Brevet FR3134458A1 — publié le 20231013

La présente invention concerne un système de positionnement (400) utilisant une pluralité de segments de câble rayonnant. Le système comprend, outre lesdits segments de câble (421, 422), des moyens de génération (410) d’un signal GNSS composite formé d’une pluralité de signaux GNSS définis comme ceux qui seraient reçus en des points situés aux extrémités des différents segments du câble. Dans chaque segment, un premier signal GNSS, correspondant à un premier ensemble de satellites visibles dans un premier cône de visibilité, parcourt le segment dans un sens aller et un second signal GNSS, correspondant à un second ensemble de satellites dans un cône de visibilité, le parcourt en sens inverse, les fréquences des premier et second signaux GNSS étant égales à une fréquence de réception d’un système GNSS prédéterminé. Un boitier d’interconnexion RF (440) connectant des premier et second segments consécutifs permet de démultiplexer les signaux GNSS à partir du signal GNSS composite qu’il reçoit. Fig. 4 SYSTÈME DE POSITIONNEMENT À SEGMENTS DE CÂBLE RAYONNANT La présente invention concerne de manière générale le domaine des systèmes de positionnement en intérieur ( indoor positioning ) ou des systèmes de positionnement en extérieur lorsque les conditions de réception des signaux GPS sont dégradées. Etat de la technique antérieure L’absence de signaux GPS dans les environnements en intérieur ( indoor ) a conduit à développer des systèmes de positionnement spécifiques à ces derniers. Un grand nombre de techniques possibles ont été utilisées à cette fin. Par exemple, il est connu de déployer dans l’environnement en question des réseaux de balises permettant à un récepteur d’estimer sa position par TDOA ( Time Difference Of Arrival ) ou bien par triangulation à partir de temps d’arrivée, TOA (Time Of Arrival). Il est également possible d’utiliser des points d’accès existants, par exemple d’un réseau Wi-Fi pour déterminer la position d’un terminal à partir d’empreintes ( fingerprints ) de mesures de puissance (RSSI). Un système de positionnement basé sur des câbles rayonnants ( leaky feeders ) a été proposé par la déposante dans la demande de brevet FR3074921. Ce système de positionnement permet à tout utilisateur disposant d’un récepteur GPS de pouvoir se localiser dans un environnement intérieur tel qu’un métro sans avoir à souffrir d’une rupture de service lorsqu’il sort ou entre dans cet environnement. Un tel système positionnement à câbles rayonnants est illustré en et son principe est rappelé en relation avec la . Ledit système, 100, comprend des moyens de génération 110 de premiers signaux GNSS et de seconds signaux GNSS, un câble rayonnant 120, des moyens d’injection des premiers signaux GNSS à une première extrémité du câble, 131, et des moyens d’injection des seconds signaux GNSS à une seconde extrémité du câble, 132. Les moyens de génération ont accès à un fichier de configuration, , des données de navigation, , des données d’une horloge à très faible gigue de phase (jitter), . Le fichier de configuration comprend notamment : un masque de visibilité pour chacune des extrémités du câble, défini par une plage angulaire en élévation et, le cas échéant en azimut , les positions respectives des extrémités du câble et les caractéristiques matérielles de celui-ci (longueur, vitesse de propagation des ondes électromagnétiques au sein du câble etc.). Les moyens de génération 110 fournissent des premiers signaux GNSS et des seconds signaux GNSS. Ces premiers et seconds signaux GNSS sont générés localement par simulation de propagation et non des signaux réels reçus de satellites. Les premiers signaux GNSS sont générés de manière à ce que, à l’instant où ils sont injectés à la première extrémité du câble, ils soient identiques à ceux qui auraient été reçus en une première extrémité virtuelle dans des conditions de ciel ouvert, de la part d’un premier ensemble de satellites. Le premier ensemble de satellites est choisi parmi ceux de la ou des constellation(s) identifiée(s) dans le fichier de configuration appartenant à un premier cône de visibilité défini par un intervalle angulaire en élévation et un intervalle angulaire en azimut , les angles étant définis ici à partir d’un axe