FR3038732B1 - Dispositif de geolocalisation par li-fi - Google Patents

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Abstract

Dispositif de géolocalisation (1) comportant : - des moyens de détection comprenant un photodétecteur (9) et adaptés à détecter un signal Li-Fi provenant d'une source d'émission lumineuse externe ; - des moyens de traitement (16) adaptés à produire des paramètres de localisation à partir du signal Li-Fi détecté, et à fournir une position relative du dispositif de géolocalisation par rapport à la source d'émission lumineuse externe à partir des paramètres de localisation.

Description

L'invention concerne un dispositif de géolocalisation comportant un photodétecteur adapté à détecter un signal Li-Fi et des moyens de traitement utilisant le signal Li-Fi pour fournir une position du dispositif de géolocalisation.
ARRIERE PLAN DE L'INVENTION L'utilisation de la technologie Li-Fi (pour « Light Fidelity ») pour mettre en œuvre une communication sans fil présente de nombreux avantages : disponibilité du spectre optique, absence d'interférences électromagnétiques, coût, etc.
De plus, grâce notamment au développement de diodes électroluminescentes (LED) présentant des capacités de commutations très importantes et de photodiodes présentant des temps de réponse très élevés, on peut transmettre et recevoir avec le Li-Fi des données avec un débit nettement plus important que le débit offert par exemple par la technologie WiFi (pour « Wireless Fidelity ») .
La technologie Li-Fi est ainsi parfaitement adaptée pour transmettre et recevoir de la musique, des vidéos, des données internet, des données de mesure (température, luminosité, etc.), des alarmes (incendie, présence de vapeurs toxiques, etc.), pour connecter en réseau des capteurs ou d'autres types d'appareils, etc.
Parmi ces applications, certaines requièrent de déterminer la position d'un appareil électronique mobile susceptible de communiquer par Li-Fi.
OBJET DE L'INVENTION L'invention a pour objet de déterminer la position d'un appareil électronique mobile susceptible de communiquer par Li-Fi.
RESUME DE L’INVENTION
En vue de la réalisation de ce but, on propose un dispositif de géolocalisation comportant : des moyens de détection comprenant un photodétecteur et adaptés à détecter un signal Li-Fi provenant d'une source d'émission lumineuse externe ; des moyens de traitement adaptés à produire des paramètres de localisation à partir du signal Li-Fi détecté, et à fournir une position relative du dispositif de géolocalisation par rapport à la source d'émission lumineuse externe à partir des paramètres de localisation.
En équipant un appareil électronique mobile susceptible de communiquer par Li-Fi du dispositif de géolocalisation de l'invention, on obtient à partir du signal Li-Fi provenant de la source d'émission lumineuse externe la position relative du dispositif de géolocalisation par rapport à ladite source.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit en référence aux figures des dessins annexés parmi lesquelles : - la figure 1 représente un réseau d'appareils électroniques communiquant entre eux par Li-Fi, l'un des appareils étant un téléphone mobile équipé du dispositif de géolocalisation selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 représente le téléphone mobile équipé du dispositif de géolocalisation selon le premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 3 représente des moyens de détection du dispositif de géolocalisation selon le premier mode de réalisation de l'invention ; - les figures 4a à 4c représentent des radiances détectées par les moyens de détection du dispositif de géolocalisation selon le premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 5 représente le téléphone mobile positionné horizontalement ainsi que des lampes à LED émettant un signal Li-Fi utilisé par le dispositif de géolocalisation pour déterminer la position du téléphone mobile ; - la figure 6 est une figure analogue à celle de la figure 5 dans laquelle le téléphone mobile est orienté selon un angle de lacet, un angle de roulis et un angle de tangage ; - la figure 7 représente un diagramme schématisant le fonctionnement du dispositif de géolocalisation selon un deuxième mode de réalisation de l'invention
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
En référence aux figures 1 et 2, le dispositif de géolocalisation 1 selon un premier mode de réalisation de l'invention équipe ici un appareil électronique susceptible de communiquer par Li-Fi, en l'occurrence un téléphone mobile 2 muni de moyens de communication Li-Fi.
