Brevet FR3057961A1 — publié le 20180427

Domaine de l'invention La présente invention a pour objet un procédé pour amé- liorer la détermination de position par navigation satellitaire ainsi qu'un système pour la mise en oeuvre et un produit-programme d'ordinateur pour l'application du procédé. Etat de la technique La navigation par satellite utilisant le système GPS (Glo- bal Positioning System) ou le futur système Galileo qui est son équivalent européen est un moyen très répandu et s'utilise de plus en plus pour les objets en mouvement (objets mobiles) tels que, par exemple, les véhicules automobiles. Ce système est notamment presqu'indispensable pour obtenir des informations et des services dépendant de la position. La navigation entre un point de départ et la destination de véhicules est une solution très répandue et bien acceptée. Mais, toutefois, il est sou- haitable de localiser de manière très précise les objets en mouvement car cela permet de fournir des informations et des services individualisés, dépendant de la position. Dans les zones urbaines avec souvent une forte concentration d'objets mobiles, comme, par exemple, des véhicules, la difficulté est que les signaux émis par les satellites sont cou- pés ou réfléchis par les immeubles. De tels signaux réfléchis faussent la détermination de la position et sont de ce fait gênants. Le dictionnaire Wikipédia indique sous la rubrique technique GPS : « Tenir compte de perturbations du signal que l'on peut éviter ». Ces perturbations sont avant tout les émissions en chemins multiples (multipath) qui mélangent le signal direct du satellite aux si- gnaux réfléchis par l'environnement proche. De telles réflexions des ondes radio sont générées surtout par les immeubles et les surfaces métalliques dans une direction de réflexion et parfois aussi par la végétation humide. Les effets de multi-chemins peuvent se traduire par des différences de quelques centimètres jusqu'à un décimètre, ce qui est très supérieur à la précision des localisations GPS. Ces différences sont perceptibles de petits sauts de demi-période de la position affichée et ne peuvent être complètement évitées ; on les réduit par un positionne- 3057961 2 ment approprié de l'antenne et par une plaque de base formant un écran vers le bas et sur laquelle se trouve l'antenne. Pour déterminer la position du récepteur il faut au moins quatre satellites. Pour plus de quatre satellites reçus, les calculs chan- 5 gent peu mais les équations sont en surnombre car il y a plus d'équations que d'inconnues. Les systèmes d'équations surdimensionnés sont traités selon les procédés du calcul de compensation. C'est pourquoi dans la zone d'objets réfléchissant tels que des bords de forêts et des rangées d'immeubles, souvent on ne peut lo- 10 caliser, de manière précise bien que les conditions de réception soient optimales. A l'aide de signaux de satellites non réfléchis on pourrait déterminer la position de manière précise selon la possibilité théorique de la résolution de localisation du GPS. But de l'invention 15 L'invention a pour but d'améliorer la navigation par satel- lites ou détermination de position malgré les erreurs de position générées par les signaux réfléchis. Exposé et avantages de l'invention A cet effet l'invention a pour objet un procédé pour amé- 20 liorer la détermination de la position par navigation satellitaire consis- tant à identifier un premier signal reçu émis par au moins un premier satellite, constater une première propriété du premier signal, comparer cette première propriété constatée du premier signal à une première propriété de signal, prédéfinie, sélectionner le premier signal par la con- 25 cordance avec la première propriété de signal prédéfinie et utiliser le signal sélectionné pour déterminer la position. L'invention a également pour objet un système pour amé- liorer la détermination de position par navigation satellitaire, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un récepteur mobile pour recevoir un 30 premier et un second signal émis par au moins un satellite, un capteur pour saisir les informations de mouvement du récepteur en mouvement, et une unité d'exploitation pour appliquer le procédé. Le produit-programme d'ordinateur selon l'invention uti- lise une mémoire pour les instructions lisibles par un ordinateur et permet lorsque le produit-programme est appliqué par une unité de cal- 3057961 3 culateurs d'un système d'amélioration de la détermination de position par navigation satellitaire, d'appliquer les étapes du procédé de l'invention. De façon avantageuse, selon le procédé de l'invention on 5 compare entre deux signaux et on constate notamment si ces signaux correspondent à une prévision. Cette prévision est, par exemple, la direction d'incidence du signal, la fréquence d'émission du signal ou un écart de fréquence entre le signal reçu et la fréquence d'émission connue du satellite. En outre, cette propriété peut également être l'angle 10 d'élévation du signal, c'est-à-dire l'angle de la direction d'incidence du signal par rapport à la direction horizontale repérée, par exemple, par la surface de la chaussée. Cela permet de filtrer