FR3044774A1 - Procede utilisant des mesures de puissances pour determiner des donnees de positionnement entre deux corps - Google Patents
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Abstract
Le procédé d'utilisation est associé à un système comprenant un premier corps (1) présentant une direction d'orientation (2) et portant au moins deux nœuds électroniques (3, 4) agencés selon des positions distinctes au niveau du premier corps (1), ledit système comprenant un deuxième corps (5) associé à au moins un nœud électronique (5e), lesdits nœuds électroniques (3, 4) portés par le premier corps (1) et ledit au moins un nœud électronique (5e) associé au deuxième corps (5) étant aptes à communiquer entre eux par liens radioélectriques (7,6). Le procédé comprend les étapes suivantes : • une étape d'établissement (E1), pour chaque nœud électronique (3, 4) porté par le premier corps (1), d'un lien radioélectrique (6, 7) avec ledit au moins un nœud électronique associé au deuxième corps (5), • une étape de détermination (E2), pour chaque lien radioélectrique établi (6, 7), d'un paramètre de réception représentatif d'une puissance de réception associée audit lien radioélectrique établi, • une étape de détermination (E3) d'un angle relatif (α) entre la direction d'orientation (2) du premier corps (1) et une droite (8) passant par le premier corps (1) et le deuxième corps (5) en utilisant les paramètres de réception déterminés.
Description
Procédé utilisant des mesures de puissances pour déterminer des données de positionnement entre deux corps
Domaine de l'Invention [001] L’invention concerne le domaine de la radiolocalisation, notamment dans le cadre des réseaux corporels.
Etat de la technique [002] Avec l'avènement des vêtements instrumentés intelligents, la généralisation des équipements numériques personnels et des technologies radio/capteur à très basse consommation, les réseaux corporels (ou « Body/Wearable Area Networks » en langue anglaise) doivent permettre de couvrir les besoins d'une pluralité de domaines (multimédia, santé, sécurité, sport, etc.). Par ailleurs, de nombreuses applications émergentes supposent la mise à disposition d'informations précises sur la position et/ou l'orientation des utilisateurs mobiles. Ces applications concernent par exemple la navigation piéton intérieure, la capture et l'analyse des sports collectifs, la coordination de personnels, la détection de commande gestuelle, ou encore la détection de posture, etc. Les solutions de l'état de l'art autorisant, à partir de signaux radio à bande-étroite, une estimation de l'angle d'arrivée nécessitent une architecture hardware spécifique au niveau du récepteur, ainsi qu'une mise en forme particulière du signal transmis en conséquence. Elles ne sont donc pas d'emblée compatibles avec les standards/dispositifs conventionnels de communication comme le Bluetooth ou le wi-fi et ne sauraient être mises en oeuvre au niveau de l'utilisateur mobile, mais de préférence au niveau d'une l'infrastructure (ex. station de base, point d'accès, ou autre). Par ailleurs, la plupart des solutions de radiolocalisation du piéton sont fortement pénalisées par les perturbations et obstructions radio générées par le corps du porteur des dispositifs radio lui-même et/ou par les obstacles extérieurs (ex. non-visibilités radio en intérieur).
Objet de l'invention [003] Il existe donc un besoin de développer une nouvelle solution permettant d'élaborer au moins une donnée relative à l'orientation du porteur, en utilisant notamment tout type de signal, ainsi qu'une architecture de récepteur radio conventionnelle dédiée à la communication.
[004] On tend à résoudre ce besoin grâce à un procédé d'utilisation d'un système comprenant un premier corps présentant une direction d'orientation et portant au moins deux nœuds électroniques agencés selon des positions distinctes au niveau du premier corps, ledit système comprenant un deuxième corps associé à au moins un nœud électronique, lesdits nœuds électroniques portés par le premier corps et ledit au moins un nœud électronique associé au deuxième corps étant aptes à communiquer entre eux par liens radioélectriques, ledit procédé comprenant les étapes suivantes ; une étape d'établissement, pour chaque nœud électronique porté par le premier corps, d'un lien radioélectrique avec ledit au moins un nœud électronique associé au deuxième corps ; une étape de détermination, pour chaque lien radioélectrique établi, d'un paramètre de réception représentatif de la puissance de réception associée audit lien radioélectrique établi ; une étape de détermination d'un angle relatif entre la direction d'orientation du premier corps et une droite passant par le premier corps et le deuxième corps en utilisant les paramètres de réception déterminées.
[005] Selon un premier cas, ledit angle relatif est déterminé au moyen d'une fonction déterministe d'association liant ledit angle relatif aux valeurs de paramètres de réception déterminés associées auxdits liens radioélectriques, notamment à une valeur de différence entre les paramètres de réception déterminés et exprimés en décibel.
[006] Par exemple, ladite fonction déterministe comporte des paramètres calculés à partir d'un modèle prédéterminé et reproductible liant l'atténuation moyenne en puissance subie pour chaque lien radioélectrique en fonction dudit angle relatif et de la position du nœud électronique sur le premier corps et associé audit lien radioélectrique.
[007] Ladite fonction déterministe peut comporter des paramètres calculés à partir d'une dynamique observée de manière empirique de paramètres de réception pendant une phase de calibrage associée au premier corps.
[008] Notamment, la phase de calibrage associée au premier corps consiste à assurer un mouvement du premier corps portant lesdits au moins deux noeuds électroniques pour tester une pluralité d'angles relatifs possibles entre la direction d'orientation dudit premier corps et une droite passant par le premier corps et un corps étalon de manière à mesurer, pour chaque angle relatif testé des différences minimales et maximales entre des paramètres de réception étalon de liens radioélectriques établis entre lesdits aux moins deux nœuds électroniques du premier corps et un nœud électronique du corps étalon.
[009] En particulier, la fonction déterministe est une fonction d'interpolation calculée à partir des différences minimales et maximales entre les paramètres de réception étalons mesurés de manière empirique pendant la phase de calibrage pour les différentes valeurs d'angles relatifs testés.
[0010] Selon un deuxième cas, l'étape de détermination de l'angle relatif permet de déterminer conjointement une distance relative séparant le premier corps du deuxième corps.
[0011] En particulier, l'angle relatif et la distance relative sont obtenus par résolution d'un système d'équations à deux inconnues formées respectivement par l'angle relatif et la distance relative, ledit système prenant en entrée les paramètres de réception déterminés et un modèle paramétrique d'atténuation moyenne par lien radioélectrique dont un premier paramètre correspondant à l'atténuation moyenne type à une distance de référence, et un deuxième paramètre correspondant à un coefficient d'atténuation moyenne, sont également deux fonctions dépendantes des inconnues recherchées.
[0012] Selon une mise en œuvre, le système comprend une pluralité de deuxièmes corps associé chacun à au moins un nœud électronique et de telle sorte que chaque deuxième corps forme un couple avec le premier corps, lesdits deuxièmes corps appartenant à une infrastructure fixe, et : l'étape d'établissement est mise en œuvre pour chaque deuxième corps, d'où il résulte que pour chaque couple des liens radioélectriques sont formés entre lesdits noeuds électroniques portés par le premier corps dudit couple et ledit au moins un nœud électronique associé au deuxième corps dudit couple ; l'étape de détermination d'un angle relatif est mise en œuvre pour chaque couple ; ledit procédé comporte une étape de détermination d'une position absolue et/ou d'un angle absolu du premier corps au sein d'un référentiel de l'infrastructure comprenant la pluralité de deuxièmes corps à partir des angles relatifs déterminés associés auxdits couples.
[0013] En particulier, l'étape de détermination de l'angle absolu et/ou de la position absolue comporte l'utilisation d'une fonction d'estimation prenant en entrée des positions absolues connues des deuxièmes corps au sein du référentiel de l'infrastructure et chaque angle relatif déterminé, ladite fonction d'estimation donnant en sortie ledit angle absolu et/ou ladite position absolue.
