Brevet FR3022353A1 — publié le 20151218

PROCEDE POUR ELIMINER DES SIGNAUX PARASITES ET SYSTEME DE NAVIGATION RELATIVE Les systèmes de navigation relative sont utiles pour diverses applications telles que la navigation de véhicules autonomes, notamment dans le cadre d'entrepôts ou d'usines, le ravitaillement en vol et les rendez-vous spatiaux. Dans certaines applications, seule la distance entre deux objets est nécessaire. Dans d'autres applications, il faut à la fois la distance et la position relative (tangage, lacet et roulis) entre deux objets. Dans de telles applications, une grande fiabilité, de la légèreté et un coût faible peuvent être souhaitables. Dans une première forme de réalisation, l'invention concerne un procédé pour éliminer des signaux parasites reçus par un système de navigation relative comportant une projection dans l'espace, depuis un générateur de grilles dans un premier objet, d'une lumière polarisée à première orientation afin de former au moins une ligne d'une grille, la détection, dans le second objet, de la lumière polarisée ayant la première orientation et le filtrage, dans le second objet, de lumière polarisée à seconde orientation, différente de la première orientation. Dans une autre forme de réalisation, l'invention concerne un système de navigation, comportant un générateur de grilles conçu pour projeter dans l'espace de la lumière polarisée à première orientation afin de former une pluralité de lignes de grille qui créent une grille définissant une première trame de référence relative et un module de détection conçu pour détecter la lumière polarisée ayant la première orientation et filtrer de la lumière polarisée à seconde orientation. L'invention sera mieux comprise à l'étude détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels : - la Figure 1 est une représentation schématique d'un premier et d'un second objets, chacun ayant sa trame de référence relative et étant apte à naviguer selon une forme de réalisation de l'invention ; - la Figure 2 est une représentation schématique d'un signal direct ; - la Figure 3 est une représentation schématique d'un signal parasite ; - la Figure 4 est un organigramme illustrant un procédé selon une forme de réalisation de l'invention pour éliminer des signaux parasites réfléchis ; et - la Figure 5 est une représentation schématique d'un système de navigation relative selon une forme de réalisation de l'invention, apte à éliminer des signaux parasites réfléchis. La Figure 1 représente un système de navigation relative 8 ayant un premier objet ou générateur 10 de grilles, qui projette une grille telle qu'une pluralité de lignes entrecroisées dans un espace à l'intérieur d'un champ d'un signal 12. Comme représenté, la grille projetée comprend des lignes entrecroisées. A une certaine distance du générateur 10 de grilles, ces lignes entrecroisées apparaissent sous la forme d'une grille dans l'espace, la grille étant d'autant plus grande qu'elle est plus éloignée du générateur 10 de grilles. Aux fins de la description, on peut envisager le générateur 10 de grilles comme projetant des lignes entrecroisées sensiblement dans la direction y du système de coordonnées représenté. Si l'on venait à observer la projection de lignes entrecroisées dans le plan x-z à une certaine distance R1 du générateur 10 de grilles, on observerait une première grille 14. Si on venait à observer la même projection de lignes entrecroisées à une distance R2, plus grande que la distance R1 dans le plan x - z, on observerait une seconde grille 16, laquelle paraît relativement plus grande que la première grille 14. La première grille 14 à la distance R1 du générateur 10 de grilles est délimitée dans l'espace dans la direction horizontale par une première ligne verticale 18 et une seconde ligne verticale 20. Il existe une pluralité de lignes verticales créées, dans le temps et l'espace, entre la première ligne verticale 18 et la seconde ligne verticale 20. La première grille 14 à la distance R1 du générateur 10 de grilles est délimitée dans l'espace dans la direction verticale par une première ligne horizontale 22 et une seconde ligne horizontale 24. Il existe une pluralité des lignes horizontales créées, dans l'espace et le temps, entre la première ligne horizontale 22 et la seconde ligne horizontale 24. La distance R1 peut être n'importe quelle distance entre la première grille 14 et le générateur 10 de grilles. Par commodité, la distance est déterminée entre un point 26 sur la première grille 14 et le générateur 10 de grilles, comme représenté. La seconde grille 16 à la distance