Brevet FR3064072A1 — publié le 20180921

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un dispositif et un procédé pour filtrer les signaux de navigation reçus de satellites ainsi qu'un programme d'ordinateur pour la mise en oeuvre du procédé. Etat de la technique Le document EP 679902 B1 décrit un procédé de sélection des signaux provenant de satellites de navigation. Exposé et avantages de l'invention Dans ce contexte, l'invention propose un procédé pour fil- trer les signaux de navigation reçus de satellites ainsi qu'un dispositif utilisant ce procédé, une plateforme mobile ainsi que finalement un programme d'ordinateur approprié tel que cela sera défini. Un objet dans l'environnement d'un récepteur de signaux émis par des satellites de navigation peut se trouver entre les satellites émettant le signal et le récepteur. Ainsi, le signal n'arrive pas directe- ment mais après les réflexions sur un objet et/ou sur d'autres objets. Cela allonge le trajet parcouru par le signal entre le satellite de navigation et le récepteur de sorte qu'il est plus long que le trajet le plus court possible. Le récepteur ne peut calculer alors la position que de manière imprécise car le récepteur est apparemment plus éloigné du satellite de navigation. Pour réduire l'imprécision on peur rejeter les signaux qui pourraient arriver dans le récepteur après une réflexion à cause d'un objet situé entre le récepteur et le satellite de navigation. Les signaux qui arrivent sur le récepteur sans avoir été réfléchis peuvent servir car il n'y a pas d'objet entre le récepteur et le satellite de navigation. Cela permet de tenir compte de l'instant de réception le plus précoce que possible si la réception reçoit des signaux multiples. Ainsi, l'invention a pour objet un procédé de filtrage des signaux de navigation reçus de satellites pour une plateforme mobile ce procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes consistant à déterminer une ligne d'horizon à partir de la perspective de la plateforme, sélectionner les satellites au-dessus de la ligne d'horizon et fournir les signaux de navigation reçus de ces satellites sélectionnés. 3064072 2 Un signal de navigation par satellites est un signal d'un satellite de navigation. Le signal de navigation par satellite comporte un code-phase et une phase d'onde porteuse ; il représente au moins un instant d'émission du signal de navigation par satellite. A partir de 5 l'instant d'émission et d'un point de réception on peut déterminer le temps de parcours du signal de navigation par satellite. En utilisant la vitesse de passage du signal de navigation et le temps de parcours, on peut calculer la distance entre le satellite de navigation et le récepteur. Le signal de navigation par satellite identifie sans équi- 10 vogue le satellite de navigation émetteur. La ligne d'horizon peut être la ligne de séparation ou ligne limite entre une arête visible d'un objet et le ciel visible. La perspective peut être un angle de visée d'une position actuelle du récepteur de la plateforme mobile. La plateforme mobile est, par exemple, un robot ou un véhicule. On connaît la trajectoire du sa- 15 tellite de navigation et la position actuelle du satellite sur sa trajectoire. La position peut être observée en perspective. On pourra sélectionner les satellites de navigation qui ne risquent pas d'être cachés par des objets. La ligne d'horizon peut se déterminer en utilisant au 20 moins une image à partir de la perspective de la plateforme. L'image est, par exemple, une image panoramique. Les objets dans l'environnement de la plateforme sont représentés dans l'image par leur ligne de contour. Là où la ligne de contour marque un passage entre un objet et le ciel libre on peut définir la partie du contour comme ligne d'horizon. 25 Les satellites peuvent être sélectionnés en utilisant l'information de leur trajectoire. L'information de trajectoire peut être obtenue à partir d'une mémoire d'un appareil de navigation par satellites. L'information de trajectoire peut également être enregistrée dans une mémoire séparée. L'information de trajectoire permet de connaître à 30 tout instant la position actuelle du satellite. Les signaux de navigation de satellite peuvent être fournis à un appareil de navigation par satellites pour déterminer la position de la plateforme. La présélection permet de déterminer la position avec une précision élevée car on évite les erreurs systématiques qui ré- sulteraient de la réception de signaux satellites multi-trajet. 