[0014] Notamment, l'angle absolu correspond à l’angle formé entre la direction d'orientation du premier corps et une direction de référence invariante dans le référentiel global de l'infrastructure, par exemple donnée par le nord magnétique terrestre.
[0015] La fonction d'estimation peut être telle que l'angle absolu et/ou la position absolue sont obtenus comme la solution itérative d'un problème au sens des moindres carrés impliquant une forme approximée et localement linéarisée d'une fonction de référence reliant la valeur de l'angle relatif à la position absolue d'un deuxième corps associé, à la position absolue du premier corps et à l'angle absolu associé au premier corps.
[0016] Selon un mode de réalisation additionnel, le système comporte une pluralité de corps mobiles présentant chacun une direction d'orientation et portant chacun au moins deux nœuds électroniques agencés à des positions différentes sur ledit corps mobile, ledit premier corps et ledit deuxième corps faisant partie de la pluralité de corps mobiles, et le procédé comporte pour chaque corps mobile et lorsque ledit corps mobile est à portée de communication avec au moins un autre corps mobile : une étape d'établissement, pour chaque nœud électronique dudit corps mobile, d'un lien radioélectrique avec au moins un nœud électronique de chaque autre corps mobile à portée de communication ; une étape de détermination, pour chaque lien radioélectrique établi, d'un paramètre de réception représentatif de la puissance de réception associée audit lien radioélectrique établi ; une étape de détermination d'un angle relatif et d'une distance relative entre ledit corps mobile et chaque corps mobile dont au moins un nœud électronique est à portée de communication des nœuds électroniques dudit corps mobile à partir des paramètres de réception déterminés. Par ailleurs, le procédé comporte une étape de mise en œuvre d'une fonction coopérative d'estimation de positions relatives prenant en entrée des angles relatifs déterminés et des distances relatives déterminées entre corps mobiles.
[0017] La fonction coopérative d'estimation de positions relatives peut prendre en entrée l'ensemble des angles relatifs déterminés de chacun des corps mobiles et l'ensemble des distances relatives déterminées entre corps mobiles, alternativement la fonction coopérative d'estimation de positions relatives est mise en œuvre pour chaque corps mobile et prend en entrée les angles relatifs et les distances relatives déterminées dudit corps mobile par rapport à chaque autre corps mobile à portée de communication.
[0018] Le système peut comporter une infrastructure fixe munie d'au moins deux éléments communicants dont les positions absolues dans le référentiel de l'infrastructure sont connues, et ces positions absolues sont injectées dans la fonction coopérative d'estimation des positions pour que cette dernière donne en sortie les positions absolues de corps mobiles au sein du référentiel lié à l'infrastructure.
[0019] La fonction coopérative d'estimation peut mettre en œuvre un algorithme de positionnement multidimensionnel, ou un filtre de poursuite coopératif de positions de corps mobiles de type Bayésiens.
[0020] L'invention est aussi relative à un système comprenant un premier corps portant au moins deux nœuds électroniques agencés à des positions distinctes et présentant une direction d'orientation, ledit système comprenant un deuxième corps associé à au moins un nœud électronique apte à communiquer avec les nœuds électroniques portés par le premier corps, ledit système comporte : un module configuré pour établir des liens radioélectriques entre les deux nœuds électroniques portés par le premier corps et ledit au moins un nœud électronique associé au deuxième corps ; un module configuré pour mesurer des paramètres de réception représentatifs des puissances de réception de chacun des liens radioélectriques établis ; et un module configuré pour exploiter les paramètres de réception mesurés en vue d'établir une valeur d'un angle relatif entre ladite direction d'orientation du premier corps et une droite passant par les premier et deuxième corps
Description des dessins [0021] L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins sur lesquels : - la figure 1 est une illustration schématique d'un système selon un mode d'exécution de l'invention et muni d'un premier corps et d'un deuxième corps, - la figure 2 illustre schématiquement différentes étapes d'un procédé d'utilisation du système, - la figure 3 illustre une différence de puissances (reçues par deux nœuds portés) en décibels évoluant en fonction du temps au cours d'une phase de calibrage, - la figure 4 illustre la différence de puissances (reçues par deux nœuds portés) en fonction de l'angle relatif à partir de données empiriques et selon une fonction de d'association linéaire et d'association cubique, - la figure 5 illustre deux courbes d'évolution de l'angle relatif (réel et estimé) au cours du temps lorsque le premier corps se déplace par rapport à un deuxième corps fixe, - la figure 6 illustre schématiquement l'interaction entre deux corps similaires, - la figure 7 illustre schématiquement le déplacement d'un premier corps mobile vis à vis de deux deuxièmes corps fixes, - la figure 8 illustre différentes étapes selon une mise en œuvre particulière du procédé, - la figure 9 illustre une pluralité de corps mobiles évoluant dans un même environnement, - la figure 10 illustre des étapes selon un mode particulier de mise en œuvre du procédé.
[0022] Dans ces figures, les mêmes références sont utilisées pour désigner les mêmes éléments.
Description de modes de réalisation de l'invention [0023] Dans la suite de cette description, les caractéristiques et fonctions bien connues de l'homme du métier ne sont pas décrites en détails.
[0024] Les situations d'obstruction radio inattendues posent généralement des problèmes à la radiolocalisation, à la détection des corps et à la déduction de leur orientation. L'homme du métier cherche usuellement à contrecarrer ces problématiques d'obstruction, qu'elles soient causées par le porteur des dispositifs radio mobiles lui-même ou par des obstacles extérieurs dans l'environnement. Le procédé et le système décrits ci-après proposent au contraire de tirer partie d'une conséquence de l'atténuation provoquée par un corps porteur de nœuds électroniques, aussi appelés nœuds radio, sur des ondes radioélectriques en vue de déterminer au moins une information d'angle relatif entre ce corps et un autre corps, également porteur de noeud(s) radio, et vis-à-vis desquels ou duquel des liens radioélectriques sont établis.
[0025] Un objectif est d'établir pour un premier corps une information de type angulaire entre ce premier corps et un deuxième corps.
[0026] La figure 1 illustre un système comprenant le premier corps 1 présentant une direction d'orientation 2 et portant au moins deux nœuds électroniques 3, 4 agencés selon des positions distinctes au niveau du premier corps 1. Par « agencé selon des positions distinctes », on entend que ces deux nœuds électroniques 3, 4 sont placés à des endroits différents du premier corps 1. En particulier, le premier corps 1 comportant une face avant 1a et une face arrière 1b, un des nœuds électronique 3 est placé sur la face avant 1a dudit premier corps 1 et l'autre nœud électronique 4 est placé sur la face arrière 1 b dudit premier corps 1.
[0027] Le premier corps 1 peut porter uniquement deux nœuds électroniques 3, 4 ou plus.
[0028] Selon une mise en œuvre préférée, le premier corps 1 est susceptible de se déplacer. Il peut notamment s'agir d'un individu, comme par exemple un être humain, que l'on souhaite suivre, ou qui souhaite récupérer des informations quant à son environnement.
[0029] La direction d'orientation 2, ou vecteur d'orientation, correspond à la direction visée ou le cap suivi par le premier corps 1. Lorsque le premier corps 1 est un humain, la direction d'orientation peut être la normale par rapport à son torse et orientée selon la direction suivant le regard de l'individu.
[0030] Lorsque le premier corps 1 est un être humain, les nœuds électroniques peuvent être intégrés à un vêtement porté par ledit premier corps 1, ou fixés sur ce même vêtement. Par « intégrés à un vêtement », on entend que les nœuds électroniques peuvent être enfouis dans le vêtement. Bien entendu d'autres options sont possibles, les nœuds électroniques pouvant être fixés par sangle audit premier corps 1 ou par bande autoagrippante.
