Brevet FR2953941A1 — publié le 20110617

Système et procédé de géo-localisation par hybridation d'un système de navigation par satellite et d'un système de collecte de données. La présente invention concerne en premier lieu un système de géo-localisation mettant en oeuvre l'hybridation d'un système de navigation 5 par satellite et d'un système de collecte de données. En particulier, la présente invention prévoit de combiner une partie de signaux issus d'un système de navigation par satellites avec des éléments de mesures effectuées par un système de collecte de données dans le but de localiser géographiquement avec précision un objet, de 10 manière rapide et économique d'un point de vue énergétique. L'un des objectifs de l'invention est de maximiser l'autonomie du système de géo-localisation revendiqué en réduisant au maximum les opérations d'acquisition et de traitement effectuées par des moyens situés 15 sur l'objet à localiser. Selon l'invention, en effet, un maximum d'opération est effectué par des éléments distants, appartenant au système de collecte de données. De nombreux systèmes de collecte de données sont aujourd'hui 20 utilisés à des fins diverses : étude de la faune, de l'environnement, balise de détresse pour bateau, système de surveillance du trafic maritime ...etc. Le système Argos, qui fonctionne depuis 1979, en est un exemple bien connu. Il existe cependant d'autres systèmes de collecte de données tels que le système AIS, Automatic Identification System selon l'acronyme anglais, ou le 25 système SAR, Search And Rescue selon l'acronyme anglais, par exemple. Le principe de fonctionnement d'un système de collecte de données est représenté de manière générale sur la figure 1. Ainsi, sur le schéma de la figure 1, des dispositifs de collecte de données équipent, par exemple, une population animale Dl, des bouées 30 météorologiques D2, ou une flotte de bateaux de pêche D3. Les mesures effectuées par ces dispositifs sont encapsulées dans des messages émis, par l'intermédiaire de dispositifs émetteurs adaptés, vers des satellites S. Lesdits satellites S renvoient ces messages, éventuellement modifiés, et éventuellement accompagnés de mesures sur le signal reçu, vers des stations de réception R au sol. Ces dernières font parvenir les messages à des stations sol G qui présentent des moyens de traitement adaptés, permettant, par exemple, de localiser approximativement les objets d'une étude ou d'une surveillance. Après traitement des messages transmis par les satellites S et les stations de réception R, les stations sol G peuvent émettre des messages d'informations vers un réseau d'utilisateurs U. Cependant, la géo-localisation d'un objet par un système de collecte de données seul est insuffisante car trop imprécise. La précision de tels systèmes n'est que de 300 mètres à 500 mètres, du fait de leurs défauts intrinsèques, et notamment d'horloges internes trop peu précises, et du nombre réduit de mesures. Par ailleurs, il est connu que pour connaître la position d'un objet à la surface de la Terre, il est possible d'exploiter les capacités d'un système de navigation par satellites, ou GNSS pour Global Navigation Satellites System selon l'acronyme anglais, tel que le système GPS (Global Positioning System selon l'acronyme anglais), le système Glonass ou bientôt le système Galiléo. Pour mettre en oeuvre un système de navigation par satellites, il est nécessaire d'équiper l'objet à localiser de moyens d'acquisition de signaux émis par les satellites du système de navigation. Ces signaux doivent être décodés par des moyens associés aux moyens d'acquisition précités afin de calculer la position de l'objet. Ces moyens consistent en un récepteur ou une balise, tels qu'un récepteur GPS ou une balise GPS. La mise en oeuvre de tels moyens de géo-localisation présente plusieurs inconvénients. Tout d'abord, la géo-localisation par un système de navigation par satellites implique le décodage des signaux issus dudit système de navigation par satellites, tel que le système GPS. Le décodage d'un signal GPS complet peut prendre environ 30 secondes à une minute pour le calcul d'un premier point. Durant ces 30 secondes, la balise GPS servant à acquérir et décoder le signal GPS, et installée sur l'objet à géo-localiser, est alimentée en tension, ce qui affecte l'autonomie de ladite balise GPS. Par ailleurs, pendant ces 30 secondes à une minute, il faut bénéficier d'un ciel clair, et plus précisément, d'un nombre suffisant au moins 4 û de satellites visibles. Ceci est d'emblée quasiment impossible lorsque l'on cherche à suivre une population d'animaux amphibies. De plus, pour que ce type de système parvienne à géo-localiser