Brevet FR2643709A1 — publié le 19900831

l La présente invention concerne le domaine des dispositifs navigateurs terrestres embarqués sur un mobile. Comme représenté sur la figure I annexée, les dispositifs navigateurs terrestres jusqu'ici proposés comprennent généralement des moyens 10 (odomètres) mesurant la distance parcourue à partir d'un point d'origine connu, un magnétomètre 12 sensible au champ géo- magnétique, et qui délivre une information representant le cap, et des moyens 14 d'exploitation aptes à calculer une position estimée du mobile à partir des informations issues des moyens 10 et 12. L'expérience montre.cependant que les dispositifs navigateurs terrestres connus génèrent des erreurs de position impor- tantes. La présente invention a pour but d'améliorer la précision dans la détermination de position du mobile. Ce but est atteint selon la présente invention grâce à un procédé d'aide à la navigation comprenant les étapes connues consistant à mesurer la distance parcourue à partir d'un point d'origine, à détecter le cap du mobile à l'aide d'un magnétomètre et à déterminer une position estimée du mobile sur la base des informations de distance et de cap ainsi obtenues, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre l'étape consistant à corriger en permanence les informations issues de l'un au moins des moyens de mesure de distance et du magnétomètre avant exploitation de ces informations pour la détermination de la position estimée, sur la base de données choisies dans le groupe comprenant l'attitude du mobile, la position du mobile et l'état magnétique du mobile à l'instant de la mesure. La présente invention concerne également, pour atteindre le but précité, un dispositif navigateur terrestre embarqué sur un mobile comprenant des moyens de mesure de distance parcourue, un magné- tomètre, et des moyens d'exploitation sensibles aux informations délivrées par les moyens précités et qui déterminent une position estimée, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre des moyens aptes à appliquer en permanence une correction sur les informations issues de l'un au moins des moyens de mesure de distance et du magnétomètre, avant application de ces informations sur les moyens d'exploitation, sur la base de données choisies dans le groupe comprenant l'attitude du mobile, la position du mobile et l'état magnétique du mobile à l'instant de la mesure. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemple non limitatif et sur lesquels, la figure I qui illustre l'état de la technique ayant déjà été décrite, - la figure 2 représente une vue schématique sous forme de blocs fonctionnels d'un navigateur terrestre conforme à la présente invention, - la figure 3 illustre schématiquement une-étape de recalage de position à l'aide d'une base de données cartographiques, et la figure 4 représente schématiquement le logigramme du procédé d'aide à la navigation conforme à la présente invention. Comme représenté sur la figure 2 annexée, le navigateur terrestre 100 conforme à la présente invention comprend des moyens 114 aptes à déterminer la position estimée du mobile sur la base d'une information représentant la distance parcourue depuis un point d'origine connu et d'une information représentant le cap du mobile. Cependant, comme représenté sur la figure 2, selon la présente invention, de préférence, l'information de cap issue du magnétomètre 112 n'est pas appliquée directement aux moyens d'exploitation 114. De même, le cas échéant, l'information distance délivrée par l'odomètre 110, peut ne pas être délivrée directement aux moyens d'exploitation 114. En effet, selon la présente invention, ces informations font l'objet au préalable de corrections. Tout d'abord, l'information issue du magnétomètre 112 fait l'objet d'une première correction dans des moyens 116. La correction établie dans ces moyens 116 peut être basée sur deux séries de paramètres. Une première série de paramètres correspondent à l'état magnétique du mobile, est générée par des moyens 118. Ces moyens 118 sont conçus pour contrôler le déplacement, le retrait ou l'adjonction de masse magnétique sur le mobile. Tout déplacement de masse magnétique sur le mobile est en effet susceptible d'influencer la mesure issue du magnétomètre 112. Ces masses magnétiques peuvent être formées par exemple de charges, ou de tourelles rotatives. La deuxième série de paramètres prise en compte par les moyens 116 est générée par des moyens 120 sur la base de la trajectoire et de la position du mobile. Cette deuxième série de paramètres sera explicitée par la suite. Le signal délivré