Brevet FR2970570A1 — publié le 20120720

GUIDAGE PAR FOCALISATION RADIO L'invention se rapporte au domaine de la navigation pédestre guidée par signaux radio. Les procédés de guidage connus reposent sur l'association de deux techniques : - la création d'un plan ou d'une carte géographique, et - la localisation géographique de l'usager. Ainsi, une telle méthode est mise en ceuvre dans le système de guidage par satellite connu sous le nom de GPS (initiales des mots anglais « Global Positioning System » signifiant « Système de Positionnement Mondial »). Une autre telle méthode est décrite dans l'article de M. Ciurana, S. Cugno, et F. Barcelo-Arroyo intitulé « WLAN indoor positioning based on TOA with two reference points », 4ème Séminaire Positioning, Navigation and Communication, 2007. Encore une autre telle méthode est décrite dans la thèse de V.J.T Renaudin-Schouler intitulée « Hybridation MEMS/UWB pour la navigation pédestre intra-muros » (École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Suisse 2009). Encore une autre telle méthode est décrite dans l'article de A. Kushki, K.N. Plataniotis, et A.N. Venetsanopoulos intitulé « Intelligent Dynamic Radio Tracking in Indoor Wireless Local Area Networks », IEEE Transactions on Mobile Computing, 2010. Les inconvénients des techniques précitées sont les suivants : - la cartographie d'une zone complexe telle que l'intérieur d'un bâtiment est compliquée à mettre en oeuvre, et - la localisation d'un usager en milieu complexe tel que l'intérieur d'un bâtiment, est compliquée à mettre en oeuvre. La présente invention concerne donc un procédé de guidage par focalisation radio, dans lequel des dispositifs communicants ER, , où i =1,..., N et N 1, sont placés à divers endroits dans un environnement prédéterminé, ou au voisinage dudit environnement, et dans lequel lesdits dispositifs ER, sont aptes à émettre chacun un signal respectif de manière à ce que la superposition de ces signaux crée une source virtuelle, dite « balise-spatio-temporelle ». Ledit procédé est remarquable en ce qu'il comprend les étapes suivantes : a) une entité dite « visiteur » part d'un lieu prédéterminé, et se dirige vers une balise spatio-temporelle de numéro k =1 produite par au moins un signal respectif de numéro k =1 émis par un dispositif ER, , au moyen de l'observation de l'intensité de ladite balise spatio-temporelle de numéro k =1 mesurée par un dispositif communicant Evisiteur porté par ledit visiteur, jusqu'à ce que le visiteur ait rejoint cette balise spatio-temporelle de numéro k =1, et b) ledit visiteur se dirige successivement, pour k =1,.., kdernier -1, d'une balise spatio-temporelle de numéro k vers une balise spatio-temporelle de numéro ( k +1) produite par au moins un signal respectif de numéro ( k +1) émis par un dispositif ER, , au moyen de l'observation de l'intensité de ladite balise spatio-temporelle de numéro (k +1) mesurée par ledit dispositif Evisiteur, jusqu'à ce que le visiteur ait rejoint cette balise spatio-temporelle de numéro ( k +1). Ainsi, selon l'invention, pour chaque trajet, dans un certain environnement, le long duquel on souhaite guider un futur visiteur, on met en place une série de « balises spatio-temporelles » successives, qui « matérialisent » ce trajet. Comme décrit ci-dessous, ces balises résultent de la superposition de signaux radio émis par un certain nombre de dispositifs communicants ER, . On notera que, pour ce faire, les dispositifs ER; peuvent, a priori, être positionnés n'importe où dans ledit environnement, et/ou à proximité dudit environnement ; l'invention permet, avantageusement, de mettre en place des trajets différents au moyen de séries géographiquement différentes de balises spatio-temporelles, sans pour autant avoir à déplacer les dispositifs ER; . Grâce à ces dispositions, on dispose d'un système de navigation 5 pédestre peu complexe qui ne nécessite ni localisation de l'usager guidé, ni cartographie de la zone dans laquelle l'usager est guidé. On notera qu'aucune limitation n'est imposée concernant les techniques de transmission radio aptes