Le téléphone mobile 2 est lui-même intégré dans un réseau localisé dans une pièce d'un espace de travail et comprenant une pluralité d'appareils électroniques inter- connectés et communiquant entre eux par Li-Fi. Le réseau comprend, outre le téléphone mobile 2, des lampes à LED 3a, 3b, 3c, 3d fixées au plafond de la pièce, un ordinateur 4a, un serveur 4b, une imprimante 5, un ordinateur portable 6, un thermomètre 7, etc.
Le dispositif de géolocalisation 1 du téléphone mobile 2 utilise des signaux Li-Fi émis dans le spectre visible par les lampes à LED 3.
Le dispositif de géolocalisation 1 traite les signaux Li-Fi détectés par un photodétecteur 9 et ayant été émis par les lampes à LED 3 et fournit à partir des signaux Li-Fi détectés une position relative du dispositif de géolocalisation 1 et donc du téléphone mobile 2 dans la pièce par rapport aux lampes à LED 3, et une position absolue du dispositif de géolocalisation 1 et donc du téléphone mobile 2 en fonction de la position relative du dispositif de géolocalisation 1 et des positions de chacune des lampes à LED 3.
En référence à la figure 3, le dispositif de géolocalisation 1 comporte pour détecter les signaux Li-Fi des moyens de détection qui comprennent le photodétecteur 9 de type photodiode à quatre quadrants 10. La photodiode comprend une zone active 11 circulaire divisée en quatre quadrants 10 présentant une forme de quart de cercle : un quadrant haut 10a, un quadrant bas 10b, un quadrant gauche 10c et un quadrant droit lOd. Chaque quadrant 10 constitue une cellule de détection d'une radiance des signaux Li-Fi émis par les lampes à LED 3 et détectée par le photodétecteur 9.
Le fonctionnement du photodétecteur 9 est illustré par les figures 4a à 4c sur lesquelles sont représentées différents niveaux de radiances détectés par les quadrants 10 selon différentes directions d'une source lumineuse .
Sur la figure 4a, le quadrant haut 10a détecte une radiance maximale et le quadrant bas 10b détecte une radiance presque nulle. Le quadrant gauche 10c détecte une radiance intermédiaire basse et le quadrant droit lOd détecte une radiance intermédiaire haute. L'aiguille 8 montre la direction de provenance de l'intensité la plus forte, une fois moyennée avec l'intensité de chaque quadrant .
Sur la figure 4b, le quadrant bas 10b détecte une radiance maximale, le quadrant gauche 10c détecte une radiance intermédiaire haute, le quadrant haut 10a et le quadrant droit lOd détectent une radiance intermédiaire basse. Dans cette figure l'aiguille 8 est déplacée conformément à la direction de provenance de l'intensité la plus forte, une fois moyennée avec l'intensité de chaque quadrant.
Sur la figure 4c, le quadrant haut 10a détecte une radiance maximale et le quadrant bas 10b détecte une radiance presque nulle. Le quadrant gauche 10c et le quadrant droit lOd détectent une radiance intermédiaire basse, donc l'aiguille 8 montre la direction de provenance de l'intensité la plus forte, c'est-à-dire, ici, le milieu du quadrant 10a.
En référence aux figures 5 et 6, chaque lampe à LED 3 émet de la lumière selon un diagramme de radiance 13 présentant un lobe de forme elliptique de grand axe vertical perpendiculaire au plafond de la pièce. La radiance selon l'axe vertical est une radiance unitaire, alors que la radiance selon un axe orientée d'un angle σ correspond à une fraction de la radiance en fonction de σ qui est dirigée vers le photodétecteur 9 du dispositif de géolocalisation 1 du téléphone mobile 2.
La radiance détectée par chaque quadrant 10 dépend de la position et de l'orientation dudit quadrant 10 par rapport au diagramme de radiance 13 de chacune des lampes à LED 3, et donc de la position et de l'orientation du téléphone mobile 2 par rapport à chacune des lampes à LED 3 .
