FR3043468B1 - Procede et systeme de geolocalisation d'une balise par horodatage - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de géolocalisation d'une balise par un serveur de géolocalisation à partir d'une pluralité de bornes d'horodatage, chacune des bornes dont la position est connue dudit serveur, étant identifiée par un unique identifiant et étant apte à communiquer avec les autres bornes d'horodatage de la pluralité de bornes d'horodatage. Le procédé comprend notamment une étape (E6) de calcul par un serveur de géolocalisation des différences d'horloge entre les bornes à partir d'impulsions de référence horodatées, une étape (E8) de compensation, à partir des différences calculées, des instants d'horodatage de messages horodatés reçus et une étape (E9) de localisation de la balise à partir des instants d'horodatage compensés.

Description

PROCEDE ET SYSTEME DE GEOLOCALISATION D'UNE BALISE PAR HORODATAGE

DOMAINE TECHNIQUE ET OBJET DE L'INVENTION

La présente invention se rapporte au domaine de la localisation et concerne plusparticulièrement un procédé et un système de géolocalisation d'une balise. L'inventions'applique particulièrement à la géolocalisation d'objets stockés dans un entrepôt.

ETAT DE LA TECHNIQUE

De nos jours, on connaît plusieurs types de systèmes de géolocalisation d'objets ou depersonnes. Ces systèmes utilisent un dispositif mobile dont on veut connaître la localisationgéographique ou « géolocalisation ».

Dans la solution connue appelée GPS (Global Positioning System), le système comprendune pluralité d'émetteurs-récepteurs de type satellite, fixes par rapport à la Terre, et ledispositif est un récepteur mobile qui reçoit des signaux de détection émis, de manièrecontinue ou périodique, par la pluralité de satellites. Le récepteur mobile compare lesdélais de transmission de chaque signal reçu afin de déterminer sa position partriangulation.

Cependant, les signaux envoyés par les satellites ne peuvent pas toujours être reçus àl'intérieur d'une structure telle qu'un entrepôt ou un immeuble, ce qui ne permet pas delocaliser précisément des objets dans un espace fermé et présente donc un inconvénient.De plus, le dispositif récepteur mobile doit réaliser les calculs de triangulation à partir desdélais de transmission de chaque signal reçu, ce qui le rend complexe et coûteux etprésente donc encore un autre inconvénient. Par ailleurs, un tel système de géolocalisationpar satellite peut présenter une faible précision, de l'ordre de 5 à 10 mètres du fait del'éloignement entre les satellites et le dispositif récepteur mobile et du fait de l'atmosphèreterrestre, ce qui peut s'avérer problématique lorsque l'on veut géolocaliser des objets defaibles dimensions. De plus, l'horloge de chaque émetteur-récepteur peut naturellementet de manière connue dériver, ce qui entraîne des erreurs de géolocalisation. A titred'exemple, un oscillateur à cristal à température contrôlée présente une précision del'ordre de 50 ppb et le signal parcourt environ 15 cm en 500 ps. Aussi, un décalage supérieur à 500 ps entre les horloges de deux émetteurs peut correspondre à une erreur degéolocalisation supérieure à 15 cm, ce qui peut résulter dans le cas de satellites, comptetenu de la distance, en une erreur de plusieurs mètres. Pour limiter ces erreurs, il est doncnécessaire de synchroniser les émetteurs entre eux pour que le dispositif récepteur mobilepuisse comparer les délais de transmission de chaque signal reçu et ainsi déterminer saposition. Une telle synchronisation est toutefois complexe et coûteuse, ce qui présente uninconvénient majeur.