à mettre en oeuvre l'invention. Les réseaux radio concernés peuvent être par exemple: 10 - des réseaux mobiles (3GPP UMTS, HSPA, LTE, LTE-A, IEEE 802.16, Mobile WiMAX, 1xEVDV, et ainsi de suite), ou des réseaux fixes (WLAN, IEEE 802.11, et ainsi de suite). Selon des caractéristiques particulières, chaque fois que le visiteur 15 rejoint une balise spatio-temporelle de numéro k , où k =1,..., kdernier ledit dispositif Evisiteur le signale à un dispositif communicant central Econtrôleur, qui ordonne auxdits dispositifs ER, d'arrêter l'émission de leur signal respectif de numéro k , et qui ordonne aux dispositifs ER, , sauf lorsque k = kdemier , de commencer l'émission de leur signal respectif 20 de numéro (k +1). Grâce à ces dispositions, le visiteur qui a atteint la balise spatio-temporelle de numéro k est ensuite guidé vers la balise spatio-temporelle de numéro (k +1). De la sorte, le visiteur est in fine commodément guidé le long d'un trajet prédéterminé. 25 Selon d'autres caractéristiques particulières, au moins l'un desdits dispositifs ER; a préalablement enregistré ledit signal respectif de numéro k lors d'une phase d'apprentissage, au cours de laquelle une entité, dite « guide », a traversé ledit environnement le long dudit trajet prédéterminé, munie d'un dispositif communicant Eguide émettant, pour chaque valeur de k =1,..., kdemier, , un signal destiné à être enregistré, retourné temporellement, puis émis comme exposé succinctement ci-dessus, par au moins un dispositif ER, . Grâce à ces dispositions, le guide peut commodément enregistrer, à l'intention d'un futur visiteur, un certain trajet au sein dudit environnement. Corrélativement, l'invention concerne divers dispositifs. Elle concerne ainsi, premièrement, un dispositif communicant 10 Evisiteur, comprenant des moyens pour : - détecter un signal radio provenant d'une source virtuelle, dite « balise spatio-temporelle », et en mesurer l'intensité, et - lorsque ladite intensité de la balise spatio-temporelle a atteint un niveau prédéterminé, envoyer un message correspondant à un dispositif 15 communicant Econtrôleur. L'invention concerne aussi, deuxièmement, un dispositif communicant Econtrôleur, comprenant des moyens pour : - recevoir de la part d'un dispositif communicant Evisiteur, pour k =1,..., kdemier , un message lui indiquant que l'intensité d'un signal de 20 numéro k mesuré par ledit dispositif communicant Evisiteur a atteint un niveau prédéterminé, et - ordonner, pour k =1,..., kdernier à des dispositifs communicants ER, , où i =1,..., N et N .1, d'arrêter l'émission d'un signal respectif de numéro k , et ordonner, pour k =1,..., kdernier -1, auxdits dispositifs ER, 25 de commencer l'émission d'un signal respectif de numéro (k +1). L'invention concerne également un système de guidage par focalisation radio, comprenant : - un dispositif communicant Eguide, comportant des moyens pour émettre un signal radio, et - des dispositifs communicants ER; , où i =1,..., N et N 1, comportant chacun des moyens pour recevoir et enregistrer ledit signal radio, retourner temporellement le signal respectif reçu, et émettre ledit signal retourné temporellement. Selon des caractéristiques particulières, ledit système de guidage par focalisation radio comprend en outre un dispositif communicant Econtrôleur tel que décrit succinctement ci-dessus. On notera que l'on pourra réaliser l'un quelconque des dispositifs de guidage par focalisation radio succinctement exposés ci-dessus dans le contexte d'un circuit électronique. Les avantages offerts par ces dispositifs et par ce système sont essentiellement les mêmes que ceux offerts par les procédés corrélatifs succinctement exposés ci-dessus. L'invention vise également un programme d'ordinateur téléchargeable depuis un réseau de communication et/ou stocké sur un support lisible par ordinateur et/ou exécutable par un microprocesseur. Ce programme d'ordinateur est remarquable en ce qu'il comprend des instructions pour l'exécution des étapes de l'un quelconque des procédés de guidage par focalisation radio succinctement exposés