Brevet FR3114450A1 — publié le 20220325

SYSTEME D’OPTIMISATION DE L’ORIENTATION D’UNE ANTENNE D’UNE BALISE UWB POUR COUVRIR UNE ZONE DANS LAQUELLE AU MOINS UN EMETTEUR UWB EST POSITIONNE Système (1) d’optimisation de l’orientation d’une antenne d’une balise UWB pour couvrir une zone dans laquelle au moins un émetteur UWB est positionné, ledit système comportant : Au moins un dispositif émetteur (EM 1 ) de signaux dans la bande UWB, ledit dispositif émetteur (EM 1 ) étant configuré pour émettre des messages radio UWB ; Une pluralité de balises (B 1 , B 2 , B 3 ) de réception d’un signal UWB émis et horodatant chaque signal UWB reçu, lesdites balises étant positionnées et orientées selon une première configuration prédéfinie ; Un serveur (SERV 1 ) recevant des trames émises par les balises (B 1 , B 2 , B 3 ) et configuré pour générer un indicateur de couverture UWB ; Un calculateur pour identifier automatiquement au moins une balise (B 1 ) et un facteur correctif de ladite orientation de l’antenne de réception UWB de ladite balise identifiée (B 1 ). Figure pour l’abrégé : Fig. 1 SYSTEME D’OPTIMISATION DE L’ORIENTATION D’UNE ANTENNE D’UNE BALISE UWB POUR COUVRIR UNE ZONE DANS LAQUELLE AU MOINS UN EMETTEUR UWB EST POSITIONNE Domaine de l’invention Le domaine de l’invention concerne le domaine des procédés visant à sécuriser et assurer l’intégrité d’une donnée émise par une étiquette radio au moyen d’un tiers de confiance. Le domaine se rapporte plus particulièrement à la génération d’une signature composite d’une donnée émise par une étiquette radio. Enfin, le domaine de l’invention se rapporte plus spécifiquement aux solutions de géolocalisation et de sécurisation des données émises par une étiquette radio dans la bande UWB. Etat de l’art Il existe différentes solutions permettant de tester la couverture de réception de signaux radio. Dans le domaine spectral UWB pour des applications de localisation d’objets, les solutions existantes permettent de mesurer des positions vis-à-vis d’une balise. Toutefois, la couverture est assurée généralement par une pluralité de balises. La couverture radio attendue peut alors être biaisée par la difficulté d’anticiper une situation réelle comportant de nombreux paramètres pouvant affecter la couverture radio. Ces paramètres peuvent correspondre à la topologie du lieu, de la présence de certains matériaux, d’une disposition de balise de réception, une position de ces dernières. Il existe un besoin de définir une solution améliorant les conditions de mesures de la couverture radio d’un émetteur UWB par une pluralité de balises et d’adapter la configuration matérielle à une topologie réelle. Selon un aspect, l’invention concerne un système d’optimisation de l’orientation d’une antenne d’une balise UWB pour couvrir une zone dans laquelle au moins un émetteur UWB est positionné, ledit système comportant : Au moins un dispositif émetteur de signaux dans la bande UWB, ledit dispositif émetteur étant configuré pour émettre des messages radio UWB ; Une pluralité de balises de réception d’un signal UWB émis et horodatant chaque signal UWB reçu, lesdites balises étant positionnées et orientées selon une première configuration prédéfinie ; Un serveur recevant des trames émises par les balises et configuré pour générer un indicateur de couverture UWB ; Un calculateur pour identifier automatiquement au moins une balise et un facteur correctif de ladite orientation de l’antenne de réception UWB de ladite balise identifiée. Un avantage est de permettre de prendre en compte les diagrammes de rayonnement réels et in situ et de corriger les écarts entre la situation réelle et la situation attendue. Selon un mode de réalisation, la première configuration prédéfinie d’orientation et de positionnement des antennes est associée à une couverture radio UWB précalculée à au moins une position donnée, le serveur comportant des moyens pour comparer ladite couverture radio UWB avec l’indicateur de couverture UWB, ladite comparaison permettant de générer un facteur correctif. Un avantage est de prédéfinir une configuration de départ permettant d’établir une référence afin de générer des consignes correctives. Selon un mode de réalisation, l’indicateur de couverture UWB comprend : Une mesure de la qualité de