Brevet FR3031190A1 — publié le 20160701

PROCEDE DE LOCALISATION AU MOINS BIDIMENSIONNELLE D'UN TERMINAL MOBILE DANS UN ESPACE PERTURBE ET INSTALLATION POUR LA MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE [1] L'invention concerne le domaine technique de la localisation en espace perturbé. Elle s'intéresse plus particulièrement à la localisation de mobiles en 3 dimensions dans un espace non accessible aux signaux de localisation émis par des satellites de radiolocalisation tel que GPS, GLONASS ou GALILEO pour des applications requérant une précision de l'ordre du mètre, tout en étant d'un très faible coût de fabrication, facile d'installation et d'exploitation fiable. Elle s'intéresse aussi au guidage d'un utilisateur vers un point d'intérêt spécifique, à la détection de personnes dans une zone déterminée, à l'organisation de la rencontre entre deux personnes et à l'analyse statistique des parcours suivis par les utilisateurs. [2] La recherche de solutions répondant aux critères exposés ci-dessus a fait l'objet mondialement de très nombreux travaux. [3] Une étude de l'état de l'art a été présentée au colloque "Future Information Technology" tenu à Busan, sous le titre "Localization Technologies for Indoor Human Tracking" au mois de mai 2010, par messieurs Da Zhang, Feng Xia ; Zhuo Yang ; Lin Yao ; Wenhong Zhao ISBN : 978-1-4244-6948-2. Dans cette étude, la table 1 récapitule les différents principes physiques utilisés. Ils utilisent différents types d'ondes : radioélectriques, lumineuses et acoustiques, voire anomalies magnétiques. [04] Une communication au colloque Sensors-2013 par messieurs Carlos Medina, Jose Carlos Segura and Angel De la Torre sous l'intitulé "Ultrasound Indoor Positioning System Based on a Low-Power Wireless Sensor Network Providing Sub-Centimeter Accuracy" ISSN 1424-8220 fait un descriptif de l'état de l'art du domaine. Y sont notamment cités des systèmes expérimentaux tels que : l'ATLINTIDA, le BAT, le CRICKET, le DOLPHIN, le 3D- LOCUS et le LOK8. Les auteurs s'intéressent tout particulièrement aux technologies permettant d'offrir des très grandes précisions de localisation : centimétriques, voire millimétriques. [5] Le brevet français FR 2.987.136 décrit un procédé de localisation d'un objet basé sur l'exploitation des temps de propagation de signaux sans fil issus de 2 sources et acquis au niveau d'au moins 3 récepteurs de coordonnées connues. [6] Le brevet FR 2.934.729 décrit un procédé et système de localisation complexe et onéreux à fabriquer d'un objet mobile communiquant basé sur l'exploitation d'émissions 3031190 2 acoustiques depuis le mobile à destination de récepteurs fixes synchrones et directionnels. [7] Le brevet FR 2.951.832 utilise des signaux émis par des pseudo-satellites GPS installés à l'intérieur d'un espace perturbé. Un tel système souffre des conditions de 5 propagation des signaux radioélectriques dans la bande radar en espace fermé et est compliqué à mettre en oeuvre. [8] La demande de brevet américain US2008/0151692 décrit un système de localisation en espace fermé de faible coût de réalisation utilisant une station fixe interrogeant le mobile par des signaux acoustiques et exploitant pour la localisation les temps de 10 propagation des signaux acoustiques aller-retour et tels que réfléchis par les murs du local clos. Ce système requiert pour son exploitation des parois réfléchissantes n'existant pas dans les espaces couverts de grande dimension. [9] La publication en 2013 de M. Filonenco dans l'ISRS International Journal of GeoInformation ISSN 2220-9964 sous le titre " Indoor Positioning for Smartphones Using 15 Asynchronous Ultrasound Trilateration" fait une synthèse très détaillée de l'état de l'art des techniques utilisant spécifiquement des ondes acoustiques. [10] Le brevet français FR 2999857 intitulé "Procédé de localisation d'un terminal de télécommunication" décrit plus un système de détection de présence par proximité à l'émetteur qu'un procédé de localisation. L'application qui y est décrire sert à la 20 transmission de données par canal acoustique. [11] Aucun des systèmes selon l'état de l'art antérieur ne satisfait les besoins de la localisation en environnement perturbé de mobiles avec un faible coût d'installation et une faculté de localisation avec une bonne voire une grande précision d'un grand nombre de mobiles simultanément. 25 [12] L'invention vise à remédier à ce manque en proposant une solution offrant : Une capacité avec un nombre limité de matériels d'adresser la problématique de la localisation précise et simultanée d'un grand nombre de mobiles pris individuellement ou simultanément sur une grande étendue dans un environnement non accessible aux signaux d'origine satellitaire, 30 Une utilisation de signaux à la fois compatibles avec les performances des récepteurs rencontrés dans les dispositifs portables tels que notamment les téléphones ou les tablettes, tout en restant quasiment inaudibles à l'oreille humaine, Une utilisation de matériels de faibles coûts, 3031190 3 - Une grande facilité d'installation, de mise en oeuvre et de maintenance. [13] A cet effet, l'invention concerne un procédé de localisation au moins bidimensionnelle d'un terminal mobile dans un espace perturbé comprenant les étapes suivantes : 5 mise en oeuvre d'au moins deux balises acoustiques asynchrones qui émettent chacune un signal acoustique comprenant au moins une composante d'identification de la balise émettrice, et dont la position dans l'espace perturbé est connue en permanence, mise en oeuvre d'au moins un terminal mobile comprenant au moins des moyens 10 d'acquisition acoustique, des moyens de communication sans fil et une unité centrale, mise en oeuvre d'au moins un point de référence dans l'espace perturbé et dont la position dans l'espace perturbé est connue, acquisition et enregistrement d'au moins un échantillon numérisé, dit d'initialisation, de l'ambiance acoustique perçue au niveau du point de référence, 15 acquisition et enregistrement par le terminal mobile d'au moins un échantillon numérisé, dit de localisation, de l'ambiance acoustique perçue par le terminal mobile, calcul de la localisation du terminal mobile à partir de l'échantillon d'initialisation, de l'échantillon de localisation, de la connaissance des positions de chaque balise et du point de référence dans l'espace perturbé et de la connaissance de la composante 20 d'identification du signal acoustique émis par chaque