3064072 3 Dans l'étape de sélection on sélectionne les satellites qui ont une liaison à vue directe selon la perspective. Par la liaison à vue directe, le signal de navigation fourni par le satellite arrive directement et sans réflexion c'est-à-dire sans développement multi-trajet vers le ré- 5 cepteur. Dans l'étape de fourniture on peut en outre neutraliser les réflexions des signaux satellites en utilisant un algorithme de réduction. Si l'on reçoit un signal de navigation d'un satellite selon plusieurs trajets, on pourra tenir compte du premier instant de réception car le 10 temps de parcours du signal selon le chemin direct est le plus court. Ce procédé peut être implémenté, par exemple, sous forme d'un programme ou d'un circuit ou d'une forme mixte composée d'un programme et d'un circuit, par exemple, dans un appareil de commande. 15 L'invention a également pour objet un dispositif pour exécuter les étapes du procédé dans des installations appropriées, pour commander ou appliquer les étapes du procédé. Selon un développement de l'invention, le dispositif permet de résoudre rapidement et efficacement le problème de l'invention. 20 Le dispositif comporte à cet effet au moins une unité de calcul pour traiter les signaux ou les données, au moins une unité de mémoire pour enregistrer les signaux ou les données, au moins une interface vers un capteur ou un actionneur pour enregistrer les signaux de capteur fournis par le capteur ou pour émettre des signaux de don- 25 nées ou de commande vers l'actionneur et/ou au moins une interface de communication pour enregistrer ou émettre des données qui sont intégrées dans un protocole de communication. L'unité de calcul est, par exemple, un processeur de signal, un microcontrôleur ou un moyen analogue et l'unité de mémoire est une mémoire flash, une mémoire 30 EEPROM ou une mémoire magnétique. L'interface de communication enregistre des données transmises par une liaison sans fil et/ou par une liaison par fil et émet les données dans de mêmes conditions ; l'interface de communication permet ainsi d'enregistrer et d'émettre des données par une liaison filaire ; ces données, par exemple, sous forme 3064072 4 électrique ou optique arriveront par une ligne de transmission de données correspondantes pour l'enregistrement ou pour l'émission. Un dispositif selon l'invention est un appareil électrique qui traite des signaux de capteur et en fonction de ceux-ci il émet des 5 signaux de commande et/ou des signaux de données. Le dispositif comporte une interface sous la forme d'un circuit et/ou d'un programme. Dans le cas d'une réalisation sous la forme d'un circuit, les interfaces peuvent, par exemple, faire partie d'un système ASIC qui comporte différentes fonctions du dispositif. Il est également possible 10 que l'interface comporte ses propres circuits ou qu'elle est au moins en partie avec des composants discrets. Dans le cas d'une réalisation sous forme de programme, les interfaces peuvent être des modules de programme qui résident, par exemple, sur un microcontrôleur à côté d'autres modules de programme. 15 Le dispositif peut comporter une caméra pour saisir la ligne d'horizon dans une image. La caméra comporte avantageusement un objectif hypergone et elle est orientée verticalement vers le ciel. La caméra peut, par exemple, être intégrée dans un boîtier d'antenne. D'autres réalisations avantageuses du dispositif utilisent la caméra 20 frontale, la caméra de recul et/ou les caméras d'un système multi- caméras équipant un véhicule. En outre, l'invention a pour objet, une plateforme mobile avec une antenne pour recevoir des signaux de navigation de satellites et un dispositif tel que défini ci-dessus. De manière avantageuse, l'invention a pour objet un pro- 25 duit-programme d'ordinateur ou plus simplement un programme d'ordinateur avec un code-programme enregistré sur un support lisible par une machine tel qu'un support de mémoire comme une mémoire semi-conducteur, un disque dur ou une mémoire optique pour l'exécution, l'application