Brevet FR3017718A1 — publié le 20150821

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un dispositif de cap- teur d'environnement utilisant l'écho et comprenant un transducteur de signal et une unité d'exploitation. L'invention se rapporte également à un moyen de déplacement équipé d'un tel dispositif. Etat de la technique Les canaux de réception sont souvent décrits comme combinaison additive d'un signal attendu S(1), d'une grandeur intermédiaire stochastique NN qui est habituellement appelée bruit ainsi que d'une grandeur IN plus ou moins déterminée, non attendue et néan- moins non analogue avec le signal attendu et que l'on appelle grandeur parasite. La grandeur parasite est appelée dans la littérature anglaise "Interferer" ou "Jamming". L'énergie / puissance instantanée d'un signal de réception EN se décrit comme suit = + + Formule 1 Dans cette formule, la grandeur , désigne dans ce con- texte la différence de temps entre la fin de l'émission d'un signal de me- sure vers l'environnement ou le champ environnant et l'instant de réception du signal émis, par le récepteur. De cette manière , désigne un intervalle de temps dans lequel le transducteur est pratiquement libre de toute excitation interne ou externe. Le passage entre NN et IN ne peut pas toujours se définir nettement et souvent il est défini avec le signal attendu S(1). Dans le cadre de la présente description il n'importe pas de distinguer entre les deux grandeurs non prévues NN et IN. Souvent le bruit est une grandeur stationnaire, c'est-à-dire que l'on a la relation suivante : = N = const Formule 2 On obtient ainsi le modèle de canal, simplifié : = + N Formule 335 Un principe de base de la technique de l'information et de la mesure est d'obtenir le signal attendu SN à l'aide de filtres appropriés à partir du signal reçu eto. Habituellement on utilise pour cela des filtres appropriés, notamment des filtres adaptés. Le signal de sortie d'un tel filtre X(,) est une évaluation optimale du signal attendu SN pour les ca- naux de transmission perturbés par du bruit blanc. L'amplitude du signal reçu SN pour la détection acoustique de l'environnement est une mesure de la réflectivité et doit être prise en compte selon l'invention pour l'exploitation du signal. Dans ce contexte, il est connu de faire une évaluation soustractive confirmée à l'aide d'un seuil ou d'une valeur li- mite Xlim(i) : XK(I)=X(I)-Xlim(i) Formule 4 Le seuil Xlim(i) est ainsi comparable au seuil utilisé jus- qu'alors ou à la ligne caractéristique utilisée jusqu'alors. Si le signal filtré X(,) dépasse le seuil Xlim(i) cela signifie que l'on détecte un objet dans le signal d'écho. La mesure du dépassement du seuil Xlim(i) est une mesure de l'amplitude de la réflectivité de l'objet et constitue ainsi une me- sure appropriée pour la détection d'objets. Le procédé d'exploitation utilisé est lié à une unité, c'est-à-dire que XK(,) est dans la même unité que X(-0. L'exploitation absolue, c'est-à-dire soustractive du signal de réception a l'avantage d'être simple à réaliser. Il suffit pour cela d'utiliser un commutateur à seuil qui est simple à réaliser. L'inconvénient de l'exploitation soustractive est toutefois qu'il faut ré- server une dynamique de signal relativement grande dans le cycle d'écho à cause de la plage dynamique grande des signaux de réception filtrés X(-0. C'est pourquoi il faut une résolution élevée pour les petits signaux. Une autre solution de détection de l'environnement uti- lise une mesure relative de la similitude du signal de réception en ce que par transformation de l'inégalité de Schwarz on rapporte la mesure de la similitude du signal attendu X(,) à l'énergie totale EN du signal : X(r) X(r) Formule 5 R(T) - E(T) S(T)+ N Du fait de la normalisation, il s'agit d'un procédé d'exploitation ou d'évaluation sans unité consistant à établir la relation entre les deux grandeurs X(,) et E(1). L'inégalité de Schwarz fait que la valeur R(1) est toujours comprise entre 0 et 1. Ce n'est qu'en présence d'un objet réfléchissant, dominant, que la valeur R(1) est significative- ment proche de 1 et dans le cas contraire elle est proche de O. Cette relation est pour l'essentiel indépendante de la réflectivité de l'objet. Un avantage de l'évaluation relative est de pouvoir com- primer la plage dynamique et que le signal de sortie permet une résolu- tion / discrétion relativement