un objet, l'intégralité du signal GPS doit être lisible. Si, du fait d'une mauvaise qualité de la réception, il manque une partie du signal GPS, aucune géolocalisation n'est possible. Cet inconvénient se traduit par une sensibilité, c'est-à-dire d'une capacité de réception, potentiellement insuffisante des systèmes de géo-localisation mettant en oeuvre un système de navigation par satellites. Pour pallier ces problèmes, certains développements actuels mènent à la conception de balises, réceptrices de signaux GPS par exemple, qui numérisent sans les traiter lesdits signaux GPS et les renvoient vers des satellites, afin que le calcul de géo-localisation soit effectué par des moyens externes, typiquement une ou des stations sol. Mais cette solution présente deux importants désavantages : tout d'abord, elle implique un débit montant important puisque l'intégralité du signal GPS est renvoyé ; d'autre part, selon cette solution, l'objet à suivre ou à surveiller, et en tout cas à géo-localiser, ne connaît pas sa position. Ainsi, l'objectif de la présente invention est d'abord d'améliorer les performances des systèmes de géo-localisation, notamment en termes de sensibilité. Un autre objectif de l'invention est de permettre une simplification des moyens de réception équipant les objets à géo-localiser, en vue notamment de minimiser leur consommation en énergie et, par voie de conséquence, d'augmenter leur autonomie. Pour atteindre ces objectifs, la présente invention n'implique pas d'augmentation significative du débit montant vers les satellites S. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de géo-localisation d'un équipement comprenant les étapes suivantes : • la réception, par des moyens de réception situés sur ledit équipement, d'informations de positionnement issues d'un système de navigation par satellites, lesdites informations de positionnement contenant au moins une mesure de phase de code ; • la transmission de messages, par des moyens de transmission 35 situés sur l'équipement et appartenant à un système de collecte de données, lesdits messages contenant lesdites mesures de phase de code, et des mesures sur la transmission des messages, effectuées par des moyens de mesure appartenant audit système de collecte de données ; • la combinaison, par des moyens de traitement distants de l'équipement et appartenant audit système de collecte de données, desdites mesures de phase de code et desdites mesures sur la transmission des messages, de manière à géo-localiser ledit équipement. De manière préférée, lesdites mesures sur la transmission des messages contiennent une mesure de la date de réception, par des moyens relais, distants de l'équipement, des messages transmis par les moyens de transmission dudit système de collecte de données Avantageusement, le procédé selon l'invention peut comprendre la combinaison de ladite mesure de la date de réception, et d'une date d'émission dudit message par les moyens de transmission, de manière à calculer la distance de propagation entre l'équipement et les moyens relais du système de collecte de données. Selon un mode de mise en oeuvre du procédé, la date d'émission dudit message par les moyens de transmissions est déterminée par un lever d'ambigüité d'après les distances de propagation possibles entre l'équipement et les moyens relais du système de collecte de données, compte-tenu de la position desdits moyens relais au moment de la réception dudit message. Avantageusement, la détermination de ladite date d'émission peut utiliser une estimation du temps écoulé entre la réalisation des mesures de phase de code et l'émission du message par l'intermédiaire du système de collecte de données pour réduire le domaine de lever d'ambigüité. Avantageusement, lesdites mesures sur la transmission des messages contiennent une mesure de Doppler, c'est-à-dire de l'écart entre la fréquence d'émission des messages par les moyens de transmission et la fréquence de réception desdits messages par les moyens relais du système de collecte de ces mêmes messages. Avantageusement, le procédé selon l'invention peut comporter une étape de détermination de la position absolue du ou des satellites du système de navigation par satellites à l'origine desdites informations de positionnement, comprenant l'association desdites mesures de phase de code à un identifiant caractéristique du satellite ayant émis lesdites informations de positionnement concernées, ledit identifiant permettant la détermination de la position absolue du ou des satellites du système de navigation par satellites par la consultation des éphémérides relatives au système de navigation par satellites concerné. Avantageusement, le