ci-dessus, lorsqu'il est exécuté sur un ordinateur. Les avantages offerts par ces dispositifs et ce programme d'ordinateur sont essentiellement les mêmes que ceux offerts par lesdits procédés. D'autres aspects et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-dessous de modes de réalisation particuliers, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels : - la figure 1 représente schématiquement, en fonction du temps, l'intensité du signal reçu par le dispositif Evisiteur, lorsque le visiteur 30 effectue un balayage manuel, - la figure 2 représente le mouvement de balayage manuel effectué par le visiteur, lorsque le dispositif Evisiteur est doté d'une antenne non directive, - la figure 3 est un exemple de graphe montrant l'intensité du signal reçu par le dispositif Evisiteur en fonction de sa position, dans le cas représenté sur la figure 2, - la figure 4 représente le mouvement de balayage manuel effectué par le visiteur, lorsque le dispositif Evisiteur est doté d'une antenne directive, et - la figure 5 représente un balayage automatique, lorsque le dispositif Evisiteur est muni de plusieurs capteurs. On va décrire à présent un système de guidage par focalisation radio selon un mode de réalisation de l'invention. Ce système comprend les dispositifs suivants : - un dispositif communicant Evisiteur, utilisé par un usager du système dit « visiteur », - un dispositif communicant Eguide, utilisé par un usager du système dit « guide », - un réseau de dispositifs communicants ER, , où i =1,..., N et N 1, et - un dispositif central Econtrôleur, apte à piloter les dispositifs ER, . Chaque ER, peut enregistrer un signal émis par Eguide par voie radio à condition d'être à portée radio de Eguide, et associer au signal reçu un numéro k , qui est un entier tel que 0 k kdemier , ou kdemier est un paramètre entier dont la valeur est déterminée empiriquement comme décrit ci-dessous. On choisit un point de départ pour le trajet suivi par tous les visiteurs ; il peut s'agir, par exemple, d'une position dans l'espace signalée par un panneau ou une marque au sol, ou d'un son, détectables par le visiteur. L'invention comprend deux phases successives, à savoir une phase d'apprentissage, et une phase de guidage. La phase d'apprentissage comprend les étapes suivantes. Au cours d'une étape A0, le guide positionne Eguide au point de départ précité. Au cours d'une étape A1, le guide actionne Eguide. Au cours d'une étape A2, Eguide se synchronise avec Econtrôleur. 10 A partir de ce moment, Eguide possède la même référence de temps que Econtrôleur et que tous les dispositifs ER, du réseau. Au cours d'une étape A3, à partir d'un instant t0, Econtrôleur initialise le réseau en : - assignant la valeur nulle au numéro k , et 15 - effaçant dans les ER, tous les enregistrements éventuels. Au cours d'une étape A4, Econtrôleur envoie à Eguide un signal de départ, qui est reçu à un instant to+dt1. Au cours d'une étape A5, Eguide envoie au guide un signal de départ, à un instant to+dt1 +dt2. Le guide se met alors en mouvement. 20 Au cours d'une étape A6 : - à chaque instant (to+ko -T+k -T), où ko est une constante prédéterminée telle que ko T>(dt1+dt2), et T est une durée prédéterminée, Eguide émet un signal prédéterminé d'une durée d Cette étape A6 se poursuit ainsi dans le temps jusqu'à ce que, au cours d'une étape A7, le guide arrête son parcours et désactionne Eguide. Au cours d'une étape A8, Econtrôleur affecte au paramètre kdemier la valeur de k courante. Quant à la phase de guidage, elle comprend les étapes suivantes. Au cours d'une étape B0, le visiteur positionne Evisiteur au point de départ défini dans la phase précédente et qui lui a été communiqué au préalable par le guide. Au cours d'une étape B1, le visiteur actionne Evisiteur. Au cours d'une étape B2, Evisiteur se synchronise avec Econtrôleur. A partir de ce moment, Evisiteur possède la même référence de temps que Econtrôleur et que tous les dispositifs ER, . Econtrôleur configure alors dans les dispositifs ER, un paramètre « kcontrôle », auquel il donne la valeur initiale 1. Au cours d'une