PRESENTATION GENERALE DE L'INVENTION L'invention vise à résoudre au moins en partie ces inconvénients en proposant une solutionsimple, fiable, efficace, robuste, précise et peu onéreuse de géolocalisation d'une balise,notamment dans un espace fermé tel qu'une pièce d'un immeuble ou un entrepôt. A cet effet, l'invention a tout d'abord pour objet un procédé de géolocalisation d'une balisepar un serveur de géolocalisation à partir d'une pluralité de bornes d'horodatage, chacunedes bornes, dont la position est connue dudit serveur, étant identifiée par un uniqueidentifiant et étant apte à communiquer avec les autres bornes d'horodatage de la pluralitéde bornes d'horodatage, ledit procédé comprenant : - une étape d'émission d'une impulsion de référence par chacune des bornes d'horodatageà destination des autres bornes d'horodatage, ladite impulsion de référence comprenantl'identifiant de la borne d'émission, - une étape de réception par chacune des bornes d'horodatage des impulsions de référenceémises par les autres bornes d'horodatage, - une étape d'horodatage, à réception, par chacune des bornes d'horodatage desimpulsions de référence reçues des autres bornes, - une étape d'envoi, par chacune des bornes d'horodatage, au serveur de géolocalisation,des impulsions de référence horodatées, - une étape de réception par le serveur de géolocalisation des impulsions de référencehorodatées envoyées par chacune des bornes d'horodatage, - une étape de calcul par le serveur de géolocalisation des différences (ou décalages)d'horloge entre les bornes à partir des impulsions de référence horodatées et de la positionconnue des bornes, - une étape de réception par le serveur de géolocalisation d'une pluralité de messages delocalisation horodatés, chaque message de localisation horodaté reçu correspondant à unmême message de localisation diffusé préalablement par la balise qui a été horodaté etenvoyé par l'une (et une seule) des bornes d'horodatage, - une étape de compensation, par le serveur de géolocalisation, à partir des différencescalculées, des instants d'horodatage des messages de localisation horodatés reçus, et - une étape de localisation, par le serveur de géolocalisation, de la balise à partir desinstants d'horodatage compensés.

Avec le procédé selon l'invention, il n'est pas nécessaire de synchroniser les horloges desbornes afin d'éviter qu'elles dérivent. En effet, le procédé selon l'invention permet decompenser ou corriger les délais de transmission des signaux entre la balise et les bornes àpartir d'impulsions de référence échangées entre les bornes. Une telle compensationpermet de s'assurer que les différences d'horloge entre les horloges des bornes restentfaibles, de préférence inférieures à 500 ps afin de pouvoir géolocaliser une balise avec uneprécision inférieure à 15 cm. Le procédé peut ainsi avantageusement être utilisé dans uneespace fermé, par exemple tel qu'un entrepôt ou un immeuble. En outre, étant donné quela balise se contente de diffuser un signal comportant un message de localisationcomprenant son identifiant et qu'aucun calcul de localisation n'est réalisé par la balise,celle-ci est simple et peu onéreuse, ce qui réduit la complexité et le coût du système.

De préférence, l'étape d'horodatage comprend en outre l'insertion de l'identifiant de laborne procédant à l'horodatage dans chaque impulsion de référence horodatée (reçuepréalablement d'une autre borne).

De préférence encore, l'étape de calcul des différences d'horloge est réalisée entre lesbornes d'horodatage deux à deux.

Selon un aspect de l'invention, la différence d'horloge entre deux bornes A et B est calculéeselon l'équation suivante :

où :

τΑ est l'instant d'émission d'une impulsion de référence par la borne A,τΒ est l'instant de réception, par la borne B, de l'impulsion de référence envoyéepar la borne A,tac est le délai de transmission du signal entre la borne A et la borne C,tbc est le délai de transmission du signal entre la borne B et la borne C.

Avantageusement, la différence d'horloge entre deux bornes A et B peut être déterminéeà un instant t3 entre deux calculs de différences d'horloge par le serveur, à des instants tlet t2, selon l'équation suivante : où :

Pab,h est la différence d'horloge entre la borne A et la borne B calculée par leserveur à un instant tl,

Pab,î2 est la différence d'horloge entre la borne A et la borne B calculée par leserveur à un instant t2, postérieur à l'instant tl, t3 est un instant compris entre l'instant tl et l'instant t2.