procédé selon l'invention peut comporter une étape de détermination de la position absolue du ou des satellites du système de navigation par satellites à l'origine desdites informations de positionnement, comprenant la résolution de la position d'un ou plusieurs satellites par comparaison d'un ensemble de positions possibles déterminées en fonction des éphémérides du système de navigation par satellites concerné avec des informations de géo-localisation propres audit système de collecte de données. Selon l'invention, un système de géo-localisation d'un équipement peut comprendre des moyens de réception, situés sur ledit équipement, d'informations de positionnement issues d'un système de navigation par satellites, lesdites informations de positionnement contenant au moins une mesure de phase de code, et des moyens de transmission, situés sur ledit équipement et appartenant à un système de collecte de données, pour émettre des messages contenant lesdites mesures de phase de code, ainsi que des mesures sur la transmission des messages, effectuées par des moyens de mesure appartenant audit système de collecte de données, et en ce qu'il est susceptible de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention, décrit précédemment. Avantageusement, un tel système de géo-localisation peut comprendre des moyens relais et des moyens de traitement, distants dudit équipement et appartenant audit système de collecte de données, comprenant respectivement un réseau de satellites et un réseau de stations SOI. Avantageusement, l'équipement alimente en courant ledit moyen de réception d'informations de positionnement uniquement pendant une durée nécessaire et suffisante pour effectuer lesdites mesures de phase de code sur les signaux issus du système de navigation par satellites. Avantageusement, le système selon l'invention peut renvoyer vers l'équipement un message comportant sa géo-localisation. Selon un mode de mise en oeuvre, le système selon l'invention diffuse en continu à un réseau d'utilisateurs le temps absolu donné par le système de navigation par satellites. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit faite en regard de l'unique dessin annexé, figure 1, qui représente le principe de fonctionnement d'un système de collecte de données. La figure 1 présente un schéma de fonctionnement permettant de décrire un système de collecte de données connu de l'état de la technique. Ce schéma peut également servir de support à la description de l'invention. Le principe général de fonctionnement d'un système de collecte de données selon l'état de la technique a déjà été décrit rapidement en introduction. Comme décrit également précédemment, des systèmes connus de géo-localisation permettent de localiser assez précisément tout objet situé à la surface de la Terre, équipé d'une balise apte à décoder les signaux émis par des satellites du système de navigation par satellites concerné. Comme cela a été expliqué, ces systèmes présentent pour défauts principaux de nécessiter un temps important de décodage et de traitement, par la balise embarquée par le sujet à localiser, et de connaître une sensibilité réduite. Le principe fondamental de l'invention consiste à hybrider un système de collecte de données et un système de navigation par satellites. En d'autres termes, selon l'invention, les objets à localiser, Dl, D2, D3, comportent non seulement des balises équipées de moyens pour effectuer des mesures, appartenant au système de collecte de données, ainsi que des balises aptes à recevoir des signaux issus de satellites appartenant à un système de navigation par satellites, mais surtout, les moyens du système de collecte de données et les moyens pour recevoir des signaux issus de satellites appartenant à un système de navigation par satellites sont aptes à coopérer en vue de fournir une géo-localisation précise desdits objets, en un temps réduit, en particulier en ce qui concerne le calcul du premier point. Pour cela, le système selon l'invention est conçu pour qu'un minimum de traitements soit effectué par les moyens équipant les objets à localiser. En particulier, selon l'invention, les moyens aptes à recevoir les signaux issus du système de navigation par satellites n'ont pas besoin de décoder l'intégralité des signaux, que l'on intitulera pour la suite de la présente description informations de positionnement, issus du système de navigation par satellite. En effet, la plupart des systèmes de navigation par satellites, à savoir le système GPS et le système Galiléo, émettent des signaux comprenant un champ couramment appelé phase de code, correspondant à un top d'horloge extrêmement régulier, auquel le signal de