étape B3a, Econtrôleur ordonne à chaque dispositif ER; de regarder s'il possède un enregistrement associé à un numéro égal à la valeur kcontrôle courante. Chaque dispositif ER; possédant un tel enregistrement le transmet, de manière répétée si nécessaire, créant ainsi par focalisation une source virtuelle qui constitue une balise spatio- temporelle ; la méthode de focalisation spatio-temporelle utilisée ici s'inspire de l'étude présentée dans l'article de C. Oestges, J. Hansen, S.M. Emami, A.D. Kim, G. Papanicolaou et A.J. Paulraj intitulé « Time Reversa/ Techniques for Broadband Wireless Communication Systems », 2004, accessible sous le nom de « 050415paper.pdf » sur le site Internet : http://wwwold.ftw.at/ftw/events/telekommunikationsforum/SS2005/SS05docs/ Cette transmission se poursuit tant que Econtrôleur n'a pas reçu de la part de Evisiteur un message correspondant au fait que le visiteur a atteint la balise spatio-temporelle de numéro kcontrôle Lorsque Econtrôleur reçoit de la part de Evisiteur un message lui indiquant que le visiteur a atteint la balise spatio-temporelle (cf. étape B3b ci-dessous), il incrémente kcontrôle et réitère l'étape B3a. Pendant tout le déroulement de l'étape B3a, Evisiteur met en 5 oeuvre une étape B3b. Evisiteur tente de détecter un signal radio en continu. Si un signal est détecté, le visiteur détermine la direction d'où vient ce signal à partir d'une procédure simple (dont divers modes de réalisation seront fournis ci-dessous) de détection de l'intensité maximale du signal. 10 Le visiteur se déplace alors dans la direction trouvée, l'intensité du signal reçu par Evisiteur augmentant en conséquence. Lorsque l'intensité du signal reçu a atteint un niveau prédéterminé, on considère que le visiteur a atteint la balise spatio-temporelle, et Evisiteur envoie un message correspondant à Econtrôleur. 15 Ces étapes B3a et B3b sont réitérées jusqu'à ce que Econtrôleur constate que k Au cours d'une étape B4, Econtrôleur signale à Evisiteur que la destination est atteinte. Au cours d'une étape B5, Evisiteur indique au visiteur que la 20 destination est atteinte. Au cours d'une étape B6, le visiteur désactionne Evisiteur. L'étape B3b ci-dessus repose sur le fait que l'on crée un signal radio provenant d'une balise spatio-temporelle, et dont l'intensité est donc maximale dans la direction de cette balise spatio-temporelle. On notera 25 que, pour un fonctionnement optimal de la détection d'une balise spatio-temporelle, il est préférable que Evisiteur soit constamment situé dans une tache focale correspondant à la balise courante ; il en résulte que toute paire de balises successives doit être telle que les balises soient suffisamment proches l'une de l'autre ; plus précisément, la distance entre 30 deux balises successives doit, de préférence, être du même ordre de grandeur que la longueur d'onde des signaux radio. La valeur optimale de la durée T entre les enregistrements de deux balises successives en résulte, compte tenu de la vitesse de déplacement du guide. On va décrire à présent divers modes de réalisation de l'étape Bab, dans lesquels on décrit une méthode de détection utilisable par le visiteur pour déterminer dans quelle direction se trouve la balise spatio-temporelle. Selon un premier mode de réalisation de la méthode de détection, le visiteur effectue un balayage manuel, comprenant une phase 1 « aller » 10 et une phase 2 « retour ». Evisiteur affiche l'intensité du signal reçu de la source virtuelle. Le visiteur cherche alors la direction dans laquelle l'intensité est maximale, comme représenté sur la figure 1 : c'est la direction dans laquelle se trouve la source. 15 Pour le confort du visiteur, on peut prévoir qu'Evisiteur est capable, automatiquement, de déterminer à partir des différentes mesures si le maximum est atteint, et de l'indiquer au visiteur par un voyant lumineux. Selon une première variante, représentée sur la figure 2, Evisiteur est un récepteur doté d'une antenne non directive. 