dirigé de la seconde extrémité vers la première extrémité du câble. Le premier ensemble de satellites comprend au moins un tel satellite. De même, les seconds signaux GNSS générés sont tels que, à l’instant où ils sont injectés à la seconde extrémité du câble, ils soient identiques à ceux qui auraient été reçus à la position d’une seconde extrémité virtuelle, dans des conditions de ciel ouvert, de la part d’un second ensemble de satellites. Le second ensemble de satellites est choisi parmi ceux de la constellation identifiée dans le fichier de configuration appartenant à un second cône de visibilité défini par un intervalle angulaire en élévation et un intervalle angulaire en azimut , les angles étant ici définis à partir d’un axe orienté de la première vers la seconde extrémité du câble. Le second ensemble de satellites comprend au moins un tel satellite. L’union du premier et du second ensembles de satellites comprend au moins quatre satellites, les deux ensembles de satellites étant disjoints. Le principe de fonctionnement est illustré en dans le plan d’élévation. Le câble rayonnant, supposé rectiligne, est représenté par le segment de droite où et sont les extrémités du câble. Les premier et second cônes de visibilité ont été représentés en et , ainsi qu’un premier satellite appartenant à et un second satellite appartenant au second cône de visibilité. Les distances séparant le satellite (resp. ) des extrémités et du câble sont notées et (resp. et ). De même, les angles d’élévation sous lesquels est vu le satellite (resp. ) à partir des extrémités et du câble sont notés et (resp. et ). On a supposé ici que . On définit une extrémité virtuelle située sur un prolongement virtuel du câble, du côté de l’extrémité et à une distance de cette dernière. De même, on définit une extrémité située sur un prolongement virtuel du câble, du côté de l’extrémité et à une distance de cette dernière. La distance est choisie telle que , étant la longueur apparente du câble, étant sa longueur réelle, étant la vitesse de la lumière dans le vide et étant la vitesse de propagation d’une onde électromagnétique dans le câble. Le système de positionnement injecte à l’extrémité du câble rayonnant les signaux qui auraient été reçus en des satellites appartenant au premier cône de visibilité . De même, il injecte à l’extrémité du câble rayonnant les signaux qui auraient été reçus en des satellites appartenant au second cône de visibilité . On peut alors montrer qu’un usager équipé d’un récepteur GNSS situé en un point , estimera les pseudo-distances le séparant respectivement des satellites, , par: où , étant l’abscisse de sur l’axe en prenant comme origine et est la distance équivalente à l’offset d’horloge du récepteur GNSS. A partir des pseudo-distances estimées ainsi pour 4 satellites (appartenant à l’union des deux sous-ensembles de satellites précités), le récepteur GNSS peut déterminer sa position. Le système de positionnement par câble rayonnant décrit plus haut donne des résultats satisfaisants mais ses performances sont limitées par la longueur du câble. En effet, la plupart des récepteurs GNSS courants possèdent une dynamique d’entrée de l’ordre de 24dB, autrement dit le signal satellitaire reçu le moins puissant ne peut être plus de 24dB plus faible que le signal satellitaire le plus puissant. Or, l’atténuation linéique des signaux GPS dans un câble rayonnant est de l’ordre de 3 à 20 dB/ 100m. Il en résulte qu’un système de positionnement par câble rayonnant ne peut généralement pas fonctionner lorsque la longueur du câble excède quelques centaines de mètres. Cette contrainte est illustrée en Fig. 3A : lorsque le câble rayonnant 320 possède une longueur supérieure à une longueur critique, les signaux satellitaires simulés et injectés à la première extrémité sont atténués de plus de 24dB, lorsqu’ils parviennent à l’extrémité . De même les signaux satellitaires simulés et injectés à la seconde extrémité sont atténués de plus de 24dB, lorsqu’ils parviennent à l’extrémité . Dans un tel cas, il n’est pas possible pour un récepteur GNSS d’estimer sa position correctement aux extrémités du câble car il ne peut acquérir les signaux satellitaires issus de l’extrémité la plus éloignée du récepteur. Une solution connue pour remédier à cette