simplement les signaux réfléchis en ce que l'on élimine par filtrage les signaux venant du bas ou de la direction opposée à celle du satellite. En comparant les signaux 15 à des éléments prédéfinis on peut identifier les signaux réfléchis et ne pas utiliser un signal qui ne correspond pas aux conditions préalables pour la détermination de position selon l'invention. De façon avantageuse, selon un développement du pro- cédé de l'invention, on utilise la direction du signal comme propriété de 20 signal prédéfinie car avec les informations émises par un satellite on peut déterminer de manière simple la direction du signal comme direction de consigne et ainsi la reconnaître immédiatement en comparant avec la direction constatée à l'instant si le signal reçu est un signal réfléchi. 25 Selon un développement avantageux du procédé de l'invention, la propriété de signal prédéfinie est la fréquence du signal reçu. Si la fréquence est, par exemple, augmentée, on en conclut que le récepteur se déplace en direction de l'émetteur alors que si la fréquence diminue on en conclut que l'émetteur et le récepteur s'éloignent l'un de 30 l'autre selon l'effet Doppler. D'une manière particulièrement avantageuse selon un développement de l'invention, on combine la propriété de signal telle que la direction ou la fréquence pour déterminer l'écart entre la vitesse de déplacement d'un objet mobile et la direction dans laquelle se trouve 35 le satellite. Comme on utilise la vitesse connue du véhicule, on peut 3057961 4 calculer l'écart de fréquence et comparer cet écart de fréquence à l'écart de fréquence réel pour déterminer l'angle entre la direction de mouvement du récepteur mobile et celle de l'émetteur. De façon particulièrement avantageuse, on déduit la 5 première propriété de signal à partir de l'écart de mouvement selon un développement du procédé de l'invention en ce que, par exemple, on utilise pour cela la vitesse du récepteur pour calculer, par application de l'effet Doppler, l'écart de fréquence du signal du satellite en comparant cet écart de fréquence à l'écart de fréquence effectif. 10 D'une manière particulièrement avantageuse, selon un développement du procédé de l'invention, on utilise un certain nombre d'antennes écartées les unes des autres dans l'espace pour constater la direction d'incidence du signal. A partir de relations géométriques connues relatives à la disposition des différentes antennes les unes par 15 rapport aux autres et en utilisant les différences de temps de parcours du signal arrivant sur chaque antenne, on peut déterminer la direction du signal incident d'une manière relativement simple à l'aide de fonctions géométriques de base. De manière particulièrement avantageuse, selon un déve- 20 loppement du procédé de l'invention, on réduit le nombre d'antennes utilisées en déterminant les variations de signal en fonction des variations de mouvements du récepteur et ainsi de la position des antennes et en utilisant l'information de mouvement ainsi modifiée pour déterminer l'information de direction du signal simple. 25 D'une manière particulièrement avantageuse, le système selon l'invention combine un récepteur mobile avec un capteur pour saisir l'information de mouvement et une unité d'exploitation pour combiner l'information de mouvement à une information déduite du signal reçu. Cela permet un fonctionnement techniquement simple et fiable du 30 système facile à réaliser car le nombre de composants est réduit ce qui est avantageux pour la fabrication. De manière avantageuse, selon un développement du système de l'invention, on utilise au maximum trois antennes et ainsi on économise au moins une antenne, ce qui permet une fabrication 3057961 5 plus économique du système sans que cela ne réduise la précision de la localisation. D'une manière particulièrement avantageuse, le produit- programme d'ordinateur est associé à une mémoire et comporte des ins- 5 tructions lisibles par une machine qui, lorsque le programme est exécu- té par un calculateur, permet l'exécution des étapes du procédé de l'invention. Le système selon l'invention est ainsi simple à transporter et les modifications du système peuvent être implémentées simplement par le produit-programme d'ordinateur. 10 Dessins La présente invention sera décrite, ci-après, de manière plus détaillée à l'aide d'exemples et de systèmes d'amélioration de détermination de position par navigation satellitaire selon l'invention, représentés dans les dessins annexés dans lesquels : 15 la figure 1 montre un exemple de réception de signal avec plusieurs antennes dans un environnement urbain, la figure 2 montre un exemple de réception de signal par un récepteur mobile, la figure 3 est un exemple de filtrage des signaux gênants par un 20 écran, la figure 4 montre un produit-programme d'ordinateur, la figure 5 montre une unité d'exploitation correspondant à un exemple de réalisation de l'invention, et la figure 6 montre un procédé selon un exemple de réalisation de 25 l'invention. Description de modes de réalisation Selon la figure 1, selon un mode de réalisation du procé- dé de l'invention on reçoit avec plusieurs antennes, les signaux émis par des satellites. La figure montre les satellites 1, 1', 2, 3, 4 et 5 ainsi 30 que les immeubles 200 et 210. Il est également représenté un système de trois axes 50, 60, 70 orthogonaux. On a également représenté une base mobile, par exemple, un véhicule tel qu'un véhicule automobile équipé d'un système pour améliorer la détermination de position (localisation) 500. Le système 500 reçoit les signaux 185 et 183 par deux an- 35 tennes non représentées qui se trouvent, par exemple, dans le plan du 3057961 6 pavillon du véhicule au niveau du bord extérieur. Les différences de temps de parcours des signaux et des distances connues entre les antennes, permettent d'obtenir des informations directionnelles des signaux incidents. 