par les moyens 116 est ensuite appliqué à des seconds moyens de correction 122. Ces moyens 122 établissent une compensation dite de "verticalité"; c'est-à-dire que les moyens 122 établissent une compensation sur la base d'une information représentant l'attitude de véhicule issue de moyens 124. En d'autres termes, les moyens 122 suppriment l'erreur dûe à la combinaison de la non horizontalité de l'élément du magnétomètre 112 sensible au champ magnétique et de la composante verticale du champ magnétique terrestre. La compensation établie par les moyens 122 est particuliè- rement importante lorsque le mobile se déplace en tout terrain. Le signal issu des moyens de compensation 122 est ensuite appliqué à des moyens 126 conçus pour déterminer le cap du mobile. Pour cela, les moyens 126 reçoivent des informations d'un module 128 qui génèrent des composants représentant le champ géomagnétique à partir d'un modèle. L'information de cap issue des moyens 126 est appliquée aux moyens d'exploitation 114. Par ailleurs, comme représenté sur la figure 2, l'infor- mation de distance issue de l'odomètre 110 est appliquée, après passage dans des moyens de correction de distance 130, aux moyens d'exploi- tation 114. On explicitera par la suite le but de la correction établie dans les moyens 130. L'information de position estimée établie dans les moyens d'exploitation 114 est ensuite appliquée à des moyens 132, qui lorsque le mobile se déplace sur un itinéraire connu, une route par exemple, recherche la position sur l'itinéraire connu, la plus proche de la position estimée. Pour cela, les moyens 132 utilisent les informations issues d'une base de données cartographiques 134 contenant les coordonnées d'itinéraires connus, notamment de routes, sur lesquels le mobile est susceptible de se déplacer. Lorsque les moyens 132 ont ainsi localisés la position, selon l'itinéraire connu suivi par le mobile, la plus proche de la position estimée, les moyens 132 opèrent un recalage de position en identifiant la position réelle du mobile comme étant la position déterminée la plus proche sur l'itinéraire connu suivi par le mobile, puis les moyens 132 commandent la visualisation de cette position, considérée comme étant la position réelle du mobile, sur les moyens de visualisation 136. En parallèle, les moyens 132 appliquent sur les moyens 120 précités (qui établissent la deuxième série de paramètres de correction pour les moyens 116) une information représentant l'écart entre la position estimée déterminée par les moyens 114 et la position localisée la plus proche sur l'itinéraire connu suivi. Ainsi, les moyens 132 et 120 permettent une calibration automatique permanente des perturbations appliquées au magnétomètre 112 et à l'odomètre 110, lorsqu'il se déplace sur un itinéraire connu, notamment une route, afin de lui conférer une précision accrue lorsqu'il quitte un itinéraire connu, par exemple pour se déplacer en tout terrain. En d'autres termes, l'analyse de l'écart entre la position estimée et la position réelle sur l'itinéraire connu, en fonction de la trajectoire permet de calculer en permanence les corrections à effectuer sur les mesures magnétiques issues du magnétomètre 112 et sur les mesures de distance issues de l'odomètre 110. Cette mise à jour permanente des corrections lorsque le véhicule circule sur un itinéraire connu permet d'obtenir un jeu de paramètres de correction précis utilisable dès que le véhicule se déplace en dehors d'un itinéraire connu. On a schématisé cette correction pour les mesures magnétiques, sur la figure 3 annexée. On a représenté schématiquement sur la figure 3, sous la référence 150, un itinéraire connu, par exemple une route. Le point d'origine connu est référencé 152. La trajectoire réelle du véhicule est référencée 154. La position réelle du mobile est référencée 156. La position estimée par les moyens 114 est référencée 158. La trajectoire ainsi estimée par le navigateur 100 est référencé 160. L'écart entre la position estimée 158 et la position réelle 156 du mobile est référencée 162. Les paramètres de correction élaborés par les moyens 120 et appliqués ultérieurement aux mesures magnétiques dans les moyens 116 sont générés sur la base de l'amplitude et de la direction de l'écart 162. Des paramètres similaires de correction à appliquer sur la mesure de distance issue de l'odomètre 110, dans les moyens de correction 130, peuvent être élaborés par les moyens 120, en prenant en compte l'amplitude et la direction d'un écart détecté entre une position estimée 158 et une position réelle sur un itinéraire connu 156. On va