situation est alors de scinder le câble rayonnant en différents segments de longueur inférieure à la longueur critique et d’injecter des signaux satellitaires simulés aux extrémités respectives de ces segments, comme illustré en . Chaque segment 321, 322, doit alors être considéré comme un câble rayonnant indépendant, nécessitant des moyens de génération propres, ce qui est onéreux, ou bien un générateur unique 310 à plusieurs sorties RF (ici 4) comme représenté, ce qui n’autorise pas de scalabilité. En outre dans les deux cas, le nombre de câbles coaxiaux (ou de fibres optiques associés à des convertisseurs optoélectroniques) entraînent des coûts additionnels importants. Un objet de la présente invention est par conséquent de proposer un système de positionnement à plusieurs segments de câble rayonnant ne présentant pas les inconvénients précités, en particulier de proposer un système qui soit scalable et ne nécessite pas d’utiliser des liaisons RF ou optiques additionnelles. Présentation de l’invention La présente invention est définie par un système de positionnement le long d’un câble rayonnant, composé d’au moins un premier segment et un second segment, ledit système comprenant : - des moyens de génération d’un premier signal GNSS composite formé d’une pluralité de signaux GNSS définis comme ceux qui seraient reçus en configuration de ciel ouvert par des points situés aux extrémités des différents segments du câble, à chaque segment étant associé un premier signal GNSS qui serait reçu d’un premier point à une extrémité proximale de ce segment en provenance de satellites appartenant à un premier cône de visibilité, et un second signal GNSS qui serait reçu d’un second point à une extrémité distale de ce segment en provenance de satellites appartenant à un second cône de visibilité, lesdits signaux GNSS étant multiplexés en fréquence pour former ledit signal GNSS composite, ledit signal GNSS composite étant injecté à l’extrémité proximale du premier segment, le premier signal GNSS associé au premier segment étant à la fréquence de réception d’un récepteur GNSS, ; - un boitier d’interconnexion RF connecté entre les premier et second segments, destiné à démultiplexer le premier signal GNSS composite en décalant en fréquence les différents signaux GNSS du premier signal composite et à fournir, d’une part, sur une première sortie le second signal GNSS associé au premier segment à la fréquence , et à fournir d’autre part, sur une seconde sortie, un second signal GNSS composite dans lequel les premier et second signaux GNSS associés au premier segment sont éliminés , le second signal GNSS du premier segment étant injecté à la fréquence à l’extrémité distale du premier segment et ledit second signal GNSS composite étant injecté à l’extrémité proximale du second segment; - un boitier de terminaison RF connecté à l’extrémité distale du second segment et destiné à décaler à la fréquence le second signal GNSS associé au second segment, et à l’injecter à l’extrémité distale du second segment. Avantageusement, les signaux GNSS du premier signal GNSS composite sont situés à des fréquences où est un entier relatif. Le boitier d’interconnexion RF peut comprendre un premier démultiplexeur (incluant un diviseur RF pour diviser le premier signal composite entre une première voie et une seconde voie, la première voie comprenant : un premier mélangeur pour mélanger le signal composite ainsi divisé avec une première fréquence de translation ( ) de manière à ce que le second signal GNSS du premier segment soit translaté à une fréquence intermédiaire ( ) ; un premier filtre passe-bande possédant une première bande passante ( ) autour de ladite fréquence intermédiaire pour sélectionner le second signal GNSS du premier segment ainsi translaté ; et un second mélangeur pour mélanger le second signal GNSS du premier segment ainsi sélectionné avec une première fréquence de référence ( ) de manière à transposer ce dernier à la fréquence . La seconde voie peut comprendre un troisième mélangeur pour mélanger le signal composite divisé avec une seconde fréquence de translation ( ) de manière à ce que un second signal GNSS composite soit translaté à la fréquence intermédiaire ( ) ; un second filtre passe-bande possédant une seconde bande