Brevet FR3131389A1 — publié le 20230630

La présente invention concerne un dispositif de positionnement (110) configuré pour déterminer l’emplacement d’un véhicule à partir de signaux de positionnement diffusés par au moins une constellation (200) de satellites, le véhicule étant en arrêt ou en mouvement sur les voies d’un réseau donné (300), le dispositif de positionnement (110) comprenant : une première unité configurée pour, à un moment de mesure donné, déterminer une pluralité de positions actuelles possibles du véhicule et déterminer une pluralité de valeurs d’horodatage, la pluralité de valeurs d’horodatage étant déterminées dans un intervalle de temps donné, la première unité étant configurée, en outre, pour : générer, pour chaque position actuelle possible du véhicule, des répliques locales de signaux de positionnement, chacune des répliques locales étant associée à une valeur d’horodatage parmi la pluralité de valeurs d’horodatage et à un satellite en vue de l’au moins une constellation (200) de satellites ; recevoir, à chaque valeur d’horodatage parmi la pluralité de valeurs d’horodatage, des signaux de positionnement diffusés par un ou plusieurs satellites (201) en vue de l’au moins une constellation (200) de satellites ; calculer, pour chaque position actuelle possible du véhicule, des vraisemblances élémentaires, chacune des vraisemblances élémentaires étant calculée en exécutant une fonction de corrélation entre un signal de positionnement reçu et la réplique locale générée correspondante ; déterminer, pour chaque position actuelle possible du véhicule, des vraisemblances multisatellites, chacune des vraisemblances multisatellites étant déterminée pour une valeur d’horodatage donnée à partir des vraisemblances élémentaires correspondantes ; une seconde unité configurée pour déterminer une position la plus vraisemblable et une valeur d’horodatage la plus vraisemblable, respectivement parmi la pluralité de positions actuelles possibles et parmi la pluralité de valeurs d’horodatage, en comparant les vraisemblances multisatellites. (Figure 1) DISPOSITIF ET PROCÉDÉ DE POSITIONNEMENT AUTONOME DE VÉHICULES L’invention se rapporte, de manière générale, aux systèmes de positionnement et, en particulier, à un dispositif et un procédé de positionnement autonome de véhicules utilisant des signaux de positionnement fournis par au moins une constellation de satellites et ne nécessitant pas une position précédente ou un déplacement du train. ARRIÈRE-PLAN Le transport ferroviaire est devenu une solution efficace pour le transport de personnes et le transport de marchandises. Par comparaison avec le transport routier, par exemple, le transport ferroviaire présente l’avantage d’être économique, plus respectueux de l’environnement, capable de transporter d’importantes charges, et plus fiable étant donné que les trains n’ont pas à partager leurs voies avec le public comme les camions sur la route. Ces avantages ont eu pour conséquence directe une croissance rapide de la mise en place de réseaux ferroviaires au cours des deux dernières décennies, particulièrement dans les pays en voie de progression sociale et/ou économique notable. Afin de répondre à une demande toujours croissante pour un transport ferroviaire plus efficace, plus rapide et plus propre, le nombre de trains partageant un même réseau ferroviaire, ainsi que leur vitesse, est en augmentation constante. Ainsi, la gestion d’un réseau ferroviaire est devenue une tâche de première importance afin de garantir un certain niveau de sécurité, en particulier dans le cas du transport de passagers. Il est impératif, pour la gestion efficace d’un réseau ferroviaire, d’être en mesure de localiser précisément, en temps réel, chacun des trains en circulation ou en arrêt sur les voies du réseau ferroviaire. Une solution connue pour déterminer l’emplacement d’un train circulant sur les voies d’un réseau ferroviaire consiste à mettre en place des balises électroniques le long des voies, les balises électroniques étant reliées par une connexion sans fil ou filaire à une unité de commande centrale. Le principe de fonctionnement d’une balise électronique consiste à détecter, au moyen d’un mécanisme mécanique ou électronique, tout train passant au-dessus d’elle. Lorsqu’un train est détecté, la balise électronique émet immédiatement un signal de détection qui contient un identifiant de la balise électronique et peut comprendre des informations concernant le train passant au-dessus de la balise. Dans certains cas, les balises électroniques peuvent être configurées pour interagir, c'est-à-dire échanger des signaux, avec le train passant au-dessus de la balise. Dans de tels cas, le train passant au-dessus de la balise peut effectuer la transmission des signaux de détection à l’unité de commande centrale. La mise en place et l’entretien d’une