faible, indépendamment de la puissance instantanée du signal. L'inconvénient de cette solution est de nécessiter des calculs importants. En fonction de la réalisation technique, le quotient de X(T) par E(1) peut prendre une valeur proche de 1 aux points de fonctionne- ment où il n'y a pas d'objet dans l'environnement qui génère un écho. Dans la formation du quotient, la cause est que le numérateur est pratiquement égal à zéro rapporté aux valeurs significatives prévisibles. But de l'invention La présente invention a pour but de faire une évaluation relative d'un signal reçu dans une détection acoustique d'environnement en utilisant la similitude avec un signal attendu et permettant d'éviter ou de réduire les inconvénients décrits ci-dessus. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de cap- teur d'environnement utilisant l'écho comprenant un transducteur de signal et une unité d'exploitation, qui détermine la similitude entre un signal provenant du transducteur de signal et un signal attendu et une mesure relative de la similitude en mettant en relation la similitude à une grandeur de référence prédéfinie pour la similitude. En d'autres termes, l'invention a pour objet un dispositif de capteur d'environnement utilisant l'écho et un moyen de déplacement équipé d'un tel dispositif. Le dispositif comporte un transducteur de signal tel que par exemple un transducteur de son et de préférence un transducteur d'ultrasons. Le dispositif comporte une unité d'exploitation pour déterminer la similitude entre le signal du transduc- teur et un signal attendu. Comme indiqué ci-dessus, le signal prove- nant du transducteur de signal correspond à une combinaison additive d'un bruit et le cas échéant de signaux reçus de l'environnement. Selon le point de fonctionnement, le transducteur peut également avoir un signal appliqué par le dispositif. De même, selon le point de fonction- nement, le signal attendu correspond par exemple au signal appliqué et/ou à un signal d'écho provenant de l'environnement. La similitude se détermine par exemple par une corrélation croisée. En plus, l'unité d'exploitation détermine la mesure relative de la similitude en rapportant la similitude à une grandeur de référence prédéfinie. La grandeur de référence prédéfinie est par exemple donnée en fonction du temps de parcourt. Le procédé cité ci-dessus convient également pour normaliser par exemple par rapport à l'énergie totale du signal pour supprimer les parasites et effectuer une pondération à l'aide d'un seuil défini de manière appropriée pour détecter l'amplitude de la réflexion (amplitude de l'écho). Cela garantit la détection des échos dans le signal de transduc- teur évitant de détecter des échos par erreur. La grandeur de référence prédéfinie peut varier dans le temps, notamment en fonction d'un instant dans le cycle de travail du dispositif. Le cycle de travail du dispositif est l'intervalle de temps com- pris entre l'émission d'un signal d'essai et la réception de tous les échos correspondants. Cela permet de normaliser (réduire) le signal de transducteur en fonction du temps de parcourt et d'avoir ainsi un taux de détection erronée qui soit faible. En outre, l'unité d'exploitation détermine l'énergie instan- tanée du signal provenant du transducteur de signal et en tient compte pour définir la grandeur de référence prédéfinie. Comme toute l'énergie du signal reçu par le transducteur se trouve dans la grandeur de référence prédéfinie pour normaliser (réduire) le signal du transducteur, on évite de diviser par des valeurs particulièrement faibles (par exemple en négligeant la composante de bruit). En effet, normaliser à partir de va- leurs très faibles, comme cela s'est fait dans l'état de la technique augmente le risque de détection d'un signal qui ne contient pas le signal d'écho effectif de l'environnement. L'invention réduit ce risque. Pour déterminer la grandeur de référence prédéfinie on utilise de préférence une fonction de valeur maximale. Par exemple, la fonction de valeur maximale utilise l'énergie du signal provenant du transducteur de signal et l'énergie d'un signal d'écho de référence. Le signal d'écho de référence est par exemple mémorisé puis extrait. La fonction de valeur maximale donne à chaque instant du cycle de travail du dispositif, la plus grande valeur résultant de l'observation parallèle de l'énergie du signal du