passante ( ) autour de ladite fréquence intermédiaire pour sélectionner le second signal GNSS composite; et un quatrième mélangeur pour mélanger le second signal GNSS composite avec une seconde fréquence de référence ( ) de manière à transposer ce dernier à la fréquence . La première voie peut en outre comprendre un troisième filtre passe-bande destiné à filtrer le second signal GNSS du premier segment et que la seconde voie comprend également un quatrième filtre passe-bande destiné à filtrer le second signal GNSS composite. Le boitier d’interconnexion RF peut en outre comprendre un duplexeur dont le port commun est connecté à l’extrémité distale du premier segment, le port de sortie est relié à l’entrée du diviseur RF et le port d’entrée est connecté à la sortie du second mélangeur de la première voie. Le boitier d’interconnexion RF peut comprendre en outre, entre le port de sortie du duplexeur et l’entrée du diviseur RF, un filtre passe-bande commun ayant la largeur de bande du premier signal composite en série avec un amplificateur, le gain de l’amplificateur étant choisi pour compenser l’atténuation du signal GNSS composite dans le premier segment. Selon une variante de réalisation, le câble rayonnant est composé d’une pluralité de segments, le boitier de terminaison RF comprenant alors : un premier mélangeur à une Nième fréquence de translation ( ) de manière à ce que le second signal GNSS du Nième segment soit translaté à une fréquence intermédiaire ( ) , un premier filtre passe-bande possédant une première bande passante ( ) autour de ladite fréquence intermédiaire pour sélectionner le second signal GNSS du Nième segment ainsi translaté, et un second mélangeur pour mélanger le second signal GNSS du Nième segment ainsi sélectionné avec une Nième fréquence de référence ( ) de manière à transposer ce dernier à la fréquence . Le boitier de terminaison RF peut alors comprendre en outre un duplexeur dont le port commun est connecté à l’extrémité distale du Nième segment, le port de sortie est relié à l’entrée du premier mélangeur et le port d’entrée est relié à la sortie du second mélangeur. Le boitier de terminaison RF peut comprendre en outre, entre le port de sortie du duplexeur et l’entrée du diviseur RF, un second filtre passe bande, ayant la largeur de bande du dernier signal composite associé au Nième segment, dit dernier segment, suivi par un amplificateur, le gain de l’amplificateur étant choisi pour compenser l’atténuation du dernier signal GNSS composite dans le dernier segment. Les moyens de génération du signal GNSS composite peuvent également générer dans ce signal au moins deux signaux de synchronisation présentant un écart de fréquence de , chaque signal de synchronisation étant obtenu en modulant une onde continue avec une séquence d’étalement spectral pseudo-aléatoire, ladite séquence aléatoire étant choisie identique pour l’ensemble des signaux de synchronisation. Les fréquences centrales des signaux de synchronisation sont avantageusement situées dans des zones de fiable densité spectrale du premier signal GNSS composite. Le boitier d’interconnexion RF ainsi que le boitier de terminaison RF peuvent chacun comprendre un circuit de génération de signal d’horloge comprenant un mélangeur pour multiplier le signal composite avec lui-même, un filtre passe-bas ou passe-bande de manière à isoler du mélange une composante à la fréquence . Brève description des figures D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture d’un mode de réalisation préférentiel de l’invention, fait en référence aux figures jointes parmi lesquelles : représente, de manière schématique, un système de positionnement le long d’un câble rayonnant connu de l’état de la technique ; représente de manière schématique le principe de fonctionnement du système de positionnement illustré en ; illustre une contrainte portant sur un système de positionnement à câble rayonnant connu de l’état de la technique ; représente une solution permettant de relâcher cette contrainte ; représente de manière schématique un système de positionnement utilisant 2 segments de câble rayonnant selon un premier exemple de réalisation de l’invention ; représentent de manière schématique un dispositif d’interconnexion RF et un dispositif de terminaison