5 Dans la mesure où la base mobile 180 tourne autour de l'axe vertical, en utilisant la variation des informations du signal incident, on peut constater si les signaux incidents sont des signaux réfléchis. On peut, par exemple, utiliser des informations supplémentaires fournies par une caméra ou un appareil de mesure de distance pour 10 constater qu'il y a un immeuble dans la zone de la direction du signal incident. Dans cet exemple, l'immeuble 210 se trouve dans la direction du signal incident 185. Par conséquence, on élimine ce signal comme signal réfléchi. Il est également possible de supprimer une autre antenne dans la mesure où le récepteur se déplace fréquemment. A cause 15 de l'effet Doppler, du fait du mouvement, les fréquences incidentes va- rient en fonction de la vitesse du récepteur par rapport au satellite respectif. Les signaux réfléchis pourront ainsi être reconnus en ce que la fréquence par rapport à la vitesse mesurée du récepteur et à l'emplacement prévisible du satellite se déplacent dans la mauvaise di- 20 rection ou d'un mauvais coefficient. Comme les véhicules ne se dépla- cent pas verticalement, les signaux réfléchis par le sol ne peuvent être identifiés par application de l'effet Doppler. Dans ce cas, il est intéressant de protéger les signaux par un écran, telle qu'une platine. Comme le montre la figure 2, selon un mode de réalisa- 25 tion du procédé de l'invention, on exploite les signaux avec les informa- tions de mouvement. Les fréquences F et F' des signaux incidents 100 et 110 sont influencées par le mouvement de la plateforme mobile qui transporter le récepteur à la vitesse y. La fréquence f donne, par effet Doppler, la fréquence F augmentée et la fréquence F' diminuée pour le 30 signal 110. En utilisant les angles cp et cp', on calcule la composante de vitesse dans la direction des signaux 100 et 110. En combinaison avec la fréquence d'émission connue des satellites de navigation on obtient la fréquence modifiée, prévisible. En application de l'effet Doppler, cette fréquence se calcule par la formule suivante : 35 3057961 ,2 C 2 fB = fg 1 - -IL cos a c Le calcul de la vitesse peut se faire, par exemple, à l'aide de deux mesures de positions distinctes. Pour améliorer la mesure de la 5 vitesse on peut utiliser les informations de capteur. Ces capteurs sont sur la plateforme mobile, c'est-à-dire sur le véhicule. On utilise pour cela des signaux qui conviennent tout particulièrement, tels que les signaux d'un capteur d'accélération que l'on intègre pour obtenir la vitesse ou encore des informations odométriques correspondant au trajet 10 parcouru en utilisant le périmètre d'une roue multiplié par le nombre de tours de la roue. En outre, avec un radar usuel ou un radar optique on peut déterminer la vitesse ou encore avec des informations de caméra et la variation des images on peut déterminer la vitesse. Cela permet de déterminer la vitesse du récepteur à partir de positions à des instants 15 déterminés ainsi que du temps séparant deux mesures. Cela permet également de calculer l'angle entre la direction de mouvement et l'axe entre le satellite et le récepteur en utilisant les positions. Il est avantageux d'utiliser, non pas le signal le plus fort reçu, mais le signal le plus récent pour calculer la position, car ce signal provient du satellite le 20 plus proche. En général, on ne peut utiliser l'odométrie pour les récep- teurs équipant les véhicules que s'il y a un contact sans patinage avec le sol. Pour les véhicules en général on utilise les capteurs de nombre de tours de roue en combinaison avec des capteurs d'angle de braquage pour mesurer la vitesse. Dans la mesure où les données odométriques 25 sont disponibles et que l'on peut supposer que les roues ne patinent pas ou pratiquement pas, on peut ainsi corriger, par exemple, les données à long terme de capteurs d'accélération. Dans la mesure où un capteur d'accélération détecte séparément l'accélération de translation et les accélérations de rotation et le cas échéant, également le champ 30 magnétique dans les directions de mouvements possibles ; le capteur d'accélération fusionne déjà, de manière interne les données des capteurs pour une meilleure précision reposant sur une base précise pour 7 1 3057961 8 mesurer la vitesse. A partir des valeurs d'accélération, le récepteur des données satellite calcule, la vitesse du récepteur, par exemple, par intégration. Une telle mesure de vitesse