20 II est à noter que cette variante nécessite une forte focalisation. La figure 3 est un exemple de graphe montrant, dans cette variante, l'intensité du signal reçu par Evisiteur en fonction de sa position. Selon une deuxième variante du premier mode de réalisation, représentée sur la figure 4, Evisiteur est un récepteur doté, cette fois, 25 d'une antenne directive. La méthode de détection dans ce cas comprend les mêmes étapes que dans la première variante, à une différence près : Evisiteur ne reçoit que dans une seule direction, donc le visiteur doit tourner Evisiteur afin de trouver la direction dans laquelle se trouve la source. II est à noter que cette deuxième variante nécessite une focalisation moins forte que la première variante. Selon un deuxième mode de réalisation de la méthode de détection, représenté sur la figure 5, le visiteur bénéficie d'un balayage automatique, et Evisiteur est muni de plusieurs capteurs. Dans ce cas, Evisiteur peut effectuer des mesures simultanées. Evisiteur applique des coefficients à la réception, en bande de base, sur ses capteurs, de manière à former plusieurs faisceaux. Evisiteur détermine alors le faisceau recevant la plus grande intensité, sans nécessiter de mouvement de balayage de la part du visiteur. Evisiteur indique ensuite au visiteur la direction de ce faisceau d'intensité maximale. Comme indiqué ci-dessus, la présente invention concerne également un système informatique mettant en oeuvre le procédé de guidage par focalisation radio décrit ci-dessus. Ce système informatique comporte de manière classique une unité centrale de traitement commandant par des signaux une mémoire, ainsi qu'une unité d'entrée et une unité de sortie. De plus, ce système informatique peut être utilisé pour exécuter un programme d'ordinateur comportant des instructions pour la mise en oeuvre du procédé de guidage par focalisation radio selon l'invention. En effet, l'invention vise aussi un programme d'ordinateur téléchargeable depuis un réseau de communication comprenant des instructions pour l'exécution des étapes d'un procédé de guidage par focalisation radio selon l'invention, lorsqu'il est exécuté sur un ordinateur. Ce programme d'ordinateur peut être stocké sur un support lisible par ordinateur et peut être exécutable par un microprocesseur. Ce programme peut utiliser n'importe quel langage de programmation, et se présenter en tant que code source, code objet, ou code intermédiaire entre code source et code objet, sous une forme partiellement compilée ou sous toute autre forme souhaitable. L'invention vise aussi un support d'informations lisible par un ordinateur, et comportant des instructions d'un programme d'ordinateur tel 5 que mentionné ci-dessus. Le support d'informations peut être n'importe quelle entité ou dispositif capable de stocker le programme. Par exemple, le support peut comporter un moyen de stockage, tel qu'une ROM, par exemple un CD ROM ou une ROM de circuit microélectronique, ou encore un moyen 10 d'enregistrement magnétique, par exemple une clé USB (« USB flash drive » en anglais) ou un disque dur. D'autre part, le support d'informations peut être un support transmissible tel qu'un signal électrique ou optique, qui peut être acheminé via un câble électrique ou optique, par radio ou par d'autres 15 moyens. Le programme d'ordinateur selon l'invention peut être en particulier téléchargé sur un réseau de type Internet. En variante, le support d'informations peut être un circuit intégré dans lequel le programme d'ordinateur est incorporé, le circuit étant adapté pour exécuter ou pour être utilisé dans l'exécution du procédé 20 selon l'invention. REVENDICATIONS1. Procédé de guidage par focalisation radio, dans lequel des dispositifs communicants ER, , où i =1,..., N et N .1, sont placés à divers endroits dans un environnement prédéterminé, ou au voisinage dudit environnement, et dans lequel lesdits dispositifs ER, sont aptes à émettre chacun un signal respectif de manière à ce que la superposition de ces signaux crée une source virtuelle, dite « balise-spatio-temporelle », caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : a) une entité dite « visiteur » part d'un