RF de la , ainsi que les signaux présents en différents points de ces dispositifs ; représentent de manière schématique un système de positionnement utilisant 4 segments de câble rayonnant selon différents exemples de réalisation de l’invention ; représente de manière schématique un dispositif d’interconnexion RF de la ; représente de manière schématique le spectre d’un signal composite injecté dans un câble rayonnant comprenant des signaux GNSS et des signaux de synchronisation ; représente de manière schématique un circuit de génération d’un signal de transposition de fréquence à partir du signal composite de la . Système de positionnement le long d’un câble rayonnant, composé d’au moins un premier segment (421) et un second segment (422), ledit système comprenant : des moyens de génération (410) d’un premier signal GNSS composite formé d’une pluralité de signaux GNSS définis comme ceux qui seraient reçus en configuration de ciel ouvert par des points situés aux extrémités des différents segments du câble, à chaque segment étant associé un premier signal GNSS qui serait reçu d’un premier point à une extrémité proximale de ce segment en provenance de satellites appartenant à un premier cône de visibilité, et un second signal GNSS qui serait reçu d’un second point à une extrémité distale de ce segment en provenance de satellites appartenant à un second cône de visibilité, lesdits signaux GNSS étant multiplexés en fréquence pour former ledit signal GNSS composite, ledit signal GNSS composite étant injecté à l’extrémité proximale du premier segment, le premier signal GNSS associé au premier segment étant à la fréquence de réception d’un récepteur GNSS, ; un boitier d’interconnexion RF (440) connecté entre les premier et second segments, destiné à démultiplexer le premier signal GNSS composite en décalant en fréquence les différents signaux GNSS du premier signal composite et à fournir, d’une part, sur une première sortie le second signal GNSS associé au premier segment à la fréquence , et à fournir d’autre part, sur une seconde sortie, un second signal GNSS composite dans lequel les premier et second signaux GNSS associés au premier segment sont éliminés , le second signal GNSS du premier segment étant injecté à la fréquence à l’extrémité distale du premier segment et ledit second signal GNSS composite étant injecté à l’extrémité proximale du second segment; un boitier de terminaison RF (450) connecté à l’extrémité distale du second segment et destiné à décaler à la fréquence le second signal GNSS associé au second segment, et à l’injecter à l’extrémité distale du second segment. Système de positionnement le long d’un câble rayonnant selon la revendication 1, caractérisé en ce que, les signaux GNSS du premier signal GNSS composite sont situés à des fréquences où est un entier relatif. Système de positionnement le long d’un câble rayonnant selon la revendication 2, caractérisé en ce que le boitier d’interconnexion RF comprend un premier démultiplexeur (545) incluant un diviseur RF (540) pour diviser le premier signal composite entre une première voie et une seconde voie, la première voie comprenant : un premier mélangeur (551) pour mélanger le signal composite ainsi divisé avec une première fréquence de translation ( ) de manière à ce que le second signal GNSS du premier segment soit translaté à une fréquence intermédiaire ( ) ; un premier filtre passe-bande (561) possédant une première bande passante ( ) autour de ladite fréquence intermédiaire pour sélectionner le second signal GNSS du premier segment ainsi translaté ; et un second mélangeur (571) pour mélanger le second signal GNSS du premier segment ainsi sélectionné avec une première fréquence de référence ( ) de manière à transposer ce dernier à la fréquence . Système de positionnement le long d’un câble rayonnant selon la revendication 3, caractérisé en ce que la seconde voie comprend un troisième mélangeur (552) pour mélanger le signal composite divisé avec une seconde fréquence de translation ( ) de manière à ce que un second signal GNSS composite soit translaté à la fréquence intermédiaire ( ) ; un second filtre passe-bande (562) possédant une seconde bande passante ( ) autour de ladite fréquence intermédiaire pour sélectionner le second signal GNSS