balise. [14] Selon une caractéristique de l'invention, l'acquisition de l'échantillon d'initialisation est effectuée par le terminal mobile. [15] Selon une variante de cette caractéristique, le terminal mobile comprend des moyens de définition d'un référentiel de temps et le procédé comprend les étapes 25 suivantes : acquisition de l'échantillon numérisé d'initialisation daté dans le référentiel de temps du terminal mobile, - déplacement du terminal mobile, acquisition par le terminal mobile de l'échantillon numérisé de localisation daté dans le 30 référentiel de temps du mobile, calcul, pour chaque balise, de son référentiel de temps propre pilotant l'émission de son signal acoustique en relation avec le référentiel de temps du terminal mobile, à 3031190 4 partir de l'échantillon d'initialisation, de la connaissance des positions de chaque balise et du point de référence dans l'espace perturbé et de la connaissance de la composante d'identification du signal acoustique émis par chaque balise, - calcul de la localisation du mobile à partir de l'échantillon de localisation, de la 5 connaissance des positions de chaque balise dans l'espace perturbé et de la connaissance de la composante d'identification du signal acoustique émis par chaque balise et du référentiel de temps propre de chaque balise en relation avec le référentiel de temps du mobile. [16] Selon une autre forme de mise en oeuvre du procédé de localisation : 10 il est mis en oeuvre au moins un équipement fixe situé au point de référence et comprenant au moins des moyens d'acquisition acoustique, des moyens de communication et une unité centrale, l'acquisition de l'échantillon d'initialisation est effectuée par l'équipement fixe. [17] Cette autre variante de mise oeuvre permet une localisation du terminal mobile 15 sans qu'il soit nécessaire que ce dernier se place au point de référence en utilisant des algorithmes de localisation en mode hyperbolique. L'horloge de l'équipement fixe sert alors de référentiel de temps commun pour déterminer les instants d'émission des balises asynchrones. [18] Selon une caractéristique de cette forme de mise en oeuvre : 20 l'équipement de réception fixe comprend des moyens de définition d'un premier référentiel de temps associé à l'équipement fixe, le terminal mobile comprend des moyens de définition d'un référentiel de temps, il est réalisé de manière répétée une phase d'initialisation comprenant les étapes suivantes: 25 - acquisition par l'équipement fixe d'un échantillon numérisé d'initialisation daté dans le premier référentiel de temps, calcul pour chaque balise de son référentiel de temps propre pilotant l'émission de son signal acoustique en relation avec le premier référentiel de temps, à partir de l'échantillon d'initialisation, de la connaissance des positions de chaque balise et du 30 point de référence dans l'espace perturbé, de la connaissance de la composante d'identification du signal acoustique émis par chaque balise, 3031190 5 - enregistrement pour chaque balise de son référentiel de temps propre en relation avec le premier référentiel de temps le calcul de la localisation du mobile est effectué à partir de l'échantillon de localisation, de la connaissance des positions de chaque balise dans l'espace perturbé 5 et de la connaissance de la composante d'identification du signal acoustique émis par chaque balise et du référentiel de temps propre de chaque balise en relation avec le premier référentiel de temps calculé lors de l'étape d'initialisation la plus récente. [19] Cette caractéristique permet une correction régulière des référentiels de temps dans la mesure où les horloges balises connaissent une dérive temporelle qui sans 10 correction régulière pourrait induire des erreurs de localisation. [20] Selon une autre caractéristique de cette forme de réalisation : le terminal mobile comprend des moyens de définition d'un référentiel de temps, et il est effectué régulièrement via les moyens de communication une étape de synchronisation entre le référentiel de temps de l'équipement fixe et le référentiel de 15 temps du terminal mobile avec une précision inférieure ou égale à 10ms. [21] Cette caractéristique vise à augmenter la précision de la localisation en offrant la possibilité de compenser la dérive temporelle des horloges internes. [22] Selon une variante de cette caractéristique : Il est mis en oeuvre un serveur comprenant des moyens de définition d'un référentiel 20 de temps universel, des moyens de communication avec l'équipement fixe et le terminal mobile, l'étape de synchronisation est effectuée via le serveur au moyen de son référentiel de temps universel. [23] Selon une caractéristique de l'invention, chaque balise émet de façon périodique un 25 signal aléatoire ou pseudo-aléatoire combinant des caractéristiques d'espacement temporel et d'évasion de fréquence, chaque signal étant orthogonal par rapport aux signaux des autres balises. Cette caractéristique permet la réception simultanée du signal sonore de plusieurs balises tout en conservant la possibilité de les distinguer et/ou d'identifier chacune d'entre elle. 30 [24] Selon une autre caractéristique de l'invention chaque balise émet son signal combiné à un fond sonore d'ambiance. Cette caractéristique vise à éviter la gène des personnes évoluant dans l'environnement perturbé en masquant le signal sonore des 3031190 6 balises dans l'éventualité où ce dernier se situerait en partie dans le spectre audible de certains individus. [25] Selon encore une autre caractéristique de l'invention, il est mis en oeuvre au moins trois balises acoustiques asynchrones. Cette caractéristique permet de résoudre le calcul 5 des coordonnées X, Y et du décalage d'horloge en mode hyperbolique sans qu'il soit nécessaire d'utiliser la connaissance de la topographie de l'environnement perturbé pour le calcul de la localisation. [26] Selon une caractéristique de l'invention, l'information de localisation du terminal mobile est utilisée pour déterminer une information de guidage du mobile en direction 10 d'un point d'intérêt. [27] Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque point de référence est identifié par au moins une étiquette numérique qui comprend au moins des données numériques d'identification du point de référence correspondant et en ce que le terminal mobile est configuré pour lire chaque étiquette numérique. Cette caractéristique permet 15 d'automatiser l'identification de chaque point de référence et supprime les risques d'erreur de saisie. De plus, les étiquettes électroniques peuvent être utilisées pour permettre une automatisation des procédures de chargement et d'installation sur le terminal mobile des logiciels nécessaire à la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention. 