Brevet FR3125597A1 — publié le 20230127

TITRE : DISPOSITIF ET PROCÉDÉ DE POSITIONNEMENT CENTIMETRIQUE D’UN MOBILE Le dispositif de positionnement comporte : - une première horloge fournissant un signal oscillant, - un émetteur d’un premier signal (21) comportant le signal de la première horloge, à destination d’une pluralité de bases fixes comportant, chacune, une deuxième horloge fournissant un signal oscillant, bases configurées pour retourner un deuxième signal (31) - comportant le signal oscillant (24) de la deuxième horloge ou le signal oscillant de la deuxième horloge déphasé (31) et - représentatif d’un premier déphasage (25) entre le signal oscillant de la première horloge (22) reçu du dispositif par la base, d’une part, et le signal oscillant de la deuxième horloge, d’autre part, - un récepteur de chaque deuxième signal, - un moyen de mesure d’un deuxième déphasage (36) entre le signal oscillant de la première horloge et le signal oscillant reçu de chaque base et - un moyen de détermination de la distance du dispositif par rapport à la base en fonction du premier déphasage et du deuxième déphasage. Figure pour l’abrégé : Figure 3 DISPOSITIF ET PROCÉDÉ DE POSITIONNEMENT CENTIMETRIQUE D’UN MOBILE DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION La présente invention vise un dispositif et un procédé de positionnement centimétrique d’un mobile dans un environnement extérieur et/ou intérieur. Elle s’applique, notamment, au positionnement de véhicules en agglomération, à la conduite autonome de véhicules ou de mobiles, à l'aide aux mal-voyants ou aux personnes à mobilité réduite, à la vérification de positions de stationnement de véhicules en libre-service, à l’information touristique ou publicitaire. ÉTAT DE LA TECHNIQUE L'estimation de la position d'un véhicule sur sa voie de circulation est un point clé pour l'autonomie des déplacements mais aussi pour la sécurité en détectant des trajectoires inadaptées. À l'heure actuelle, la tendance est d'utiliser un grand nombre de capteurs embarqués dans le véhicule pour reconnaitre son environnement, par exemple un système de positionnement par satellites, des caméras, des radars, des lidars, et ainsi positionner le véhicule sur une carte numérique. Cependant ces systèmes sont peu précis et soumis à de nombreux biais. Les solutions basées sur le positionnement par satellite souffrent du multi-trajet des ondes électromagnétiques en ville, le positionnement ayant ainsi une précision de quelques mètres. D’autres systèmes utilisent des caméras de détection de bord de route ou de marquages, par exemple des réflecteurs au sol, ou des lidars. Les caméras et les lidars sont gênés par la variance temporelle des scènes qui brouillent les indices de reconnaissance, par les masquages des points d’intérêt par des véhicules garés et par la puissance de calcul nécessaire. Une autre approche est la coopération entre le véhicule et une infrastructure fixe. Dans cette approche, l'infrastructure et le véhicule communiquent de sorte à garantir la qualité de l'information fournie. Ainsi, les tâches des systèmes embarqués sont réduites et la fiabilité et la robustesse sont accrues. Cela nécessite cependant des investissements importants en infrastructure. On connaît des systèmes composés de capteurs embarqués dans un véhicule capables de détecter des éléments passifs positionnés sur la chaussée et d’en déterminer la distance au véhicule. Ces éléments passifs servent ainsi de point de repère précis et, étant simples et passifs, ils sont très peu couteux. Cependant cette technologie est davantage adaptée aux routes et ne s'applique pas directement à la problématique de la ville ou dans des lieux privés, par exemple pour le stationnement dans un parking souterrain. En effet dans une ville, il n'y a pas toujours de marquages au sol sous lesquels inclure des éléments passifs et les bords de route sont souvent encombrés ce qui empêche les trajets directs et donc un positionnement précis. OBJET DE L’INVENTION La présente invention vise à remédier à tout ou partie de ces inconvénients. À cet effet, selon un premier aspect, la présente invention vise un dispositif de positionnement, qui comporte : - une première horloge fournissant un signal oscillant dont la fréquence est sensiblement égale à une première fréquence prédéterminée, - un émetteur d’un premier signal comportant le signal de la première horloge, à destination d’une pluralité de bases fixes comportant, chacune, une deuxième horloge fournissant un signal oscillant dont la fréquence est sensiblement égale à la première fréquence prédéterminée, bases configurées pour retourner un deuxième signal - comportant le signal oscillant de la deuxième horloge ou le signal oscillant de la deuxième horloge déphasé et - représentatif d’un premier déphasage entre le signal oscillant de la première horloge reçu du dispositif par la base, d’une part, et le signal oscillant de la deuxième horloge, d’autre part, - un récepteur de chaque deuxième signal, - un moyen de mesure d’un deuxième déphasage entre le signal oscillant de la première horloge et le signal oscillant reçu de chaque base et - un moyen de détermination de la distance du dispositif par rapport à la base, en