et la commande des étapes du procédé tel que 30 défini ci-dessus lorsque le programme ou produit-programme est exécu- té par un ordinateur ou un calculateur. Dessins La présente invention sera décrite ci-après, de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de procédé de filtrage de signaux de 35 navigation reçus de satellite et d'un système de véhicule équipé d'un tel 3064072 5 système de navigation, représenté dans les dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une représentation en perspective d'une plateforme mobile et d'une ligne d'horizon selon un exemple de réalisation, 5 la figure 2 est un schéma par blocs d'un exemple de réalisation d'une plateforme mobile avec un dispositif de filtrage des signaux de navigation reçus de satellites, la figure 3 représente les trajectoires de satellites de navigation, la figure 4 représente une image en perspective à partir d'un véhi- 10 cule et la ligne d'horizon selon un exemple de réalisation, et la figure 5 montre un ordinogramme du procédé de filtrage de signaux de navigation reçus de satellite selon un exemple de réalisation. A titre de remarque, dans les différentes figures les élé- 15 ments identiques ou de même effet des exemples de réalisation portent les mêmes références et leur description ne sera pas nécessairement répétée. Description de modes de réalisation La figure 1 est une représentation d'une perspective 100 20 d'une plateforme mobile et d'une ligne d'horizon 102 selon un exemple de réalisation. La perspective 100 est une vision circulaire déformée. La perspective 100 est représentée dans un système de coordonnées polaires. En d'autres termes, la perspective est représentée sous la forme d'un panorama sur 360° déformé selon un hémisphère. La perspective 25 100 est, par exemple, l'image résultant d'un objectif hypergone orienté verticalement vers le haut. Au milieu de la perspective 100 on a ainsi une zone céleste ou voute céleste 104 non bouchée. Les objets entourant la plateforme mobile limitent la vision du ciel 104. La vision est ici, par exemple limitée par des montagnes 106, de grands immeubles 108, 30 une maison isolée 110 et un arbre 112. La silhouette des objets 106, 108, 110, 112 définit la ligne d'horizon 102. Cette ligne d'horizon 102 est parfois également appelée ligne de crête "Skyline". Les trajectoires 114 des satellites de navigation 116, 118 sont également représentées à partir de la perspective 100 de la plate- 35 forme mobile. Les objets 106, 108, 110, 112 cachent des parties des 3064072 6 trajectoires courbes 114. Ainsi, des satellites 116 sont également cachés par les objets 106, 108, 110, 112. Les autres satellites 118 ont une vision directe de la plateforme à partir de la voute céleste 104. Selon l'invention les objets 106, 108, 110, 112 sont dé- 5 tectés et on détermine la ligne d'horizon 102. Des satellites 116, 118 envoient des signaux de navigation codés. Un signal de navigation est associé par son code respectif à l'un des satellites 116, 118. Les signaux de navigation reçus identifient les satellites 116, 118 qui sont en théorie visibles actuellement selon la perspective 100. Les trajectoires 114 des 10 satellites 116, 118 sont connues. Les satellites 116, 118 visibles actuel- lement en théorie sont répartis par la ligne d'horizon en des satellites 116 non visibles ou cachés et en satellites visibles 118. Pour calculer la position de la plateforme on utilise seulement les signaux des satellites visibles 118. 15 La figure 2 est un schéma par blocs d'une plateforme mobile 200 équipée d'un dispositif 202 pour filtrer les signaux de navigation 204 reçus des satellites selon un exemple de réalisation. La plateforme 200 est, par exemple, un véhicule ou un robot mobile. La perspective présentée à la figure 1 est, par exemple, rapportée à la pla- 20 teforme 200. Les signaux de navigation de satellite 204 sont reçus par une antenne 206 de la plateforme 200. L'appareil de navigation 208 de la plateforme 200 calcule la position 210 de la plateforme 200. Les signaux de navigation par satellite 204 sont codés. Chaque signal de navigation par satellite 204 est associé de manière 25 univoque à l'un des satellites de navigation 116, 118. Ainsi, on connaît tous les satellites de navigation 116, 118 dont on reçoit un signal de navigation 204. On connaît la trajectoire 114 et la position instantanée 212 de chacun des satellites 116, 118 et on peut l'appeler dans une mémoire de données de l'appareil de navigation 208. 