20 [28] Selon encore une autre caractéristique de l'invention, les données de localisation du terminal mobile dans l'espace sont utilisées pour commander l'affichage d'une unité d'affichage interactif. [29] L'invention concerne également une installation de localisation d'un terminal mobile dans un espace perturbé comprenant: 25 au moins deux balises acoustiques asynchrones qui émettent chacune un signal acoustique comprenant au moins une composante d'identification de la balise émettrice, et dont la position dans l'espace perturbé est connue en permanence, au moins un point référence identifié qui est accessible au mobile dans l'espace perturbé et dont les positions dans l'espace perturbé sont connues en permanence, 30 au moins un terminal mobile comprenant au moins des moyens de communication sans fil, des moyens d'acquisition acoustique, une horloge interne, une unité centrale adaptée pour enregistrer au moins un échantillon numérisé de l'ambiance acoustique 3031190 7 perçue par le terminal mobile et le dater en utilisant l'horloge interne du terminal mobile, au moins un moyen de stockage des positions des balises acoustiques, de la forme du signal acoustique émise par chaque balise, de la position du point de référence, 5 des moyens de traitement adaptés pour dans une phase d'initialisation : placement du mobile à proximité ou sur le point de référence, - acquisition par le terminal mobile d'un échantillon, dit d'initialisation, numérisé de l'ambiance acoustique perçue par le terminal mobile au niveau du point de référence et daté en utilisant l'horloge interne du terminal mobile, 10 - calcul pour chaque balise de sa référence de temps propre pilotant l'émission de son signal acoustique en relation avec la référence de temps donnée par l'horloge interne du terminal mobile et à partir de la connaissance la position de chaque balise par rapport au point de référence et de l'échantillon d'initialisation et de la connaissance de la forme du signal acoustique émis par ladite balise, 15 - enregistrement pour chaque balise de sa référence de temps propre en relation avec la référence de temps donnée par l'horloge interne du terminal mobile, dans une phase de localisation du terminal mobile : - acquisition par le terminal mobile d'un échantillon numérisé de l'ambiance acoustique perçue par le terminal mobile daté en utilisant l'horloge interne du 20 terminal mobile, - calcul de la localisation du mobile à partir de l'échantillon, de la connaissance de la position de chaque balise dans l'espace perturbé, de la connaissance de la forme du signal acoustique émis par chaque balise et des références de temps propre de chaque balise déterminées dans la phase d'initialisation. 25 [30] Selon une caractéristique de l'invention, l'unité de traitement est intégrée au terminal mobile. [31] Selon une autre caractéristique de l'invention, l'installation intègre un serveur qui comprend l'unité de traitement et qui est configuré pour communiquer avec le terminal mobile et recevoir de ce dernier les échantillons d'initialisation et de localisation et pour 30 envoyer au terminal mobile au moins les résultats des calculs de localisation. 3031190 8 [32] Cette caractéristique permet d'effectuer les calculs de localisation plus rapidement en mettant en oeuvre au niveau du serveur des unités de calcul plus puissantes que celles équipant le terminal mobile. [33] Selon encore une autre caractéristique de l'invention, l'installation comprend une 5 unité d'affichage interactif comprenant une unité de présentation d'image et une unité de commande de l'unité de présentation d'image, l'unité de commande étant configurée pour recevoir les données de localisation du terminal mobile et commander l'unité de présentation d'image en fonction des données de localisation du terminal. [34] Cette caractéristique de l'invention peut notamment être utilisée pour assurer la 10 commande de l'affichage sur un écran de très grande dimension par des utilisateurs situés à distance de l'écran dans l'environnement perturbé. Il est ainsi possible de simuler ou reproduire le fonctionnement d'un dispositif de pointage tel qu'une souris d'ordinateur. Le terminal mobile dans la main de l'utilisateur assure alors une fonction analogue à celle de la souris. 15 [35] Dans le cadre de la présente invention il est adopté les définissions suivantes pour les termes utilisés dans la description et les revendications : Calcul de localisation asynchrone, aussi appelé mode hyperbolique : Un calcul de localisation d'un mobile est dit asynchrone lorsqu'il exploite des mesures de pseudo-distances à des points de coordonnées connues. Ce qui signifie que les 20 émetteurs de signaux de localisation et le récepteur du mobile ne partagent pas de référence de temps commune. Seuls les émetteurs de signaux de localisation partagent entre eux une référence de temps commune. Calcul de localisation synchrone, aussi appelé mode circulaire : Un calcul de localisation d'un mobile est dit synchrone lorsqu'il exploite des mesures 25 de distances du mobile à des points de coordonnées connues. Espace ou environnement perturbé : Volume non accessible à l'utilisation de signaux de radiolocalisation d'origine satellitaire tel que GPS, GLONASS ou GALILEO ou autre du fait de la perturbation des conditions de propagation des ondes radio électriques liée à la présence d'obstacles ou 30 de réflexions sur des parois. Étiquettes numériques : Étiquettes contenant des informations numériques de type : - Code barre 2D 3031190 9 - QR-Code - NFC-Tag - étiquette RFID - E-Beacon Bluetooth BLE 5 ou autres susceptibles d'être lues par un terminal mobile de manière automatique ou semi-automatique par voie optique, ou électromagnétique. Heures d'arrivée des signaux acoustiques TOA : Instant précis où le début de la séquence d'émissions d'un signal acoustique aléatoire ou pseudo-aléatoire vient frapper le microphone d'un terminal mobile, cet instant 10 étant mesuré par rapport à son horloge interne. En anglais : Time Of Arrivai. Balises asynchrones : Deux balises sont dites asynchrones si elles exploitent des référentiels temporels disjoints pour piloter leurs émissions de signaux acoustiques. NTP Serveur : 15 Le Protocole d'Heure Réseau Network Time Protocol ou NTP est un protocole qui permet de synchroniser, via un réseau informatique, l'horloge locale d'ordinateurs sur une référence d'heure universelle de type Horloge Atomique. Ondes acoustiques : Ondes sonores dans les fréquences audibles par l'homme ou ultrasonores fréquences 20 supérieures à la bande audible. Point d'intérêt : Lieu ou une destination potentiellement intéressante, acronyme : POI notamment pour un utilisateur d'un terminal mobile. Référentiel local : 25 Système d'axes à deux ou 3 dimensions rattaché à un lieu donné servant de référentiel pour la géo-localisation. Référence de temps universelle : Horloge servant de référence de temps pour déterminer les décalages de temps avec d'autres horloges utilisées par l'installation. 