réception ; et/ou ; Une mesure d’un ensemble de balises ayant décodé le signal UWB et un ensemble de balises n’ayant pas décodé le signal UWB et/ou ; Une mesure de la précision de la position calculée du dispositif émetteur à partir d’un ensemble de données émises dans les trames de chaque balise. Un avantage est d’optimiser des configurations d’orientations d’antennes en fonction de différents critères de performances. Selon un mode de réalisation, au moins une balise comporte un accéléromètre et/ou un gyroscope et/ou une boussole de manière à obtenir une donnée relative à l’orientation de l’antenne d’au moins ladite balise dans l’espace. Un avantage est de permettre de piloter à distance les antennes en fonction d’une référence interne à la balise qui peut être adaptée à chaque configuration quel que soit la position l’antenne. Selon un mode de réalisation, au moins une balise comprend un support d’antenne comportant une liaison rotule et/ou une liaison pivot et/ou une liaison glissière. Selon un exemple, chaque balise comporte un système de positionnement permettant de connaitre sa position dans l’espace. Selon ce même exemple, les positions de chaque balise sont acquises par le serveur afin de générer un plan d’occupation de l’espace défini afin de positionner les balises. Selon cet exemple, une couverture radio théorique dans l’espace est générée en fonction des positions de chaque balise dans l’espace et en fonction de la configuration d’antennes de chaque balise. Selon un mode de réalisation, chaque balise comprend un moyen de pilotage de l’orientation de ladite antenne UWB et que le calcul du facteur correctif entraine la génération d’une consigne d’orientation d’au moins une balise identifiée, ladite consigne étant émise vers le serveur distant afin d’être acheminée vers la balise identifiée. Selon un mode de réalisation, chaque balise comprend une antenne programmable et que le calcul du facteur correctif entraine la génération d’une consigne de programmation du rayonnement de ladite antenne programmable. Selon un mode de réalisation, chaque balise comprend un élément moteur pour entrainer un déplacement de l’orientation de l’antenne UWB de ladite balise en fonction d’une consigne de pilotage. Selon un mode de réalisation, le système comprend un télémètre pour générer une consigne de pilotage à au moins une balise. Selon un mode de réalisation, le serveur génère une représentation de l’ensemble des diagrammes de rayonnement de l’ensemble des antennes des balises ayant reçu au moins un signal radio UWB. Brèves descriptions des figures D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description détaillée qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent : [Fig.1] : un exemple de configuration d’un système de l’invention dans lequel un émetteur émet un signal radio reçu par trois balises de réception. La notation « UWB » désigne la bande de fréquence « Ultra Wide Band » dans la terminologie anglo-saxonne. La notation « UHF » désigne la bande « Ultra High Frequency » dans la terminologie anglo-saxonne. La figure 1 représente un exemple de réalisation dans lequel 3 balises B 1 , B 2 , B 3 sont agencées dans un espace. L’espace est préférentiellement fermé. Les balises sont configurées pour recevoir des signaux électromagnétiques dans la bande UWB. Un dispositif émetteur EM 1 est positionné au sein de l’espace. Il est configuré pour émettre un signal de test dans la bande UWB à partir d’une première antenne UWB ANT 1 . Chaque balise B 1 , B 2 , B 3 reçoit ou non le signal. Les balises ayant reçu le signal et ayant décodé le signal UWB émettent une trame de données vers un serveur SERV 1 . Le serveur SERV 1 peut être colocalisé ou distant et donc accessible via un réseau de données NET 1 . Il est entendu que chaque balise comprend des moyens de réception de signaux radio permettant de recevoir et de démoduler les signaux reçus. En autres, chaque balise comprend une référence de temps qui peut être synchronisée avec les autres balises et éventuellement d’autres équipements. Chaque signal UWB reçu et décodé est horodaté. Les données émises par chaque balise au serveur SERV 1 comprennent une donnée d’horodatage. Un intérêt est de permettre la reconstruction d’une position du dispositif émetteur EM 