30 Le dispositif 202 pour filtrer comporte une installation de détermination 214, une installation de sélection 216 et une installation de fourniture 218. L'installation de détermination 214 détermine une ligne d'horizon 102 à partir d'une perspective 100 de la plateforme 200. La perspective 100 est fournie par un capteur d'environnement 220 de 35 la plateforme 200. Par exemple, la perspective 100 est l'image 220 d'une 3064072 7 caméra circulaire 222. Comme le montre la figure 1, des objets de la perspective 100 cachent des parties de la mémoire et ainsi également les positions 212 des satellites cachés 116. La ligne d'horizon 102 sépare les zones cachées des zones découvertes du ciel. Les satellites non 5 cachés 118 sont sélectionnés par l'installation de sélection 216 lors- qu'ils se trouvent au-dessus de la ligne d'horizon 102. L'installation de fourniture 218 fournit la sélection des satellites 118 avec les signaux de navigation 224 correspondant de satellites pour l'appareil de navigation 208, pour déterminer la position 210. 10 Un système 202 et un procédé de localisation précise se- ront présentés dans un environnement complexe. La figure 3 représente des trajectoires 114 des satellites de navigation. Les trajectoires 114 sont des trajectoires tournant autour de la terre 300. Les trajectoires courbes 114 sont dans un plan basculé. 15 Plusieurs satellites de navigation se trouvent les uns derrière les autres sur une trajectoire 114. Avant tout instant quelconque 302 de la terre 300, on peut voir en théorie simultanément plusieurs satellites de navigation. Dans l'exemple représenté on peut voir en théorie en même temps 12 satellites de navigation. En pratique un horizon local limite le 20 nombre de satellites de navigation visibles. Une localisation à l'aide du système GNSS (Global Navigation Satellite System) s'utilise dans de nombreux produits. Les récepteurs standards GNSS utilisent le code-phase du signal permettant une précision de positionnement dans le domaine du mètre. Les récepteur 25 RTK (récepteurs de cinématique en temps réel) utilisent en plus la phase des ondes porteuses et permettent ainsi une précision de positionnement de l'ordre du centimètre. La précision de positionnement des deux types de récepteur est fortement détériorée dès qu'il n'y a pas de liaison en vue directe avec les satellites. Les signaux sont alors reçus 30 seulement après plusieurs réflexions, par exemple, sur les murs d'immeuble, ce qui conduit à une détermination imprécise du temps de parcourt du signal et par conséquence à un positionnement non précis. L'erreur du positionnement se compose de plusieurs facteurs. Il y a l'erreur liée à l'extension des chemins multiples, c'est-à-dire 35 les réflexions dans la zone intra-urbaine qui domine. Il faut minimiser 3064072 8 les effets de l'extension par chemins multiples dans le récepteur. Par exemple, on peut utiliser une antenne particulière qui ne reçoit que les parties des signaux correspondant à un angle d'élévation important. Ce procédé ne convient toutefois pas pour l'installation. Les signaux à 5 chemins multiples peuvent également être reconnus par des algo- rithmes. En d'autres termes, la figure 3 montre une constellation caractéristique de satellites de positionnement avec instantanément douze satellites pour lesquels à l'emplacement de la réception 302 au 10 point d'intersection des lignes pointillées, sans obstacle construit on a une liaison en vue directe vers une unité de positionnement. Dans ce cas, on peut utiliser les douze mesures de temps de parcours ou les informations de pseudo-plage correspondante dans l'unité de positionnement pour avoir une évaluation fidèle à la prévision de la position du 15 récepteur avec une variance minimale. Pour le positionnement, le récepteur nécessite les signaux d'au moins quatre satellites. Les satellites utilisés peuvent ensuite être sélectionnés en ce qu'on utilise ceux qui font entre eux l'angle le plus avantageux pour avoir un défaut aussi réduit que possible. Le 20 récepteur peut également déceler les satellites cachés par la moindre intensité du signal et rejeter ces satellites pour le positionnement. L'exploitation présentée ici du signal vidéo permet également de distinguer entre le signal directement reçu et le signal réfléchi en cas de forte réflexion. 