positionnement est envoyé. II ne s'agit pas d'une date, ou d'un « temps GPS », mais uniquement d'un top. Le système GPS comme le système Galiléo émettent des signaux comprenant un champ de type phase de code ou équivalent. Selon l'invention, les moyens de réception des informations de positionnement peuvent se contenter de n'acquérir que la phase de code incluse dans lesdites informations de positionnement. Pour retrouver ensuite le « temps GPS », et la position des satellites du système de navigation par satellites ayant émis les informations de positionnement, le système selon l'invention travaille ensuite en « temps masqué », c'est-à-dire que ce ne sont pas les moyens de réception des informations de positionnement qui sont mis à contribution, mais des moyens du système de collecte de données, et en particulier des moyens hébergés par une ou des stations sol G. En effet, connaissant la phase de code, le positionnement ne consiste plus qu'au lever d'ambigüité sur cette mesure, la taille du lever d'ambigüité dépendant de la longueur du code sur lequel est effectuée la mesure de phase. Selon le système de positionnement par satellite utilisé, cette ambigüité peut être de 1 milliseconde, 4 millisecondes ou 10 millisecondes. Afin de lever cette ambigüité, lesdits moyens hébergés par une ou des stations sol G vont combiner la phase de code lue dans les informations de positionnement avec des données issues du système de collecte de données. Ces moyens constituent de ce fait des moyens pour combiner lesdites phases de code et des informations correspondant à des parties de messages contenant des mesures effectuées pour le système de collecte de données, par l'intermédiaire de balises comportant des instruments de mesures et des moyens d'émissions de messages contenant les mesures vers des satellites S. Ces satellites S, comme cela a été expliqué, font le lien entre les objets à localiser, suivis ou étudiés, et un réseau de stations sol en relayant vers lesdites stations sol G, via des moyens de réception R, les messages contenant les mesures. Comme cela est connu, pour géo-localiser un objet, il suffit de connaître la position des satellites du système de navigation par satellites concerné dont les informations de positionnement ont été reçu par l'objet à géo-localiser, ainsi que le temps universel, typiquement le « temps GPS », de ces signaux. Pour y parvenir, comme on l'a vu, le système selon l'invention dispose de la phase de code des informations de positionnement, et de messages contenant les mesures, émis par les moyens du système de collecte de données équipant l'objet à géo-localiser. Suivant le cas de figure, il existe plusieurs façons de mettre en oeuvre l'invention. Pour retrouver la position des satellites du système de navigation par satellites à l'origine des informations de positionnement, il existe au moins les deux possibilités suivantes. Tout d'abord, dans le cas où la phase de code est « taguée » lorsqu'elle est retransmise au système de collecte, c'est-à-dire qu'elle comporte un identifiant caractéristique du satellite émetteur du signal de positionnement, il suffit de rechercher ce satellite dans les éphémérides relatives au système de navigation par satellite concerné pour connaître sa position en fonction du temps. Une deuxième possibilité consiste à « résoudre » la position des satellites en procédant par élimination, à partir de données de géo-localisation intrinsèques au système de collecte de données. En croisant ces données avec les données des éphémérides relatives au système de navigation par satellites concerné, on retrouve la position des satellites dont des informations de positionnement ont été reçus. Pour retrouver le temps universel, par exemple le « temps GPS », il existe également plusieurs méthodes, qui peuvent être combinées. Dans un premier cas, l'objet à localiser D1, D2, D3 comportant des moyens pour effectuer des mesures et des moyens pour émettre des messages contenant les mesures vers des satellites S est configuré de tel sorte que la date des mesures, correspondant à une date déterminé en fonction d'une horloge interne situé sur l'objet à localiser, est inclus dans le message contenant les mesures. Les satellites S étant aptes à connaître le temps universel, par exemple le « temps GPS », il est alors possible de remonter au temps universel vu par l'objet à localiser Dl, D2, D3 ; il suffit en effet de déterminer le temps de propagation des messages contenant les 1 o mesures, de l'objet à localiser Dl, D2, D3 aux satellites S, avec une précision meilleure que l'ambigüité résiduelle sur la mesure de phase de code. Dans un second cas, si les messages contenant les mesures