maintenant décrire le procédé d'aide à la navigation, conforme à la présente invention, schématisé sur la figure 4. A l'étape 212 le champ géomagnétique est mesuré à l'aide d'un magnétomètre 112 embarqué sur le mobile. A l'étape 218 on détermine l'état magnétique du mobile, c'est-à-dire tout déplacement, retrait ou adjonction éventuelle de masse magnétique, susceptible d'influencer le magnétomètre 112 par rapport à un état de référence. A l'étape 216, le navigateur 100 établit une correction- de l'information issue du magnétomètre 112 sur la base de l'état magnétique déterminé et, de préférence, en outre, sur la base de paramètres pré-établis à une étape 220 par les moyens 120 précités. A l'étape 224, le navigateur 100 mesure l'attitude du véhicule. Cette étape 224 est suivie d'une étape 238 de test de l'inclinaison du mobile. Si le mobile est incliné, l'étape 238 est suivie d'une étape de correction de verticalité 222 sur la base de l'information attitude détectée à l'étape 224. L'étape 222 est suivie d'une étape 228 de génération de composantes représentant le champ géomagnétique 228 à partir d'un modèle. En revanche, si le mobile n'est pas incliné, l'étape 238 est suivie immédiatement de l'étape 228. Le cap du mobile est déterminé à l'étape 226 sur la base des composantes du champ géomagnétique généré à l'étape 228 et du champ magnétique détecté-par le magnétomètre 112 à l'étape 212, après correction éventuelle aux étapes 216 et 222. Le cap du mobile étant ainsi déterminé, la distance parcourue est mesurée par l'odomètre 110 à l'étape 210. Le cas échéant, comme explicité précédemment, l'infor- mation distance ainsi obtenue est corrigée à l'étape 230. Le navigateur 100 procède alors, à l'étape 214, à la détermination de la position estimée du mobile à l'aide des informations distance et cap précitées. L'étape 214 est suivie d'une étape 240 de test de déplacement du mobile sur un trajet connu. Par "trajet ou trajectoire connu" on entend dans la présente demande de brevet non pas un trajet ou trajectoiresur lequel il est vérifié que le mobile se déplace, mais un réseau de trajets susceptibles d'être empruntés par le mobile et dont les coordonnées sont mémorisées dans une base de données cartographiques. Si le mobile ne se déplace pas sur un trajet connu, la position estimée à l'étape 214 est considérée comme étant la position réelle et visualisée sur les moyens 136 à l'étape 242. En revanche si le mobile se déplace sur un trajet connu, le navigateur 100 procède à l'étape 244, successivement à un appel d'une base de données cartographiques 134 contenant les coordonnées de trajet connu, sur lequel se déplace le mobile, à un recalage de position en déterminant la position sur le trajet connu suivi par le mobile la plus proche de la position estimée à l'étape 214, puis à une visualisation sur les moyens 136 de la position ainsi recalée. A l'étape 220, le navigateur 100 procède alors à une détermination des paramètres de correction requis pour l'odomètre 110 et le magnétomètre 112, et susceptibles d'être utilisés respectivement par les moyens 130 et 116, sur la base de l'amplitude et de la direction de l'écart détecté entre la position estimée 158 et la position réelle 156 du véhicule. L'homme de l'art comprendra aisément que le procédé d'aide à la navigation et le navigateur terrestre qui viennent d'être décrits permettent une navigation autonome de tout véhicule terrestre ainsi équipé, sur tout terrain. Bien entendu la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation particulier qui vient d'être décrit mais s'étend à toutes variantes conformes à son esprit. En particulier, on notera que, comme défini dans le jeu de revendications annexé, la présente invention n'est pas limitée à la combinaison de la totalité des corrections précitées: en fonction de l'état magnétique du mobile, de l'attitude du mobile, en fonction d'un modèle du champ magnétique terrestre, par comparaison avec une base de données cartographiques, et par exploitation de paramètres de correction, pour le magnétomètre 112 et l'odomètre 110, sur la base de l'écart détecté entre une position estimée et une position réelle sur trajectoire connu. La présente invention couvre en effet toute combinaison possible de certaines seulement de ces corrections, comme défini dans le jeu de revendications annexé. A titre d'exemple, les moyens de correction 130 sur l'odomètre 110 peuvent être omis. R E V E N D I C A T O N S 1. Procédé d'aide à la navigation pour un mobile comprenant les étapes connues consistant à mesurer (210) la distance parcourue par le mobile à partir-d'un point d'origine, à détecter (212) le cap du mobile à l'aide d'un magnétomètre (112) et à déterminer (214) une position estimée du mobile sur la base des informations de distance et de cap ainsi obtenues, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre l'étape (216, 222, 226) consistant à corriger en permanence les informations issues de l'un au moins des moyens de mesure de distance (11i0) et du magnétomètre (112) avant exploitation (214) de ces informations pour la détermination de la position estimée, sur la base de données choisies dans le groupe comprenant l'attitude du mobile, la position du mobile et l'état magnétique du mobile à l'instant de la mesure. 