fonction du premier déphasage et du deuxième déphasage. Grâce à ces dispositions, le dispositif de positionnement connaît, pour chaque base, la somme des déphasages des signaux aller, premier signal, et retour, deuxième signal. Puisque cette somme est proportionnelle à la distance entre le dispositif et cette base, le dispositif en déduit la distance à une pluralité de bases fixes, notamment attachées à l’infrastructure et ainsi agissant comme point de référence connu et, par triangulation, la position géographique du dispositif. Les avantages de l’invention comportent : - la mesure de distance et la détermination de la position sont quasi instantanées ; - une grande précision spatiale, par exemple moins du centimètre pour une fréquence à 2,4 GHz qui est une bande de fréquences libre pour ce type d'applications ; - la mesure peut se faire au niveau des dispositifs fixes, ce qui est utile pour les opérateurs gérant ou utilisant l’infrastructure, ou de dispositifs mobiles embarqués sur un mobile, ce qui est utile pour le mobile, notamment s'il est autonome, car cela évite les latences de réseau ; - il n’y a pas de développement de composant électronique ou de technologie de communication à réaliser pour mettre en œuvre l’invention, une simple adaptation des systèmes existants pour mettre les différentes phases mesurées à disposition d’un calculateur étant suffisante. Dans des modes de réalisation, le deuxième signal comporte le signal oscillant de la deuxième horloge et est porteur d’un message représentatif du premier déphasage entre le signal oscillant de la première horloge reçu du dispositif par la base et le signal oscillant de la deuxième horloge. Grâce à ces dispositions, pour chaque base dont il reçoit une réponse, le dispositif additionne la valeur du premier déphasage, reçue dans le message, et la valeur mesurée du deuxième déphasage pour déterminer la distance entre ce dispositif et cette base. Dans des modes de réalisation, le deuxième signal comporte le signal oscillant de la deuxième horloge déphasé pour être en phase avec le signal reçu par la base. Grâce à ces dispositions, à son émission, la base n’a pas besoin d’émettre un message représentatif du premier déphasage, le deuxième déphasage étant directement proportionnel à la distance entre le dispositif et la base. Dans des modes de réalisation, l’émetteur est configuré pour émettre un signal oscillant à la fréquence de la première horloge modulé par un motif périodique permanent connu de chaque base, la base étant configurée pour mesurer le décalage temporel entre le motif périodique permanent reçu du dispositif et un motif périodique permanent identique généré dans ladite base, le deuxième signal étant représentatif de ce décalage temporel. La combinaison de décalages de motif permet une grande plage de distances avec une précision qui est limité par la bande passante du motif alors que la combinaison de déphasage donne une précision inférieure à la longueur d’onde. Dans des modes de réalisation, le dispositif objet de l’invention comporte deux premières horloges fournissant des signaux de fréquences différentes, le moyen de détermination de la distance du dispositif par rapport à la base déterminant cette distance en fonction des distances obtenues par la mise en œuvre de signaux présentant chacune de ces fréquences. Ainsi, les signaux présentant une fréquence fournissent une première distance, à un modulo d’une longueur d’onde à cette fréquence et les signaux présentant une fréquence différente fournissent une deuxième distance, à un modulo d’une longueur d’onde à cette fréquence. Le dispositif peut ainsi lever l’indétermination pour des distances supérieures à la longueur d’onde du premier signal. Dans des modes de réalisation, chaque signal émis par une base comporte un identifiant de cette base, le moyen de détermination du dispositif étant configuré pour déterminer la position de cette base à partir de son identifiant. Dans des modes de réalisation, l’identifiant de la base comporte sa position géographique. Grâce à ces dispositions, le dispositif n’a pas besoin de conserver une base de données à jour des positions des différentes bases puisque les bases lui indiquent leurs positions à jour. Le dispositif est ainsi simplifié et le positionnement plus fiable. Dans des modes de réalisation, les fréquences des signaux émis par toutes les horloges sont dans une bande ISM (industriel, scientifique et médical). En Europe, il y a notamment une telle bande de fréquences qui va de 2,4 GHz à 2,5 GHz. Selon un deuxième aspect, la présente invention vise un procédé de positionnement, qui comporte : - une étape d’émission d’un premier signal comportant le signal d’une première horloge fournissant un signal oscillant dont la fréquence est sensiblement égale à une première fréquence prédéterminée, depuis un dispositif à destination d’une pluralité de bases fixes, - une étape d’émission, par une base ayant reçu le premier signal, d’un deuxième signal - comportant le signal oscillant d’une deuxième horloge fournissant un signal oscillant dont la fréquence est sensiblement égale à la première fréquence prédéterminée, ou le signal oscillant de la deuxième horloge déphasé et - représentatif d’un