Brevet FR2317663A1 — publié le 19770204

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour la localisation d'un véhicule par rapport à une trajectoire antérieurement suivie. On connait déjà des systèmes de radioguidage comportant des balises radio-électriques couvrant les zones traversées par l'itinéraire que doit suivre un véhicule (terrestre, aérien ou naval). A cette fin, au véhicule est associé un équipement permettant de se guider de balise en balise. La trajectoire suivie par un véhicule guidé de cette façon est formée par une ligne brisée à chaque angle de laquelle se trouve une balise. La trajectoire d'un véhicule est donc étroitement déterminée par la position des balises, et chaque véhicule doit suivre le même itinéraire ou couloir que les autres. Par suite, une pluralité de véhicules se trouvant simultanément dans une même zone et se rendant dans la même direction doivent suivre le même couloir ou des couloirs convergents, ce qui peut conduire à des encombrements ou à des collisions. Pour éviter ces inconvénients, dans le cas d'avions, on multiplie les itinéraires en divisant horizontalement espace, de façon à créer plusieurs couloirs parallèles situés à des niveaux différents. Toutefois, une telle méthode nu accroît que relativement peu le nombre d'itinéraires, compte tenu du fait que, pour des raisons de sécurité, on est obligé d'attribuer à chaque couloir une hauteur importante. La présente invention concerne un procédé et un dispositif remédiant à ces inconvénients. Grâce à l'invention, un véhicule peut suivre toute trajectoire prédéterminée dans des zones couvertes par des balises radio-électriques, au lieu d'être obligé, comme dans les systèmes connus, d'être constamment orienté vers une balise. Par ailleurs, pour leur mise en oeuvre, le procédé et le dispositif selon l'invention ne nécessitent pas de connaitre là position des balises couvrant la trajectoire. I1 en résulte de grandes simplifications de matériel et d'importants gains sur les coûts de celui-ci. A cet effet, selon l'invention, le procédé pour la localisation d'un véhicule par rapport à une trajectoire qu'il a antérieurement suivie et qui traverse des zones couvertes par des balises radio-électriques susceptibles de fournir des informations sur la position d'un véhicule, est remarquable en ce que, pour au moins certains points de ladite trajectoire, on enregistre les informations fournies par au moins deux balises, puis en ce que, au cours d'un parcours ultérieur, on détecte des informations de même type fournies actuellement par les mêmes balises, après quoi, à partir des informations actuellement détectées et des informations préenregistrées concernant un point connu de la trajectoire, proche de la position actuelle du véhicule, on calcule les écarts transversal et longitudinal de la position actuelle du véhicule par rapport audit point connu. De façon connue, les informations émises par lesdites balises peuvent être la distance les séparant du véhicule et/ou l'angle de relèvement correspondant. Les réseaux des courbes d'égale indication de ces balises peuvent être constitués par des faisceaux de droites, de-cercles, d'hyperboles, etc... De préférence, les informations préenregistrées et détectées ensuite concernent une pluralité de balises et on choisit parmi celles-ci, celles dont les courbes d'égale information sont peu inclinées entre elles pour un point considéré. Les informations préenregistrées pourraient être emmagasinées en laboratoire par simulation; toutefois, il est préférable qu'elles le soient au cours d'un parcours préalable d'enregistrement, au moyen d'un dispositif d'enregistrement comportant au moins un capteur des informations des balises et un capteur susceptible de fournir les indications sur la distance parcourue par le véhicule. Un tel enregistrement pourrait difficilement être continu. Aussi il est effectué de façon discontinue et si au moment de l'exploitation des informations préenregistrées, au cours d'un trajet ultérieur, les informations actuellement détectées ne coïncident pas exactement avec des valeurs préenregistrées, on effectue des interpolations. Le point connu de référence pourrait être indiqué par tout dispositif auxiliaire. Cependant, il est préférable qu'il soit donné par le résultat du calcul de positions précédent. Ce résultat peut éventuellement être incrémenté pour tenir compte du déplacement du véhicule entre les deux calculs de position. Avantageusement, les balises étant supposées suffisamment éloignées de la trajectoire, on détermine la position réelle du véhicule par l'intermédiaire d'au moins deux droites constituant des approximations d'informations desdites balises. Avantageusement, les équations desdites droites sont calculées dans un système d'axes formés respectivement par la tangente et la normale à la