25 La figure 4 représente l'image 220 en perspective à partir d'un véhicule avec une ligne d'horizon 102 correspondant à un exemple de réalisation. L'image 220 a été prise avec un objectif hypergone. La représentation correspond pratiquement à la représentation de la figure 1. Le véhicule circule entre des immeubles de grande hauteur 108. Le 30 ciel 104 est en grande partie couvert par les immeubles 108. Comme à la figure 3, on peut en théorie voir douze satellites de navigation 116, 118. Mais en pratique, seulement cinq satellites de navigation 118 sont au-dessus de la ligne d'horizon 102 avec vision libre directe vers la plateforme. Les signaux de navigation des autres satellites 116 peuvent 3064072 9 certes être reçus, mais ils sont faussés par les réflexions sur les immeubles de grande hauteur 108. L'invention permet de supprimer efficacement l'influence de défauts résultant de chemins multiples dans des scénarios com- 5 plexes. Le positionnement d'un véhicule dans une zone urbaine ou une localisation d'un robot dans une cour intérieure peuvent se faire par le choix des satellites 118 utilisés pour le positionnement et ainsi augmenter de façon significative la disponibilité d'informations précises de positionnement. 10 Selon l'invention, on fait une sélection fondée sur vidéo des satellites de positionnement 118 qui ont une liaison à vue directe (ligne de visée). Ainsi, seules les mesures de temps de parcours de signal qui ne sont pas entachées d'erreurs de mesure de distance entre le satellite 118 et l'unité de réception à cause de réflexions sur des obs- 15 tacles 108 sont utilisées pour évaluer la position du récepteur de posi- tionnement. Le procédé peut s'implémenter dans des systèmes vidéo intégrés, avec une complexité de calcul relativement faible. A la différence des procédés de traitement de signal qui s'appuient sur 20 l'atténuation de l'influence du défaut de chemins multiples, le procédé présenté a la possibilité d'éviter complètement l'influence des erreurs de chemins multiples ou erreurs multi-trajet. Contre l'influence des erreurs liées aux réflexions sur le sol on dispose de moyens d'écran efficaces. 25 La figure 4 montre une image vidéo hypergone 220 ou une image de caméra 220 d'un environnement urbain ou d'un scénario de positionnement dans des immeubles de grande hauteur 108 qui bloquent dans une grande plage d'angle solide, la liaison par vision directe avec les satellites de positionnement 116 susceptibles d'être reçus et 30 peut ainsi conduire à des erreurs importantes dans l'évaluation du po- sitionnement. Sur les douze satellites 116, 118 potentiellement disponibles, seuls cinq satellites 118 ont une liaison à vue directe vers l'unité de positionnement. L'image vidéo 220 est complétée ici par une ligne 35 d'horizon 102 qui peut se déterminer par des procédés de traitement 3064072 10 d'image, de manière robuste et avec une forte résolution angulaire comme, par exemple 25 pixels par degré correspondant à 0,04° par pixel sans utiliser les procédés à sous-pixel. La segmentation obtenue permet un positionnement précis en se fondant sur les satellites 118 5 ayant une liaison à vue directe. Pour enregistrer les satellites 116, 118 du système de coordonnées de caméra on peut avoir une évaluation dynamique de l'orientation de la caméra et pour cela on dispose de procédés de traitement d'image robustes. L'évaluation de l'orientation peut se faire en utilisant en plus des capteurs inertiels et elle se traduit par un 10 système offrant une grande disponibilité et une grande robustesse. L'invention telle que présentée peut s'appliquer avantageusement à des systèmes de véhicule automobile et à des systèmes de robot. Par exemple, la sélection fondée sur une caméra pour les satellites utilisables 118 peut s'intégrer à des véhicules automatiques et à 15 des robots de service tels que des tondeuses de gazon, des robots agri- coles ou des robots logistiques. La figure 5 montre un ordinogramme d'un procédé de fil- trage des signaux de navigation reçus de satellites selon un exemple de réalisation. Le procédé peut, par exemple, s'appliquer à un dispositif de 20 filtre tel que celui représenté à la figure 2. Le procédé comporte une étape de détermination 500, une étape de sélection 502 et une étape de fourniture 504. Dans l'étape de détermination 500 on détermine la ligne d'horizon à partir de la perspective d'une plateforme mobile. Dans l'étape de sélection 502 on sélectionne les satellites au-dessus de la 25 ligne d'horizon. Dans l'étape 504 on fournit les signaux de navigation par satellite des satellites sélectionnés pour être utilisés. 