émis vers les satellites S ne comportent pas de date des mesures, il est possible 15 de résoudre le temps universel vu par l'objet à localiser Dl, D2, D3 par analyse des possibilités, phase de code par phase de code, dans un intervalle de temps de typiquement 10 secondes précédant la date de réception du message contenant les mesures en postulant que les moyens de mesure du système de collecte de données et les moyens d'émissions 20 associés équipant l'objet à localiser Dl, D2, D3 n'ont pas mis plus de 10 secondes pour envoyer un message contenant les mesures et la phase de code à partir du moment où les moyens de réception des informations de positionnement de l'objet à localiser Dl, D2, D3 ont reçu un signal de positionnement dont ils ont acquis ladite phase de code. 25 En tout état de cause, s'il y a ambiguïté, ou pour vérifier la validité du calcul, l'invention peut comprendre une étape de mesure Doppler de l'écart en fréquence entre l'émission du message contenant les mesures et sa réception par le satellite S. Cette mesure permet en effet de situer l'objet à géo-localiser sur un hyperboloïde sphérique centré sur le satellite S et dont la 30 caractéristique est donnée par la mesure Doppler. Il faut noter que, de manière classique, dans le cas où plusieurs satellites du système de navigation par satellites sont visibles de l'objet à géo-localiser, on peut mettre en oeuvre un procédé de triangulation. Ainsi, il n'y a pas d'ambigüité sur la position de l'objet à géo-localiser à partir de 35 quatre satellites du système de navigation par satellite visibles. En dessous de quatre satellites visibles, il est possible par exemple de mettre en oeuvre la méthode explicitée ci-dessus de mesure Doppler par une mesure du signal de collecte, et donc de remplacer un satellite du système de navigation par un satellite du système de collecte pour l'établissement du point, c'est-à-dire géo-localiser l'objet. En résumé, l'invention a pour principal avantage de permettre la géo-localisation précise d'objets par couplage d'un système de collecte de données avec un système de navigation par satellites. Le système selon l'invention nécessite un minimum de temps de traitement par les moyens équipant lesdits objets, au profit de traitements effectués en « temps masqué » par des équipements distants, typiquement des stations sol du système de collecte de données. A cette fin, notamment, le système selon l'invention ne nécessite l'acquisition que de la phase de code des informations de positionnement issues des satellites du système de navigation par satellites. L'acquisition de la phase de code ne nécessite, classiquement, qu'environ une milliseconde de temps de traitement. Si l'on compare avec les plus de 30 secondes que prennent aujourd'hui les récepteurs GPS pour acquérir les signaux GPS, décoder le temps GPS et consulter les éphémérides, on s'aperçoit des économies d'énergie et donc du gain en autonomie pour ces systèmes. Dans le système selon l'invention, les traitements complexes et notamment la détermination du temps universel vu par les objets à géo-localiser sont effectués par des moyens distants tels que des stations sol du système de collecte de données. A titre optionnel, on peut noter que le système selon l'invention peut comporter des moyens pour renvoyer vers les objets à géo-localiser leur position une fois que celle-ci est calculée. Le système selon l'invention peut également comprendre des moyens pour diffuser vers un réseau d'utilisateurs des données, par exemple le temps universel tel que le temps GPS. REVENDICATIONS1. Procédé de géo-localisation d'un équipement comprenant les étapes suivantes : • la réception, par des moyens de réception situés sur ledit équipement (D1,D2,D3), d'informations de positionnement issues d'un système de navigation par satellites, lesdites informations de positionnement contenant au moins une mesure de phase de code • la transmission de messages, par des moyens de transmission situés sur l'équipement et appartenant à un système de collecte de données, lesdits messages contenant lesdites mesures de phase de code, et des mesures sur la transmission des messages, effectuées par des moyens de mesure appartenant audit système de collecte de données ; • la combinaison, par des Moyens de traitement (G) distants de l'équipement et appartenant audit système de collecte de données, desdites mesures de phase de code et desdites mesures sur la transmission des messages, de manière à géo-localiser ledit équipement (Dl ,D2,D3). 