1 en fonction de l’heure de réception des messages UWB. Par exemple, un algorithme de trilatération peut être mis en œuvre. Le serveur SERV 1 peut réaliser un certain nombre de calculs visant à générer un indicateur de couverture radio UWB. Selon un mode mise en œuvre, un calculateur est configuré pour identifier automatiquement au moins une balise et un facteur correctif de l’orientation de l’antenne de réception UWB de ladite balise identifiée. L’indicateur et toute donnée calculée telle qu’un facteur correctif, quelle que soit leur forme ou leur structure de données, peuvent être émis à un terminal T 1 . Un opérateur peut donc visualiser une couverture radio UWB du dispositif émetteur EM 1 et piloter à distance l’orientation de l’antenne ANT 1 dudit dispositif émetteur EM 1 . Le terminal T 1 peut être par exemple un ordinateur, une tablette électronique, un Smartphone. Selon un exemple, le terminal électronique T 1 est un équipement qui permet d’une part de visualiser une donnée propre à la couverture radio mesurée et d’autre part de générer une consigne de pilotage du support d’antenne d’au moins une balise. Selon un mode de réalisation, une première configuration prédéfinie d’orientation et de positionnement des antennes de chaque balise est déterminée. Cette configuration peut être définie pour obtenir une couverture radio en réception souhaitée. La couverture radio en réception s’entend au moins pour une position d’un dispositif émetteur EM 1 dans l’espace. Plus généralement, la couverture radio obtenue pour une configuration donnée de balises peut être précalculée pour un ensemble de positions potentielles de dispositif(s) émetteur(s). Un intérêt de l’invention est de confronter la couverture radio théorique précalculée avec la couverture radio mesurée in situ. Cette comparaison permet de générer automatiquement ou manuellement un changement de configuration d’une antenne d’une balise. Ce changement de configuration peut être considéré comme un facteur correctif ou plus généralement une consigne de changement de configuration. A cette fin, une antenne d’une balise est maintenue grâce à un support actionnable à distance, par exemple par télémétrie. Le support peut comprendre un ensemble de liaisons pilotables grâce à la réception de consignes numériques ou physiques. Chaque support peut comprendre des capteurs tels que des accéléromètres, gyroscopes, boussoles pour générer une consigne de changement d’orientation ou de position vis-à-vis d’une référence interne au support de l’antenne. Selon un exemple, le support de chaque antenne comprend des capteurs de type potentiomètre pour mesurer une position de ladite antenne dans le support. Selon un exemple de réalisation, la couverture radio est représentée sur une image 2D ou 3D du lieu d’agencement des balises. A cet effet, au moins une caméra est disposée au sein du lieu afin de récupérer les images acquises et de générer une image dans laquelle les diagrammes de rayonnement des antennes sont représentés sur l’image de la caméra. Selon un mode de réalisation, le dispositif émetteur EM 1 comprend également une seconde antenne ANT 2 pour recevoir des signaux dans la bande UHF. Dans un mode de réalisation, les signaux UHF sont reçus par un dispositif émetteur EM 1 , qui peut prendre la forme d’une étiquette radio sans batterie, afin d’alimenter certains composants qui lorsqu’ils sont alimentés peuvent émettre un signal UWB à destination des balises B 1 , B 2 , B 3 . Exemple de réalisation d’un dispositif émetteur radio UWB Un dispositif émetteur radio UWB peut comprendre un support électronique comportant un modulateur et une antenne UWB. Le dispositif émetteur radio émet des messages sous la forme de séquences d’impulsions radio à bande ultra-large, dits « messages UWB ». De tels messages UWB, formés par une séquence d’impulsions radio, sont également désignés par « Ultra Wide Band-Impulse Radio » ou UWB-IR dans la littérature anglo-saxonne. Le dispositif émetteur de l’invention peut être assimilé à une étiquette radio lorsqu’elle est destinée à être apposée ou fixée à un objet pour être localisée. Le dispositif émetteur UWB comporte un modulateur et une antenne pour émettre un signal dans la bande UWB. Les données sont modulées par le modulateur. Selon un