telle solution deviennent rapidement coûteux étant donné qu’un très grand nombre de balises électroniques sont requises aussi bien dans un réseau ferroviaire à grande vitesse, où la distance entre des gares adjacentes est habituellement supérieure à quelques kilomètres, que dans un réseau ferroviaire de métro, où une grande précision est indispensable en dépit de la courte distance entre des gares adjacentes. Une telle solution présente également l’inconvénient de n’être compatible qu’avec des trains en mouvement dans un contexte dans lequel il est également nécessaire de localiser les trains en arrêt. De plus, avec une telle solution, il est impossible de localiser un train en circulation ou en arrêt entre deux balises électroniques adjacentes. Une autre solution connue pour déterminer l’emplacement d’un train en circulation ou en arrêt sur les voies d’un réseau ferroviaire consiste à utiliser des systèmes mondiaux de navigation par satellites (GNSS, pour Global Navigation Satellite Systems en anglais) en équipant chaque train d’un récepteur GNSS. Une telle solution permet d’éliminer la nécessité de mettre des balises en place le long des voies. De manière générale, un récepteur GNSS fonctionne indépendamment du réseau ferroviaire en calculant une position tridimensionnelle (3D) (latitude, longitude et hauteur) du train correspondant par rapport à un système de référence terrestre. Afin de calculer une position 3D exacte d’un train correspondant, un récepteur GNSS doit se situer dans un champ de visibilité dégagé vis-à-vis d’au moins trois satellites GNSS. Une telle exigence est, toutefois, difficile à remplir en permanence au fil du temps dans le contexte du transport ferroviaire où les trains circulent entre des montagnes et des bâtiments, et traversent des ponts et des tunnels. La présence de tels obstacles empêche les signaux GNSS d’atteindre le récepteur GNSS, et entraîne un positionnement inexact du train. De plus, même en l’absence d’obstacles entre les satellites GNSS et le récepteur GNSS, un positionnement exact d’un train requiert une synchronisation précise entre les horloges à bord des satellites GNSS qui régissent la génération des signaux GNSS et l’horloge dont est équipé le récepteur GNSS qui est nécessaire pour le décodage correct des signaux GNSS reçus. De manière générale, les satellites GNSS sont dotés d’horloges atomiques très stables, tandis que les récepteurs GNSS emploient des horloges moins stables et moins précises qui peuvent être sujettes à une dérive temporelle. Par exemple, une dérive temporelle de 1 µm au niveau de l’horloge du récepteur GNSS peut se traduire par des dizaines de mètres d’inexactitude dans le positionnement du train correspondant. Un tel niveau d’imprécision rend l’utilisation d’un simple récepteur GNSS incompatible avec le transport ferroviaire où une grande précision est requise, par exemple pour déterminer sur quelle voie d’une gare un train est en arrêt. Un dispositif de positionnement amélioré, qui ne présente pas les inconvénients de l’état actuel de la technique, est donc nécessaire. RÉSUMÉ Afin de résoudre ces problèmes ainsi que d’autres, il est proposé un dispositif de positionnement configuré pour déterminer l’emplacement d’un véhicule à partir de signaux de positionnement diffusés par au moins une constellation de satellites, le véhicule étant en arrêt ou en mouvement sur les voies d’un réseau donné. Le dispositif de positionnement comprend : une première unité configurée pour, à un moment de mesure donné, déterminer une pluralité de positions actuelles possibles du véhicule et déterminer une pluralité de valeurs d’horodatage, la pluralité de valeurs d’horodatage étant déterminées dans un intervalle de temps donné, la première unité étant configurée, en outre, pour : générer, pour chaque position actuelle possible du véhicule, des répliques locales de signaux de positionnement, chacune des répliques locales étant associée à une valeur d’horodatage parmi la pluralité de valeurs d’horodatage et à un satellite en vue de l’au moins une constellation de satellites ; recevoir, à chaque valeur d’horodatage parmi la pluralité de valeurs d’horodatage, des signaux de positionnement diffusés par un ou plusieurs satellites en vue de l’au moins une constellation de satellites ; calculer, pour chaque position actuelle possible du véhicule, des vraisemblances élémentaires, chacune des vraisemblances élémentaires étant calculée en exécutant une fonction de corrélation entre un signal de positionnement reçu et la réplique locale générée correspondante ; déterminer, pour chaque position actuelle possible du véhicule, des vraisemblances multisatellites, chacune des vraisemblances multisatellites étant déterminée pour une valeur d’horodatage donnée à partir des vraisemblances élémentaires correspondantes ; une seconde unité configurée