réalisation de l'invention ; La figure 4 est un diagramme d'émission et de réception de messages mis en oeuvre par un système de localisation selon le premier 25 mode de réalisation de l'invention ; La figure 5 est un schéma d'un message transmis par un relais selon un mode de réalisation de l'invention ; - La figure 6 est un diagramme d'émission et de réception de messages selon un mode de réalisation de l'invention permettant 30 d'éviter les collisions entre les messages des balises et des relais, et - La figure 7 est un schéma d'un troisième mode de réalisation de l'invention disposant de plusieurs balises fixes, d'un relai fixe et d'un capteur mobile, synchronisés par un séquenceur central, notamment pour assurer un multiplexage temporel. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Comme représenté sur les figures 1 et 2, l'invention comporte une ou plusieurs balises 1, 11, 12 ou 13. Chaque balise 1, 11, 12 ou 13 est constituée au moins d'un émetteur radio à impulsions Ultra Large Bande apte à transmettre un premier message Ml, M11, M12 ou M13. L'invention comporte en outre un ou plusieurs relais 2, 21 ou 22. Chaque relais comporte au moins un récepteur radio à impulsions Ultra Large Bande, un émetteur radio à impulsions Ultra Large Bande et un dispositif permettant de déclencher l'émission d'un second message radio M2, M21 ou M22 avec un délai D supposé connu par rapport à l'instant de réception du premier message Ml, M11, M12 ou M13 par le récepteur.

L'invention comporte au moins un capteur 3 qui capte le premier message Ml, M11, M12 ou M13 et le second message M2, M21 ou M22. Chaque capteur 3 est équipé au moins d'un récepteur radio à impulsions Ultra Large Bande, d'une base de temps locale et d'un dispositif permettant de mesurer, selon la base de temps locale, les instants d'arrivée des messages Mi, M11, M12, M13 et/ou M2, M21, M22. Enfin, l'invention comporte en outre un ou plusieurs dispositifs de calcul de position 5, schématisé sur les figures 1 et 2. A partir des données contenues dans les messages Mi, M11, M12 ou M13 et M2, M21 ou 22, des instants d'arrivée mesurés et de données supposées connues sur la position des balises et/ou les relais et/ou les capteurs, un calculateur permet de fournir une estimation de la position du mobile à repérer, ledit mobile pouvant être une balise, un relais ou bien un capteur. Chaque balise 1, 11, 12 ou 13 transmet par l'intermédiaire de son émetteur radio un premier message radio Ml, M11, M12 ou M13, représenté sur la figure 3, comportant entre autres un marqueur permettant à un récepteur adapté de déterminer avec précision l'instant de réception dudit marqueur dans le message M1, M11, M12 ou M13 lors de sa réception. Le message Ml, M11, M12 ou M13 peut en outre contenir par exemple une zone de données contenant un identificateur permettant de déterminer de manière unique l'identité de la balise 1, 11, 12 ou 13 ayant transmis le message Ml, M11, M12 ou M13.