trajectoire et ayant pour origine le point connu de la trajectoire. Pour déterminer ces équations, on utilise éventuellement les informations préenre gistrées. Lorsque l'on n'utilise simultanément. que deux balises, la position actuelle du véhicule est déterminée par l'intersection de deux droites correspondant à ces balises. En revanche, lorsque plus de deux droites sont utilisées, il est avantageux que la position actuelle du véhicule soit déterminée par la méthode des moindres carrés, appliquée aux distances entre cette position et lesdites droites. Pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention, un dispositif est remarquable en ce qu'il comporte une mémoire dans laquelle sont préenregistrées des informations relatives 2a la position d'au moins certains points de la trajectoire par rapport à au moins deux balises, au moins un détecteur susceptible d'indiquer les positions dudit véhicule par rapportauxdites balises au fur et à mesure de l'avance du véhicule, et un calculateur qui, à partir des informations actuellement détectées et des informations préenregistrées concernant un point connu de la trajectoire proche de la position actuelle du véhicule, calcule les écarts transversal et longitudinal de la position actuelle du véhicule par rapport audit point connu. De préférence, à partir desdites informations préenregistrées et de celles mesurées au fur et à mesure de l'avance du véhicule, le calculateur calcule, pour chaque balise utilisée l'équation d'une droite et il détermine la position du véhicule soit par intersection de deux desdites droites, soit par minimisation de la somme des carrés des distances de la position du véhicule à l'ensemble d'une pluralité desdites droites. Le procédé et le dispositif selon l'invention peuvent être utilisés, soit pour une simple localisation du véhicule par rapport à une trajectoire-antérieure, qui est par exemple considérée comme idéale, soit pour asservir le trajet dudit véhicule à cette trajectoire. Par ailleurs, on remarquera que le dispositif selon l'invention peut etre soit embarqué à bord du véhicule, soit au moins en partie disposé dans un poste de commande fixe. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 illustre une portion d'espace traversé par la trajectoire prédéterminée et couverte par deux balises radio-électriques. La figure 2 donne le schéma synoptique d'un dispositif d'enregis trement des informations préenregistrées. La figure 3 donne le schéma synoptique d'un dispositif conforme à l'invéntion, dans le cas de balises fournissant des indications de distance. La figure 4 est un diagramme illustrant le fonctionnement du dispositif de la figure 3, dans le cas où l'on utilise simultanément deux balises derepérage. La figure 5 est un diagramme illustrant le fonctionnement du dispositif de la figure 3, dans le cas où l'on utilise simultanément au moins trois balises de référence. Les figures 6 et 7 illustrent l'invention dans le cas de balises jumelées dont l'une fournit des indications de distance et l'autre d'azimut. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables Sur la figure 1, on a représenté une trajectoire (T) traversant un espace (ou zone) cowert par deux balises radio-électriques (non représentées) émettant chacune des informations concernant la position, ou la distance, ou l'angle de relèvement, etc. . . d'un point dudit espace par rapport à elles. Ces informations définissent des lignes d'égale indication. De telles lignes sont désignées par Clj, Clk, Cll, etc... pour la première balise et C2m' C2n C2 s pour la seconde.Par exemple, tous les points de l'espace se trouvant sur la ligne C, sont à la même distance de la première balise, ou bien présentent le même angle de relèvement etc... Au cours d'u-n trajet initial, on introduit dans une mémoire électronique, pour un certain nombre de points de la trajectoire (T), les valeurs des informations C et C2j reçues par les deux balises, en enregistrant au fur et à mesure de l'avance du véhicule, les informations émises par les balises, grâce au dispositif illustré par la figure 2. Le dispositif d'enregistrement de la figure 2 comporte un capteur 1 du déplacement du véhicule, au moins un capteur 2 des informations des balises, un dispositif de traitement 3 des signaux délivrés par le capteur 2, et des dispositifs 4 et 5 d'enregistrement dans une mémoire 6 des informations respectivement fournies par les capteurs 1 et 2. Le ou les capteurs 1 peuvent être de tout type connu et ils fournissent l'abscisse si du véhicule, le long de la trajectoire (T), comptée à partir d'une origine O. De même, le ou les capteurs 2 sont de tout type connu et ils déli vrent, en coopération avec au moins certaines des balises, des informations concernant la position du véhicule par rapport à deux de ces dernières. Au fur et a' mesure