Ainsi, lorsque le téléphone mobile 2 est disposé comme représenté sur la figure 5, c'est à dire horizontalement, dans un espace situé sensiblement sous la lampe à LED 3b et de sorte que le quadrant haut 10a soit le plus proche du grand axe vertical du diagramme de radiance de la lampe à LED 3b, que le quadrant bas 10b soit le plus éloigné du grand axe vertical du diagramme de radiance de la lampe à LED 3b, la radiance détectée par le quadrant haut 10a est la plus élevée, la radiance détectée par le quadrant bas 10b est la moins élevée, et le quadrant gauche 10c et le quadrant droit lOd détectent une radiance intermédiaire relativement proche. Cette situation correspond à la figure 4a, sur laquelle l'aiguille 8 détermine la position de la lampe la plus proche. Selon l'intensité enregistrée par le photodétecteur 9 et en accédant à une table de correspondance située dans le dispositif de géolocalisation 1, on peut déterminer la position du téléphone mobile 2 par rapport à la lampe la plus proche, en l'occurrence la lampe à LED 3b.
Le dispositif de géolocalisation 1 comporte des moyens de traitement 16 qui sont connectés aux quatre quadrants 10 du photodétecteur 9. Les moyens de traitement 16 acquièrent des signaux électriques générés par les quadrants 10 en fonction de la radiance détectée, et produisent à partir de ces signaux électriques des signaux de mesure représentatifs de la radiance détectée par chaque quadrant 10. Les signaux de mesure constituent des paramètres de localisation pour estimer la position du dispositif de géolocalisation 1.
Des caractéristiques des diagrammes de radiance des lampes à LED 3 sont stockées dans un premier module mémoire 17 du dispositif de géolocalisation 1 relié aux moyens de traitement 16.
Les moyens de traitement 16 utilisent les signaux de mesure ainsi que les caractéristiques des diagrammes de radiance des lampes à LED 3 pour estimer la position relative de chaque quadrant 10 par rapport à chaque lampe à LED 3, pour en déduire une distance du téléphone mobile 2 par rapport à chaque lampe à LED 3, et pour fournir par triangulation une position relative du téléphone mobile 2 par rapport à chacune des lampes à LED 3.
Une fois que la position relative du téléphone mobile 2 est produite par le dispositif de géolocalisation 1, le dispositif de géolocalisation 1 interroge chacune des lampes à LED 3 pour connaître la position précise de chaque lampe à LED 3.
Pour mettre en œuvre cette communication, le dispositif de géolocalisation 1 comporte un module d'émission Li-Fi 18 connecté à une diode électroluminescente 20 et un module de réception Li-Fi 19 connecté au photodétecteur 9. Le module d'émission 18 et le module de réception 19 sont adaptés respectivement à émettre via la diode électroluminescente 20 et à recevoir via le photodétecteur 9 des données Li-Fi à un débit relativement élevé.
Le dispositif de géolocalisation 1 du téléphone mobile 2 est ainsi adapté à communiquer avec chaque lampe à LED 3.
Chaque lampe à LED 3 comporte un deuxième module mémoire 23 dans lequel des données de position (par exemple des coordonnées GPS) de la lampe à LED 3 sont stockées.
Lorsque le dispositif de géolocalisation 1 interroge chacune des lampes à LED 3 sur sa position, chaque lampe à LED 3 transforme ses données de position en signaux de localisation qui sont intégrés dans les signaux Li-Fi émis par les lampes à LED 3 et qui sont transmis au dispositif de géolocalisation 1 du téléphone mobile 2.
Les signaux de localisation sont reçus par le dispositif de géolocalisation 1 puis acquis par les moyens de traitement 16. Les moyens de traitement 16 fournissent alors une position absolue du téléphone mobile 2 à partir de la position relative du téléphone mobile 2 par rapport à chacune des lampes à LED 3 et à partir des signaux de localisation de chaque lampe à LED 3.
Comme cela a été dit plus tôt, la radiance détectée par chaque quadrant 10 dépend aussi de l'orientation dudit quadrant 10 par rapport au diagramme de radiance 13 de chacune des lampes à LED 3.
Ainsi, lorsque le téléphone mobile 2 est disposé comme représenté sur la figure 6, c'est-à-dire dans la même position que sur la figure 5 mais avec une orientation spatiale résultant d'une rotation du téléphone mobile selon un angle de lacet al, un angle de roulis ar et un angle de tangage at, la radiance détectée par chaque quadrant 10 ne correspond plus à celle détectée lorsque le téléphone mobile 2 est disposé horizontalement.