Dans tout ce qui suit, on désignera par « mesurer l'instant d'arrivée du message radio » l'opération qui consiste à mesurer, dans une base de temps locale au dispositif concerné, l'instant de réception précis du marqueur de position contenu dans le message radio reçu. Dans le mode de réalisation représenté dans la figure 4, on 10 suppose le message M1 transmis à un instant tO. Le message M1 est reçu par un capteur 1 avec un retard TBc lié au temps de vol des ondes radio entre la balise 1 et le capteur 3. Celle-ci mesure alors l'instant d'arrivée t1 de ce message M1 dans sa base de temps propre. 15 De manière quasi-simultanée, le message M1 émis par la balise 1 est également reçu par un relais 2 avec un retard TBR lié au temps de vol des ondes radio de la balise 1 au relais 2. Cette réception va alors déclencher l'émission par le relais 2 d'un second message M2 avec un délai connu D par rapport à l'instant t2 de réception du message Ml par 20 le relais 2. Le message M2 comprend entre autres un marqueur de position unique permettant de déterminer avec précision l'instant de réception par un récepteur. Il peut également comporter une zone de données contenant par exemple un premier identifiant permettant de déterminer de manière unique l'identité de la balise 1 ayant émis le 25 premier message M1 à l'origine de ce second message M2, et/ou un second identifiant permettant de déterminer de manière unique l'identité du relais 2, comme représenté dans la figure 5. Dans des modes de réalisation particuliers de l'invention, le message M2 peut en outre comporter une information caractérisant 30 l'instant t2 de réception du message M1 dans la base de temps propre au relais 2. Le délai D est donc spécifié de sorte à ce que le marqueur de position unique présent dans le message M2 émis par le transmetteur radio du relais 2 soit émis exactement avec un délai D par rapport à la réception par le récepteur radio du relais 2 du marqueur de position unique présent dans le message Ml. Le délai D est exprimé par rapport à la base de temps locale du relais.

Le message M2 est reçu par le capteur 3 avec un retard TRC lié au temps de vol des ondes radio du relais 2 au capteur 3. Ce dernier en détermine l'instant de réception t3 par son récepteur radio dans sa base de temps propre. Si l'on omet un éventuel décalage en fréquence des bases de temps du relais 2 et du capteur 3, on obtient l'équation suivante : t3 - t1 = TBR + D + TRe - TBc Le délai D est choisi de telle sorte qu'il soit supérieur au temps de vol maximum des ondes radio de la balise 1 au capteur 3 ou de la balise 1 au relais 2.

Le délai D sera par exemple du même ordre de grandeur que la durée de lecture, d'écriture et d'émission des messages M1 et M2. Dans une réalisation particulière de l'invention donnée ici à titre d'exemple dans la figure 4, la durée du premier message M1 est par exemple de 0,6 ms, celle du second message M2 est de 1 ms et la durée D est également de 1 ms. Dans cette même réalisation, la portée maximale atteignable par une communication radio est de 60 mètres et le temps de vol maximum mesurable est de 200 ns. Consécutivement à la réception d'un premier message M1 et d'un second message M2, chaque capteur 3 forme, pour chaque premier message M1 suivi d'un second message M2, une paire (t1 ; t3) décrivant les temps d'arrivée respectifs du premier message M1 et du second message M2 dans sa base de temps locale. Le cas échéant, ces paires peuvent être augmentées pour inclure l'identité de la balise 1 et/ou celle du relais 2, par exemple sous forme de quadruplet (1 ; 2 ; tl ; t3).

De plus, si le message M2 contient l'information t2 caractérisant l'instant de réception du message M1 par le relais 2 selon sa propre base de temps, cette information t2 pourra également être conservée par le capteur 3, par exemple sous forme de triplets ( tl ; t2 ; t3 ) ou de quintuplets ( 1 ; 2 ; tl ; t2 ; t3 ). Ces informations, par exemple les paires (tl ; t3), les triplets ( t1 ; t2 ; t3 ), les quadruplets (1 ; 2 ; tl ; t3) ou les quintuplets ( 1 ; 2 ; tl ; t2 ; t3 ), sont transmises à une unité de calcul de position 5. Celle- ci utilise entre autres les temps tl et t3 ainsi que des paramètres supposés connus du système pour estimer la position d'un mobile. Par exemple, si la position des balises 1, 11, 12, 13 et des relais 2, 21, 22 est connue du système, le calculateur de position utilisera la connaissance des positions respectives des balises 1, 11, 12, 13 et des relais 2, 21, 22 pour déterminer la localisation des capteurs 3. Les calculs effectués dans l'unité de calcul de position 5 sont similaires à ceux effectués dans une unité similaire d'un système de type TDOA. Pour permettre une implémentation simple, un