pour déterminer une position la plus vraisemblable et une valeur d’horodatage la plus vraisemblable, respectivement parmi la pluralité de positions actuelles possibles et parmi la pluralité de valeurs d’horodatage, en comparant les vraisemblances multisatellites. Selon certains modes de réalisation, le dispositif de positionnement peut comprendre, en outre, une base de données cartographique comprenant des informations de position des voies du réseau donné, la seconde unité étant configurée, en outre, pour déterminer la section de voie sur laquelle le véhicule est situé en accédant à la base de données cartographique et en utilisant la position la plus vraisemblable déterminée. Selon certains modes de réalisation, la base de données cartographique peut comprendre, en outre, une représentation de l’environnement aux alentours des voies du réseau donné. Selon certains modes de réalisation, la première unité peut être configurée, en outre, pour accéder à la base de données cartographique afin de déterminer une ou plusieurs caractéristiques de propagation de chacun des signaux de positionnement reçus, la première unité étant configurée, en outre, pour exclure du calcul des vraisemblances élémentaires un ou plusieurs signaux de positionnement en fonction de leurs caractéristiques de propagation. Selon certains modes de réalisation, la première unité peut être configurée pour, lorsque le véhicule est en mouvement, déterminer la pluralité de positions actuelles possibles en utilisant une technique PVT conjointement avec une pluralité de signaux de positionnement. Selon certains modes de réalisation, la première unité peut être configurée pour, lorsque le véhicule est en arrêt sur une voie de stationnement parmi une pluralité de voies de stationnement adjacentes, déterminer la pluralité de positions actuelles possibles en attribuant une position actuelle possible à chacune des voies de stationnement adjacentes. Selon certains modes de réalisation, la première unité peut être configurée, en outre, pour déterminer l’intervalle de temps donné en fonction d’un rayon de protection d’intégrité temporel associé à l’au moins une constellation de satellites. Selon certains modes de réalisation, la première unité peut être configurée, en outre, pour déterminer la pluralité de valeurs d’horodatage en effectuant des échantillonnages réguliers au cours de l’intervalle de temps donné. Selon certains modes de réalisation, la première unité peut être configurée pour recevoir des signaux de positionnement provenant d’au moins deux constellations de satellites, la première unité étant configurée, en outre, pour traiter séparément les signaux de positionnement diffusés par chacune des constellations de satellites, la seconde unité étant configurée pour déterminer une position la plus vraisemblable et une valeur d’horodatage la plus vraisemblable pour chacune des constellations de satellites, la seconde unité étant configurée, en outre, pour déterminer une position la plus vraisemblable finale parmi les positions les plus vraisemblables déterminées. Selon certains modes de réalisation, la seconde unité peut être configurée pour utiliser un critère de sélection pour déterminer la position la plus vraisemblable finale, le critère de sélection étant choisi parmi une pluralité de critères de sélection qui comprend : le nombre de satellites par constellation concourant à la détermination de chaque position la plus vraisemblable, la position la plus vraisemblable finale étant déterminée en utilisant un nombre maximal de satellites en vue ; et la durée de l’intervalle de temps donné, la position la plus vraisemblable finale étant déterminée en utilisant la constellation de satellites associée à l’intervalle de temps donné le plus court. Selon certains modes de réalisation, la seconde unité peut être configurée, en outre, pour générer une notification d’alerte si elle n’est pas en mesure de déterminer une position la plus vraisemblable du véhicule dans un intervalle de temps prédéfini. L’invention concerne également un procédé pour déterminer l’emplacement d’un véhicule en utilisant des signaux de positionnement diffusés par au moins une constellation de satellites. Le procédé comprend les étapes suivantes : déterminer une pluralité de positions actuelles possibles du véhicule et déterminer une pluralité de valeurs d’horodatage dans un intervalle de temps donné ; générer, pour chaque position actuelle possible du véhicule, des répliques locales de signaux de positionnement, chacune des répliques locales étant associée à une valeur d’horodatage parmi la pluralité de valeurs d’horodatage et à un satellite en vue de l’au moins une constellation de satellites ; recevoir, à chaque valeur d’horodatage parmi la pluralité de valeurs d’horodatage, des signaux de positionnement diffusés par un ou plusieurs