R2 du générateur 10 de grilles est identique à la première grille, 14, mais à une plus grande distance du générateur 10 de grilles que la première grille 14. La seconde grille 16 est délimitée dans l'espace dans la direction horizontale par une première ligne verticale 28 de la seconde grille 16 et une seconde ligne verticale 30 de la seconde grille 16. Il existe une pluralité de lignes verticales créées dans l'espace et le temps entre la première ligne verticale 28 de la seconde grille 16 et la seconde ligne verticale 30 de la seconde grille 16. La seconde grille 16 à une distance R2 du générateur 10 de grilles est délimitée dans l'espace dans la direction verticale par une première ligne horizontale 32 de la seconde grille 16 et une seconde ligne horizontale 34 de la seconde grille 16. Il existe une pluralité de lignes horizontales dans l'espace et le temps entre la première ligne horizontale 32 de la seconde grille et la seconde ligne horizontale 34 de la seconde grille 16. Un point 36 sur la seconde grille 16 est représenté. La similitude des grilles 14 et 16 devient apparente dans le cas de lignes de grilles projetées, la seconde grille 16 étant composée des mêmes lignes que celles formant la première ligne 14, sauf que la seconde grille 16 est observée à une plus grande distance du générateur 10 de grilles, ce qui fait apparaître la seconde grille 16 plus grande que la première grille 14. En ce sens, la seconde grille 16 a l'aspect des lignes de grilles créées par le générateur 10 de grilles à la distance R2, tandis que la première grille 14 a l'apparence des lignes de grilles à la distance R1. Les grilles 14 et 16 peuvent avoir n'importe quel nombre de lignes. Comme illustré, elles sont constituées de dix lignes verticales sur dix lignes horizontales. Une grille composée d'un plus grand nombre de lignes entrecroisées peut avoir pour effet une meilleure résolution angulaire de détection, pour un champ fixe du signal 12 et une distance fixe par rapport au générateur 10 de grilles, que celle d'une grille composée d'un plus petit nombre de lignes entrecroisées. Les grilles 14 et 16 sont représentées sous une forme carrée, mais ce n'est pas obligatoire pour les procédés et dispositifs selon la présente invention. La grille peut avoir n'importe quelle forme, notamment rectangulaire, ovale ou circulaire. En outre, les lignes entrecroisées des grilles 14 et 16 sont représentées sous une forme orthogonale ; cependant, ce n'est pas obligatoire pour les procédés et dispositifs selon la présente invention. Les angles entre les lignes entrecroisées peuvent être des angles droits, des angles aigus ou des angles obtus dans différentes parties de la grille. Bien que des exemples représentés utilisent des coordonnées cartésiennes, n'importe quel système de coordonnées approprié peut être utilisé, notamment des systèmes de coordonnées polaires, cylindriques ou sphériques aussi bien pour créer les grilles que pour détecter les grilles. Par exemple, pour former une grille se prêtant à une représentation en coordonnées polaires, une série de cercles concentriques et de lignes rayonnant depuis le centre de ces cercles peuvent être projetés dans l'espace par le générateur de grilles. Un second objet ou module de détection 38 peut se trouver dans le champ du signal 12 du générateur 10 de grilles, permettant au module de détection 38 de "voir" la grille. Le module de détection 38 peut être conçu de n'importe quelle manière adéquate pour "voir" la grille. A titre d'exemple nullement limitatif, le générateur 10 de grilles peut utiliser un laser à balayage pour créer une grille à deux dimensions dans l'espace. Comme représenté sur la Figure 2, le contexte idéal est que la lumière émise se propage directement jusqu'au module de détection 38 où les informations de la grille émise sont détectées et décodées pour fournir les informations spatiales nécessaires. Cependant, comme illustré sur la Figure 3, il existe des situations où la lumière des grilles émises ne se propage pas directement jusqu'au module de détection 38. En revanche, la lumière des grilles émises est réfléchie par un objet 50 qui est aussi dans le champ des grilles émises. Les informations réfléchies sont ensuite "vues" par le module de détection 38. Ces signaux réfléchis d'une manière parasite, ou signaux multitrajets, créent des informations erronées lorsqu'ils sont reçus par le module de détection 38. Des signaux réfléchis depuis un/des objet(s) 50 dans le champ des grilles émises, qui atteignent le module de détection 38, peuvent sembler être des signaux valables. Le