mode de réalisation, une mémoire et un calculateur peuvent être intégrés dans le dispositif émetteur radio pour traiter, stocker, mettre en forme les données à émettre dans les messages ou les signaux UWB. Selon un exemple de réalisation, le dispositif émetteur radio UWB comporte une alimentation afin de fournir une tension aux différents composants. Selon un autre mode de réalisation, l’alimentation électrique provient d’une capacité qui est chargée grâce à la réception et à la collecte d’ondes radio, par exemple dans la bande UHF. Selon un mode de réalisation, le dispositif émetteur radio UWB comporte un module de contrôle configuré pour piloter les émissions des messages UWB. Selon un mode de réalisation, la période d’émission, la puissance d’émission, le codage des données, la modulation UWB, etc. sont configurés dans le module de contrôle pour réaliser les émissions de messages UWB. Selon un exemple, un seuil d’énergie accumulée permet de déclencher l’émission d’un message UWB. Selon un mode de réalisation, les différentes fonctions énumérées peuvent être supportées par différents composants ou être mises en œuvre par le même composant. Selon un exemple de réalisation, le dispositif émetteur radio UWB comporte un module de réception radio pour recevoir un flux d’ondes radio. Dans ce mode de réalisation, une balise émettrice d’un flux radio permet au dispositif émetteur radio UWB de collecter une énergie radio fréquence. Selon un mode de réalisation, une balise émettrice d’un flux radio peut être une ou plusieurs stations d’alimentation électrique sans fil répartie(s) sur la zone géographique couverte par les balises de réception UWB. Dans ce mode de réalisation, les stations d’alimentation électrique sans fil alimentent à distance les étiquettes 20 en énergie électrique. Selon un mode de réalisation, les balises émettrices, également dénommées « stations d’alimentation électrique sans fil » ou générateur UHF, notée GEN_UHF dans la figure 1, sont distinctes des balises réceptrices. Rien n’exclut cependant, suivant d’autres exemples, d’avoir une ou plusieurs desdites stations d’alimentation électrique sans fil qui soient intégrées dans une ou plusieurs balises réceptrices UWB, de sorte qu’au moins un équipement dudit système d’estimation de position est à la fois une station d’alimentation électrique sans fil et une balise réceptrice. Selon le mode de réalisation, le dispositif émetteur UWB comprend un redresseur pour convertir la puissance spectrale reçue par le module de réception radio en une tension ou un courant électrique. L’énergie convertie peut alors être stockée dans un accumulateur électrique, telle une capacité. L’accumulateur électrique se comporte donc comme une batterie permettant de délivrer l’énergie nécessaire à l’émission de messages UWB. Selon un exemple, la capacité peut être pilotée électriquement à partir d’une consigne électrique générée par composant ou directement par elle-même lorsqu’un niveau de charge est atteint. Selon un mode de réalisation, le dispositif émetteur de l’invention pourrait également alimenter un capteur et/ou un calculateur, par exemple un microprocesseur, qui s’interfacent avec le modulateur UWB. Selon un mode de réalisation, le dispositif émetteur radio UWB comprend un module de communication simplex. Par « simplex », on entend que le module de communication est adapté uniquement à émettre des messages UWB mais ne permet pas de recevoir des messages UWB émis par d’autres équipements tiers. Selon un exemple, le module de communication simplex se présente par exemple sous la forme d’un circuit électrique comportant des équipements tels qu’une antenne, un amplificateur, un oscillateur local, un mélangeur, un filtre analogique et tout autre équipement pouvant contribuer à l’émission de signaux UWB. Selon un exemple, le module de communication simplex est configuré pour émettre les messages UWB dans une bande de fréquences centrée sur 4 gigahertz (GHz) et/ou centrée sur 7.25 GHz. Rien n’exclut cependant de considérer des bandes de fréquences centrées sur d’autres fréquences. Les messages UWB, émis sous la forme de signaux radioélectriques, présentent à un instant donné un spectre fréquentiel instantané de largeur prédéterminée, par exemple comprise entre 500 mégahertz (MHz) et 2.5 GHz, ce qui correspond à des impulsions radio de durées comprises respectivement entre quelques nanosecondes et quelques dixièmes de nanosecondes. Dans un mode de réalisation, le module de communication simplex est configuré pour émettre les messages UWB en utilisant une modulation d’impulsion radio en tout ou rien (« On Off Keying » ou OOK dans la littérature anglo-saxonne) pour encoder des bits à émettre. C'est-à-dire que les valeurs des bits à émettre sont encodées par une présence ou une absence d’impulsion radio. Par exemple, si à un instant donné le bit à émettre vaut « 1 » alors le module de communication simplex émet une impulsion radio, alors que si le bit à émettre vaut « 0 » ledit module de communication simplex n’émet pas d’impulsion radio. De telles dispositions sont avantageuses en ce qu’elles permettent de réduire la consommation électrique nécessaire pour émettre un message UWB, puisque l’émission de bits à émettre à « 0 » ne consomme presque pas d’énergie électrique. Selon un autre mode de réalisation, une modulation en position d’impulsions radio (« Pulse Position Modulation » ou PPM dans la littérature anglo-saxonne) peut être mise en œuvre dans le procédé de l’invention. Par exemple, en considérant que les bits à émettre sous la forme d’impulsions radio sont cadencés à une période prédéterminée Tc, alors à chaque période Tc, les impulsions sont émises avec un décalage par rapport à la période Tc, la valeur dudit décalage dépendant de la valeur du bit à émettre. Selon un mode de réalisation, chaque impulsion radio à bande ultra-large peut être formée en multipliant un signal sinusoïdal par une enveloppe d’impulsions. Dans ce cas, l’oscillateur local formant le signal sinusoïdal correspondant à la fréquence porteuse des impulsions radio peut rester activé de manière continue sur la durée du message UWB, et l’amplitude dudit signal sinusoïdal est modulée par ladite enveloppe d’impulsion. En dehors des instants d’émission d’impulsions radio, l’amplitude du signal sinusoïdal est modulée par un signal de valeur nulle. Le signal modulé obtenu après modulation d’amplitude du signal sinusoïdal est ensuite fourni en entrée de l’amplificateur, qui peut également rester activé pendant toute la durée du message UWB à émettre. En modulant le signal sinusoïdal par une enveloppe d’impulsion avant d’amplifier, les impulsions radio sont formées avant l’amplificateur. Ledit amplificateur ne forme donc plus les impulsions radio mais se contente d’amplifier lesdites impulsions radio préalablement formées. Il est à noter qu’il est néanmoins possible de désactiver l’amplificateur entre les impulsions radio afin de réduire la consommation électrique de l’amplificateur. Selon un mode de réalisation, le module de contrôle comporte un ou plusieurs processeurs et des moyens de mémorisation (disque dur magnétique, mémoire électronique, disque optique, etc.) dans lesquels est mémorisé un produit programme d’ordinateur, sous la forme d’un ensemble d’instructions de code de programme à exécuter. Alternativement ou en complément, le module de contrôle comporte un ou des circuits logiques programmables (FPGA, PLD, etc.), et/ou un ou des circuits intégrés spécialisés (ASIC). Selon un mode de réalisation, le module de contrôle comporte un ensemble de moyens configurés de façon logicielle (produit programme d’ordinateur spécifique) et/ou matérielle (FPGA, PLD, ASIC, composants électroniques discrets, etc.). Afin de reconstruire la position d’un dispositif émetteur, le serveur comprend des moyens pour effectuer : Un contrôle de cohérence entre chaque message reçu par une pluralité de balises de réception, la cohérence correspondant à un écart de temps d’arrivée des messages inférieur à un seuil prédéfini et ; Une construction de la position d’un dispositif émetteur par un algorithme de trilatération entre les temps d’arrivée des différents messages UWB. Une telle méthode s’appuie sur l’exploitation des différents temps de vol des messages UWB émis par un dispositif émetteur et reçus par chaque balise de réception. Afin de réaliser un tel algorithme, selon un exemple, le système comprend un dispositif d’émission d’une horloge qui diffuse une donnée de synchronisation aux différentes balises de réception. Chaque balise