n'est toutefois pas très précise à long terme et peut se corriger, par exemple, par des mesures de vitesse 5 à deux positions GPS différentes ou encore en utilisant le décalage Doppler, mesuré des signaux reçus. La figure 3 montre une autre possibilité correspondant à un exemple de réalisation du procédé de l'invention pour éliminer les signaux non souhaités pour déterminer la position (localisation). A la 10 figure 3 on utilise les mêmes références que dans les autres figures pour désigner les mêmes éléments. Le signal reçu 100 est réfléchi par le sol alors que le signal 110 arrive en ligne directe dans le système pour améliorer la détermination de position 500. Une solution technique simple consiste à placer une platine (plaque de base) sous le récepteur 15 de signal qui ne laisse pas passer les signaux réfléchis par le sol. Ces signaux sont ainsi éliminés de l'exploitation pour la détermination de position par cette solution techniquement simple à réaliser. La figure 4 montre un produit-programme d'ordinateur correspondant à un mode de réalisation de l'invention. Un support de 20 mémoire 400 lisible par une machine comporte l'enregistrement des instructions 410 qui seront appliquées par une unité d'exploitation ou un ordinateur d'un système selon l'invention pour améliorer la détermination de position par navigation satellitaire pour être traitées et appliquées. 25 Comme le montre la figure 5, un système 500 pour amé- liorer la détermination de position par navigation satellitaire correspond à une construction simple. Le système comporte, par exemple, un récepteur 510, un capteur 520 et une unité d'exploitation 530 avec spécialement une unité de lecture 535 pour le produit-programme 30 d'ordinateur. Ce système est d'une technique sans complexité excessive et peut se fabriquer indépendamment pour être installé dans les véhicules. En utilisant un produit-programme d'ordinateur et une unité de lecture, cela permet, de manière simple, de modifier le procédé et de l'implémenter sans difficulté par les mises à jour de programme. 3057961 9 La figure 6 montre un exemple d'une forme de réalisation d'un procédé selon l'invention. Le procédé 600 comporte, par exemple, les étapes suivantes : L'étape 610 pour identifier un premier et un second si- 5 gnal reçu, envoyé par au moins un satellite. L'étape 620 pour déterminer une première propriété de signal du premier et du second signal. L'étape 630 pour comparer la première propriété de si- gnal, constatée du premier et du second signal à une première propriété 10 de signal, prédéfinie. L'étape 640 pour sélectionner le premier et le second signal en fonction de la concordance avec la première propriété de signal et dans l'étape 650 on utilise le signal sélectionné pour déterminer la position. 15 De manière avantageuse, selon l'invention, le procédé peut être amélioré en combinant les informations de plusieurs capteurs en combinant des données de capteur, différentes, et en sélectionnant les signaux utilisés ou pour améliorer l'information de mouvement. Il est simple de prouver l'utilisation du système et du 20 procédé de l'invention en comparant les mesures standard à l'étant en mouvement et à l'état fixe. 25 3057961 10 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 1, 1', 2, 3, 4, 5 Satellites 50, 60, 70 Systèmes de trois axes orthogonaux 5 100, 110 Signaux incidents 180 Base mobile 183, 185 Signaux reçus par les antennes 200, 210 Immeubles 400 Support de mémoire 10 410 Instruction d'ordinateur 500 Système d'amélioration de la détermination de Position par navigation satellitaire 510 Récepteur 520 Capteur 15 530 Unité d'exploitation 535 Unité de lecture 600 Procédé d'amélioration de la détermination de position par navigation satellitaire 610, 650 Etapes du procédé 20 REVENDICATIONS1°) Procédé pour améliorer la détermination de la position par navigation satellitaire (500) selon lequel - on identifie (610) un premier signal reçu émis par au moins un pre- mier satellite, - on constate (620) une première propriété du premier signal, - on compare (630) la première propriété constatée du premier signal à une première propriété de signal, prédéfinie, - on sélectionne (640) le premier signal par la concordance avec la première propriété de signal prédéfinie, et - on utilise (650) le signal sélectionné pour déterminer la position. 2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' - on identifie (610) un second signal reçu envoyé par au moins le premier satellite, - on constate (620) la première propriété du second signal, - on compare (630) la première propriété de signal ainsi constatée du premier et du second signal à une première propriété de signal pré- définie, et - on sélectionne (640) le premier ou le second signal en fonction de la concordance avec la première propriété de signal prédéfini. 3°) Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la première propriété de signal, prédéfinie est la direction de réception du signal reçu. 4°) Procédé selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la première propriété de signal, prédéfinie est la fréquence du signal reçu. 5°) Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que