module de détection 38 ne peut pas identifier le fait que ces signaux ont suivi un trajet autre que direct depuis le générateur 10 de grilles. Comme ces signaux représentent l'endroit où l'objet réfléchissant 50 est placé sur la grille à deux dimensions, il induit en erreur le système de navigation relative 8 quant à la position du module de détection 38, car il semble alors être au même endroit que l'objet réfléchissant 50. Plus particulièrement, la détermination de la position est fonction des coordonnées de la position sur la grille, l'objet 50 réfléchit le signal émis sur lequel est codée la position de l'objet. Si le module de détection 38 ne voit que le signal sur lequel est codée la position de l'objet, il intercepte le code pour la position de l'objet. Par ailleurs, un problème se pose si l'objet 50 est suffisamment proche du module de détection 38 pour que le signal réfléchi et le signal direct frappent le module de détection 38 à des instants qui se chevauchent un peu. Dans un tel cas, le signal combiné n'est pas décodable, car le signal réfléchi émis et le signal émis directement se chevauchent dans le temps et risquent d'être altérés. L'objet 50 peut être tout objet vers lequel le signal émis peut être réfléchi, les signaux réfléchis pouvant notamment être réfléchis à titre d'exemples nullement limitatifs, par les structures mécaniques d'un parachute-frein, d'un véhicule et d'un détecteur, des surfaces de véhicules, des hélices, etc. Des formes de réalisation de l'invention concernent la distinction et l'élimination de ces signaux parasites ou multitrajets indésirables par rapport à ceux qui se sont propagés directement du générateur de grilles au module de détection. Selon une forme de réalisation de l'invention, la Figure 4 illustre un procédé, lequel peut servir à projeter une grille dans l'espace et à éliminer des signaux parasites. Le terme "espace" ne se limite pas à l'espace extérieur et la grille peut être projetée dans tout espace approprié, y compris à l'intérieur et à l'extérieur. Le procédé 100 commence en 102 par la projection de lumière polarisée ayant une première orientation afin de former au moins une ligne de grille se projetant dans l'espace depuis le premier objet ou le générateur 10 de grille. De la sorte, le système de navigation relative 8 crée un signal à état de polarisation défini. Cela peut comprendre la projection d'un faisceau de lumière non polarisée par une source de lumière. Le faisceau unique de lumière non polarisée peut être amené à passer par un conformateur de faisceau. Le faisceau de lumière non polarisée peut être polarisé en faisant passer le faisceau de lumière non polarisée par un polariseur. Selon une autre possibilité, la projection de lumière polarisée à première orientation peut comprendre la projection d'un faisceau de lumière polarisée par une source de lumière. Dans ce cas, la source de lumière peut comprendre un laser fortement polarisé. Comme on emploie le terme de polarisation dans la présente description, celui-ci sert à évoquer l'état de polarisation de lumière défini par l'orientation de son champ électrique à mesure que l'onde lumineuse se propage. Les états de polarisation de lumière peuvent varier de n'importe quel degré de polarisation voulu dans les deux orientations. Cependant, pour faciliter l'utilisation, deux orientations différentes peuvent être choisies sous la forme de paires orthogonales de façon qu'une première lumière polarisée puisse être filtrée à l'aide d'un filtre de polarisation ou d'un polariseur à conception appropriée et permettre encore l'émission de la lumière à polarisation orthogonale correspondante. Par exemple, le champ électrique d'une lumière à polarisation linéaire peut être polarisé verticalement ou horizontalement. Comme les deux vecteurs de champ électrique sont perpendiculaires ou orthogonaux, ils ne peuvent pas interférer l'un avec l'autre. Un filtre de polarisation ou un polariseur peut laisser passer la lumière dans un premier état de polarisation et filtrer la lumière à polarisation orthogonale. Pour la lumière à polarisation linéaire, le polariseur doit être aligné avec le vecteur de champ électrique afin de laisser passer une première lumière à polarisation linéaire et de filtrer la lumière à polarisation orthogonale. Un inconvénient de l'utilisation de polarisation linéaire et de polariseurs est que la bonne orientation doit être maintenue afin de préserver la séparation des polarisations. Par exemple, si le premier objet émet de la lumière à polarisation horizontale et si le second objet a deux polariseurs