30 Signal acoustique d'identification: Signal acoustique construit de façon mathématique pour lui donner 3 caractéristiques essentielles. La première, offrir une grande précision de datation des signaux à la 3031190 10 réception. La deuxième, porter suffisamment d'énergie dans une large bande de fréquences pour pouvoir être détecté tout en étant noyé dans le bruit ambiant afin d'être inaudible. La troisième, permettre une identification de chaque balise dans un ensemble de balises d'un même système de localisation. A cet effet, les signaux 5 d'identification des balises sont de préférence orthogonaux entre eux au sein d'une même famille, permettant ainsi d'extraire du signal reçu, sans ambigüité, un signal particulier appartenant à l'une des balises. A ces fins, les signaux pseudo-aléatoires objet de l'invention utilisent les techniques d'étalement temporel et d'évasion de fréquences. Au sens de l'invention deux signaux sont dit orthogonaux si la hauteur du 10 pic de leur fonction d'inter-corrélation est très faible par rapport aux hauteurs des pics respectifs de leurs fonctions d'auto-corrélation. Signaux acoustiques à espacement temporel : Des signaux acoustiques sont dits à espacement temporel lorsqu'ils sont constitués d'une suite d'impulsions acoustiques séparées par des intervalles de temps 15 prédéterminés dont le séquencement est connu aussi bien au niveau de l'émetteur que du récepteur. Signaux acoustiques à évasion de fréquence : Des signaux acoustiques sont dits à évasion de fréquence lorsqu'ils sont constitués d'une suite d'impulsions acoustiques de fréquences couvrant une étendue du spectre. 20 La constitution de la suite est connue aussi bien au niveau de l'émetteur que du récepteur. Moyens : Au sens de l'invention le terme moyen au singulier ou au pluriel en ce qu'il se rapporte à un dispositif matériel doit être compris comme synonyme d'unité ou composant 25 matériel adapté ou configuré pour assurer la ou les fonctions indiquées. Les termes configuré et adapté sont synonymes et utilisés indifféremment. [36] Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de mise en oeuvre du procédé selon l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les 30 unes des autres. [37] De même, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'installation selon l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon 3031190 11 diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. [38] Par ailleurs, diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent de la description annexée effectuée en référence aux dessins qui illustrent une forme non 5 limitative de réalisation d'une installation pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention. La figure 1 est une vue d'ensemble du système de localisation, La figure 2 est un synoptique d'une balise acoustique émettrice asynchrone, La figure 3 est un exemple de fonction d'auto-correlation d'un signal acoustique 10 pseudo-aléatoire, pour lequel l'axe des abscisses représente le temps 0 à 1 seconde et l'axe des ordonnées représente le niveau d'énergie associé La figure 4 est un exemple de fonction d'inter-corrélation de deux signaux acoustique pseudo-aléatoires orthogonaux, pour lequel l'axe des abscisses représente le temps 0 à 1 seconde et l'axe des ordonnées représente le niveau d'énergie associé. 15 La figure 5 : est un synoptique d'un équipement de réception fixe Il est à noter que sur ces figures les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différentes variantes peuvent présenter les mêmes références. [39] On a illustré à la figure 1 les éléments constitutifs d'un exemple d'installation de localisation d'un terminal mobile conforme à l'invention. Ainsi l'installation comprend des 20 balises acoustiques asynchrones ici au nombre de trois 1,1',1" émettant périodiquement des signaux acoustiques. L'installation comprend aussi un terminal mobile 2, positionné en un point de référence 3, et recevant les signaux acoustiques émis par les balises 1,1',1". Selon l'exemple illustré l'installation comprend aussi un équipement de réception fixe 4 ainsi qu'une horloge servant de référence de temps universelle 5 et un serveur de 25 données. Chacun des éléments constitutifs de l'installation comprend des moyens ou unités de communication sans fil configurés pour permettre des échanges de données numériques au moins entre les composants de l'installation et le serveur de données 7. [40] Comme le montre la figure 2, chaque balise acoustique asynchrone 1 comprend une mémoire 10 dans laquelle est stocké sous forme numérique un signal acoustique à 30 émettre. La balise 1 comprend aussi une unité de traitement 11 configurée pour lire ce signal et le convertir en un signal analogique par utilisation d'un convertisseur digital-analogique 12. Le dit signal est ensuite amplifié par des circuits 13 et émis par un haut- 3031190 12 parleur 14. Un circuit d'horloge 15 sert de base de temps interne au convertisseur digital-analogique et pour répéter les émissions des signaux acoustiques de façon périodique. Des circuits 16 optionnels servent à établir un canal de communication sans fil avec le serveur 7 notamment pour activer ou désactiver les émissions, voire en régler le niveau 5 d'émission. Enfin la balise comprend une source d'énergie électrique 17 servant à alimenter les composants précités. Cette source peut être une batterie ou un système de raccordement à un réseau de fourniture d'électricité ou tout autre système adapté. Il doit être remarqué que selon l'invention les balises n'étant pas synchronisées entre elles ou avec un système externe, il n'est pas nécessaire de mettre en oeuvre un