[0031] Par ailleurs, cette figure 1 montre aussi que le système comporte un deuxième corps 5. Le premier corps 1 peut être mobile par rapport au deuxième corps 5. Alternativement, le premier corps 1 peut être immobile et c'est le deuxième corps 5 qui se déplace dans l'environnement du premier corps 1. Encore alternativement les premier et deuxième corps 1, 5 peuvent être mobiles entre eux et chacun apte à se déplacer. Le deuxième corps 5 est associé à au moins un nœud électronique 5e, cette association est notamment telle que le deuxième corps 5 porte ledit nœud électronique ou que ce dernier est monté sur ledit deuxième corps 5. Les nœuds électroniques 3, 4 portés par le premier corps 1 et ledit au moins un nœud électronique 5e associé au deuxième corps 5 sont aptes à communiquer entre eux par liens radioélectriques 6, 7. Autrement dit, les nœuds électroniques 3, 4 portés par le premier corps 1 sont distincts et ledit au moins un nœud électronique associé audit deuxième corps 5 est distinct de ceux portés par le premier corps 1. On comprend alors qu'un nœud électronique peut comporter les moyens nécessaires pour émettre et/ou recevoir une onde radioélectrique de sorte à former un lien radioélectrique correspondant.
[0032] En particulier, la figure 2 illustre un procédé d'utilisation du système et comprenant une étape d'établissement E1, pour chaque nœud électronique 3, 4 porté par le premier corps, d'un lien radioélectrique 6, 7 avec ledit au moins un nœud électronique associé deuxième corps 5, autrement dit il résulte l'établissement d'un lien radioélectrique entre chaque nœud électronique 3, 4 du premier corps 1 et le nœud électronique 5e associé au deuxième corps 5 . Sur l'exemple illustré, le premier corps 1 comporte deux nœuds électroniques 3, 4 d'où il résulte l'établissement de deux liens radioélectriques 6, 7.
[0033] Un lien radioélectrique 6, 7 peut être défini entre un émetteur d'une onde radioélectrique et un récepteur de l'onde radioélectrique.
[0034] Les liens radioélectriques peuvent être établis depuis le nœud électronique 5e associé au deuxième corps 5 en direction des nœuds électroniques 3, 4 portés par le premier corps 1, et dans ce cas le nœud électronique 5e associé au deuxième corps 5 comporte un émetteur d'une onde radioélectrique alors que les nœuds électroniques 3, 4 portés par le premier corps 1 comportent chacun un récepteur de l'onde radio électrique. Alternativement, les liens radioélectriques peuvent être établis depuis les nœuds électroniques 3, 4 portés par le premier corps 1 qui comportent alors chacun un émetteur apte à émettre en direction dudit au moins un nœud électronique 5e du deuxième corps 5 qui comporte alors un récepteur. D'autres combinaisons sont aussi possibles tout en restant dans le cadre de la présente invention, par exemple le nœud électronique 3 peut être émetteur, le nœud électronique 4 peut être récepteur et le nœud électronique 5e peut être à la fois émetteur et récepteur. Ainsi, chaque nœud électronique dans la présente description peut comporter un émetteur et/ou un récepteur selon les cas.
[0035] Il résulte du fait que les nœuds électroniques 3, 4 sont disposés à des emplacements distincts du premier corps 1 que ledit premier corps 1 va provoquer des atténuations différentes sur lesdits liens radioélectriques 6, 7. C'est ce phénomène qui va être utilisé en vue de déterminer un angle relatif entre le premier corps 1 et le deuxième corps 5. L'avantage est qu'une telle atténuation agit sur la puissance du lien radioélectrique vue par le récepteur. La puissance d'un lien radioélectrique est une valeur facilement mesurable et disponible pour la majorité des protocoles de communication. En pratique, la puissance reçue analogique (en mW) est généralement traduite par un indicateur prenant une valeur entière sur une échelle discrète -sans unité- (ou RSSI pour « Received Signal Strength Indicator » en langue anglaise) reflétant de manière linéaire le niveau (en dBm) de cette même puissance reçue. Dans ce qui suit, on se contentera de désigner cette mesure par « puissance reçue » ou par « puissance de réception » par souci de simplicité. Autrement dit, plus généralement, les termes « puissance de réception » ou « puissance reçue » utilisés dans le présent texte peuvent être généralisés aux termes (c'est-à-dire remplacés par) « paramètre de réception représentatif de la puissance de réception » aussi plus simplement désignés « paramètre de réception », ce paramètre de réception pouvant être la puissance analogique ou une image de cette puissance analogique.
[0036] En ce sens, le procédé peut en outre comporter une étape de détermination E2, pour chaque lien radioélectrique 6, 7 établi, d'une puissance de réception associée audit lien radioélectrique établi. La puissance de réception est bien entendu la puissance du lien radioélectrique mesurée par le récepteur. Autrement dit, une puissance de réception déterminée peut être une puissance de réception mesurée. Préférentiellement, les nœuds électroniques 3, 4 portés par le premier corps 1 étant les récepteurs et le nœud électronique 5e associé au deuxième corps 5 étant l'émetteur, les puissances de réception sont mesurées par les nœuds électroniques 3, 4.
[0037] Enfin le procédé peut comporter une étape de détermination E3 d'un angle relatif a entre la direction d'orientation 2 du premier corps 1 et une droite 8 passant par le premier corps 1 et le deuxième corps 5 en utilisant les puissances de réception déterminées. Cette droite 8 est représentée par des pointillés sur la figure 1.
[0038] Il existe différentes solutions permettant de déterminer cet angle relatif.
[0039] Dans un premier cas, ledit angle relatif a est déterminé au moyen d'une fonction déterministe d'association liant ledit angle relatif a aux valeurs de puissances de réception déterminées associées auxdits liens radioélectriques 6, 7, notamment à une valeur de différence entre les puissances de réception déterminées et exprimées en décibels (ou leurs équivalents, sous forme d'indicateurs de puissances reçues).
[0040] La fonction déterministe peut prendre la forme d'une fonction polynomiale de degré arbitrairement élevé.
[0041] Selon une mise en œuvre du premier cas, cette fonction déterministe comporte des paramètres calculés à partir d'un modèle prédéterminé et reproductible liant l'atténuation moyenne en puissance subie pour chaque lien radioélectrique en fonction dudit angle relatif et de la position du nœud électronique (sa position sur le premier corps 1) porté par le premier corps 1 et associé audit lien radioélectrique.
[0042] Alternativement, ladite fonction déterministe peut comporter des paramètres calculés à partir d'une dynamique observée de manière empirique de puissances de réception pendant une phase de calibrage associée au premier corps 1. Notamment, la phase de calibrage associée au premier corps 1 consiste à assurer un mouvement (notamment au moins une rotation complète) du premier corps 1 portant lesdits au moins deux nœuds électroniques 3, 4 pour tester une pluralité d'angles relatifs possibles entre la direction d'orientation 2 dudit premier corps 1 et une droite passant par le premier corps 1 et un corps étalon (ce corps étalon pouvant être le corps 5 illustré en figure 1 - autrement dit, il peut s'agir de n 'importe quel autre corps entre lequel et ledit premier corps un angle relatif peut être déterminé selon le procédé décrit) de manière à mesurer, pour chaque angle relatif testé des différences minimales et maximales entre des puissances de réception étalon de liens radioélectriques établis entre lesdits aux moins deux nœuds électroniques 3, 4 du premier corps 1 et un nœud électronique du corps étalon. Dans ce cas, la fonction déterministe peut être une fonction d'interpolation calculée à partir des différences minimales et maximales entre les puissances de réception étalons mesurées de manière empirique pendant la phase de calibrage pour les différentes valeurs d'angles relatifs testés.