B 1 , B 2 , B 3 reçoit un signal de synchronisation provenant par exemple d’un autre système ou d’une balise « maître ». Le signal de synchronisation est, par exemple, un signal comportant un marqueur temporel distribué à chaque balise, ledit signal étant généré à partir d’une horloge distante. Selon un cas de réalisation, chaque balise comprend un calculateur pour : extraire au moins une donnée d’identification de ladite étiquette radio ; calculer une information temporelle horodatant la réception d’un message émis par le dispositif émetteur, ledit marqueur temporel étant généré à partir d’une horloge et d’un message de synchronisation. Dans ce dernier cas, chaque balise comporte, par exemple, une interface pour recevoir ledit signal de synchronisation. Système (1) d’optimisation de l’orientation d’une antenne d’une balise UWB pour couvrir une zone dans laquelle au moins un émetteur UWB est positionné, ledit système comportant : Au moins un dispositif émetteur (EM 1 ) de signaux dans la bande UWB, ledit dispositif émetteur (EM 1 ) étant configuré pour émettre des messages radio UWB ; Une pluralité de balises (B 1 , B 2 , B 3 ) de réception d’un signal UWB émis et horodatant chaque signal UWB reçu, lesdites balises étant positionnées et orientées selon une première configuration prédéfinie ; Un serveur (SERV 1 ) recevant des trames émises par les balises (B 1 , B 2 , B 3 ) et configuré pour générer un indicateur de couverture UWB ; Un calculateur pour identifier automatiquement au moins une balise (B 1 ) et un facteur correctif (Fc) de ladite orientation de l’antenne de réception UWB de ladite balise identifiée (B 1 ). Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première configuration prédéfinie (CONF 1 ) d’orientation et de positionnement des antennes est associée à une couverture radio UWB précalculée à au moins une position donnée, le serveur (SERV 1 ) comportant des moyens pour comparer ladite couverture radio UWB avec l’indicateur de couverture UWB, ladite comparaison permettant de générer un facteur correctif. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 2 , caractérisé en ce que l’indicateur de couverture UWB généré comprend : Une mesure de la qualité de réception ; et/ou ; Une mesure d’un ensemble de balises ayant décodé le signal UWB et un ensemble de balises n’ayant pas décodé le signal UWB et/ou ; Une mesure de la précision de la position calculée du dispositif émetteur (EM 1 ) à partir d’un ensemble de données émises dans les trames de chaque balise (B 1 , B 2 , B 3 ). Système selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu’au moins une balise (B 1 , B 2 , B 3 ) comporte un accéléromètre et/ou un gyroscope et/ou une boussole de manière à obtenir une donnée relative à l’orientation de l’antenne d’au moins ladite balise (B 1 , B 2 , B 3 ) dans l’espace. Système selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu’au moins une balise (B 1 , B 2 , B 3 ) comprend un support d’antenne comportant une liaison rotule et/ou une liaison pivot et/ou une liaison glissière. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque balise (B 1 , B 2 , B 3 ) comprend un moyen de pilotage de l’orientation de ladite antenne UWB et que le calcul du facteur correctif entraine la génération d’une consigne d’orientation d’au moins une balise identifiée (B 1 ), ladite consigne étant émise vers le serveur distant (SERV 1 ) afin d’être acheminée vers la balise identifiée (B 1 ). Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque balise (B 1 , B 2 , B 3 ) comprend une antenne programmable et que le calcul du facteur correctif entraine la génération d’une consigne de programmation du rayonnement de ladite antenne programmable. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque balise (B 1 , B 2 , B 3 ) comprend un élément moteur pour entrainer un déplacement de l’orientation de l’antenne UWB de ladite balise en fonction d’une consigne de pilotage. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comprend un télémètre pour générer une consigne de pilotage à au moins une balise. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le serveur génère une représentation de l’ensemble des diagrammes de rayonnement de l’ensemble des antennes des balises ayant reçu au moins un signal radio UWB.