récepteur radio à impulsions Ultra Large Bande tel que celui intégré au relais 2 ou au capteur 3 est généralement capable de recevoir un seul message radio à la fois. Il est important pour le fonctionnement optimal de l'invention de garantir le bon séquencement des opérations. Dans le cas où il existe dans un même système plusieurs balises 1, 11, 12 ou 13 à portée de communication d'un même relais 2 ou d'un même capteur 3, on suggère de garantir que les messages Ml émis par chaque balise 1, 11, 12 ou 13 n'entrent pas en collision les uns avec les autres. Par exemple, on peut mettre en place une méthode d'accès multiple à multiplexage temporel (TDMA). Dans le mode de réalisation dont le diagramme est exposé figure 6 et le schéma général est illustré figure 7, un séquenceur central 4 est ajouté au système afin d'éviter les collisions entre les différents messages. Ce séquenceur central 4 dispose d'un émetteur radio, qui peut être autre que radio à impulsions Ultra Large Bande. Chaque balise 11, 12 et 13 contient également alors un récepteur radio apte à recevoir les messages provenant du séquenceur global 4. Dans le cas où il existe plusieurs relais 21 et 22 au sein d'un même système, comme exposé dans le figure 6, on suggère de garantir que les messages M21 et M22 n'entrent pas en collision les uns avec les autres. Par exemple, on peut affecter de manière statique ou dynamique un délai D différent à chaque relais 21 et 22 du système de sorte à ce que, si plusieurs relais 21 et 22 reçoivent un même message M11, M12 ou M13, chaque message M21 et M22 puisse être transmis à son tour. Dans ce cas, le relais 2, 21, 22 pourra communiquer le délai D utilisé dans la zone de données du message M2. Dans une autre implémentation de l'invention, on peut s'assurer qu'un seul relais 21 ou 22 a son récepteur allumé a un instant donné, par exemple à l'aide d'un système de type TDMA tel que décrit plus haut. On garantit ainsi qu'un seul message M21 ou M22 est transmis suite à un message M11, M12 ou M13. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, on s'intéresse à la localisation d'un mobile dans son environnement. Selon ce mode de réalisation, la zone de couverture est équipée d'au moins une balise 1i (i étant donné ici de manière générique entre 1 et N, entier positif supérieur ou égal à 1) dont la position est supposée connue. De plus la zone de couverture est équipée d'au moins un relais 2i dont la position est également supposée connue. La position des balises li et relais 2i étant connue, le temps de vol d'une balise li à un relais 2i est donc également supposé connu. Par exemple, ce dernier peut être déterminé par calcul à partir des positions de la balise et du relais ou déterminé de manière empirique.

Le capteur 3 est ici associé à un mobile dont on cherche à déterminer la position dans l'environnement. Par exemple le capteur 3 est intégré à un téléphone mobile dont on souhaite déterminer la position à des fins de guidage. Le capteur 3 est supposé à portée de communication des balises li et relais 2i. Plusieurs mobiles tous rattachés à un capteur peuvent se trouver dans la zone de couverture, la description qui suit est alors appliquée pour chaque capteur.

Suivant ce mode de mise en oeuvre et le principe général de fonctionnement de l'invention, chaque balise ii émet à son tour un message radio Mli contenant au moins un marqueur de position unique. Le message Mli peut en outre inclure un identifiant permettant de déterminer de manière unique l'identité de la balise li. Chaque message Mli est capté quasi-simultanément -à la différence de temps de vol près- par un capteur 3, qui mesure l'instant tif de réception du message Mli dans sa propre base de temps, et par un relais 2i. Le relais 2i transmet alors avec un délai Di un second message M2i contenant au moins un marqueur unique de position. Le message M2i peut en outre contenir dans une zone de données un premier identifiant permettant de déterminer de manière unique l'identité de la balise li ayant transmis le premier message Mli à l'origine du second message M2i, et/ou un second identifiant permettant de déterminer de manière unique l'identité du relais 2i transmettant le second message M2i. Chaque message M2i est capté par le capteur 3 qui en détermine l'instant de réception ti3 par son récepteur dans base de temps locale. Le capteur 3 forme alors, pour chaque message Mli suivi d'un message M2i une paire (til ; ti3) décrivant les temps d'arrivée respectifs des premier message Mli et second message M2i dans sa base de temps locale. Le cas échéant, ces paires peuvent être augmentées pour inclure l'identité de la balise li et/ou celle du relais 2i, par exemple sous forme de quadruplet (li ; 2i ; til ; ti3).