satellites en vue de l’au moins une constellation de satellites ; calculer, pour chaque position actuelle possible du véhicule, des vraisemblances élémentaires, chacune des vraisemblances élémentaires étant calculée en exécutant une fonction de corrélation entre un signal de positionnement reçu et la réplique locale générée correspondante ; déterminer, pour chaque position actuelle possible du véhicule, des vraisemblances multisatellites, chacune des vraisemblances multisatellites étant déterminée pour une valeur d’horodatage donnée à partir des vraisemblances élémentaires correspondantes ; déterminer une position la plus vraisemblable et une valeur d’horodatage la plus vraisemblable, respectivement parmi la pluralité de positions actuelles possibles et parmi la pluralité de valeurs d’horodatage, en comparant les vraisemblances multisatellites. DESCRIPTION SUCCINCTE DES DESSINS Les dessins joints, qui sont incorporés dans ce mémoire et constituent une partie de celui-ci, illustrent divers modes de réalisation de l’invention et, conjointement avec la description générale de l’invention faite ci-dessus, et la description détaillée des modes de réalisation faite ci-dessous, servent à expliquer les modes de réalisation de l’invention. La représente un système de positionnement de véhicule selon certains modes de réalisation de l’invention ; la illustre schématiquement la structure d’un dispositif de positionnement selon certains modes de réalisation de l’invention ; la illustre l’acquisition de signaux de positionnement selon un mode de réalisation de l’invention ; la est un organigramme illustrant un procédé de positionnement selon un mode de réalisation de l’invention. Dispositif de positionnement (110) configuré pour déterminer l’emplacement d’un véhicule à partir de signaux de positionnement diffusés par au moins une constellation (200) de satellites, le véhicule étant en arrêt ou en mouvement sur les voies d’un réseau donné (300), le dispositif de positionnement (110) comprenant : une première unité (111) configurée pour, à un moment de mesure donné, déterminer une pluralité de positions actuelles possibles du véhicule et déterminer une pluralité de valeurs d’horodatage, la pluralité de valeurs d’horodatage étant déterminées dans un intervalle de temps donné, la première unité (111) étant configurée, en outre, pour : générer, pour chaque position actuelle possible du véhicule, des répliques locales de signaux de positionnement, chacune des répliques locales étant associée à une valeur d’horodatage parmi la pluralité de valeurs d’horodatage et à un satellite en vue de l’au moins une constellation (200) de satellites ; recevoir, à chaque valeur d’horodatage parmi la pluralité de valeurs d’horodatage, des signaux de positionnement diffusés par un ou plusieurs satellites (201) en vue de l’au moins une constellation (200) de satellites ; calculer, pour chaque position actuelle possible du véhicule, des vraisemblances élémentaires, chacune des vraisemblances élémentaires étant calculée en exécutant une fonction de corrélation entre un signal de positionnement reçu et la réplique locale générée correspondante ; déterminer, pour chaque position actuelle possible du véhicule, des vraisemblances multisatellites, chacune des vraisemblances multisatellites étant déterminée pour une valeur d’horodatage donnée à partir des vraisemblances élémentaires correspondantes ; une seconde unité (112) configurée pour déterminer une position la plus vraisemblable et une valeur d’horodatage la plus vraisemblable, respectivement parmi la pluralité de positions actuelles possibles et parmi la pluralité de valeurs d’horodatage, en comparant les vraisemblances multisatellites. Dispositif de positionnement (110) selon la revendication 1, comprenant, en outre, une base de données cartographique (113) comprenant des informations de position des voies du réseau donné (300), la seconde unité (112) étant configurée, en outre, pour déterminer la section de voie sur laquelle le véhicule est situé en accédant à la base de données cartographique (113) et en utilisant la position la plus vraisemblable déterminée. Dispositif de positionnement (110) selon la revendication 2, dans lequel la base de données cartographique (113) comprend, en outre, une représentation de l’environnement (400) aux alentours des voies du réseau donné (300). Dispositif de positionnement (110) selon la revendication 3, dans lequel la première unité (111) est configurée, en outre, pour accéder à la base de données cartographique (113) afin de déterminer une ou plusieurs caractéristiques de propagation de chacun des signaux de positionnement reçus, la première unité (111) étant configurée, en outre, pour exclure du calcul des vraisemblances élémentaires un ou plusieurs signaux de positionnement en fonction de leurs caractéristiques de