câblage 10 spécifique pour leur permettre de communiquer entre elles. De sorte que les coûts d'installation sont réduits. De plus, l'absence de besoin de synchronisation permanente des balises permet de réduire leur consommation électrique. [41] De manière préférée les balises émettent des signaux ayant une forme ou une signature aléatoire ou pseudo aléatoire de manière que chaque balise émette un signaux 15 distinct de celui des autres balises du système. De plus et toujours de manière préférée les balises du système de localisation émettent des signaux orthogonaux entre eux deux à deux. [42] Deux signaux sont dit orthogonaux si la hauteur du pic de leur fonction d'inter-corrélation est très faible par rapport aux hauteurs des pics respectifs de leurs fonctions 20 d'auto-corrélation. Ainsi, la figure 3 est un exemple de fonction d'auto-corrélation d'un signal acoustique pseudo-aléatoire selon l'invention. L'axe horizontal figure l'axe des temps exprimés de 0 à 1 seconde. L'axe vertical figure le niveau d'énergie obtenu par application de la fonction d'auto-corrélation. Il faut observer sur cette figure l'étroitesse du pic de corrélation. L'étroitesse est directement liée à la précision de datation du signal 25 à la réception. Il faut aussi noter la hauteur du pic et la comparer au niveau de bruit tel qu'observé de part et d'autre du pic. [43] Par ailleurs, la figure 4 est un exemple de fonction d'inter-corrélation de deux signaux acoustiques pseudo-aléatoires selon l'invention. L'axe horizontal figure l'axe des temps exprimés de 0 à 1 seconde. L'axe vertical figure le niveau d'énergie obtenu par 30 application de la fonction d'inter-corrélation. Dans ce cas de figure, il faut observer que la fonction d'inter-corrélation ne présente pas de pic ayant une hauteur significative. Ils sont donc bien orthogonaux entre eux. 3031190 13 [44] L'équipement de réception fixe 4 comprend, comme le montre la figure 5, un microphone 30 captant l'ambiance acoustique constituée pour partie des signaux en provenance des balises, des circuits de préamplification et de filtrage 31, un convertisseur analogique-numérique 32 qui permet de stocker un échantillon numérisé dudit signal 5 dans une mémoire 33. L'équipement fixe comprend aussi une unité de traitement 34 permettant de transmettre ledit échantillon numérisé au Serveur 7 en utilisant le canal de communication sans fil 35. L'équipement fixe comprend aussi un circuit d'horloge 36 qui définit un référentiel de temps servant à piloter le convertisseur analogique-numérique 22 et à séquencer les opérations de l'unité traitement. Enfin l'équipement de réception 10 fixe comprend une source d'énergie électrique 37 servant à alimenter les composants précités. [45] Le procédé de localisation selon l'invention est mis en oeuvre dans le cadre de l'installation ainsi constituée de la manière suivante. [46] Dans ce qui suit, les balises 1 sont fixes et leurs coordonnées tridimensionnelles 15 sont connues dans un référentiel local rattaché à l'espace perturbé. [47] Le principe de l'invention est d'exploiter des signaux acoustiques émis par les balises 1. Les signaux pouvant être constitués de séries d'impulsions ultrasonores de durées, fréquences et instants d'émission prédéterminés sur la base des horloges internes 15 des balises qui ne sont, ni synchronisées entre elles, ni à une horloge de référence de 20 temps externe 5 commune. [48] Pour pouvoir exploiter les retards de propagation des ondes acoustiques à l'arrivée sur le microphone 20 du terminal mobile 2 il faut connaître les instants auxquels ces ondes ont été émises en se référant à une horloge unique, de préférence l'horloge du terminal mobile ou, alternativement, l'horloge d'un équipement de réception fixe ou 25 encore une référence de temps universelle. [49] L'invention exploite le positionnement du mobile 2, à un moment donné, en un point de référence 3 de coordonnées connues dans le référentiel local rattaché à l'espace perturbé pour calculer les instants auxquels les ondes ont été émises par les balises dans le référentiel temporel du mobile. Le point de référence 3 peut être identifié par tout 30 moyen approprié et notamment avec une étiquette numérique lisible par le terminal mobile. L'étiquette numérique peut alors, selon les besoins, comprendre notamment un identifiant du point de référence et/ou les coordonnées du point de référence dans l'espace perturbé voire un index permettant d'accéder aux coordonnées du point de 3031190 14 référence dans le référentiel local. Une fois ce travail fait, le mobile peut alors se déplacer et être localisé en utilisant des algorithmes de calcul en mode synchrone. En effet, les ondes étant émises de façon périodique, toutes les secondes par exemple, une fois l'heure d'une première émission connue, il est alors facile de calculer les instants 5 d'émission suivants en ajoutant : 1, 2, ..., n secondes. [50] Dans une variante de l'invention, l'on place au point de référence 3 un équipement dit équipement de réception fixe 4 qui, de la même manière est fixe et à une distance connue de chaque balise 1, en mesurant, par rapport à son horloge interne 36, l'instant d'arrivée des ondes en provenance de chaque balise 1, il est alors possible de déterminer 10 les instants d'émission des balises dans un référentiel commun, celui de l'équipement de réception fixe. [51] Nous allons ci-après détailler les formulations utilisées par l'invention. A cet effet, dans ce qui suit, TEB, signifie l'heure d'émission du début du signal acoustique périodique de la balise i, heure mesurée par rapport à l'horloge interne du terminal mobile ou, dans 15 le cas de la variante, par rapport à l'horloge interne de l'équipement de réception fixe, [52] TRPR, signifie l'heure d'arrivée du signal acoustique de la balise i au niveau du terminal mobile alors qu'il est situé au point de référence 3, cette heure étant mesurée par rapport à l'horloge interne du terminal mobile 2. [53] Par heure d'arrivée, il faut comprendre la position temporelle du pic de la fonction 20 calculée par corrélation numérique entre l'échantillon acoustique numérisé et le signal mémorisé de la balise i. Ladite position temporelle étant ramenée à l'heure d'acquisition du premier élément de l'échantillon, heure datée par rapport à l'horloge interne du terminal mobile 2. [54] Si D, est la distance séparant la balise i du terminal mobile situé au point de 25 référence 3, et C est la célérité du son dans l'air à