30 3064072 11 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 5 100 102 104 106 108 110 112 Perspective d'une plateforme mobile Ligne d'horizon Zone du ciel, voute céleste Montagne Immeuble de grande hauteur Maison isolée Arbre 10 106, 108, 110, 112 Objets cachant des parties de trajectoire 114 Trajectoire des satellites de navigation 116, 118 Satellites de navigation 200 Plateforme 202 Système de positionnement 15 204 Signaux de navigation reçus de satellites 208 Appareil de navigation 210 Position de la plateforme 212 Position instantanée/position de satellites caché 214 Installation de détermination 20 216 Installation de sélection 218 Installation de fourniture 220 Image de la caméra 222 Caméra circulaire 224 Signaux de navigation de satellites 25 300 Sol 302 Point quelconque du sol 500, 502, 504 Etapes du procédé de sélection de satellites au-dessus de la ligne d'horizon 30 REVENDICATIONS1°) Procédé de filtrage des signaux de navigation (204) reçus de satellites pour une plateforme mobile (200), procédé caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes consistant à: déterminer (500) une ligne d'horizon (102) à partir de la perspective (100) de la plateforme (200), sélectionner (502) les satellites (118) au-dessus de la ligne d'horizon (102), et fournir (504) les signaux de navigation (224) reçus des satellites sé- lectionnés (118). 2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans l'étape de détermination (500) on détermine la ligne d'horizon (102) en utilisant au moins une image (220) de la perspective (100) de la plateforme (200). 3°) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que dans l'étape de sélection (502) on sélectionne les satellites (118) en utilisant une information de trajectoire (114) des satellites (116, 118). 4°) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que dans l'étape de fourniture (504) on fournit les signaux de navigation des satellites (224) à un appareil de navigation par satellites (208) pour déterminer la position (210) de la plateforme (200). 5°) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que dans l'étape de sélection (502) on sélectionne les satellites (118) qui ont une liaison à vue directe selon la perspective (100). 3064072 13 6°) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que dans l'étape de fourniture (504) on élimine en outre les réflexions des signaux des satellites (224) en utilisant un algorithme de suppression. 5 7°) Dispositif (202) pour exécuter les étapes du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 avec des unités appropriées, le procédé consistant à: déterminer (500) une ligne d'horizon (102) à partir de la perspective 10 (100) de la plateforme (200), sélectionner (502) les satellites (118) au-dessus de la ligne d'horizon (102), et fournir (504) les signaux de navigation (224) reçus des satellites sélectionnés (118). 15 8°) Dispositif (202) selon la revendication 7, comportant une caméra (222) pour saisir la ligne d'horizon (102) dans les images (220). 9°) Plateforme mobile (200) comportant une antenne (206) pour recevoir 20 des signaux de navigation par satellite (204) et un dispositif (202) selon l'une des revendications 7 à 8. 10°) Système de véhicule, notamment système de navigation, système d'information, système d'information du conducteur, système 25 d'assistance de conduite ou système caméra, le système du véhicule comportant un dispositif (202) selon l'une des revendications 7 à 9. 11°) Programme d'ordinateur conçu pour appliquer le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 et support de mémoire con- 30 tenant l'enregistrement du programme d'ordinateur selon la figure 11.