premier déphasage entre le signal oscillant de la première horloge reçu par la base depuis le dispositif, d’une part, et le signal oscillant de la deuxième horloge, d’autre part, - une étape de réception de chaque deuxième signal par le dispositif, - une étape de mesure d’un deuxième déphasage entre le signal oscillant de la première horloge et le signal oscillant reçu de chaque base et - une étape de détermination de la distance du dispositif par rapport à la base en fonction du premier déphasage et du deuxième déphasage. Les avantages, buts et caractéristiques particulier de ce procédé étant similaires à ceux du dispositif objet de l’invention, ils ne sont pas rappelés ici. Dans des modes de réalisation, le procédé comporte la mise en œuvre des étapes du procédé par chaque base prenant alors le rôle de dispositif. Ainsi, les bases peuvent vérifier et, le cas échéant, mettre à jour leurs positions respectives. Dans des modes de réalisation, le procédé comporte la mise en œuvre des étapes du procédé par chaque base prenant alors le rôle de dispositif, des bases additionnelles repérées sur des points cadastraux émettant alors les deuxième signaux. Ainsi, les bases peuvent vérifier et, le cas échéant, mettre à jour leurs positions cadastrales. Les avantages sont que : - l'étalonnage géographique du réseau de distances entre les bases est simple à mettre en œuvre, rapide et nécessite peu de main d’œuvre. Il est donc peu couteux ; - la mesure régulière du réseau de distances permet de le contrôler et donc de vérifier à tout instant qu'il est opérationnel, de détecter les dysfonctionnements et de corriger rapidement les erreurs. Dans des modes de réalisation, le procédé comporte une étape d’attribution d’intervalles de temps (canaux temporels) aux bases fixes en fonction de leur position géographique, de telle manière que deux bases fixes qui échangent des signaux avec la même base fixe n’aient pas le même intervalle de temps attribué entre elles et avec ladite même base fixe. On réduit ainsi fortement le risque de collisions de deuxièmes signaux. Selon un troisième aspect, la présente invention vise l’utilisation du procédé et/ou du dispositif objets de l’invention pour guider un véhicule terrestre ou aérien, guider un piéton en intérieur ou en extérieur, signaler un défaut de stationnement d’un véhicule en libre-service, géolocaliser des éléments dans l’environnement, déterminer la position et l’orientation d’un système de visualisation comportant plusieurs dispositifs à des fins de réalité augmentée pour des applications de génie civil, de loisir, de tourisme. Les buts, avantages et caractéristiques particulières de l’utilisation objet de l’invention étant similaires à ceux du dispositif et du procédé objets de l’invention, ils ne sont pas rappelés ici. BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES D’autres avantages, buts et caractéristiques particulières de l’invention ressortiront de la description non limitative qui suit d’au moins un mode de réalisation particulier du dispositif et du procédé objets de l’invention, en regard des dessins annexés, dans lesquels : représente, schématiquement, un dispositif mobile embarqué et deux bases en communication avec le dispositif, représente, schématiquement, sous formes de signaux, un premier mode de réalisation du procédé et du dispositif objets de l’invention, représente, schématiquement, sous forme d’ondes, un deuxième mode de réalisation du procédé et du dispositif objets de l’invention, représente un décalage d’un motif périodique permanent sur 64 points émis par un dispositif par rapport à celui d’une base et un spectre en amplitude du signal émis par le dispositif, montre un exemple de mesure du premier mode de réalisation lorsque les fréquences du dispositif et de la base ne sont pas parfaitement égales, représente, schématiquement, sous formes de trames de données, des communications entre un dispositif et une base ou entre deux bases, représente, schématiquement, une implantation d’un réseau de bases fixes sur un réseau routier, représente, schématiquement, un circuit électronique implémentant l’invention, donne un graphe de l’estimation de la distance dans un mode de réalisation du dispositif, représente une erreur d’estimation du décalage en points de deux motifs périodiques permanents sur 64 points en fonction du niveau de bruit par rapport au signal, calcul fait sur une période du motif et sur 100 périodes du motif et représente, schématiquement, et sous forme d’un logigramme, une succession d’étapes d’un mode de réalisation particulier du procédé objet de l’invention. Dispositif (60) de positionnement, caractérisé en ce qu’il comporte : - une première horloge (72) fournissant un signal oscillant dont la fréquence est sensiblement égale à une première fréquence prédéterminée, - un émetteur (70) d’un premier signal (21) comportant le signal de la première horloge, à destination d’une pluralité de bases fixes (12) comportant, chacune, une deuxième horloge (72) fournissant un signal oscillant dont la fréquence est sensiblement égale à la première fréquence prédéterminée, bases configurées pour retourner un deuxième signal (26, 31) - comportant le signal oscillant (24, 26) de la