la température du local, si nécessaire télétransmise au point de calcul de la position depuis un ou des capteurs situés dans l'espace perturbé, alors, la relation [1] est : TEB, = TRPR, - D, / C [55] Après un déplacement du mobile, désignons par TRTM, l'heure d'arrivée du signal acoustique de la balise i au niveau du terminal mobile 2. Cette heure étant mesurée par 30 rapport à l'horloge interne du terminal mobile 2. [56] Une fois calculé pour chaque balise les TEBM, correspondant aux instants d'émissions précédent immédiatement les instants de réception par application de la périodicité , il est alors possible, connaissant les coordonnées de 3 balises et les 3 TEBM, 3031190 15 de calculer les coordonnées : X,Y,Z du mobile par le calcul de l'intersection de 3 sphères centrées aux points correspondant aux coordonnées des balises dans le référentiel local, le rayon R, de chaque sphère étant calculé à partir de : la relation [II] : Ri = TRTM, - TEBM, x C 5 [57] En cas d'utilisation d'un équipement de réception fixe placé au point de référence, il reste à déterminer le décalage de l'horloge interne du terminal mobile 1 par rapport à l'horloge interne de l'équipement de réception fixe 4. Ce décalage est calculé en utilisant des algorithmes de localisation asynchrones similaires à ceux mis en oeuvre aujourd'hui dans un récepteur GPS. Ils requièrent la réception simultanée des 4 balises si l'altitude du 10 mobile n'est pas connue et de seulement 3 balises si l'altitude du mobile est connue. [58] Dans un autre mode de réalisation, on synchronise l'horloge interne du mobile 1 et l'horloge interne 36 de l'équipement de réception fixe 4 précitée en utilisant une référence de temps externe 5, sans câblage, par la mise en oeuvre d'un protocole logiciel de type "NTP Serveur" exploité à travers la liaison sans fil 6. Dans ce cas, le calcul de la 15 position du mobile ne requiert que 3 TRTM, pour un calcul de 3 inconnues les coordonnées X, Y et Z du mobile et de 2 TRTM, pour un calcul de seulement 2 inconnues X,Y, si l'altitude du mobile est connue ou prédéterminée. Dans cette hypothèse, les distances D mesurées par les retards de propagation des signaux acoustiques sont ramenées à l'horizontale par application du théorème de Pythagore, relation [III], les 20 altitudes du mobile et des balises étant connues au niveau du serveur de données 7 effectuant les calculs. La relation [III] est : DHi = VDi2 - JHi2 Où - DHi est la distance dans le plan horizontal séparant la balise i du terminal mobile, - AHi est la différence d'altitude entre la balise i et le terminal mobile. 25 Pour simplifier le calcul il est considéré que le terminal mobile évolue à une altitude constante [59] Quand le terminal mobile 2 est en progression dans une allée rectiligne identifiée grace à la connaissance de la topographie de l'environnement perturbé, les coordonnées du terminal mobile peuvent être déterminées par la mesure d'une distance à seulement 30 une seule balise 1. La coordonnée Z est fixe et correspond à la hauteur à laquelle est situé le terminal mobile 2. Les coordonnées X et Y sont déduites de l'intersection d'un cercle et 3031190 16 d'une droite. Le rayon du cercle, centré sur la verticale de la balise dans le plan horizontal du terminal mobile, est calculé en appliquant la relation iii après mesure du temps de propagation du signal acoustique de ladite balise. La droite correspond à l'axe central de l'allée où progresse notre terminal mobile 2 projeté dans ledit plan horizontal. Cette 5 technique s'appelle fusion multi-sensorielle car elle associe une mesure de temps de propagation d'un signal acoustique à des informations relatives à la géométrie de l'espace perturbé. [60] L'équipement de réception fixe 4 mise en oeuvre dans la variante de l'invention peut avoir un deuxième usage. En effet, pour que les instants d'arrivée des ondes 10 acoustiques puissent être mesurés avec précision, il convient de disposer au niveau du microphone 20 d'un rapport : signal acoustique reçu/au bruit ambiant, suffisamment élevé pour avoir une bonne détection. Dans un espace perturbé, en fonction du niveau d'activité le bruit ambiant est amené à fluctuer selon les heures de la journée. Si le bruit ambiant est faible et les signaux acoustiques émis avec force, il peut s'en suivre un 15 désagrément aux oreilles des utilisateurs. Inversement, si le bruit ambiant est fort et les signaux acoustiques faibles, il peut s'en suivre des erreurs de détection empêchant la localisation. Pour ces deux raisons, il convient d'ajuster en permanence le niveau sonore d'émission des balises 1 en fonction du niveau du signal reçu par l'équipement de réception fixe 4. L'équipement de réception fixe a donc 2 fonctions, une destinée à 20 mesurer le décalage des horloges 15 des balises 1, l'autre de mesurer le niveau de bruit ambiant dans l'espace perturbé. [61] Pour mieux comprendre l'invention, nous détaillons ci-après les flux de données échangées entre les composants du système. [62] Selon un mode préférentiel de réalisation de l'invention, les flux sont organisés 25 comme suit. [63] Les signaux acoustiques sont émis par les balises 1 et reçus par l'équipement de réception fixe 4 et le ou les mobiles 2. [64] Une fois numérisés au niveau de l'équipement de réception fixe et du mobile, les signaux acoustiques sont transmis par le canal radioélectrique 6 sous la forme du 30 message constitué d'un ou plusieurs paquets numériques transmis à destination du centre serveur 7. Chaque message comporte un entête contenant l'identifiant de l'émetteur et la datation de l'instant d'acquisition du signal. Cet instant est mesuré en utilisant l'horloge interne de l'équipement 2 ou 4. 3031190 17 [65] La synchronisation de horloge du serveur 7 avec celle du mobile se fait par l'envoi via le canal radioélectrique 6 depuis le centre serveur 7, à destination du mobile 2, d'un premier paquet numérique contenant l'instant d'émission du paquet daté en utilisant l'horloge interne du serveur. En retour, chaque équipement renvoie un deuxième paquet 5 en ayant ajouté l'instant de réception du premier paquet et l'instant d'émission du deuxième paquet vers le serveur. Ces instants sont datés en utilisant l'horloge interne du mobile 2. [66] Les mêmes échanges permettent la synchronisation de l'horloge 36 de l'équipement de réception fixe 4 avec celle du serveur 7. 