2. Procédé de géo-localisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites mesures sur la transmission des messages contiennent une mesure de la date de réception, par des moyens relais (S), distants de l'équipement, des messages transmis par les moyens de transmission dudit système de collecte de données 3. Procédé de géo-localisation selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend la combinaison de ladite mesure de la date de réception, et d'une date d'émission dudit message par les moyens de transmission, de manière à calculer la distance de propagation entre l'équipement (D1,D2,D3) et les moyens relais (S) du système de collecte de données. 4. Procédé de géo-localisation selon la revendication 3, caractérisé en ce que la date d'émission dudit message par les moyens de transmissions est déterminée par un lever d'ambigüité d'après les distances de propagation possibles entre l'équipement (D1,D2,D3) et 5 les moyens relais (S) du système de collecte de données, compte- tenu de la position desdits moyens relais (S) au moment de la réception dudit message. 5. Procédé de géo-localisation selon l'une quelconque des 10 revendications 3 à 4, caractérisé en ce que la détermination de ladite date d'émission utilise une estimation du temps écoulé entre la réalisation des mesures de phase de code et l'émission du message par l'intermédiaire du système de collecte de données pour réduire le domaine de lever d'ambigüité. 15 6. Procédé de géo-localisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lesdites mesures sur la transmission des messages contiennent une mesure de Doppler, c'est-à-dire de l'écart entre la fréquence d'émission des messages 20 par les moyens de transmission et la fréquence de réception desdits messages par les moyens relais (S) du système de collecte de ces mêmes messages. 7. Procédé de géo-localisation selon la revendication 1, caractérisé en 25 ce qu'il comporte une étape de détermination de la position absolue du ou des satellites du système de navigation par satellites à l'origine desdites informations de positionnement, comprenant l'association desdites mesures de phase de code à un identifiant caractéristique du satellite ayant émis lesdites informations de positionnement 30 concernées, ledit identifiant permettant la détermination de la position absolue du ou des satellites du système de navigation par satellites par la consultation des éphémérides relatives au système de navigation par satellites concerné. 8. Procédé de géo-localisation selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de détermination de la position absolue du ou des satellites du système de navigation par satellites à l'origine desdites informations de positionnement, comprenant la résolution de la position d'un ou plusieurs satellites par comparaison d'un ensemble de positions possibles déterminées en fonction des éphémérides du système de navigation par satellites concerné avec des informations de géo-localisation propres audit système de collecte de données. 9. Système de géo-localisation d'un équipement caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de réception, situés sur ledit équipement (D1,D2,D3), d'informations de positionnement issues d'un système de navigation par satellites, lesdites informations de positionnement contenant au moins une mesure de phase de code, et des moyens de transmission, situés sur ledit équipement (Dl ,D2,D3) et appartenant à un système de collecte de données, pour émettre des messages contenant lesdites mesures de phase de code, ainsi que des mesures sur la transmission des messages, effectuées par des moyens de mesure appartenant audit système de collecte de données, et en ce qu'il est susceptible de mettre en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8. 10. Système de géo-localisation selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens relais (S) et des moyens de traitement (G), distants dudit équipement (D1,D2,D3) et appartenant audit système de collecte de données, comprenant respectivement un réseau de satellites (S) et un réseau de stations sol (G). 11. Système de géo-localisation selon l'une des revendications 9 à 10, caractérisé en ce que l'équipement (D1,D2,D3) alimente en courant ledit moyen de réception d'informations de positionnement uniquement pendant une durée nécessaire et suffisante pour effectuer lesdites mesures de phase de code sur les signaux issus du système de navigation par satellites. 5 12. Système de géo-localisation selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce qu'il renvoie vers l'équipement (D1,D2,D3) un message comportant sa géo-localisation. 13. Système de géo-localisation selon l'une des revendications 9 à 12, caractérisé en ce qu'il diffuse en continu à un réseau d'utilisateurs (U) le temps absolu donné par le système de navigation par satellites.