Selon ce mode de mise en oeuvre de l'invention, le mobile peut également embarquer une unité de calcul de position 5. Les paires (tif ; ti3) ou les quadruplets (li ; 2i ; tif ; ti3) sont communiquées du capteur 3 à l'unité de calcul de position 5. Par la suite, on utilisera le terme générique relevé pour désigner ces paires (tif ; ti3) ou ces quadruplets (1i ; 2i ; til ; ti3) ou toute information similaire contenant les mesures de temps d'arrivée tif et ti3. Pour chaque paire de premier message M1i suivie d'un second message M2i reçue par un capteur 3 en provenance d'une balise li via un relais 2i, l'unité de calcul de position 5 connait une estimation du temps ti1 d'arrivée du premier message Mli au capteur 3, une estimation du temps ti3 d'arrivée du second message M2i au capteur 3, la position de la balise li, la position du relais 2i, une estimation du temps de vol du message M1i de 1i à 2i et une estimation du temps Di de réponse du relais 2i. Selon ce mode de fonctionnement, les mesures til et ti3 peuvent donc être reliées à deux inconnues : d(1i, 3) la distance de la balise 1i au capteur 3, et d(2i, 3) la distance du relais 2i au capteur 3. Si l'on 10 considère les mesures associées à plusieurs balises pour un même capteur 3 et un même relais 2i, l'unité de calcul de position 5 peut alors déterminer une estimation de la position du mobile associé au capteur 3. Par exemple et sans perdre en généricité, on présente ici le cas exposé dans la figure 2 de la localisation dans le plan d'un mobile 15 associé à un capteur 3 de position inconnue ( x ; y ) à partir de trois balises 11 de position ( xl ; yl ), 12 de position ( x2 ; y2 ) et 13 de position ( x3 ; y3 ) et d'un unique relais 2 de position ( 0 ; 0 ) dans un repère orthonormé quelconque. La balise 11 transmet un message M11 reçu à un instant tll par 20 le capteur 3 et relayé par le relais 2 en un message M21 et reçu à un instant t13 par le capteur 3. De même, la balise 12 transmet un message M12 reçu à un instant t21 par le capteur 3 et relayé par le relais 2 en un message M22 reçu par le capteur 3 à un instant t23. Enfin, la balise 13 transmet un message M31 reçu à un instant t31 par 25 le capteur 3 et relayé par le relais 2 en un message M32 reçu par le capteur 3 à un instant t33. Pour plus de simplicité dans les calculs, on nommera les balises 11, 12 et 13 respectivement Bi, B2 et B3. Le relais 2 sera nommé R et le capteur repéré 3 sur la figure 2 sera appelé C. 30 La distance d( Bi, R ), pour i entier entre 1 et 3, entre Bi et R est supposée connue. De même, le temps de vol TgiR entre Bi et R est connu par exemple par construction ou par mesure empirique. Alors : d( Bi, = C. TE .R On a alors : ci(B1,R) d(R,C ) t13-t11= c +D+ c d(132,R) d( R,C ) t23 - t21 = +D+ c c d(B3,R) d( R,C ) t33- t31 = + D + c c d(B1,C ) d(132,C ) d( B3,C ) - C. A t1 - c. At2 En passant en forme quadratique, il vient : + y2 - = c. At2., + x- + y y2 = c. At3 2 + y 2 1)2 + (y - yl) c. Atl - 12)2 +(y- y ) c. At2 r3)2 + )2 r. At3 - X = c.3.t1 2,1x 4- 372 x. x2 + y.2.y2 -x2 -y,22 = c.Ati. - c. At2 c. At2 x. 2. x3 + y. 2. 13 -x32 - o = c. Ati. - c. At3 + c. At3 x. 2. xl + y. 2. yl - x 2 c. Atl x. 2. x- 2. y1 - 2 c. At -1 Il vient alors que ( x ;y ) est une solution de : On peut également dériver de manière similaire un système d'équations pour un nombre plus important de degrés de liberté ou pour un nombre plus important de balises. 