[0043] Selon un exemple particulier du premier cas, l'information d'angle relatif a peut être estimée par a au moyen d'une fonction déterministe et paramétrique posée a priori (mapping en langue anglaise), y <- map(a) , liant explicitement a à la différence y[dB) observée des puissances de réception associées à des nœuds électroniques 3, 4 en faces avant et arrière du premier corps 1, soit y[dB)=RSSBack[dB)-RSSFmnt[dB) , avec RSSBack[dB) la puissance de réception en dB déterminée pour le lien radioélectrique associé au nœud électronique notamment situé sur la face arrière du premier corps 1 et RSSFmnt[dB) la puissance de réception en dB déterminée pour le lien radioélectrique associé au nœud notamment situé sur la face avant du premier corps 1. Cette fonction déterministe peut, par exemple, prendre la forme d'une fonction polynomiale de degré arbitrairement élevé du type map[a)=c0+c1a+...+cnan . Dans l'exemple donné aux figures 3 et 4, les paramètres de cette fonction polynomiale (aux ordres 1 et 3, pour illustration, avec deux fonctions d’association générales -de forme y(x)- superposées à la figure 4, dont les paramètres sont des applications numériques correspondant à la dynamique des différences de puissances reçues observée sur la figure 3) sont ajustés à la dynamique observée pour la différence de puissances y pendant la phase de calibrage illustrée en figure 3 consistant à déterminer des différences de puissance en fonction du temps liées au mouvement du corps 1 (par exemple visant à établir seulement l'excursion maximale pour cette différence pour au moins une rotation complète du premier corps 1, par exemple un individu effectuant un tour sur lui-même), en utilisant un interpolant arbitraire (par exemple une fonction linéaire ou cubique entre les valeurs minimales et maximum, pour la même illustration de la figure 3). Il résulte de la combinaison des figures 3 et 4 l'établissement de trois points P1, P2, P3 empiriques correspondant à la puissance maximum de réception mesurée, au 0, et à la puissance maximale de réception mesurée. Après calibrage et en régime établi, à partir des mesures courantes des puissances reçues au niveau des noeuds portés par le premier corps, l’angle relatif estimé courant a est alors déterminé comme la solution d’une équation du type y-map[a)= 0 prenant en compte les points empiriques déterminés ci-dessus.
[0044] La figure 5 illustre un test permettant de valider le bon fonctionnement de l'exemple particulier donné ci-dessus. Cette figure 5 permet de comparer le résultat d’une estimation de l’angle relatif a selon l’invention (courbe C1) à partir de la différence de puissances reçues observées au niveau de deux nœuds électroniques compatibles du standard IEEE 802.15.4 bande-étroite à 2,4GHz et disposés en faces avant et arrière du premier corps 1 au résultat délivré par un système optique de référence de capture haute-précision du mouvement (courbe C2) et ce, pour des liens radioélectriques vis-à-vis d’un émetteur fixe du deuxième corps appartenant à une infrastructure fixe. Ces courbes C1 et C2 représentent l'évolution de l'angle relatif d'un individu mobile (formant le premier corps 1) par rapport à l'infrastructure fixe en fonction du temps et tout au long d’une trajectoire « naturelle » de l'individu, dont l’orientation absolue (cap ou « heading » enlangue anglaise) au sein du référentiel de l'infrastructure varie en fonction du temps. On déduit de l'étude de cette figure 5 que la méthode permettant de déterminer l'angle relatif à partir d'une différence de puissances est très proche de ce que l'on obtiendrait avec un système coûteux de mesure de précision.
[0045] Il a été décrit ci-dessus l'interaction entre un premier corps 1, notamment mobile, et un deuxième corps 5 faisant partie d'une infrastructure fixe. Cet exemple n'est bien entendu pas limitatif dans le sens où le deuxième corps 5 peut aussi être du type du premier corps 1 comme l'illustre la figure 6 où les premier et deuxième corps sont formés par des individus. Dans le référentiel de l'individu de droite, ce dernier peut être le premier corps et l'individu de gauche peut être le deuxième corps, et dans le référentiel de l'individu de gauche, les rôles peuvent être inversés, c'est à dire que l'individu de gauche peut être le premier corps et l'individu de droite peut être le deuxième corps.
[0046] Ce premier cas permet notamment de couvrir de manière non limitatives des applications telles que : • le contrôle gestuel ou procédures sécurisées (comme par exemple l'autorisation d'accès de lieu et/ou à un contenu) sur la base de l'information d'orientation de l'individu notamment si le deuxième corps est fixe dans le cadre d'une infrastructure et que le premier corps est apte à se déplacer vis-à-vis de cette infrastructure ; • la détection et/ou classification d'interactions sociales de proximité, sur la base de l'information d'orientation relatives entre individus.
[0047] Selon un deuxième cas, l'étape de détermination E3 de l'angle relatif permet de déterminer conjointement une distance relative d séparant le premier corps 1 du deuxième corps 5. Ici encore les puissances de réception déterminées sont utilisées.
[0048] Préférentiellement, l'angle relatif a et la distance relative d sont obtenus par résolution d'un système d'équations à deux inconnues formées respectivement par l'angle relatif a et la distance relative d, ledit système prenant en entrée les puissances de réception déterminées et un modèle paramétrique d'atténuation moyenne par lien radioélectrique G[a ,d) (dans le cas de l'exemple où l'un des nœuds est placé en face avant du premier corps le modèle paramétrique est du type G[a,d) et l'autre nœud étant placé en face arrière du corps, le modèle paramétrique est du type G(a+180°,ci) ), dont un premier paramètre G0(a) , ou le cas échéant G0(cr+180°) , correspondant à l'atténuation moyenne type à une distance de référence, et un deuxième paramètre n(a) , ou le cas échéant n(cr+180°) , correspondant à un coefficient d'atténuation moyenne, sont également deux fonctions dépendantes des inconnues recherchées. Selon une mise en œuvre, on comprend qu'il n'y a qu’une seule et même fonction de a (définie pour un nœud en face avant). Mais selon que le nœud radio considéré est placé en face avant ou arrière, l’angle « alpha » effectif passé en argument de la fonction est tour à tour alpha ou alpha + 180° (encore une fois, si on admet une définition unique de a par individu, faisant intervenir le vecteur « direction » -normal à la face avant).
[0049] Selon un exemple particulier caractérisant l’atténuation moyenne en puissance pour des liens radioélectriques entre deux individus équipés (i.e., de nœuds électroniques portés sur un corps humain vers d’autres nœuds électroniques portés par un autre corps humain), on a : avec :
d'où il résulte qu'en connaissant RSSFmnt[dB) la puissance de réception en dB déterminée pour le lien radioélectrique associé au nœud électronique 3 situé sur la face avant du premier corps 1 et RSSBack[dB) la puissance de réception en dB déterminée pour le lien radioélectrique associé au nœud électronique 4 situé sur la face arrière du premier corps 1, l'angle relatif estimé a - correspondant à l'angle relatif à déterminer - et la distance relative estimée d - correspondant à la distance relative à déterminer - sont les solutions des équations suivantes :
où PTx représente la puissance transmise, supposée identique sur les deux liens radioélectriques (i.e., la puissance présentée en entrée de l’antenne de transmission dans le cas de l’exemple du modèle d’atténuation inter-individus ci-dessus impliquant deux corps humains, ou encore la puissance d’émission rayonnée après antenne dans le cas d’un modèle d’atténuation entre un corps humain et un élément fixe de l’infrastructure).
[0050] Ce deuxième cas permet préférentiellement de couvrir des applications telles que : • le contrôle gestuel ou les procédures sécurisées (par exemple autorisation d’accès de lieu et/ou contenu...) sur la base de l’information d’orientation et de proximité de l’individu, notamment en mobilisant au moins le deuxième corps formé par un élément fixe d'une infrastructure ; • la détection et/ou la classification d’interactions sociales de proximité, sur la base d’informations d’orientation relative et de distance relative entre individus (en mobilisant au moins un lien radioélectrique vis-à-vis d’un deuxième corps constituant un individu alors équipé de nœuds électroniques) ; • des fonctions de type radar, permettant de détecter, de positionner et de poursuivre des éléments actifs et coopératifs mobiles autour du premier corps (i.e. positionnés dans un référentiel solidaire du premier corps).