propagation. Dispositif de positionnement (110) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la première unité (111) est configurée pour, lorsque le véhicule est en mouvement, déterminer la pluralité de positions actuelles possibles en utilisant une technique PVT conjointement avec une pluralité de signaux de positionnement. Dispositif de positionnement (110) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la première unité (111) est configurée pour, lorsque le véhicule est en arrêt sur une voie de stationnement parmi une pluralité de voies de stationnement (301) adjacentes, déterminer la pluralité de positions actuelles possibles en attribuant une position actuelle possible à chacune des voies de stationnement (301) adjacentes. Dispositif de positionnement (110) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la première unité (111) est configurée, en outre, pour déterminer l’intervalle de temps donné en fonction d’un rayon de protection d’intégrité temporel associé à l’au moins une constellation (200) de satellites. Dispositif de positionnement (110) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la première unité (111) est configurée, en outre, pour déterminer la pluralité de valeurs d’horodatage en effectuant des échantillonnages réguliers au cours de l’intervalle de temps donné. Dispositif de positionnement (110) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la première unité (111) est configurée pour recevoir des signaux de positionnement provenant d’au moins deux constellations (200) de satellites (201), la première unité (111) étant configurée, en outre, pour traiter séparément les signaux de positionnement diffusés par chacune des constellations (200) de satellites (201), la seconde unité (112) étant configurée pour déterminer une position la plus vraisemblable et une valeur d’horodatage la plus vraisemblable pour chacune des constellations (200) de satellites (201), la seconde unité (112) étant configurée, en outre, pour déterminer une position la plus vraisemblable finale parmi les positions les plus vraisemblables déterminées. Dispositif de positionnement (110) selon la revendication 9, dans lequel la seconde unité (112) est configurée pour utiliser un critère de sélection pour déterminer la position la plus vraisemblable finale, le critère de sélection étant choisi parmi une pluralité de critères de sélection qui comprend : le nombre de satellites (201) par constellation (200) concourant à la détermination de chaque position la plus vraisemblable, la position la plus vraisemblable finale étant déterminée en utilisant un nombre maximal de satellites (201) en vue ; et la durée de l’intervalle de temps donné, la position la plus vraisemblable finale étant déterminée en utilisant la constellation (200) de satellites associée à l’intervalle de temps donné le plus court. Dispositif de positionnement (110) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la seconde unité (112) est configurée, en outre, pour générer une notification d’alerte si elle n’est pas en mesure de déterminer une position la plus vraisemblable du véhicule dans un intervalle de temps prédéfini. Procédé pour déterminer l’emplacement d’un véhicule en utilisant des signaux de positionnement diffusés par au moins une constellation (200) de satellites, le procédé comprenant les étapes suivantes : déterminer (401) une pluralité de positions actuelles possibles du véhicule et déterminer une pluralité de valeurs d’horodatage dans un intervalle de temps donné ; générer (402), pour chaque position actuelle possible du véhicule, des répliques locales de signaux de positionnement, chacune des répliques locales étant associée à une valeur d’horodatage parmi la pluralité de valeurs d’horodatage et à un satellite en vue de l’au moins une constellation (200) de satellites ; recevoir (403), à chaque valeur d’horodatage parmi la pluralité de valeurs d’horodatage, des signaux de positionnement diffusés par un ou plusieurs satellites (201) en vue de l’au moins une constellation (200) de satellites ; calculer (404), pour chaque position actuelle possible du véhicule, des vraisemblances élémentaires, chacune des vraisemblances élémentaires étant calculée en exécutant une fonction de corrélation entre un signal de positionnement reçu et la réplique locale générée correspondante ; déterminer (405), pour chaque position actuelle possible du véhicule, des vraisemblances multisatellites, chacune des vraisemblances multisatellites étant déterminée pour une valeur d’horodatage donnée à partir des vraisemblances élémentaires correspondantes ; déterminer (406) une position la plus vraisemblable et une valeur d’horodatage la plus vraisemblable, respectivement parmi la pluralité de positions actuelles possibles et parmi la pluralité de valeurs d’horodatage, en comparant les vraisemblances multisatellites.