Le dispositif de géolocalisation 1 comporte un gyroscope 22 utilisé pour assurer que la position relative du téléphone mobile 2 par rapport aux lampes à LED 3 produite par le dispositif de géolocalisation 1 ne soit pas impactée par la modification de l'orientation spatiale du téléphone mobile 2.
Le gyroscope 22 mesure l'angle de lacet al, l'angle de roulis ar et l'angle de tangage at du téléphone mobile 2 et fournit aux moyens de traitement 16 une estimation de ces angles. Les radiances détectées par chaque quadrant 10 dans un référentiel 25 associé au téléphone mobile 2 orienté sont transformées, via une transformation de coordonnées, en radiances corrigées correspondant aux projections des radiances détectées dans un référentiel 26 associé au téléphone mobile 2 horizontal.
Un facteur multiplicatif issu de la transformation de coordonnées, stocké dans le premier module mémoire 17 du dispositif de géolocalisation 1, est ensuite appliqué pour compenser la perte en radiance détectée. La perte en radiance détectée est proportionnelle à l'inverse du carré de la distance R dont s'est éloigné le photodétecteur 9 de la lampe à LED 3b. Cependant, chaque quadrant collecte de l'énergie lumineuse en fonction de l'incidence lumineuse Θ correspondant à chaque quadrant et à la lampe à LED 3b.
Le dispositif de géolocalisation selon un deuxième mode de réalisation de l'invention équipe à nouveau un téléphone mobile muni de moyens de communication Li-Fi.
Le dispositif de géolocalisation selon le deuxième mode de réalisation de l'invention détecte à nouveau des signaux Li-Fi émis par des lampes à LED (ou bien par d'autres sources d'émission lumineuse externes). Le dispositif de géolocalisation selon le deuxième mode de réalisation de l'invention fournit à partir de ces signaux Li-Fi détectés une position relative et une position absolue du dispositif de géolocalisation et donc du téléphone mobile.
Dans le deuxième mode de réalisation, les paramètres de localisation utilisés pour estimer la position du dispositif de géolocalisation sont des signaux d'identification de lampes à LED contenus dans les signaux Li-Fi envoyés par les lampes à LED.
Le principe de fonctionnement du dispositif de géolocalisation selon le deuxième mode de réalisation de l'invention consiste à considérer que le dispositif de géolocalisation se trouve à proximité immédiate d'une lampe à LED lorsqu'il reçoit avec un faible taux d'erreur les signaux Li-Fi envoyés par cette lampe à LED. La position absolue du dispositif de géolocalisation est donc alors la même que celle de la lampe à LED.
On décrit plus précisément le fonctionnement du dispositif de géolocalisation selon le deuxième mode de réalisation en référence à la figure 7.
Chaque lampe à LED (ou autre source d'émission lumineuse externe) émet de manière continue des signaux Li-Fi contenant des signaux d'identification permettant d'identifier la lampe à LED.
Le dispositif de géolocalisation est tout d'abord initialisé (étape 30) .
Chaque lampe à LED ou chaque source d'émission lumineuse externe émet des signaux d'identification (étapes 31, 32) .
Le dispositif de géolocalisation détecte ensuite les signaux Li-Fi et donc les signaux d'identification émis via ses moyens de communication Li-Fi par chaque lampe à LED ou par chaque autre source d'émission lumineuse externe (étape 33).
Lorsque les signaux d'identification associés aux lampes à LED et aux autres sources d'émission lumineuse externes sont détectés avec un taux d'erreur de détection supérieur ou égal à un seuil prédéterminé τ (étape 34), une interface utilisateur du téléphone mobile, connectée au dispositif de géolocalisation, affiche un message demandant à l'utilisateur équipé du téléphone mobile de se déplacer vers une lampe à LED la plus proche ou vers une autre source d'émission lumineuse externe la plus proche (étape 35) . Le dispositif de géolocalisation est alors réinitialisé (étape 36) .
Lorsque les signaux d'identification associées à une lampe à LED particulière ou à une source d'émission lumineuse externe particulière sont détectés avec un taux d'erreur de détection inférieur au seuil prédéterminé τ, le dispositif de géolocalisation est réputé se trouver à la même position que celle de la lampe à LED particulière ou de la source d'émission lumineuse externe particulière .