linéaires/détecteurs, un pour la lumière à polarisation horizontale et un pour la lumière à polarisation verticale, et si le second objet venait à rouler autour de l'axe optique, les deux polariseurs/détecteurs "verraient" chacun une composante du faisceau émis à polarisation horizontale et verticale et la séparation des deux faisceaux serait perdue. Ainsi, alors que la lumière émise, en 102, peut avoir une polarisation linéaire, il est envisagé que, dans beaucoup d'applications, des polarisations circulaires, plutôt que des polarisations linéaires, puissent être plus utiles, car des polarisations circulaires sont insensibles à des rotations autour d'un axe optique. La lumière à polarisation circulaire a un vecteur de champ électrique qui tourne autour de l'axe de propagation de la lumière. Les états de polarisation orthogonale ont des vecteurs de champ électrique qui tournent dans le sens horaire et anti-horaire et sont respectivement appelés polarisation circulaire droite (PCD) et polarisation circulaire gauche (PCG). Par ailleurs, lorsque de la lumière polarisée est réfléchie, l'orientation angulaire de l'axe majeur de polarisation par rapport à une perpendiculaire au plan d'incidence change de signe. En outre, le sens de rotation du champ électrique ou le côté à droite ou à gauche s'inverse. Dans le cas de lumière à polarisation circulaire, il n'y a pas d'axe majeur défini, car les axes majeur et mineur sont égaux l'un à l'autre, ce qui n'est pas le cas avec la lumière à polarisation elliptique. Par conséquent, le seul effet de la réflexion de la lumière à polarisation circulaire est le changement pour le côté droit ou gauche. Ainsi, si la lumière émise en 102 est à PCD, toute lumière réfléchie sera à PCG. En 104, le procédé peut se poursuivre par la détection, dans le second objet ou module de détection 38, de la lumière polarisée ayant la première orientation. Cela peut comprendre l'autorisation de la lumière polarisée à la première orientation à passer par un polariseur correspondant dans le second objet. En 106, le procédé comporte le filtrage, dans le second objet ou module de détection, de lumière polarisée à seconde orientation. Par exemple, le filtrage peut comprendre un filtrage optique, et un filtre polarisant qui correspond à l'état de polarisation prédéfini de la lumière émise en 102 peut être inclus dans le module de détection. Un tel filtre polarisant peut laisser passer la lumière se propageant directement depuis le générateur de grilles et rejeter la lumière indésirable réfléchie par des objets dans le champ d'émission de grilles, qui peut également frapper le module de détection. De la sorte, le module de détection peut recevoir des signaux qui ne correspondent pas à l'état de polarisation prédéfini. De la sorte, les signaux parasites peuvent être limités. Le filtrage de la lumière polarisée ayant la seconde orientation peut comprendre l'élimination totale de la lumière ayant la seconde orientation ou la réduction de la quantité de lumière détectée ayant la seconde orientation. Le procédé pour éliminer des signaux parasites est souple et le procédé 100 illustré n'a qu'une fonction d'illustration. Par exemple, la suite d'étapes présentées n'a qu'une fonction d'illustration et n'est aucunement destinée à limiter le procédé 100, étant entendu que les étapes peuvent se dérouler dans un ordre logique différent, notamment la détection et le filtrage peuvent avoir lieu en même temps, ou des étapes supplémentaires ou intermédiaires peuvent être incluses sans s'écarter des formes de réalisation de l'invention. Par exemple, le procédé 100 peut comporter une modulation de la lumière projetée pour acheminer un premier mot de grille composé d'un certain nombre de bits modulés pour identifier la/les ligne(s) de grille dans une grille par le premier mot de grille modulé. Le procédé 100 peut comporter la projection de lumière polarisée à première orientation pour former une pluralité de lignes de grille, comprenant la projection dans l'espace d'une ligne horizontale de grille et d'une ligne verticale de grille qui s'entrecroisent pour former une partie de la grille. Par ailleurs encore, des lignes horizontales et verticales de grille entrecroisées supplémentaires peuvent être projetées pour former des parties supplémentaires de la grille. Les lignes horizontales et verticales de grille entrecroisées supplémentaires peuvent être espacées physiquement les unes des autres dans l'espace. Ces lignes supplémentaires peuvent aussi être modulées. La Figure 5 représente un système de navigation relative 200 apte à fonctionner selon