2. Procédé d'aide à la navigation selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre, lorsque le mobile se déplace sur une trajectoire connue, l'étape consistant, par exploitation d'une base de données cartographiques (134), à déterminer la position sur une trajectoire connue suivie par le mobile la plus proche de la position estimée et à recaler la position estimée sur la position ainsi déterminée. 3. Procédé d'aide à la navigation selon l'une des revendications I et 2, caractérisé par le fait que l'étape de correction comprend la mesure (224) de l'attitude du mobile et une compensation (222) de verticalité de l'information issue du magnétomètre (112) en fonction de l'attitude du mobile. 4. Procédé d'aide à la navigation selon l'une des revendications I à 3, caractérisé par le fait que l'étape de correction comprend la génération (228) de composantes représentant le champ magnétique sur la base d'un modèle et la détermination (226) sur cette base du cap du mobile. 5. Procédé d'aide à la navigation selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'étape de correction comprend la génération de paramètres de correction en fonction de l'amplitude et de la direction de l'écart détecté entre la position estimée (214) et la position recalée (244). 6. Dispositif d'aide à la navigation selon l'une des revendications I à 5, caractérisé par le fait que l'étape de correction comprend la détermination de l'état magnétique du véhicule (218) et la correction du signal issu du magnétomètre (112) sur cette base. 7. Dispositif navigateur terrestre embarqué sur un mobile comprenant des moyens de mesure de distance parcourue (110), un magnétomètre (112), et des moyens d'exploitation (114) sensibles aux informations délivrées par les moyens précités et qui déterminent une position estimée, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre des moyens (116, 122, 126, 132) aptes à appliquer en permanence une correction sur les informations issues de l'un au'moins des moyens de mesure de distance (110) et du magnétomètre (112), avant application de ces informations sur les moyens d'exploitation (114), sur la base de données choisies dans le groupe comprenant l'attitude du mobile, la position du mobile et l'état magnétique du mobile à l'instant de la mesure. 8. Dispositif navigateur selon la revendication 7, carac- térisé par le fait qu'il comprend une base de données cartographiques (134) et des moyens (132) permettant, lorsque le mobile se déplace sur un itinéraire connu contenu dans la base de données (134), de déterminer la position sur l'itinéraire connu suivi par le mobile, la plus proche de la position estimée, et permettant de recaler la position estimée sur la position ainsi déterminée. 9. Dispositif navigateur selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens (124) de mesure d'attitude du mobile et des moyens (122) de compensation de verticalité des informations issues du magnétomètre (112). 10. Dispositif navigateur selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens (128) générant des composantes qui représentent le champ géomagnétique sur la base d'un modèle, et des moyens (126) aptes à déterminer le cap du mobile sur la base des informations issues du magnétomètre (112) et du modèle de champ géomagnétique. 11. Dispositif navigateur selon l'une des revendications 7 à , caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens (120) aptes à élaborer des paramètres d'erreur sur la base de l'amplitude et de la direction d'un écart entre une position estimée et une position recalée localisée sur un itinéraire connu suivi par le véhicule et contenu dans une base de données cartographiques (134). 12. Dispositif navigateur selon l'une des revendications 7 à 11, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens (116) aptes à corriger l'information issue du magnétomètre (112) sur la base d'informations correspondant à l'état magnétique du mobile.