transducteur et de l'énergie du signal d'écho de référence. Dans la mesure où le signal effectif du transducteur à l'instant considéré a une valeur faible, on évite de normaliser avec une telle valeur faible et au lieu de cela on normalise l'énergie du signal d'écho de référence. Cela permet à l'invention d'éviter efficacement une valeur de sortie de la normalisation qui serait inattendue ou de niveau élevé, inapproprié et pourrait se traduire par la détection d'un écho inexistant. La fonction de valeur maximale permet en outre de prendre en compte un signal de bruit entre le transducteur et l'unité d'exploitation du dispositif de l'invention. Celui-ci peut être défini ou mesuré en fonction du temps de parcourt, de préférence toutefois, en étant pris comme constant dans le temps. L'hypothèse d'un signal de bruit constant dans le temps simplifie la prise en compte du bruit dans le calcul pour la normalisation. Pour tenir compte du bruit entre le transducteur de signal et l'unité d'exploitation, cette dernière détermine à des intervalles de temps ou dans des états de fonctionnement sans excitation interne et sans excitation externe prévisible du transducteur de signal (par exemple par des échos) un signal de bruit. On admet avec une grande probabilité que le dispositif selon l'invention se trouve en quelque sorte en marche à vide et qu'aucun signal supplémentaire n'est combiné au signal de bruit mesuré. Cela permet de tenir compte au mieux du comportement actuel effectif du bruit dans l'amplitude de la transmission. De façon préférentielle, l'unité d'exploitation détermine la mesure relative de la similitude en fonction du temps en ce qu'elle rapporte la similitude à la grandeur de référence prédéfinie, c'est-à-dire effectue une normalisation ou réduction. On forme la grandeur de référence à l'aide d'au moins une valeur inverse déterminée au préalable d'une grandeur du groupe comprenant les éléments suivants « grandeur de référence », « similitude » et « bruit ». Le traitement d'au moins l'une des valeurs inverses citées ci-dessus peut être modifié par exemple par une fonction de minimum. On peut par exemple déterminer le minimum des trois valeurs inverses citées ci-dessus pour une grandeur de référence en fonction du temps et ensuite déterminer la mesure relative de la similitude comme produit de la fonction de minimum et de la similitude. Former la valeur inverse permet ainsi de faire une division d'une manière beaucoup plus simple qu'une division effective en technique de calcul. En particulier, pour des grandeurs (cons- tantes) utilisées sur des périodes prolongées, former une seule fois une valeur inverse constitue une économie de capacité. La mesure relative de la similitude en fonction du temps peut également se faire uniquement à partir de la valeur inverse de la grandeur de référence prédéfinie que l'on multiplie avec la similitude. Les deux grandeurs peuvent dé- pendre du temps alors que la grandeur de référence prédéfinie est ad- mise comme invariante dans le temps et est définie comme telle. De cette manière on évite de déterminer le minimum de grandeurs différentes ce qui réduit d'autant les calculs. Selon un développement, l'invention se rapporte égale- ment à un moyen de transport équipé d'un dispositif tel que décrit ci- dessus. Un ou plusieurs transducteurs de signal réalisés sous la forme de capteurs à ultrasons sont par exemple installés dans la jupe avant et/ou arrière et/ou dans les pare-chocs du moyen de transport. En variante, les transducteurs de signal peuvent être logés dans les pare- chocs ou dans des éléments de carrosserie. L'unité d'exploitation est réalisée sous la forme d'un appareil de commande électrique qui peut également servir à d'autres applications. Il s'agit par exemple d'un microprocesseur ou d'un nano-contrôleur conçu pour exécuter les étapes développées ci-dessus. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation de dispositif de capteurs d'environnement utilisant l'écho représentés dans les dessins annexés dans lesquels :35 - la figure 1 est un schéma de principe d'un premier exemple de réalisation du dispositif de l'invention, - la figure 2 est un schéma de principe d'une variante de dispositif selon l'invention, - la figure 3 est un schéma de principe d'une autre variante du dis- positif de l'invention, - la figure 4 est un schéma très simplifié d'un moyen de transport équipé d'un dispositif de capteur d'environnement utilisant l'écho selon l'invention. Description de modes de réalisation La figure 1 montre un exemple de réalisation d'un dispositif 1 selon l'invention. Dans cet exemple, un transducteur à ultrasons 2 constituant le transducteur de signal reçoit les signaux d'ultrasons 4 de l'environnement et les transforme en signaux électriques en liaison 15 avec les signaux émis, notamment par le dispositif 1 pour détecter des objets dans l'environnement. Le signal de sortie e(T) du transducteur à ultrasons 2 arrive dans un filtre 5. Le filtre 5 reçoit une autre entrée qui correspond à un signal attendu S(T). En d'autres termes, S(T) représente un écho attendu à un instant donné de sorte que S(T) peut varier en 20 fonction du temps de parcours. Le filtre 5 donne une similitude X(T) qui est appliquée à l'unité de normalisation (unité de réduction) 9. En plus, il est prévu un générateur de mesure minimale 8 dans le dispositif 1 qui fournit une grandeur de référence Xiim, prédéfinie à l'unité de normalisation 9. Dans l'unité de normalisation 9 on rapporte la similitude X(T) à 25 une grandeur de référence prédéfinie Xiim. Cela permet tout d'abord de former la valeur inverse de la grandeur de référence prédéfinie Xiim et de multiplier celle-ci ensuite par la similitude X(T). Le signal de sortie K(T) de l'unité de normalisation 9 constitue une mesure relative de la similitude X(T). Le signal de sortie K(T) peut ensuite servir à la détection des 30 échos dans le signal d'ultrasons 4 en permettant de mieux supprimer les signaux parasites que dans l'état de la technique et d'éviter les erreurs de détection d'échos. La figure 2 montre une variante de réalisation du disposi- tif 1 de l'invention. Dans cet exemple de réalisation, le transducteur à 35 ultrasons 2 reçoit le signal d'ultrasons 4 de l'environnement et fournit un signal de sortie e(T) à un filtre 5 qui reçoit également le signal s(T) comme signal attendu. Le signal de sortie X(T) du filtre ("la similitude") est appliqué à l'unité de normalisation (encore appelé unité de réduction) 9. Comme dans l'exemple de réalisation de la figure 1, l'unité de normalisation 9 reçoit également la grandeur de référence prédéfinie Xiim fournie par le générateur de mesure minimale 8. En plus de la variante représentée à la figure 1, dans l'unité de détermination d'énergie 6 on détermine l'énergie E(T) du signal de sortie e(T) du trans- fo ducteur de signal 2 et on combine cette énergie dans l'unité de combi- naison 7 à une grandeur de référence prédéfinie Xiim. Le signal de sortie X(T) de l'unité de combinaison 7 est pris en compte comme grandeur d'entrée supplémentaire dans l'unité de normalisation 9 pour générer la mesure relative K(T) de la similitude X(T). L'unité de combinaison peut 15 par exemple exécuter une fonction de valeur maximale de sorte que son signal de sortie X(T) correspond à la plus grande des valeurs à l'instant considéré des fonctions e(T) et Xiim. Cela permet une adaptation plus forte de la normalisation aux énergies effectives des signaux du transducteur. 20 La figure 3 montre une autre variante du mode de réali- sation du dispositif 1 selon l'invention représentée aux figures 1 et 2. En plus de la variante de la figure 2, un générateur de signal de bruit 10 fournit un signal de bruit No pour le prendre en compte dans l'unité de combinaison 7. Son signal de sortie X(T) tient compte de cette ma- 25 nière également du bruit dans le signal de sortie e(T) du transducteur d'ultrasons 2 (par exemple dans une moyenne des valeurs maximales). Pour cela, le générateur de signal de bruit 10 reçoit le signal de sortie e(T) du transducteur à ultrasons 2 comme grandeur d'entrée. Par exemple, en fonctionnement, lorsque le transducteur à ultrasons 2 ne 30 reçoit aucune excitation interne, ni externe, (marche à vide) on mesure le signal de bruit ou le signal de sortie e(T) du transducteur 2 comme signal de bruit. Le signal de sortie No du générateur de signal de bruit 10 peut être soit invariant en fonction du temps, soit dépendant du temps. 