10 2v2 2y1 kc. c.dt1) 2y3 2y1 ti c. At3 c. ,-->2 1,,2 c. 1t1 - c. At2 c. A tl - c. At3 c. At2 c. At1 x32 + y32 x12 c. z1i3 c. Ati 2x1 .3.1'2 c. Ati. 2x3 2x1 c. At3 c. Atl De même, on peut généraliser l'exemple précédent au cas de la re-transmission des messages d'une ou plusieurs balises par plusieurs relais. Il est alors aisé de résoudre un tel système d'équations par des 5 méthodes analytiques ou par des méthodes numériques plus robustes. Dans une variante du présent mode de réalisation de l'invention, on peut par exemple remplacer la linéarisation qui précède par l'emploi d'un filtre de Kalman de type EKF ou UKF apte à résoudre un système d'équation non-linéaire. 10 Dans un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, on s'intéresse à la localisation d'un objet par son environnement. Par exemple et sans perdre en généralité, on vise ici à localiser une palette dans un entrepôt afin d'en connaître la localisation sur un plan. Chaque objet à localiser comporte une balise. Par exemple, la 15 balise est sous la forme d'une étiquette active attache à l'objet d'intérêt. Chaque balise li émet périodiquement un premier message Mli. Chaque balise comporte donc, outre son émetteur radio à impulsions Ultra Large Bande, une base de temps locale. Par exemple, une balise li peut être configurée pour émettre un message Mi deux fois par seconde. 20 Dans ce mode de réalisation, le message Mi comporte, outre le marqueur unique permettant de déterminer précisément l'instant de réception, une zone de données contenant un identificateur permettant de déterminer de manière unique l'identité de la balise li et une information permettant de déterminer l'instant tO de transmission du 25 message Mi dans une base de temps locale à li. La zone de couverture, par exemple l'entrepôt dans l'illustration donnée ci-dessus, est équipée d'au moins un relais 2i de position connue. Plus précisément, on installe autant de relais que nécessaire pour permettre à chaque balise li d'être à portée de communication 30 d'au moins autant de relais que de degrés de liberté à résoudre dans la localisation. Par exemple, dans le cas d'une localisation dans le plan, on s'assurera qu'à toute position possible une balise ii est en mesure de communiquer avec au moins deux relais.

Les messages Mli issus des balises li associées aux objets à localiser sont transformés en messages M2i par les relais 2i tel que décrit précédemment. Par exemple, les messages M2i comportent en plus du marqueur unique de position une première information permettant l'identification de la balise li, une seconde information permettant de déterminer l'identité du relais 2i, une troisième information permettant de déterminer l'instant tO d'émission du premier message Mli dans la base de temps locale à la balise li, et une quatrième information permettant de déterminer le délai Di appliqué par le relais 2i pour la retransmission du message M1i en le message M2i. La zone de couverture est également équipée d'au moins un point d'accès P de position supposée connue. Chaque point d'accès P comporte au moins un capteur 3. Plus particulièrement, on installera autant de points d'accès P ou de capteurs 3i que nécessaire pour qu'en toute position possible une balise Bi puisse communiquer avec au moins un capteur 3i. Plus précisément, la position des relais 2i et capteurs 3i est choisie de telle sorte que lorsqu'une balise li peut communiquer avec un relais 2i et un capteur 3i, alors une communication peut également être établie entre 2i et 3i. Suivant ce mode de fonctionnement, le temps de vol d'un message M2i d'un relais 2i à un capteur 3i est supposé connu. Par exemple, ce temps de vol peut être déterminé de manière déterministe à partir de la distance de 2i à 3i ou de manière empirique.