deuxième horloge ou le signal oscillant de la deuxième horloge déphasé (31) et - représentatif d’un premier déphasage (25) entre le signal oscillant de la première horloge (22) reçu du dispositif par la base, d’une part, et le signal oscillant de la deuxième horloge, d’autre part, - un récepteur (71) de chaque deuxième signal, - un moyen de mesure (61) d’un deuxième déphasage (29, 36) entre le signal oscillant de la première horloge et le signal oscillant reçu de chaque base et - un moyen de détermination (61) de la distance du dispositif par rapport à la base en fonction du premier déphasage et du deuxième déphasage. Dispositif (60) selon la revendication 1, dans lequel le deuxième signal (26) comporte le signal oscillant de la deuxième horloge et est porteur d’un message (45, 49) représentatif du premier déphasage (25) entre le signal oscillant de la première horloge (72) reçu du dispositif par la base (12) et le signal oscillant de la deuxième horloge (72). Dispositif (60) selon la revendication 1, dans lequel le deuxième signal (31) comporte le signal oscillant de la deuxième horloge déphasé pour être en phase avec le signal reçu par la base (12). Dispositif (60) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel l’émetteur (70) est configuré pour émettre un signal (75) oscillant à la fréquence de la première horloge (72) modulé par un motif périodique permanent connu de chaque base (12), la base étant configurée pour mesurer le décalage temporel entre le motif périodique permanent reçu du dispositif et un motif périodique permanent identique généré dans ladite base, le deuxième signal (26, 31) étant représentatif de ce décalage temporel. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 4, qui comporte deux premières horloges fournissant des signaux de fréquences différentes, le moyen de détermination (61) de la distance du dispositif par rapport à la base déterminant cette distance en fonction des distances obtenues par la mise en œuvre de signaux présentant chacune de ces fréquences. Dispositif (60) selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel chaque signal (45, 49) émis par une base comporte un identifiant de cette base, le moyen de détermination (61) du dispositif étant configuré pour déterminer la position de cette base à partir de son identifiant. Dispositif (60) selon la revendication 6, dans lequel l’identifiant de la base comporte sa position géographique. Dispositif (60) selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel les fréquences des signaux émis par toutes les horloges sont dans une bande ISM (industriel, scientifique et médical). Procédé (80) de positionnement, caractérisé en ce qu’il comporte : - une étape (81) d’émission d’un premier signal (21) comportant le signal d’une première horloge (72) fournissant un signal oscillant dont la fréquence est sensiblement égale à une première fréquence prédéterminée, depuis un dispositif (10) à destination d’une pluralité de bases fixes (12), - une étape (85) d’émission, par une base ayant reçu le premier signal, d’un deuxième signal (26, 31) - comportant le signal oscillant (24, 26) d’une deuxième horloge (72) fournissant un signal oscillant dont la fréquence est sensiblement égale à la première fréquence prédéterminée, ou le signal oscillant de la deuxième horloge déphasé (31) et - représentatif d’un premier déphasage (25) entre le signal oscillant de la première horloge (22) reçu par la base depuis le dispositif, d’une part, et le signal oscillant de la deuxième horloge, d’autre part, - une étape (86) de réception de chaque deuxième signal par le dispositif, - une étape (87) de mesure d’un deuxième déphasage (29, 36) entre le signal oscillant de la première horloge et le signal oscillant reçu de chaque base et - une étape (90) de détermination de la distance du dispositif par rapport à la base en fonction du premier déphasage et du deuxième déphasage. Procédé (80) selon la revendication 9, qui comporte, de plus, la mise en œuvre (91) des étapes de la revendication 9 par chaque base fixe (12, 51) prenant alors le rôle de dispositif. Procédé (80) selon la revendication 9, qui comporte la mise en œuvre (92) des étapes de la revendication 9 par chaque base fixe (12, 51) prenant alors le rôle de dispositif, des bases additionnelles repérées sur des points cadastraux (52) émettant alors les deuxièmes signaux. Procédé (80) selon l’une des revendications 9 à 11, qui comporte une étape (93) d’attribution d’intervalles de temps, ou canaux temporels, aux bases fixes (12, 51) en fonction de leur position géographique, de telle manière que deux bases fixes qui échangent des signaux avec la même base fixe n’aient pas le même intervalle de temps attribué entre elles et avec ladite même base fixe. Utilisation du dispositif (10) selon l’une des revendications 1 à 8, pour guider un véhicule terrestre (11) ou aérien, guider un piéton en intérieur ou en extérieur, signaler un défaut de stationnement d’un véhicule en libre-service, géolocaliser des éléments dans l’environnement, déterminer la position et l’orientation d’un système de visualisation comportant plusieurs dispositifs à des fins de réalité augmentée pour des applications de génie civil, de loisir, de tourisme