Le dispositif de géolocalisation interroge alors par Li-Fi la lampe à LED particulière ou la source d'émission lumineuse externe particulière qui transmet par Li-Fi ses données de position au dispositif de géolo- calisation (étape 37) .
Les moyens de traitement produisent alors une position absolue du téléphone mobile qui correspond à la position de la lampe à LED particulière ou de la source d'émission lumineuse externe particulière.
La position absolue du téléphone mobile est alors sauvegardée (étape 38), affichée (étape 39), et le dispositif de géolocalisation est mis en veille (étape 40). L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation particulier qui vient d'être décrit, mais, bien au contraire, couvre toute variante entrant dans le cadre de l'invention tel que défini par les revendications.
Bien que l'on ait indiqué dans la description du premier mode de réalisation que chaque lampe à LED comporte un deuxième module mémoire dans lequel sont stockées des données de position de la lampe à LED, il est possible de simplifier l'architecture des lampes à LED et de connecter chaque lampe à LED à un serveur qui leur transmet ces données de position.
Bien que l'on ait indiqué que le photodétecteur comporte des moyens de détection du dispositif de géolocalisation selon le premier mode de réalisation de l'invention est destiné à détecter une radiance de signaux Li-Fi, les moyens de détection peuvent parfaitement être adaptés à détecter toute autre grandeur lumineuse représentative d'une intensité lumineuse perceptible au niveau du dispositif de géolocalisation.

Claims (7)

  1. REVENDICATIONS
    1. Dispositif de géolocalisation (1) comportant : - des moyens de détection comprenant un photodétecteur (9) et adaptés à détecter un signal Li-Fi provenant d'une source d'émission lumineuse externe ; - des moyens de traitement (16) adaptés à produire des paramètres de localisation à partir du signal Li-Fi détecté, et à fournir une position relative du dispositif de géolocalisation par rapport à la source d'émission lumineuse externe (3) à partir des paramètres de localisation, le photodétecteur comportant une pluralité de cellules de détection, les paramètres de localisation comportant des signaux de mesure représentatifs des intensités lumineuses de signaux Li-Fi provenant d'une pluralité de sources d'émission lumineuse externe et détectés par la pluralité de cellules de détection, et les moyens de traitement étant adaptés à fournir par triangulation une position relative du dispositif de géolocalisation à partir des signaux de mesure et des positions relatives des cellules de détection.
  2. 2. Dispositif de géolocalisation selon la revendication 1, dans lequel le dispositif de géolocalisation comporte un gyroscope (22) destiné à fournir une orientation spatiale du dispositif de géolocalisation et dans lequel les moyens de traitement (16) sont adaptés à corriger les signaux de mesure et la position relative du dispositif de géolocalisation en fonction de l'orientation spatiale du dispositif de géolocalisation.
  3. 3. Dispositif de géolocalisation selon la revendication 1, dans lequel le photodétecteur est de type pho- todiode à quatre quadrants (10) .
  4. 4. Dispositif de géolocalisation selon la revendication 1, dans lequel les paramètres de localisation comportent des signaux d'identification de la source d'émission lumineuse externe contenus dans le signal Li-Fi détecté .
  5. 5. Dispositif de géolocalisation selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les moyens de traitement (16) sont en outre adaptés à fournir une position absolue du dispositif de géolocalisation à partir des paramètres de localisation et à partir de signaux de localisation de la source d'émission lumineuse externe contenus dans le signal Li-Fi détecté.
  6. 6. Appareil électronique mobile susceptible de communiquer par Li-Fi et comportant un dispositif de géolocalisation selon l'une des revendications précédentes, l'appareil électronique mobile étant un téléphone mobile, ou une tablette, ou un ordinateur portable, ou un appareil de mesure, ou un appareil de géolocalisation, ou une enceinte portable.
  7. 7. Système de géolocalisation comportant un appareil électronique mobile selon la revendication 6 et au moins une source d'émission lumineuse externe destinée à émettre le signal Li-Fi détecté par les moyens de détection du dispositif de géolocalisation de l'appareil électronique mobile.
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