une forme de réalisation du procédé 100. Le système de navigation relative 200 est semblable au système de navigation relative 8, décrit plus haut, étant entendu que, sauf mention contraire, la description des parties identiques vaut pour le système de navigation relative 200. Un premier objet du système de navigation relative 200 ou le générateur 202 de grilles du système de navigation relative 200 peut comprendre un générateur 204 de faisceaux tel qu'un laser ou n'importe quelle source de lumière adéquate. Une ligne horizontale de grille et/ou une ligne verticale de grille peut/peuvent être projetée(s) depuis le générateur 204 de faisceaux. La lumière sortant du générateur 204 de faisceaux peut être fortement polarisée. Selon une autre possibilité, un polariseur 206 peut être inséré quelque part après le générateur 204 de faisceaux afin que le faisceau lumineux puisse être polarisé quand il passe dans le polariseur 206. Indépendamment du fait qu'un polariseur séparé soit utilisé, on considèrera que le générateur 202 de grille projette dans l'espace de la lumière polarisée à première orientation pour former une pluralité de lignes de grille qui créent une grille définissant une première trame de référence relative. Un second objet du système de navigation relative 200 ou un module de détection 210 est également inclus dans le système de navigation relative 200. Le module de détection 210 est conçu pour détecter de la lumière polarisée et filtrer de la lumière polarisée à seconde orientation, différente de la première orientation. Par exemple, le module de détection 210 a été représenté comprenant un polariseur 212 qui permet à de la lumière à la première orientation de passer par le polariseur 212 de façon à pouvoir être détectée. Le polariseur 212 filtre aussi de la lumière ayant la seconde orientation. Le polariseur 212 peut éliminer entièrement la lumière ayant la seconde orientation de façon qu'elle ne soit pas du tout détectée par le module de détection. Il est envisagé que le polariseur 212 puisse ne pas éliminer la totalité de la lumière ayant la seconde orientation, mais réduise les éventuels effets de toute lumière réfléchie atteignant le module de détection 210. Ainsi, en fonction de la polarisation de la lumière, soit la lumière passe par le polariseur 212 et atteint le reste du module de détection 210, soit elle est filtrée. Dans le système de navigation relative 200, le polariseur 212 est un polariseur correspondant à la lumière ayant la première orientation de façon à permettre à la lumière ayant la première orientation de passer par le polariseur 212 de façon à pouvoir former une partie de la grille. Dans l'exemple illustré, la lumière 230 projetée par le générateur 202 de grille est à PCD. Comme expliqué plus haut, le seul effet de la réflexion de lumière à polarisation circulaire réside dans le changement de côté. Lorsque la lumière à PCD est réfléchie, comme illustré par la lumière 230 réfléchie par l'objet 222, le côté change. Ainsi, toute lumière réfléchie par une seule surface de l'objet 222 deviendra la lumière à polarisation orthogonale représentée en 232. Par exemple, sur la figure, le signal à PCD devient un signal à PCG, en 232, à l'instant où il est réfléchi par l'objet 222. Le signal à PCD non réfléchi reste un signal à PCD. Dans l'exemple illustré, le polariseur adapté 212 est un polariseur à PCD, qui permet au signal direct de passer par le polariseur 212 de façon que la lumière puisse être détectée par le module de détection 210. Cependant, la lumière réfléchie 232, qui est alors à PCG, soit filtrée par le polariseur 212 à PCD. De la sorte, le faisceau lumineux polarisé, qui a été réfléchi et a donc une seconde orientation, sera filtré par le polariseur 212 à partir du module de détection 210. Le filtre correspondant peut être n'importe quel filtre optique adéquat compte tenu de la lumière émis par le générateur de grilles. Par exemple, si le générateur de grilles émet de la lumière à PCG, le filtre correspondant peut alors être un polariseur à PCG, etc. En outre, le filtrage des signaux réfléchis à l'aide d'un filtre optique constitue un exemple de la manière dont la lumière polarisée ayant la seconde orientation peut être filtrée. Il est envisagé que la lumière polarisée ayant la seconde orientation puisse être filtrée de n'importe quelle manière adéquate. Par exemple, un capteur peut détecter la polarisation et filtrer ou traiter électroniquement le signal ayant la seconde orientation. Par ailleurs, les signaux peuvent être filtrés par un traitement, notamment à l'aide de critères