Dans ce mode de mise en oeuvre, les points d'accès P sont reliés entre eux par un moyen de communication quelconque, par exemple par un réseau informatique de type Ethernet ou Wi-Fi. Toujours suivant ce mode de réalisation, le système dispose d'au moins une unité de calcul de position 5, par exemple sous la forme d'un serveur informatique relié au réseau des points d'accès P. Conformément à l'invention, chaque capteur 3i relève, à la réception successive d'un premier message Mli et d'un second message .6 M2i, les temps d'arrivée respectifs til et ti3 du premier message Mli et du second message M2i. Pour chaque paire de message Mli suivi d'un message M2i associé, chaque capteur 3i transmet par le biais du point d'accès P dont elle dépend un relevé à destination de l'unité de calcul de position 5. Un tel relevé comprend par exemple entre autres un identifiant permettant de déterminer de manière unique l'identité du capteur 3i, l'information permettant de déterminer l'instant ti0 d'émission du message Mli dans la base de temps locale à la balise li, les instants d'arrivée respectifs tif et ti3 respectifs des messages Mli et M2i au capteur 3i dans sa propre base de temps, l'identification de la balise li ayant transmis le premier message Mli et celle du relais 2i ayant transmis le second message M2i en réponse au premier message Mli. L'unité de calcul de position 5 collecte les différents relevés transmis par les points d'accès P. Dans un mode de réalisation possible, la position de chaque balise li est déterminée à l'aide d'un filtre de Kalman de type EKF ou UKF associé à la balise li. Les relevés reçus en provenance des points d'accès P sont groupés par identifiant de balise li et ordonnés par temps ti0 croissant. Pour un message Mli transmis à ti0 donné, on a une estimation du temps tif de réception du premier message Mli par un capteur 3i d'identité et de position connue, l'identité et la position d'un relais 2i ayant transmis un message M2i associé, l'instant de réception ti3 du message M2i par le même capteur 3i, le délai Di de retransmission du message M2i par 2i, le temps de vol de 2i à 3i. Le filtre de Kalman peut alors être mis à jour pour estimer la position de la balise li -et donc du mobile associé- à l'instant ti0 dans sa propre base de temps. On peut généraliser les modes de réalisations précédents au cas d'un système qui comporterait au moins une balise de position supposée connue et au moins un capteur de position supposée connue. Le système comporterait en outre un ou plusieurs relais dont la position est à déterminer.

Claims

REVENDICATIONS1. Système de localisation d'un élément mobile caractérisé en ce qu'il comporte : - au moins une balise (1, 11, 12, 13) émettant des messages radios ; au moins un relais (2, 21, 22) capable d'émettre un second message avec un délai connu suite à la réception d'un premier message en provenance de ladite au moins une balise (1, 11, 12, 13) ; - au moins un capteur (3) capable de mesurer dans une base temps locale les instants d'arrivée des messages provenant desdits au moins une balise (1, 11, 12, 13) et au moins un relais (2, 21, 22) ; - au moins un calculateur de position (5), pouvant être central ou embarqué avec chaque capteur, capable de déterminer la position d'un élément mobile à partir des informations de temps d'arrivée ; l'élément mobile pouvant être une balise (1, 11, 12 ,13), un relais (2, 21, 22) ou un capteur (3).
2. Système de localisation d'un élément mobile selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte un séquenceur central (4) disposant d'un émetteur radio et que chaque balise (1, 11, 12, 13) contient un récepteur radio adapté pour recevoir des messages émis par ledit séquenceur central.