[0051] Il a été décrit ci-avant des moyens permettant de déterminer un positionnement relatif entre le premier corps 1 et le deuxième corps 5. Selon les cas d'utilisation, il peut aussi être avantageux de connaître des données de positionnement absolu du premier corps 1 dans un référentiel déterminé.
[0052] Dans un mode particulier de réalisation permettant de répondre à cette problématique de positionnement absolu, le système comprend, comme illustré en figure 7, une pluralité de deuxièmes corps 5a, 5b associé chacun à au moins un nœud électronique 5e (qui lui est propre, c'est à dire que les nœuds 5e des deuxièmes corps sont distincts), et de telle sorte que chaque deuxième corps 5a, 5b forme un
couple avec le premier corps 1. Dans l'exemple de la figure 7, le système comprend deux deuxièmes corps 5a, 5b, et on a donc deux couples (1 ; 5a) et (1 ; 5b). Ces deuxièmes corps 5a, 5b appartenant à une infrastructure fixe 9, cette infrastructure fixe 9 est liée à un référentiel au sein duquel le premier corps 1 va être placé et va pouvoir évoluer/se déplacer. Par exemple, le référentiel peut être de type GPS « Global Positioning System » en langue anglaise et peut donc être situé n'importe où dès lors que les positions des ancres « extérieures » sont invariantes dans le temps au sein de ce repère global et absolu. Autrement dit, le premier corps 1, dont la position absolue et l'orientation absolue sont inconnues, peut être mobile par rapport à l'infrastructure fixe 9. Par exemple, cette infrastructure 9 peut être liée aux des murs d'une pièce ou d'un bâtiment. Dans le cadre de ce mode particulier de réalisation, le procédé comporte (figure 8), l'étape d'établissement E1, décrite ci-avant, mise en œuvre pour chaque deuxième corps 5a, 5b, d'où il résulte que pour chaque couple des liens radioélectriques sont formés entre lesdits nœuds électroniques portés par le premier corps 1 dudit couple et ledit au moins un nœud électronique associé au deuxième corps 5a, 5b dudit couple. Bien entendu, l'étape de détermination E2 décrite ci-avant est aussi mise en œuvre de telle sorte que, pour chaque lien radioélectrique établi, une puissance de réception associée est déterminée, par exemple par mesure. On doit comprendre ici que, pour chaque couple, un lien radioélectrique est établi entre chaque nœud électronique porté par le premier corps 1 dudit couple et ledit nœud électronique 5e associé au deuxième corps 5 dudit couple. Notamment, pour chaque couple c'est ledit au moins un nœud électronique 5e associé au deuxième corps 5a, 5b dudit couple qui établit les liens radioélectriques avec les nœuds électroniques 3, 4 portés par le premier corps 1 dudit couple. Ensuite, l'étape de détermination E3 d'un angle relatif a est mise en œuvre pour chaque couple. Il est donc obtenu un angle relatif pour chaque couple. Ces angles relatifs peuvent être obtenus par la mise en œuvre du premier cas décrit ci-avant ou du deuxième cas décrit ci-avant. Enfin, ledit procédé comporte une étape de détermination E4 d'une position absolue et/ou d'un angle absolu β du premier corps 1 au sein du référentiel de l'infrastructure comprenant la pluralité de deuxièmes corps 5a, 5b à partir des angles relatifs déterminés associés auxdits couples.
[0053] En particulier, l'étape de détermination E4 de l'angle absolu et/ou de la position absolue comporte l'utilisation d'une fonction d'estimation prenant en entrée des positions absolues connues des deuxièmes corps 5a, 5b au sein du référentiel de l'infrastructure et chaque angle relatif déterminé, ladite fonction d'estimation donnant en sortie ledit angle absolu et/ou ladite position absolue.
[0054] Les positions absolues des deuxièmes corps 5a, 5b, et la position absolue du premier corps 1 peuvent correspondre à des coordonnées Cartésiennes en X et Y dans un référentiel plan de l'infrastructure d'axes XY représenté à la figure 7.
[0055] L'angle absolu β correspond à l’angle formé entre la direction d'orientation 2 du premier corps 1 et une direction de référence 10 invariante dans le référentiel global de l'infrastructure, par exemple cette direction de référence 10 est donnée par le nord magnétique terrestre. La connaissance directe de l'angle absolu β (pour lui-même) peut être avantageuse dans les applications de guidage où des caps doivent être suivis (par exemple une assistance au déplacement pour des personnes vulnérables, telles que les déficients visuels ou les pompiers progressant dans un bâtiment enfumé), mais aussi plus classiquement, pour assister des algorithmes de navigation de type filtrage de poursuite, où cette information peut être directement injectée dans le problème, soit en tant qu’observation, soit en tant qu’élément « pilotant » la phase de prédiction de l’état recherché (typiquement, les coordonnées Cartésiennes et les vitesses associées) [0056] Selon un perfectionnement du mode de réalisation, la fonction d'estimation est telle que l'angle absolu et/ou la position absolue sont obtenus comme la solution itérative d'un problème au sens des moindres carrés impliquant une forme approximée et localement linéarisée d'une fonction de référence reliant la valeur d'angle relatif à la position absolue (notamment des coordonnées xk, yk) d'un deuxième corps associé, à la position absolue (notamment des coordonnées x, y) du premier corps et à l'angle absolu β associé au premier corps 1. Cette fonction de référence peut notamment être mise en œuvre pour chaque couple décrit ci-dessus.
[0057] Selon un exemple particulier, il est défini la fonction de référence de la manière suivante :
Avec ak l'angle relatif entre le premier corps 1 et un autre corps pour le couple d'indice k, β l'angle absolu recherché pour le premier corps, xket yk les coordonnées connues du deuxième corps dudit couple correspondant, x et y les coordonnées absolues recherchées pour le premier corps 1. Cette fonction est ensuite linéarisée au voisinage d'un point arbitraire :
Ce qui donne lieu à l'approximation :
où ^1*0 est le gradient de la fonction
évaluée au point x0 .
Pour l'ensemble des K éléments de l'infrastructure, c'est à dire pour les K couples, il est formé l'inégalité suivante :
ce qui donne lieu, par identification au système d'équations (donné ici sous la forme matricielle) :
Ax = b Où b est le vecteur colonne de dimension K regroupant tous les termes à droite de l’égalité dans l’équation précédente. La solution ^ au sens des moindres carrés linéarisés d’un tel système est donnée par : g^Â+l» o ù
est la matrice pseudo-inverse de Moore-Penrose de A.
Autrement dit, en débutant avec une condition initiale xo, plus ou moins éloignée de la vraie position recherchée x, on peut déterminer une solution -à une itération-
d’après l’équation précédente. Il est bien évident que la solution précédente pourra être généralisée à une solution itérative visant à raffiner le résultat, en se donnant un critère d’arrêt arbitraire (par exemple soit un nombre maximal d’itérations, soit une limite sur la variation de la solution d’une itération à l’autre).
[0058] Ce mode particulier de réalisation permet de couvrir des applications de type « navigation piéton » mono-utilisateur en mobilisant K couples distincts - avec K le nombre de couples qui est supérieur ou égal à deux - vis-à-vis de deuxièmes corps fixes de l'infrastructure. Par ailleurs, on comprend aussi que ce mode de réalisation permet de déterminer conjointement la position absolue et l'angle absolu du premier corps.