de vraisemblance dans le logiciel afin d'ignorer certains signaux réfléchis en fonction de leur cadence ou de sauts de position peu réalistes. Les formes de réalisation décrites ci-dessus ont apporté divers avantages, dont le fait que les formes de réalisation éliminent ou réduisent l'effet éventuel de toute lumière réfléchie qui atteint le module de détection en réduisant de ce fait le bruit et les erreurs de position dans le système de navigation relative. Les formes de réalisation décrites plus haut peuvent comprendre l'emploi de polariseurs circulaires du commerce, qui permettent, pour une somme modique, d'assurer que le système de navigation relative fonctionne sans problème dans des environnements encombrés. REVENDICATIONS1. Procédé (100) pour éliminer des signaux parasites reçus par un système de navigation relative (200), le procédé (100) comportant : la projection dans l'espace sur un premier objet, depuis un générateur (202) de grilles, d'une lumière à première orientation (230) pour former au moins une ligne de grille ; la détection, dans un second objet (210), de la lumière ayant la première orientation (230) ; et le filtrage, dans le second objet (210), de lumière polarisée à seconde orientation (232), différente de la première orientation. 2. Procédé (100) selon la revendication 1, dans lequel la projection de lumière polarisée ayant la première orientation (230) comprend la projection d'un faisceau de lumière non polarisée depuis une source de lumière (204). 3. Procédé (100) selon la revendication 1, dans lequel la projection de lumière polarisée ayant la première orientation (230) comprend la polarisation du faisceau lumineux en faisant passer le faisceau lumineux par un polariseur (206). 4. Procédé (100) selon la revendication 1, dans lequel la projection de lumière polarisée ayant la première orientation (230) comprend la projection d'un faisceau de lumière polarisée depuis une source de lumière (204). 5. Procédé (100) selon la revendication 1, dans lequel le filtrage comprend un filtrage optique de la lumière polarisée. 6. Procédé (100) selon la revendication 5, dans lequel la détection de la lumière polarisée ayant la première orientation (230) comprend l'autorisation de la lumière polarisée ayant la première orientation (230) à passer par un polariseur adapté (212) dans le second objet (210). 7. Procédé (100) selon la revendication 6, dans lequel le filtrage de la lumière polarisée ayant la seconde orientation comprend le blocage, par le polariseur adapté (212), de la lumière ayant la seconde orientation. 8. Procédé (100) selon la revendication 6, dans lequel lefiltrage de la lumière polarisée ayant la seconde orientation comprend la réduction d'une quantité de lumière détectée ayant la seconde orientation. 9. Procédé (100) selon la revendication 1, dans lequel la projection de lumière polarisée ayant la première orientation (230) pour former au moins une ligne de grille comprend la projection de lumière polarisée ayant la première orientation (230) pour former une pluralité de lignes de grille. 10. Procédé (100) selon la revendication 9, dans lequel la pluralité de lignes de grille comprend une ligne horizontale de grille et une ligne verticale de grille qui s'entrecroisent pour former une partie de la grille. 11. Procédé (100) selon la revendication 10, comportant en outre la projection dans l'espace de lignes horizontales et verticales de 15 grille entrecroisées supplémentaires pour former des parties supplémentaires de la grille. 12. Système de navigation relative (200), comportant : un générateur (202) conçu pour projeter dans l'espace de la lumière polarisée à première orientation (230) pour former une 20 pluralité de lignes de grille qui créent une grille définissant une première trame de référence relative ; et un module de détection (210) conçu pour détecter la lumière polarisée et filtrer de la lumière polarisée à seconde orientation (232), différente de la première orientation. 25 13. Système de navigation relative (200) selon la revendication 12, dans lequel le module de détection (210) comprend un polariseur (212) qui permet à la lumière ayant la première orientation (230) de passer par le polariseur (212) pour être détectée et bloque la lumière ayant la seconde orientation. 30 14. Système de navigation relative (200) selon la revendication 13, dans lequel le polariseur (212) élimine entièrement la lumière non détectée ayant la seconde orientation. 15. Système de navigation relative (200) selon la revendication 12, dans lequel le polariseur (212) est un polariseur 35 circulaire à droite.