3. Système de localisation d'un élément mobile selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs 30 capteurs (3) tous reliés par un moyen de télécommunication à un calculateur de position.. Système de localisation d'un élément mobile selon la revendication 3 caractérisé en ce le moyen de télécommunication est de type Ethernet filaire ou WI-FI et que le calculateur de position est un serveur informatique. 5. Système de localisation d'un élément mobile selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que la balise, le relais et le capteur utilisent des émetteurs et récepteurs radio du type à impulsions Ultra Large Bande. 6. Procédé de localisation d'un élément mobile caractérisé en ce qu'il comprend des étapes de : (a) Emission par au moins une balise d'un message M1 ; (b) Réception dudit message M1 par au moins un relais et émission d'un 15 message M2 avec un délai connu par rapport à la réception du message M1 par ledit au moins un relais; (c) Réception desdits messages M1 et M2 par au moins un capteur et (d) Détermination de la position d'un mobile portant la balise, le relais ou le capteur, à partir des informations de temps d'arrivée. 20 7. Procédé de localisation d'un élément mobile selon la revendication 6 caractérisé en ce que le message M1 émis dans l'étape (a) comporte un marqueur de position identifiant l'instant d'émission dans la base temps de la balise et/ou l'instant de réception du message dans la base temps 25 du relais ou du capteur. 8. Procédé de localisation d'un élément mobile selon l'une des revendications 6 et 7 caractérisé en ce que le message M2 émis dans l'étape (b) comporte un marqueur de position identifiant l'instant 30 d'émission dans la base temps du relais et/ou l'instant de réception du message dans la base temps du capteur et/ou le délai entre l'instant de réception du message M1 et l'instant d'émission du message M2 dans la base de temps propre du relais.. Procédé de localisation d'un élément mobile selon la revendication 6 caractérisé en ce que le message M1 émis dans l'étape (a) par une balise comporte dans ses données l'identification de la balise. 10. Procédé de localisation d'un élément mobile selon l'une des revendications 6 ou 7 caractérisé en ce que le message M2 émis dans l'étape (b) par un relais comporte dans ses données l'identification du relais et celle de la balise ayant déclenché la retransmission. 11. Procédé de localisation d'un élément mobile selon l'une des revendications 6 à 8 caractérisé en ce que le délai entre la réception d'un message M1 émis dans l'étape (a) et l'émission d'un message M2 émis dans l'étape (b) par un relais est au moins égal au temps de traitement des messages M1 ou M2, et autant que possible du même ordre de grandeur que le temps de traitement des messages M1 ou M2. 12. Balise d'émission de message radio pour la mise en oeuvre du système conforme à l'une des revendications 1 à 5 et/ou du procédé conforme à l'une des revendications 6 à 11, caractérisée en ce qu'elle émet périodiquement un message M1 comportant un marqueur de position identifiant un instant d'émission dans une base temps de la balise. 13. Relais de réception et d'émission de message radio pour la mise en oeuvre du système conforme à l'une des revendications 1 à 5 et/ou du procédé conforme à l'une des revendications 6 à 11, caractérisé en ce qu'il est configuré pour : - recevoir un message M1 provenant d'une balise, - émettre un message M2 comportant dans ses données le message M1 et comportant un marqueur de position identifiant l'instant d'émission du message M2 dans une base temps du relais,- le délai entre la réception du message M1 et l'émission du message M2 étant connue de manière certaine dans une base de temps du relais. 14. Capteur de réception de message radio pour la mise en oeuvre du 5 système conforme à l'une des revendications 1 à 5 et/ou du procédé conforme à l'une des revendications 6 à 11, caractérisé en ce qu'il est configuré pour : - recevoir un message M1 émis d'une balise et un message M2 émis d'un relais, et 10 - mesurer dans une base temps locale les instants d'arrivée deS messages provenant la balise et/ou du relais.