Selon un aspect de l'invention, la localisation est réalisée par triangulation, qui est uneméthode aisée de localisation.

De manière avantageuse, l'émission d'une impulsion de référence par chacune des bornesà destination des autres bornes est réalisée de manière périodique, par exemple avec unepériode comprise entre une milliseconde et une heure. De préférence, la période est del'ordre de quelques centaines de secondes afin d'éviter que les horloges des bornes nedérivent trop les unes par rapport aux autres tout en évitant de consommer trop d'énergieavec une fréquence d'émission trop importante.

Selon un aspect de l'invention, l'émission d'une impulsion de référence par chacune desbornes à destination des autres bornes est réalisée sur un lien de communication sans fil,par exemple de type Wifi.

L'invention concerne aussi une borne d'horodatage d'un système de géolocalisation d'unebalise, ledit système comprenant une pluralité de bornes d'horodatage, ladite borne étantapte à communiquer avec les autres bornes du système et comprenant : - un module de réception configuré pour recevoir des impulsions de référence émises parles autres bornes, - un module d'horodatage configuré pour horodater des d'impulsions de référence reçuespar le module de réception, et - un module d'émission configuré pour émettre de manière périodique une impulsion deréférence à destination des autres bornes et pour émettre, par exemple de manièrepériodique, vers un serveur de géolocalisation une pluralité d'impulsions de référencereçues des autres bornes et horodatées par le module d'horodatage.

Ainsi, avantageusement, lorsqu'elle émet une impulsion de référence, chaque borne secomporte comme une balise du point de vue des autres bornes.

Selon un aspect de l'invention, la borne étant identifiée par un unique identifiant dans lesystème, le module d'horodatage est configuré pour insérer l'identifiant de la borne danschaque impulsion de référence horodatée reçue d'une autre borne. L'invention concerne aussi un serveur de géolocalisation d'une balise à partir d'unepluralité de bornes d'horodatage telles que présentées précédemment, la position dechacune des bornes étant connue dudit serveur, ladite balise étant configurée pour diffuserun signal comportant un message de localisation comprenant un identifiant de la balise, leserveur comprenant : - un module de réception configuré, d'une part, pour recevoir une pluralité de messagesde localisation horodatés, chaque message de localisation horodaté reçu correspondant àun même message de localisation diffusé préalablement par la balise qui a été horodaté etenvoyé par l'une (et une seule) des bornes d'horodatage, et, d'autre part, pour recevoirune pluralité d'ensembles d'impulsions de référence, chaque ensemble ayant été envoyépar l'une (et une seule) des bornes d'horodatage et comprenant une pluralité d'impulsionsde référence horodatées par ladite borne d'émission, - un module de calcul des différences (ou décalages) d'horloge entre les bornesd'horodatage à partir de la pluralité d'ensembles reçus et de la position connue des bornes, - un module de compensation de l'instant d'horodatage de chaque message de localisationhorodaté reçu à partir des différences calculées, - un module de localisation de la balise par triangulation à partir des instants d'horodatagecompensés.

Un ensemble d'impulsions de référence horodatées comprend les impulsions de référencereçues et horodatées par une même borne sur un intervalle de temps dit « de calibrage »,par exemple de l'ordre de quelques secondes, pendant lequel chaque borne émet uneimpulsion à destination des autres. Cet intervalle de temps de calibrage est de préférencepériodique, par exemple toutes les 1000 secondes, et peut par exemple être déclenché parle serveur via un message de commande envoyé aux bornes. L'intervalle de temps decalibrage permet à chaque borne de recevoir les impulsions de référence envoyées par lesautres bornes, de les horodater et de les envoyer au serveur de sorte qu'il puissepériodiquement évaluer les dérives des horloges des bornes les unes par rapport aux autresafin de compenser les instants d'horodatage des messages émis par la balise et permettreune localisation précise.