de 11 avance do véhicule le long de la trajectoire(T), les informations provenant des capteurs 1 et 2 sont enregistrées dans la mémoire 6 de façon qu'aux abscisses si d'au moins certains points de cette trajectoire correspondent au moins I'ne des informations de position C1i ou C2j données par les deux balises. Ainsi, à chaque abscisse s. enregistrée dans la mémoire 6 correspondent une information Cii et/ou une information C2jc Le principe fondamental de l'invention repose sur le fait que l'on connais un point de référence S de la trajectoire (T), proche de la position réelle M actuelle du véhicule et que l'on choisit un système de coordonnées Ss et Sy, dont les axes sont respectivenzent formés par la tangente Ss et la normale Sy à la courbe(T) au point S. Le point de référence S peut être la dernière position du véhicule évaltwe par le dispositif selon l'invention, éventuellement incrémentée de la longueur de la portion de la trajectoire (T) parcourue depuis, ou bien une position estimée par ailleurs (par un autre système ou par un observateur),lors de la mise en route de l'appareillage. Dans le système de coordonnées Ss et Sy les courbes C et C2j présentent des équations du type: C1i = f(s,y) C2j = g(s,y) Etant donné que le point de référence S se trouve près de la position réelle M, on peut assimiler ces courbes à des droites, ce qui permet d'utiliser les différentielles pour exprimer leurs équation Ainsi, On peut modifier les expressio de #C1i et #C2i en in- troduisant les normes des courbes C et C2j,qui sont indépendantes de la trajectoire(T). La norme n1 de la famille des courbes Cii a pour valeur, au voisinage du point connu S, On trouve donc facilement que = s1i \/ A bcii ( ,i - i )2 ss 5 (i) 35 oS ~~~~ (À)j )2 t et queC = J . As 5 + y (~) 2j ès en appelant n2, la norme du réseau des courbes C2j,au voisinage de S. pour trouver #s et #y, qui sont respectivement les différences entre les coordonnées du point actuel et du point enre- gistré S, on dispose donc de deux équations linaires (1) et (2) à deux inconnues. En effet, toiites les autres grandeurs sont connues: - #C1i et #C2j sont les différences entre les valeurs des informations reçues au point actuel et au point correspondant enregistré en mémoire. peuvent être évalués grâce aux deux points, contenus dans la emoire, les plus proches de la valeur donnée s. et situés de tart et d'autre de celle-ci. qui généralement varient lentement en fonc tion de la distance1 peuvent être connus d'après les cartes donnant les courbes C11 et C2j. Les normes n1 et n2 es réseaux des courbes Cli et C9 sont sont connues en fonction de ces dernières et elles peuvent être enregistrées en mémoire, ainsi que les signes à placer devant les radicaux. On conçoit aisément quâ partir de ces données,un calcu lateur électronique puisse calculer ss s et #y,quelle que soit la forme des courbes C1i et C2j. On remarquera que,pour de tels calculs,on peut avoir in térêt à utiliser les pentes m1 et m2des courbes C11 et C2j au voi- sinage des points S1 et S2,proches de S et de M, où lesdites courbes coupent la trajectoire (T).Dans ce cas, si sl et s2 sont les abscisses des points S1 et S2, on trouve:: Les figures 3, 4 et 5 illustrent l'application de l'in- vention dans le cas de balises susceptibles de fournir la distance din du véhicule à au moins deux balises Bp et Bq. Dans ce cas, les courbes Cli et C2j sont évidemment des cercles Le schéma synoptique de la figure 3 illustre comment les informations si, d , préenregistrées dans la mémoire 6 sont utilisées, conformément à l'invention, pour indiquer la position du véhicule par rapport à la trajectoire (T), au cours d'un trajet ultérieur. Le dispositif de la figure 3 comporte des capteurs 1 et 2 identiques à ceux du dispositif de la figure I. Le capteur 1, qui mesure la distance s, incrémente l'abscisse de la position si du véhicule sur la trajectoire (T), que le dispositif a déterminée juste avant et, à cet effet, il commande la mémoire 6, par l'intermédiaire d'un dispositif d'încrémentation 7. La mémoire 6 délivre les distances d du véhicule à au moins deux balises, correspondant in à Si. Ces informations sont transmises à un dispositif 8 qui les introduit dans un comparateur 9. L'autre entrée du comparateur 9 reçoit les informations que le ou les capteurs 2 sont en train de recevoir des balises Bn.Ainsi, le comparateur 9 peut effectuer la comparaison entre les distances d. préenre in gistrées lors d'un premier passage et correspondant à la position Si incrémentée et celles actuellement mesurées. Le résultat de cette comparaison est transmis à un calculateur 10, qui en fonction des informations qu'il reçoit, calcule la position du véhicule par rapport à la trajectoire (T), et délivre cette position à la sortie 11. Le diagramme de la figure 4 illustre le fonctionnement des