10 [67] Une fois la position du mobile calculée, le centre serveur 7 détermine le cheminement optimal à suivre par le mobile et envoie par le canal radioélectrique 6 à ce dernier les informations de guidage de type route à suivre et distance à parcourir avant le prochain point de changement de direction. [68] Le serveur 7 peut aussi, à son initiative, envoyer au mobile 2 des messages 15 spécifiques pour attirer l'attention du porteur du terminal mobile sur un point d'intérêt situé à proximité immédiate. [69] Dans des environnements complexes, il est possible de compléter ou d'utiliser les informations de localisation acoustique aux fins d'alimenter des algorithmes de fusion multi-sensorielle exploitant par exemple des images issues d'une caméra embarquée 20 dans le terminal mobile en relation avec une banque de donnée d'images préenregistrées de l'espace perturbé. De même, l'information de localisation peut être utilisée pour alimenter des algorithmes de réalité virtuelle augmentée exploitant les capteurs d'attitude du terminal mobile. [70] Il doit être remarqué que le système de localisation selon l'invention offre une 25 solution performante aux besoins et aux contraintes rencontrées en localisation en espace perturbé. [71] En effet, le fonctionnement fiable à l'intérieur de l'espace perturbé est rendu possible par l'utilisation de signaux acoustiques dont la propagation dans l'air est bien maitrisée. En arrivant à utiliser des modes de localisation circulaire, l'on réduit le nombre 30 de balises nécessaire aux calculs de localisation et l'on améliore la redondance permettant ainsi d'éliminer des calculs des échos indésirables. [72] Du fait des fréquences et de la forme des signaux acoustiques pseudo-aléatoire émis, il est possible d'atteindre des précisions de datation des instants de réception 3031190 18 meilleures que 10-4 secondes, soit converti en distances, des précisions de mesures de distance de l'ordre de 5 cm. [73] Du fait que les balises émettent en permanence et de façon periodique leurs signaux, sans mécanismes de synchronisation externe, l'invention permet une localisation 5 simultanée d'un nombre illimité de mobile. [74] En utilisant des signaux acoustiques ultrasonores, il s'en suit aucune gène pour les utilisateurs présents dans l'espace couvert par les balises. [75] Le système selon l'invention permet en outre de réaliser des balises de faible coût de fabrication car ne requérant pas d'horloge ultra-stable contrairement à la solution 10 retenue dans les satellites de localisation. [76] De plus, la mise en place de l'installation décrite est simple et rapide, sans requérir de câblage électrique, ou avec un câblage limité aux seules alimentations électriques pour des applications nécessitant plusieurs jours d'autonomie; voire plusieurs semaines ou mois. 15 [77] Par ailleurs, les signaux acoustiques permettant des portées supérieures à 20 mètres, il s'en suit un ratio de nombre de balises au m2 par surface couverte particulièrement faible. [78] Bien entendu, différentes variantes du procédé et de l'installation selon l'invention peuvent être envisagées dans le cadre des revendications annexées. 20 REVENDICATIONS1. Procédé de localisation au moins bidimensionnelle d'un terminal mobile dans un espace perturbé comprenant les étapes suivantes : - mise en oeuvre d'au moins deux balises acoustiques asynchrones qui émettent chacune un signal acoustique comprenant au moins une composante d'identification de la balise émettrice, et dont la position dans l'espace perturbé est connue en permanence, - mise en oeuvre d'au moins un terminal mobile comprenant au moins des moyens d'acquisition acoustique, des moyens de communication sans fil et une unité centrale, - mise en oeuvre d'au moins un point de référence dans l'espace perturbé dont la position dans l'espace perturbé est connue, - acquisition et enregistrement d'au moins un échantillon numérisé, dit d'initialisation, de l'ambiance acoustique perçue au niveau du point de référence, - acquisition et enregistrement par le terminal mobile d'au moins un échantillon numérisé, dit de localisation, de l'ambiance acoustique perçue par le terminal mobile, - calcul de la localisation du terminal mobile à partir de l'échantillon d'initialisation, de l'échantillon de localisation, de la connaissance des positions de chaque balise et du point de référence dans l'espace perturbé et de la connaissance de la composante d'identification du signal acoustique émis par chaque balise. 2. Procédé de localisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'acquisition de l'échantillon d'initialisation est effectuée par le terminal mobile. 3. Procédé de localisation selon la revendication 2 caractérisé en ce que le terminal mobile comprend des moyens de définition d'un référentiel de temps et en ce que le procédé comprend les étapes suivantes : acquisition de l'échantillon numérisé d'initialisation daté dans le référentiel de temps du terminal mobile, - déplacement du terminal mobile, acquisition par le terminal mobile de l'échantillon numérisé de localisation daté dans le référentiel de temps du mobile, calcul, pour chaque balise, de son référentiel de temps propre pilotant l'émission de son signal acoustique en relation avec le référentiel de temps du terminal mobile, à partir de l'échantillon d'initialisation, de la connaissance des positions de chaque balise 3031190 20 et du point de référence dans l'espace perturbé et de la connaissance de la composante d'identification du signal acoustique émis par chaque balise, - calcul de la localisation du mobile à partir de l'échantillon de localisation, de la connaissance des positions de chaque balise dans l'espace perturbé et de la 5 connaissance de la composante d'identification du signal acoustique émis par chaque balise et du référentiel de temps propre de chaque balise en relation avec le référentiel de temps du mobile. 