[0059] Selon un mode de réalisation additionnel, le système peut comporter une pluralité de corps mobiles 11a, 11b, 11c, 11 d présentant chacun une direction d'orientation 2 (notamment telle que définie précédemment), comme l'illustre la figure 9, et comprenant (portant) chacun au moins deux noeuds électroniques 3, 4 agencés à des positions différentes sur ledit corps mobile 11a, 11b, 11c, 11 d, ledit premier corps 1 et ledit deuxième corps 5 faisant partie de la pluralité de corps mobiles 11a, llb, 11c, 11 d. Selon ce mode de réalisation, le procédé peut comporter (figure 10) pour chaque corps mobile 11a, 11b, 11c, 11 d et lorsque ledit corps mobile 11a, 11b, llc, 11 d est à portée de communication avec au moins un autre corps mobile 11a, 11b, 11c, 11 d (deux corps mobiles sont définis comme étant à portée de communication lorsque leurs noeuds électroniques sont capables d'établir un lien de communications entre eux): une étape d'établissement E101, pour chaque nœud électronique dudit corps mobile 11a, 11b, 11c, 11 d, d'un lien radioélectrique avec au moins un nœud électronique de chaque autre corps mobile 11a, 11b, 11c, 11 d à portée de communication (autrement dit, il résulte de cette étape E101 l'établissement d'un lien radioélectrique entre chaque nœud électronique dudit corps mobile et au moins un nœud électronique de chaque autre corps mobile à portée de communication) ; une étape de détermination E102, pour chaque lien radioélectrique établi, d'une puissance de réception associée audit lien radioélectrique établi ; une étape de détermination E103 d'un angle relatif a et d'une distance relative d entre ledit corps mobile 11a, 11b, 11c, 11 d et chaque corps mobile 11a, 11b, 11c, 11 d dont au moins un nœud électronique est à portée de communication des nœuds électroniques dudit corps mobile à partir des puissances de réception déterminées (cet angle relatif et ou la distance d étant déterminés des manières telles que décrites précédemment) ; et le procédé comporte une étape E104 de mise en œuvre d'une fonction coopérative (au sens de la radiolocalisation, où elle fait intervenir des mesures entre éléments mobiles à positionner) d'estimation de positions relatives prenant en entrée des angles relatifs déterminés et des distances relatives déterminées entre corps mobiles. On comprend que la sortie de cette fonction coopérative d'estimation des positions peut donner lesdites positions d'un corps mobile par rapport aux corps mobiles de son voisinage.
[0060] En particulier, la fonction coopérative d'estimation de positions relatives peut prendre en entrée l'ensemble des angles relatifs a déterminés de chacun des corps mobiles 11, 11b, 11c, 11 d et l'ensemble des distances relatives d déterminées entre corps mobiles 11a, 11b, 11c, 11 d. Ceci permet d'obtenir une cartographie globale de l'ensemble des corps mobiles 11a, 11b, 11c, 11 d dans un environnement où ils évoluent. Alternativement, la fonction coopérative d'estimation de positions relatives est mise en œuvre pour (et avantageusement par) chaque corps mobile 11a, 11b, 11c, 11 d et prend en entrée les angles relatifs et les distances relatives déterminées dudit corps mobile 11a, 11b, 11c, 11 d par rapport à chaque autre corps mobile 11a, 11b, 11c, 11 d à portée de communication. Ceci permet pour un corps mobile donné de connaître les positions et orientations relatives des corps mobiles « visibles » de son environnement proche.
[0061] Par ailleurs, selon ce mode de réalisation, le système peut comporter une infrastructure fixe 9 (figure 9) munie d'au moins deux éléments communicants 12, 13 dont les positions absolues dans le référentiel de l'infrastructure sont connues, et ces positions absolues sont injectées dans la fonction coopérative d'estimation des positions pour que cette dernière donne en sortie les positions absolues desdits corps mobiles au sein du référentiel lié à l'infrastructure. Les distances relatives et les angles relatifs déterminés, il est suffisant de connaître dans le plan deux positions d'ancrage extérieures (les positions absolues des deux éléments communicants) et d'assurer aux corps mobiles une connectivité comprenant au moins deux liens radioélectriques vis-à-vis d'autres corps (corps mobile ou élément communicant). En ce sens, pour recaler le positionnement relatif des corps mobiles en positionnement absolu, il suffit qu'au moins un de ces corps mobiles ait échangé par liens radioélectriques avec les deux éléments communicants 12, 13 de sorte qu'il a été déterminé pour ce au moins un corps mobile des angles relatifs permettant de remonter à la valeur de position absolue dudit au moins un corps mobile, notamment en utilisant les enseignements précédemment décrits. En ce sens, pour déterminer les positions absolues des autres corps mobiles, la position absolue déterminée dudit au moins un corps mobile peut être injectée dans la fonction coopérative d'estimation.
[0062] Notamment, la fonction coopérative d'estimation des positions met en œuvre un algorithme de positionnement multidimensionnel ou « MultiDimensional Scaling -MDS en langue anglaise », ou un filtre de poursuite coopératif (de positions) de corps mobiles de type Bayésiens. Cet algorithme, ou ce filtre, peut être utilisé pour le cas relatif et le cas absolu de la fonction coopérative d'estimation.
[0063] L'invention est aussi relative au système muni du premier corps 1 portant lesdits au moins deux nœuds électroniques 3, 4 agencés à des positions distinctes sur ledit premier corps 1 et présentant la direction d'orientation 2. Bien entendu le système comporte le deuxième corps 5 dont ledit au moins un nœud électronique associé est apte à communiquer avec les nœuds électroniques 3, 4 portés par le premier corps 1. Par ailleurs, le système comporte un module 100 (Figure 1) configuré pour établir des liens radioélectriques 6, 7 entre les deux nœuds électroniques 3, 4 portés par le premier corps 1 et ledit au moins un nœud électronique associé au deuxième corps 5. Par ailleurs, le système comporte un module 101 configuré pour mesurer des puissances de réception de chacun des liens radioélectriques établis et un module configuré 102 pour exploiter les puissances de réception mesurées en vue d'établir une valeur de l'angle relatif entre ladite direction d'orientation 2 et la droite 8 passant par les premier et deuxième corps 1, 5.
[0064] Concernant le traitement des informations, notamment des puissances déterminées, de nombreuses façons de concentrer ces informations en vue de les traiter peuvent être mises en œuvre, par exemple et de manière non exhaustive, on peut avoir : • une détermination des puissances de réception au niveau du premier corps puis une concentration de ces dernières, via liens sans fils, au niveau d'un des noeuds électroniques du premier corps qui réalise ensuite les calculs permettant de déterminer au moins l'angle relatif, • une détermination des puissances de réception au niveau du premier corps puis une concentration de ces dernières, via liens sans fils, au niveau d'un des noeuds électroniques du premier corps qui transmet ensuite toutes ces puissances de réception déterminées à un serveur extérieur par lien sans fil en vue de réaliser les calculs permettant de déterminer au moins l'angle relatif au niveau du serveur, • une détermination des puissances de réception au niveau du premier corps puis une concentration de ces dernières, via liens filaires, au niveau d'un des nœuds électroniques du premier corps qui réalise ensuite les calculs permettant de déterminer au moins l'angle relatif, • une détermination des puissances de réception au niveau du premier corps puis une concentration de ces dernières, via liens filaires, au niveau d'un des nœuds électroniques du premier corps qui transmet ensuite toutes ces puissances déterminées à un serveur extérieur par lien sans fil en vue de réaliser les calculs permettant de déterminer au moins l'angle relatif au niveau du serveur, • une détermination des puissances de réception au niveau du premier corps puis un partage de ces dernières, via liens sans fils, à un serveur extérieur en vue de réaliser les calculs permettant de déterminer au moins l'angle relatif au niveau du serveur, ici chaque nœud électronique est capable d'établir un lien sans fil avec le serveur pour transmettre directement la puissance de réception déterminée au niveau dudit nœud électronique, • une détermination des puissances de réception au niveau du premier corps puis un partage de ces dernières, via liens sans fils, vers un autre premier corps intermédiaire qui collecte les informations puis qui peut les renvoyer à un serveur qui réalise ensuite les calculs pour déterminer un angle relatif associé.