dispositifs des figures 2 et 3, dans le cas où, à une position (d'abscisse curviligne si) du véhicule sur la trajectoire (T), on utilise deux balises pour localiser ledit véhicule. Bien entendu, on a effectué un premier parcours de la trajectoire (T) pour remplir- la mémoire 6, de la façon indiquée ci-dessus, avec un tableau de correspondance C'est ainsi qu'à l'abscisse curviligne Si du point Si, on a fait correspondre les distances di et diq, , entre le véhicu- le (en Si) et les balises Bp et Bq, respectivement. Au cours du parcours ultérieur de la trajectoire (T), on utilise le point de référence Si, antérieurement calculé et éventuellement incrémenté et les capteurs 2 qui indiquent alors que les distances, en position actuelle, aux balises Bp et Bq sont à ce moment respectivement égales à d. ≈et di ip iq Par suite, la position actuelle réelle du véhicule se trouve à llintersection de deux cercles, centrés respectivement en Bp et Bq et de rayons respectifs d. t et d t.Si l'on suppose que les balises Bp et Bq sont ip iq suffisamment éloignées de Si, ces cercles peuvent être, avec une bonne ap proximation, remplacés par des droites #p ou Aq, respectivement per pendiculaires aux directions Si Bp et Si Bq et distantes de d t et de d t des ip iq balises Bp et Bq respectivement. On remarquera que les distances du point Si aux droites 8 p et J!\ q sont respectivement égale à d. ' - d. = h d. ip ip ip et d. ' - d. = d. . Ainsi, la position actuelle réelle du véhicule est S'i et iq iq iq non pas Si. On démontre facilement (comme ci-dessus) que dans le système de coordonnées Sis, Siy, formé par des axes respectivement tangent et normal à la trajectoire (T), au point Si, 11 équation de la droite ss p est formule dans laquelle B s est l'abscisse du point S'i est l'ordonnée du point S'i q1 = Si - Si, sj étant l'abscisse curviligne attachée au point de la trajectoire (T) pour lequel, lors de l'enregistrement, l'information reçue de la balise Bp avait la valeur actuellement détectée. De même, 11 équation de la droite h q est formule dans laquelle ss s et #y ont la même signification que précédemment, tandis que q2 = sk - si, sk étant l'abscisse curviligne attachée au point de (T) pour lequel, lors de l'enregistrement, l'information reçue de la balise B avait la valeur actuellement détectée. q Le signe du-radical des équations (3) et (4) est déterminé par le côté de la trajectoire (T) où se trouve la balise considérée. Des formules (3) et (4), on peut déduire facilement les coordonnées # s et A y de la position réelle actuelle S'i. Bien entendu, c'est le calculateur 10 qui à partir de ip et de iq, fournis par le comparateur 9, et des quantités ql et q2 qui lui sont fournis depuis la mémoire 6, par l'intermédiaire d'un dispositif 12, détermine A s et A y. Pour le calcul suivant, on utilisera la projection S"i de S'i sur la trajectoire (T), comme position de référence. Par suite, le processus qui vient d'être expliqué sera recommencé en prenant le point S1,i comme référence au lieu de Si. Lorsque, comme le montre la figure 5, on utilise plus de deux balises Bp, Bq, Br... pour déterminer la position du véhicule, on peut comme précédemment faire intervenir les droites lX p, q, A r, etc. définies ci-dessus et associées chacune à une desdites balises et estimer que le véhicule se trouve au point qui rend minimale la somme des carrés des distances de ce point à chacune des droites. A cet instant, le calculateur 10 calcule les coordonnées de ce point optimal selon la méthode mathématique connue dite "des moindres carrés, à partir des équations des droites t p, q, # r, etc... identiques aux équations (1) et (2) mentionnées ci-dessus. Les figures 6 et 7 illustrent l'application de l'invention à un couple de balises jumelées Bp, Bq, disposées au même emplacement, dont l'une Bp fournit la distance d la séparant du véhicule et l'autre Bq l'angle e d'azimut de celui-ci. Ainsi, un tel couple de balises fournit un premier réseau de courbes d'égale distance à la balise Bp composé de cercles C pi centrés en B p et un second réseau d'égal azimut, formé de droites Cqj rayonnantes, passant toutes par Bq, ces deux familles de courbes étant orthogonales (voir la figure 6). En supposant que les balises Bp et Bq sont suffisamment éloignées de la trajectoire (T), les cercles Cpj peuvent être assimilés à des droites parallèles Dpi, tandis que les droites convergentes Cqj peuvent être assimilées à des droites parallèles entre elles. Ainsi, les droites Dpi et Cqj forment deux réseaux orthogonaux. En appelant d. et d'i respectivement les distances du point de référence Si et du point actuel S'i à la balise Bp, et A di la différence A di = d'i - di, tandis que Oc est l'angle formé entre l'axe Si et la direc 15 tion des droites C i' l'équation de la droite D .r passant par S'i est A s cos &alpha; + A y. sin0( di = 0 (5) De même, en appelant e i et 8 li respectivement les angles d'azimut du point de référence Si et du point actuel S'i donnés par la balise Bq, et ##i la différence 6 i = #'i - 0 i, l'équation de la droite C'qi passant par S'i est - # s . sinua + ss y. cosO( - di . ##i = (6) La résolution des équations (5) et (6) donne y = /\ di - sinOC + di zip. . cosO As = = t d. cosD( - di 0i t#9 i . silos bdi boi On remarquera que cos OC = > et sin 0( = - di a Par suite, les expressions de #y et de #s peuvent s'écrire également sous la forme Là encore, on voit qu'à partir des informations enregistrées et des mesures actuelles, un calculateur peut facilement donner les coordonnées de la position S'i du véhicule, entendant compte de celles du point de référence Si. Pour le calcul de position suivant, on prend pour point de référence, les coordonnées de la projection S"i de S'i sur la trajectoire (T). REVENDICATIONS 1- Procédé pour la localisation d'un véhicule par rapport à une trajectoire prédéterminée traversant des zones couvertes par des balises radio-électriques susceptibles de fournir des informations sur la position d'un véhicule, caractérisé en ce que, pour au moins certains points de ladite trajectoire, on enregistre les informations fournies par au moins deux balises, puis en ce que, au cours d'un parcours ultérieur, on détecte des informations de même type fournies actuellement par les mêmes balises1 après quoi, à partir des informations actuellement détectées et des informations préenregistrées concernant un point connu de la trajectoire, proche de la position actuelle du véhicule, on calcule les écarts transversal et longitudinal de la position actuelle du véhicule par rapport audit point connu. 2- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le point connu est donné par le résultat du calcul de position précédent, éventuellement ramené sur ladite trajectoire par projection. 3- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les informations préenregistrées et détectées ensuite concernent une pluralité de balises et en ce qu'on choisit parmi celles-ci, celles dont les courbes d'égale information sont peu inclinées entre elles, pour un point considéré. 4- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les informations préenregistrées sont emmagasinées au cours d'un parcours préalable d'enregistrement, au moyen d'un dispositif d'enregistrement comportant au moins un capteur des informations des balises et un capteur susceptible de fournir des indications sur la distance parcourue par le véhicule. 5- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les balises étant supposées suffisamment éloignées de la trajectoire, on détermine la position réelle du véhicule par l'intermédiaire dtau moins deux droites constituant des approximations des informations desdites balises. 6- Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les équations desdites droites sont calculées dans un système d'axes formés respectivement par la tangente et la normale à la trajectoire et ayant pour origine le point connu de la trajectoire. 7- Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que l'on n'utilise simultanément que deux balises et en ce que la position actuelle du véhicule est déterminée par l'intersection des deux droites correspondant à ces balises. 8- Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que l'on utilise plus de deux droites, et en ce que la position actuelle du véhicule est déterminée par la méthode des moindres carrés, appliquée aux distances entre cette position et lesdites droites. 9- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé spécifié selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qutil comporte une mémoire dans laquelle sont pré enregistrées des informations relatives à la position d'au moins certains points de la trajectoire par rapport à au moins deux balises, au moins un détecteur susceptible d'indiquer les positions dudit véhicule par rapport auxdites balises au fur et à mesure de l'avance du véhicule et un calculateur qui, à partir des informations actuellement détectées et des informations préenregistrées concernant un point connu de la trajectoire proche de la position actuelle du véhicule, calcule les écarts transversal et longitudinal de la position actuelle du véhicule par rapport audit point connu. 10- Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que, à partir desdites informations préenregistrées et de celles mesurées au fur et à mesure de l'avance du véhicule, le calculateur calcule, pour chaque balise utilisée, l'équation d'une droite et en ce qu'il détermine la ppsition du véhicule soit par intersection de deux desdites droites, soit par minimisation de la somme des carrés des distances de la position du véhicule à ltensemble d'une pluralité desdites droites.