lieu prédéterminé, et se 10 dirige vers une balise spatio-temporelle de numéro k =1 produite par au moins un signal respectif de numéro k =1 émis par un dispositif ER, , au moyen de l'observation de l'intensité de ladite balise spatio-temporelle de numéro k =1 mesurée par un dispositif communicant Evisiteur porté par ledit visiteur, jusqu'à ce que le visiteur ait rejoint cette balise spatio- 15 temporelle de numéro k =1, et b) ledit visiteur se dirige successivement, pour k =1,.., kdernier _ 1, d'une balise spatio-temporelle de numéro k vers une balise spatio-temporelle de numéro ( k +1) produite par au moins un signal respectif de numéro ( k +1) émis par un dispositif ER, , au moyen de l'observation de 20 l'intensité de ladite balise spatio-temporelle de numéro ( k +1) mesurée par ledit dispositif Evisiteur, jusqu'à ce que le visiteur ait rejoint cette balise spatio-temporelle de numéro ( k +1). 2. Procédé de guidage selon la revendication 1, caractérisé en ce que, chaque fois que le visiteur rejoint une balise spatio-temporelle de 25 numéro k , où k =1,..., kdernier ledit dispositif Evisiteur le signale à un dispositif communicant central Econtrôleur, qui ordonne auxdits dispositifs ER, d'arrêter l'émission de leur signal respectif de numéro k , et quiordonne aux dispositifs ER, , sauf lorsque k =kdernier, de commencer l'émission de leur signal respectif de numéro (k +1). 3. Procédé de guidage selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'au moins l'un desdits dispositifs ER, a préalablement enregistré ledit signal respectif de numéro k lors d'une phase d'apprentissage, au cours de laquelle une entité, dite « guide », a traversé ledit environnement le long d'un trajet prédéterminé, munie d'un dispositif communicant Eguide émettant, pour chaque valeur de k =1,..., kdernier un signal destiné à être enregistré, retourné temporellement, puis émis conformément à la revendication 1, par au moins un dispositif ER. . 4. Dispositif communicant Evisiteur, comprenant des moyens pour: - détecter un signal radio provenant d'une source virtuelle, dite « balise spatio-temporelle », et en mesurer l'intensité, et - lorsque ladite intensité de la balise spatio-temporelle a atteint un niveau prédéterminé, envoyer un message correspondant à un dispositif communicant Econtrôleur. 5. Dispositif communicant Econtrôleur, comprenant des moyens pour: - recevoir de la part d'un dispositif communicant Evisiteur, pour k=1,...,kdernier, un message lui indiquant que l'intensité d'un signal de numéro k mesuré par ledit dispositif communicant Evisiteur a atteint un niveau prédéterminé, et - ordonner, pour k =1,..., kdernier , à des dispositifs communicants ER, , où i =1,..., N et N 1, d'arrêter l'émission d'un signal respectif denuméro k, et ordonner, pour k =1, ..., kdernier -1, auxdits dispositifs ER, de commencer l'émission d'un signal respectif de numéro (k +1). 6. Système de guidage par focalisation radio, comprenant : un dispositif communicant Eguide, comportant des moyens pour émettre un signal radio, et - des dispositifs communicants ER, , où i =1,..., N et N 1, comportant chacun des moyens pour recevoir et enregistrer ledit signal radio, retourner temporellement le signal respectif reçu, et émettre ledit signal retourné temporellement. 7. Système de guidage par focalisation radio selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif communicant Econtrôleur selon la revendication 5. 8. Moyen de stockage de données inamovible, ou partiellement ou totalement amovible, comportant des instructions de code de programme informatique pour l'exécution des étapes d'un procédé de guidage par focalisation radio selon l'une quelconque des revendications 1à3. 9. Programme d'ordinateur téléchargeable depuis un réseau de communication et/ou stocké sur un support lisible par ordinateur et/ou exécutable par un microprocesseur, caractérisé en ce qu'il comprend des instructions pour l'exécution des étapes d'un procédé de guidage par focalisation radio selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, lorsqu'il est exécuté sur un ordinateur.