composite; et un quatrième mélangeur (572) pour mélanger le second signal GNSS composite avec une seconde fréquence de référence ( ) de manière à transposer ce dernier à la fréquence . Système de positionnement le long d’un câble rayonnant selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que la première voie comprend en outre un troisième filtre passe-bande (581) destiné à filtrer le second signal GNSS du premier segment et que la seconde voie comprend également un quatrième filtre passe-bande (582) destiné à filtrer le second signal GNSS composite. Système de positionnement le long d’un câble rayonnant selon l’une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le boitier d’interconnexion RF comprend en outre un duplexeur (510) dont le port commun (500) est connecté à l’extrémité distale du premier segment, le port de sortie est relié à l’entrée du diviseur RF (540) et le port d’entrée est connecté à la sortie du second mélangeur (571) de la première voie. Système de positionnement le long d’un câble rayonnant selon la revendication 6, caractérisé en ce que le boitier d’interconnexion RF comprend en outre, entre le port de sortie du duplexeur et l’entrée du diviseur RF, un filtre passe-bande commun (520) ayant la largeur de bande du premier signal composite en série avec un amplificateur (530), le gain de l’amplificateur étant choisi pour compenser l’atténuation du signal GNSS composite dans le premier segment. Système de positionnement le long d’un câble rayonnant selon la revendication 2, ledit câble rayonnant étant composé d’une pluralité de segments, caractérisé en ce que le boitier de terminaison RF comprend : un premier mélangeur (550) à une Nième fréquence de translation ( ) de manière à ce que le second signal GNSS du Nième segment soit translaté à une fréquence intermédiaire ( ) , un premier filtre passe-bande (560) possédant une première bande passante ( ) autour de ladite fréquence intermédiaire pour sélectionner le second signal GNSS du Nième segment ainsi translaté, et un second mélangeur (570) pour mélanger le second signal GNSS du Nième segment ainsi sélectionné avec une Nième fréquence de référence ( ) de manière à transposer ce dernier à la fréquence . Système de positionnement le long d’un câble rayonnant selon la revendication 8, caractérisé en ce que le boitier de terminaison RF comprend en outre un duplexeur (510) dont le port commun (500) est connecté à l’extrémité distale du Nième segment, le port de sortie est relié à l’entrée du premier mélangeur (550) et le port d’entrée est relié à la sortie du second mélangeur (570). Système de positionnement le long d’un câble rayonnant selon la revendication 9, caractérisé en ce que le boitier de terminaison RF comprend en outre, entre le port de sortie du duplexeur et l’entrée du diviseur RF, un second filtre passe bande (520), ayant la largeur de bande du dernier signal composite associé au Nième segment, dit dernier segment, suivi par un amplificateur (530), le gain de l’amplificateur étant choisi pour compenser l’atténuation du dernier signal GNSS composite dans le dernier segment. Système de positionnement le long d’un câble rayonnant selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de génération du signal GNSS composite génèrent également dans ce signal au moins deux signaux de synchronisation présentant un écart de fréquence de , chaque signal de synchronisation étant obtenu en modulant une onde continue avec une séquence d’étalement spectral pseudo-aléatoire, ladite séquence aléatoire étant choisie identique pour l’ensemble des signaux de synchronisation. Système de positionnement le long d’un câble rayonnant selon la revendication 11, caractérisé en ce que les fréquences centrales des signaux de synchronisation sont situées dans des zones de fiable densité spectrale du premier signal GNSS composite. Système de positionnement le long d’un câble rayonnant selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que le boitier d’interconnexion RF ainsi que le boitier de terminaison RF comprennent chacun un circuit de génération de signal d’horloge comprenant un mélangeur (940) pour multiplier le signal composite avec lui-même, un filtre passe-bas ou passe-bande (950) de manière à isoler du mélange une composante à la fréquence .