35 La figure 4 montre un moyen de transport constitué par un véhicule de tourisme 12 dont les pare-chocs 13 sont équipés chacun de transducteurs à ultrasons 2. Les transducteurs à ultrasons 2 sont reliés par des lignes de transmission de signaux à une unité d'exploitation 3, respective. Le véhicule de tourisme 12 bénéficie ainsi des avantages du dispositif selon l'invention, par exemple en liaison avec un système d'assistance des manoeuvres de stationnement. La présente invention peut également faire une réduction dynamique et le traitement des signaux de l'environnement en les normalisant en fonction du temps de parcourt. Les informations d'objets restent conservées, car on n'exploite pas exclusivement l'énergie du si- gnal. De plus, l'invention offre l'avantage de neutraliser les parasites de sorte que pour un écart mauvais entre le signal et le bruit, le signal fourni par l'algorithme selon l'invention ne prendra pas de valeur excessive ou de valeur excessive du point de vue du calcul. La combinaison de la réduction dynamique avec suppression des parasites évite, grâce à l'invention, un division par zéro ou par de très faibles valeurs dans l'exploitation de l'écho de l'environnement, ce qui augmente le taux de détection et diminue le taux d'erreurs. 25 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 1 Dispositif selon l'invention 2 Transducteur à ultrasons 4 Signal d'ultrasons 5 Filtre 6 Unité de détermination de l'énergie 7 Unité de combinaison 8 Générateur de mesure minimale 9 Unité de normalisation 10 Générateur de signal de bruit 12 Véhicule automobile 13 Pare-choc15 REVENDICATIONS1°) Dispositif (1) de capteur d'environnement utilisant l'écho comprenant un transducteur de signal (2) et - une unité d'exploitation (3), dispositif dans lequel l'unité d'exploitation (3) détermine : - la similitude (X(t)) entre un signal (e(t)) provenant du transducteur de signal (2) et un signal attendu (s(I)), et - la mesure relative (K(t)) de la similitude (X(t)) en mettant en relation la similitude (X(1)) avec une grandeur de référence prédéfinie (Xiim) pour la similitude (X(t)). 2°) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que La grandeur de référence prédéfinie (Xiim) varie en fonction du temps, notamment en fonction d'un instant dans un cycle de travail du dispositif (2). 3°) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité d'exploitation détermine l'énergie instantanée de signal (E(I)) du signal (e(I)) provenant du transducteur de signal (2) et la prenant en compte pour la définition de la grandeur de référence prédéfinie (Xlim). 4°) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour déterminer la grandeur de référence prédéfinie (Xiim), on utilise une fonction de valeur maximale pour l'énergie de signal E(I)) et l'énergie du signal d'écho de référence (Xiim). 5°) Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la fonction de valeur maximale tient compte en outre d'un signal de bruit (N(1)) entre le transducteur de signal (2) et l'unité d'exploitation (3), notamment d'un signal de bruit (N) admis comme constant dans le temps.6°) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité d'exploitation (3) détermine un signal de bruit (N) par le trans- ducteur de signal (2) dans des segments de temps sans excitation in- terne ni excitation externe prévisible du transducteur de signal (2). 7°) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité d'exploitation (3) détermine une mesure relative (K(1)) de la simili- tude (X(t)) en fonction du temps en mettant en relation la similitude (X(1)) avec une grandeur de référence prédéfinie qui a été formée à l'aide d'au moins une valeur inverse déterminée au préalable, d'au moins l'une des grandeurs suivantes : grandeur de référence (Xiiin) ou simili- tude (E(t)), et cette valeur inverse de la grandeur de référence prédéfinie étant multipliée avec la similitude (E(i)). 8°) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité d'exploitation détermine une mesure relative (K(1)) de la similitude (X(1)) en fonction du temps en ce qu'elle multiplie la similitude (X(i)) avec une valeur inverse déterminée au préalable de la grandeur de référence prédéfinie 9°) Moyen de transport comportant un dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, utilisant l'écho comprenant : - un transducteur de signal (2), et - une unité d'exploitation (3) qui détermine la similitude (X(1)) entre un signal (e(I)) provenant du transducteur de signal (2) et un signal attendu (s(i)) et la mesure relative (K(1)) de la similitude (X(t)) en mettant en relation la similitude (X(i)) avec une grandeur de référence prédéfinie (Xiim) pour la similitude (X(1.)).35