4. Procédé de localisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que : il est mis en oeuvre au moins un équipement fixe situé au point de référence et 10 comprenant au moins des moyens d'acquisition acoustique, des moyens de communication et une unité centrale, l'acquisition de l'échantillon d'initialisation est effectuée par l'équipement fixe. 5. Procédé de localisation selon la revendication 4, caractérisé en ce que : l'équipement de réception fixe comprend des moyens de définition d'un premier 15 référentiel de temps associé à l'équipement fixe, le terminal mobile comprend des moyens de définition d'un référentiel de temps, il est réalisé de manière répétée une phase d'initialisation comprenant les étapes suivantes: acquisition par l'équipement fixe d'un échantillon numérisé d'initialisation daté 20 dans le premier référentiel de temps, calcul pour chaque balise de son référentiel de temps propre pilotant l'émission de son signal acoustique en relation avec le premier référentiel de temps, à partir de l'échantillon d'initialisation, de la connaissance des positions de chaque balise et du point de référence dans l'espace perturbé, de la connaissance de la composante 25 d'identification du signal acoustique émis par chaque balise, enregistrement pour chaque balise de son référentiel de temps propre en relation avec le premier référentiel de temps le calcul de la localisation du mobile est effectué à partir de l'échantillon de localisation, de la connaissance des positions de chaque balise dans l'espace perturbé 30 et de la connaissance de la composante d'identification du signal acoustique émis par chaque balise et du référentiel de temps propre de chaque balise en relation avec le premier référentiel de temps calculé lors de l'étape d'initialisation la plus récente. 3031190 21 6. Procédé de localisation selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que : - le terminal mobile comprend des moyens de définition d'un référentiel de temps, - et il est effectué régulièrement via les moyens de communication une étape de synchronisation entre le référentiel de temps de l'équipement fixe et le référentiel de 5 temps du terminal mobile avec une précision inférieure ou égale à 10ms. 7. Procédé selon la revendication précédente caractérisé en ce que : - Il est mis en oeuvre un serveur comprenant des moyens de définition d'un référentiel de temps universel, des moyens de communication avec l'équipement fixe et le terminal mobile, 10 - l'étape de synchronisation est effectuée via le serveur au moyen de son référentiel de temps universel. 8. Procédé de localisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque balise émet de façon périodique un signal aléatoire ou pseudo-aléatoire combinant des caractéristiques d'espacement temporel et d'évasion de fréquence, 15 chaque signal étant orthogonal par rapport aux signaux des autres balises. 9. Procédé de localisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque point de référence est identifié par au moins une étiquette numérique qui comprend au moins des données numériques d'identification du point de référence correspondant et en ce que le terminal mobile est configuré pour lire chaque étiquette 20 numérique. 10. Procédé de localisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les données de localisation du terminal mobile dans l'espace sont utilisées pour commander l'affichage d'une unité d'affichage interactif. 11. Installation de localisation d'un terminal mobile dans un espace perturbé 25 comprenant : au moins deux balises acoustiques asynchrones qui émettent chacune un signal acoustique comprenant au moins une composante d'identification de la balise émettrice, la position de chaque balise acoustique dans l'espace perturbé étant connue en permanence, 30 au moins un point référence identifié qui est accessible au mobile dans l'espace perturbé et dont la position dans l'espace perturbé est connue en permanence, 3031190 22 - au moins un terminal mobile comprenant au moins des moyens de communication sans fils, des moyens d'acquisition acoustique, une horloge interne servant pour définir un référentiel de temps du mobile, une unité centrale configurée pour enregistrer au moins un échantillon numérisé dit d'initialisation de l'ambiance 5 acoustique perçue par le terminal mobile positionné au point de référence et le dater dans le référentiel de temps du terminal mobile et pour enregistrer au moins un échantillon numérisé dit de localisation de l'ambiance acoustique perçue par le terminal mobile positionné en un point quelconque, et le dater dans le référentiel de temps du terminal mobile 10 - au moins une unité de traitement qui comprend au moins une unité de stockage des positions des balises acoustiques, de la forme du signal acoustique émis par chaque balise, de la position du point de référence et qui est configurée pour : - dans une phase d'initialisation : calculer pour chaque balise son référentiel de temps propre pilotant l'émission 15 de son signal acoustique en relation avec le référentiel de temps donné par l'horloge interne du terminal mobile et à partir de la connaissance la position de chaque balise par rapport au point de référence et de l'échantillon d'initialisation et de la connaissance de la forme du signal acoustique émis par ladite balise, Enregistrer pour chaque balise son référentiel de temps propre en relation avec 20 le référentiel de temps donnée par l'horloge interne du terminal mobile, - dans une phase de localisation du terminal mobile : - calculer la localisation du mobile à partir de l'échantillon de localisation, et de la connaissance de la position de chaque balise dans l'espace perturbé, de la connaissance de la forme du signal acoustique émis par chaque balise et des 25 référentiels de temps propre de chaque balise déterminés dans la phase d'initialisation. 12. Installation selon la revendication 11, caractérisée en ce que l'unité de traitement est intégrée au terminal mobile. 13. Installation selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'elle comprend un serveur 30 qui comprend l'unité de traitement et qui est configuré pour communiquer avec le terminal mobile et recevoir de ce dernier les échantillons d'initialisation et de localisation et pour envoyer au terminal mobile au moins les résultats des calculs de localisation. 3031190 23 14. Installation selon l'une des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que chaque point de référence est identifié au moyen d'une étiquette numérique comprenant au moins des données d'identification du point de référence et en ce que le terminal mobile comprend une unité de lecture configurée pour lire chaque étiquette numérique. 5 15. Installation selon l'une des revendications 11 à 14, caractérisé en ce qu'elle comprend une unité d'affichage interactif comprenant une unité de présentation d'image et une unité de commande de l'unité de présentation d'image, l'unité de commande étant configurée pour recevoir les données de localisation du terminal mobile et commander l'unité de présentation d'image en fonction des données de localisation du 10 terminal.