[0065] On comprend de ce qui a été dit précédemment que la présente invention s'applique tout particulièrement dans le contexte des réseaux corporels sans fils, et permet d'offrir une solution à bas coûts, robuste et précise tout en nécessitant peu ou pas de besoins en termes de calibrage.
[0066] En particulier, les angles relatifs seront déterminés préférentiellement au niveau du corps concerné mais pourront aussi être déterminés par ailleurs (i.e extérieur au corps porteur) à l'extérieur par un serveur adapté qui pourra ensuite renvoyer les valeurs calculées des angles relatifs audit corps porteur - ou de toute autre entité si il/elle en a le besoin. Autrement dit, le module 101 configuré pour mesurer des puissances de réception de chacun des liens radioélectriques établis peut être porté par le premier corps, et le module configuré 102 pour exploiter les puissances de réception mesurées en vue d'établir une valeur de l'angle relatif entre ladite direction d'orientation 2 et la droite 8 passant par les premier et deuxième corps 1, 5 peut être porté par le premier corps ou délocalisé de sorte à être distant dudit premier corps 1.
[0067] Par ailleurs la solution mettant en œuvre la détermination d'un angle relatif à partir de mesures de puissances de réception est robuste aux : • situations d'irrégularité radio (par exemple vis à vis d'une mauvaise orientation des diagrammes d'antenne, de problèmes de calibrage de la puissance émise, etc.) • aux situations d'obstructions et/ou de perturbations des liens radio (par un obstacle extérieur) qui atténuent alors de manière sensiblement identiques les au moins deux liens radioélectriques permettant de déterminer l'angle relatif, et est aisée à mettre en œuvre du moment que le standard de communication autorise la mesure de puissances de réception des liens radioélectriques.
[0068] Selon la réalisation illustrée en figure 6, le deuxième corps 5 est du même type que le premier corps 1. Le deuxième corps 5 présente alors une direction d'orientation et comporte au moins deux nœuds électroniques agencés selon des positions distinctes. Dans ce cas, l'étape d'établissement E1, pour chaque nœud électronique 3, 4 du premier corps 1, d'un lien radioélectrique 6, 7 avec le deuxième corps 5 est mise en œuvre pour chaque nœud électronique du deuxième corps 5.
Ainsi, pour déterminer un angle relatif, il peut être utilisé quatre liens radioélectriques et donc quatre puissances déterminées. Deux estimations d'angles relatifs peuvent ainsi être menées (i.e. une estimation par nœud dudit deuxième corps). Dans ce cas, la droite 8 passant par les premier et deuxième corps 1, 5 peut être calculé comme la direction d'arrivée médiane du signal radioélectrique reçu au niveau des nœuds du premier corps 1 vis-à-vis de chacun des nœuds dudit deuxième corps, déterminé à partir des deux angles relatifs estimés.
[0069] On comprend que pour un premier corps 1 donné, notamment lorsqu'il est mobile, la détermination de l'angle relatif, et le cas échéant de la distance relative avec d'autres corps, de la position absolue et de l'angle absolu peu(ven)t être mise en œuvre de manière itérative (si l'on veut raffiner l'estimation d'une itération à l'autre) et/ou récursive (comme dans une solution à base de filtrage où l'on tire profit de la dynamique d'observation et d'estimation). Ainsi, il est possible de suivre d'évolution du premier corps au cours du temps. Ceci est notamment avantageux dans des applications de navigation ou de radar. Il est alors possible d'améliorer les performances de poursuite et l’expérience de navigation des piétons (seuls ou en groupes, qu’ils soient coordonnés ou non...), en assurant notamment une meilleure robustesse vis-à-vis des situations d’obstructions radio.
[0070] Préférentiellement, dans la présente description il est considéré la résolution de problèmes de positionnement dans un environnement en deux dimensions (coordonnées en X, Y dans un repère Cartésien) et d'estimation angulaire dans le plan azimutal.
[0071] Bien qu'il ait été donné le plus souvent des exemples à base de corps comprenant au moins deux nœuds électroniques, les modes de réalisation et cas présentés peuvent être étendus à des configurations comprenant un nombre plus important de nœuds électroniques. Sans perte de généralité, lorsque corps porte deux nœuds dans la présente description, il s'agit préférentiellement de nœuds portés en face avant du corps (« front » en langue anglaise) et arrière (« back » en langue anglaise). Il a été évoqué précédemment l'utilisation d'une différence de puissances reçues (exprimées en dB) pour déterminer l'angle relatif. En cas de plus de deux liens radioélectriques établis entre deux corps par exemple lorsque le premier corps comporte trois nœuds électroniques ou plus, il est possible de mettre en place une loi de calcul autre qu'une simple différence de puissance de réception qui pourra aussi s'appliquer. Une autre option consiste à former des différences de puissances selon les différents couples possibles de nœuds portés selon les méthodes exposées précédemment (dès lors, avec une complexité dès lors combinatoire), puis de fusionner les résultats angulaires issus de chacun de ces couples (ex. en précédant au calcul d’une moyenne arithmétique, d’une moyenne pondérée, d’une médiane pour l’angle relatif estimé final).
[0072] Les présentes solutions se basent sur des technologies radio et protocoles de communication sans fil à bande étroite (de préférence à basse consommation, faible complexité et faible coût dans un contexte de réseau corporel) susceptibles d'être déjà standardisés, ce qui permet d'éviter d'avoir recours à des moyens matériels spécifiques (typiquement, des antennes réseaux autorisant la formation de faisceaux, des antennes co-localisées et des coupleurs radiofréquence hybrides passifs pour les récepteurs sigma-delta, ou encore des mélangeurs radiofréquence pour les démodulateurs de type FMCW pour « Frequency-Modulation Continuous-Wave » en langue anglaise, etc...).
Claims (17)
- REVENDICATIONS1. Procédé d'utilisation d'un système comprenant un premier corps (1) présentant une direction d'orientation (2) et portant au moins deux nœuds électroniques (3, 4) agencés selon des positions distinctes au niveau du premier corps (1), ledit système comprenant un deuxième corps (5) associé à au moins un nœud électronique (5e), lesdits nœuds électroniques (3, 4) portés par le premier corps (1) et ledit au moins un nœud électronique (5e) associé au deuxième corps (5) étant aptes à communiquer entre eux par liens radioélectriques (7,6), ledit procédé comprenant les étapes suivantes : • une étape d'établissement (E1), pour chaque nœud électronique (3, 4) porté par le premier corps (1), d'un lien radioélectrique (6, 7) avec ledit au moins un nœud électronique associé au deuxième corps (5), • une étape de détermination (E2), pour chaque lien radioélectrique établi (6, 7), d'un paramètre de réception représentatif de la puissance de réception associée audit lien radioélectrique établi, • une étape de détermination (E3) d'un angle relatif (a) entre la direction d'orientation (2) du premier corps (1) et une droite (8) passant par le premier corps (1) et le deuxième corps (5) en utilisant les paramètres de réception déterminées.
- 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit angle relatif (a) est déterminé au moyen d'une fonction déterministe d'association liant ledit angle relatif (a) aux valeurs de paramètres de réception déterminés associées auxdits liens radioélectriques (6, 7), notamment à une valeur de différence entre les paramètres de réception déterminés et exprimés en décibel.
- 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite fonction déterministe comporte des paramètres calculés à partir d'un modèle prédéterminé et reproductible liant l'atténuation moyenne en puissance subie pour chaque lien radioélectrique en fonction dudit angle relatif (a ) et de la position du nœud électronique sur le premier corps (1) et associé audit lien radioélectrique.
- 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite fonction déterministe comporte des paramètres calculés à partir d'une dynamique observée de manière empirique de paramètres de réception pendant une phase de calibrage associée au premier corps (1).
- 5. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la phase de calibrage associée au premier corps (1) consiste à assurer un mouvement du premier corps (1) portant lesdits au moins deux noeuds électroniques (3, 4) pour tester une pluralité d'angles relatifs possibles entre la direction d'orientation dudit premier corps (1) et une droite passant par le premier corps (1) et un corps étalon de manière à mesurer, pour chaque angle relatif testé des différences minimales et maximales entre des paramètres de réception étalon de liens radioélectriques établis entre lesdits aux moins deux noeuds électroniques (3, 4) du premier corps (1) et un nœud électronique du corps étalon.
- 6. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la fonction déterministe est une fonction d'interpolation calculée à partir des différences minimales et maximales entre les paramètres de réception étalons mesurés de manière empirique pendant la phase de calibrage pour les différentes valeurs d'angles relatifs testés.
- 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de détermination (E3) de l'angle relatif (a) permet de déterminer conjointement une distance relative (d) séparant le premier corps (1) du deuxième corps (5).
- 8. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'angle relatif (a ) et la distance relative (d) sont obtenus par résolution d'un système d'équations à deux inconnues formées respectivement par l'angle relatif (a) et la distance relative (d), ledit système prenant en entrée les paramètres de réception déterminés et un modèle paramétrique d'atténuation moyenne par lien radioélectrique dont un premier paramètre correspondant à l'atténuation moyenne type à une distance de référence, et un deuxième paramètre correspondant à un coefficient d'atténuation moyenne, sont également deux fonctions dépendantes des inconnues recherchées.
- 9. Procédé selon l'une des revendications revendication 1 à 8, caractérisé en ce que le système comprend une pluralité de deuxièmes corps (5a, 5b) associé chacun à au moins un nœud électronique (5e) et de telle sorte que chaque deuxième corps (5a, 5b) forme un couple avec le premier corps (1), lesdits deuxièmes corps (5a, 5b) appartenant à une infrastructure fixe (9), et en ce que : • l'étape d'établissement (E1) est mise en œuvre pour chaque deuxième corps (5a, 5b), d'où il résulte que pour chaque couple des liens radioélectriques sont formés entre lesdits nœuds électroniques (3, 4) portés par le premier corps (1) dudit couple et ledit au moins un nœud électronique associé au deuxième corps (5a, 5b) dudit couple, • l'étape de détermination (E3) d'un angle relatif (a) est mise en œuvre pour chaque couple, • ledit procédé comporte une étape de détermination (E4) d'une position absolue et/ou d'un angle absolu du premier corps (1) au sein d'un référentiel de l'infrastructure comprenant la pluralité de deuxièmes corps (5a, 5b) à partir des angles relatifs déterminés associés auxdits couples.
- 10. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'étape de détermination (E4) de l'angle absolu et/ou de la position absolue comporte l'utilisation d'une fonction d'estimation prenant en entrée des positions absolues connues des deuxièmes corps (5a, 5b) au sein du référentiel de l'infrastructure et chaque angle relatif (a) déterminé, ladite fonction d'estimation donnant en sortie ledit angle absolu et/ou ladite position absolue.
- 11. Procédé selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que l'angle absolu (β) correspond à l’angle formé entre la direction d'orientation du premier corps (1) et une direction de référence (10) invariante dans le référentiel global de l'infrastructure, par exemple donnée par le nord magnétique terrestre.
- 12. Procédé selon la revendication 10 ou la combinaison des revendications 10 et 11, caractérisé en ce que la fonction d'estimation est telle que l'angle absolu et/ou la position absolue sont obtenus comme la solution itérative d'un problème au sens des moindres carrés impliquant une forme approximée et localement linéarisée d'une fonction de référence reliant la valeur de l'angle relatif à la position absolue d'un deuxième corps associé, à la position absolue du premier corps (1) et à l'angle absolu associé au premier corps (1).
- 13. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système comporte une pluralité de corps mobiles (11a, 11b, 11c, 11 d) présentant chacun une direction d'orientation (2) et portant chacun au moins deux noeuds électroniques (3, 4) agencés à des positions différentes sur ledit corps mobile (11a, 11b, 11c, 11 d), ledit premier corps (1) et ledit deuxième corps (5) faisant partie de la pluralité de corps mobiles, et en ce que le procédé comporte pour chaque corps mobile (11a, 11b, 11c, 11 d) et lorsque ledit corps mobile (11a, 11b, 11c, 11 d) est à portée de communication avec au moins un autre corps mobile (11a, 11b, 11c, 11d) : • une étape d'établissement (E101), pour chaque nœud électronique dudit corps mobile (11a, 11b, 11c, 11 d), d'un lien radioélectrique avec au moins un nœud électronique de chaque autre corps mobile à portée de communication, • une étape de détermination (E102), pour chaque lien radioélectrique établi, d'un paramètre de réception représentatif de la puissance de réception associée audit lien radioélectrique établi, • une étape de détermination (E103) d'un angle relatif et d'une distance relative entre ledit corps mobile (11a, 11b, 11c, 11 d) et chaque corps mobile (11a, 11b, 11c, 11 d) dont au moins un nœud électronique est à portée de communication des nœuds électroniques dudit corps mobile (11a, 11b, 11c, 11 d) à partir des paramètres de réception déterminés, et en ce que le procédé comporte une étape (E104) de mise en œuvre d'une fonction coopérative d'estimation de positions relatives prenant en entrée des angles relatifs déterminés et des distances relatives déterminées entre corps mobiles.
- 14. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la fonction coopérative d'estimation de positions relatives prend en entrée l'ensemble des angles relatifs (a) déterminés de chacun des corps mobiles et l'ensemble des distances relatives déterminées entre corps mobiles, ou en ce que la fonction coopérative d'estimation de positions relatives est mise en œuvre pour chaque corps mobile et prend en entrée les angles relatifs et les distances relatives déterminées dudit corps mobile par rapport à chaque autre corps mobile à portée de communication.
- 15. Procédé selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce que le système comporte une infrastructure fixe (9) munie d'au moins deux éléments communicants (12, 13) dont les positions absolues dans le référentiel de l'infrastructure sont connues, et en ce que ces positions absolues sont injectées dans la fonction coopérative d'estimation des positions pour que cette dernière donne en sortie les positions absolues de corps mobiles au sein du référentiel lié à l'infrastructure.
- 16. Procédé selon l'une des revendications 13 à 15, caractérisé en ce que la fonction coopérative d'estimation met en œuvre un algorithme de positionnement multidimensionnel, ou un filtre de poursuite coopératif de positions de corps mobiles de type Bayésiens.
- 17. Système comprenant un premier corps (1) portant au moins deux nœuds électroniques (3, 4) agencés à des positions distinctes et présentant une direction d'orientation (2), ledit système comprenant un deuxième corps (5) associé à au moins un nœud électronique (5e) apte à communiquer avec les nœuds électroniques (3, 4) portés par le premier corps (1), caractérisé en ce qu'il comporte : • un module (100) configuré pour établir des liens radioélectriques entre les deux nœuds électroniques (3, 4) portés par le premier corps (1) et ledit au moins un nœud électronique associé au deuxième corps (5), • un module (101) configuré pour mesurer des paramètres de réception représentatifs des puissances de réception de chacun des liens radioélectriques (6,7) établis, et • un module (102) configuré pour exploiter les paramètres de réception mesurés en vue d'établir une valeur d'un angle relatif (a ) entre ladite direction d'orientation (2) du premier corps (1) et une droite passant par les premier et deuxième corps (1, 5).
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| FR1561873A FR3044774B1 (fr) | 2015-12-04 | 2015-12-04 | Procede utilisant des mesures de puissances pour determiner des donnees de positionnement entre deux corps |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN114268900A (zh) * | 2021-12-22 | 2022-04-01 | 国网福建省电力有限公司 | 一种室内定位方法及*** |
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2015
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| CN114268900B (zh) * | 2021-12-22 | 2023-06-06 | 国网福建省电力有限公司 | 一种室内定位方法及*** |
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|---|---|
| FR3044774B1 (fr) | 2017-12-22 |
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