De préférence, le module de calcul est configuré pour calculer la différence d'horloge entredeux bornes A et B selon l'équation suivante :

où : τΑ est l'instant d'émission d'une impulsion de référence par la borne A, τΒ est l'instant de réception, par la borne B, de l'impulsion de référence envoyéepar la borne A, tac est le délai de transmission du signal entre la borne A et la borne C,tbc est le délai de transmission du signal entre la borne B et la borne C.

De préférence encore, le module de calcul est configuré pour déterminer la différenced'horloge entre deux bornes A et B à un instant t3 entre deux calculs de différencesd'horloge par le serveur, à des instants tl et t2, selon l'équation suivante :

où :

Pab,h est la différence d'horloge entre la borne A et la borne B calculée par leserveur à un instant tl,

Pab,î2 est la différence d'horloge entre la borne A et la borne B calculée par leserveur à un instant t2, postérieur à l'instant tl, t3 est un instant compris entre l'instant tl et l'instant t2.

Avantageusement, le serveur de géolocalisation comprend en outre un module d'émissionconfiguré pour émettre ou mettre à disposition la position géographique de la balisedéterminée par le module de localisation, par exemple afin qu'un opérateur puisse trouverrapidement l'objet sur lequel la balise est placée. L'invention concerne aussi un système comprenant une pluralité de bornes d'horodatagetelles que présentées précédemment et au moins un serveur de géolocalisation tel queprésenté précédemment.

DESCRIPTION DES FIGURES

La figure 1 illustre schématiquement une forme de réalisation du système selon l'invention.La figure 2 illustre schématiquement une forme de réalisation d'une borne d'horodatageselon l'invention.

La figure 3 illustre schématiquement une forme de réalisation d'un serveur degéolocalisation selon l'invention.

La figure 4 illustre schématiquement un système de trois bornes permettant latriangulation d'une balise et la compensation des différences d'horloges.

La figure 5 illustre schématiquement une triangulation par le système de la figure 4.

La figure 6 illustre schématiquement un mode de mise en œuvre du procédé selonl'invention.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION

Description d'une forme de réalisation du système selon l'invention

Le système selon l'invention va être présenté ci-après en référence aux figures 1 à 5. I. Système 1

Tout d'abord, en référence à la figure 1, le système 1 selon l'invention permet lagéolocalisation d'une balise 10 placée sur un objet 3 placé dans un espace 5, de préférencefermé tel qu'une pièce, un immeuble, un entrepôt, une usine etc. Il va cependant de soique le système 1 selon l'invention pourrait aussi bien être utilisé dans un espace ouvert,par exemple en extérieur. En outre, on notera que la balise 10 pourrait aussi être montéeou implémentée dans un équipement, par exemple porté par un utilisateur.

Par le terme « géolocalisation », on entend la détermination de la position de l'objet 3 dansl'espace 5. Cette position peut être définie pas des coordonnées, géographiques ou autre,définies dans un référentiel lié à l'espace 5 ou la Terre, par exemple en deux dimensions ouen trois dimensions.

Dans cet exemple illustratif non limitatif de la portée de l'invention, le système 1 comprendune balise 10 de géolocalisation fixée sur l'objet 3 à géolocaliser, quatre bornesd'horodatage 20-1, 20-2, 20-3, 20-4 et un serveur de géolocalisation 30. Il va de soi qu'enpratique une pluralité de balises 10 peuvent être utilisées simultanément dans l'espace 5,par exemple afin de gérer un stock dans un entrepôt. 1) Balise 10 de géolocalisation

La balise 10 de géolocalisation peut par exemple se présenter sous la forme d'une étiquetteautocollante de type tag. La balise 10 est associée à un identifiant unique (au moins au seindu système 1), permettant d'associer un objet 3 à une position et donc de géolocaliserl'objet 3 sur lequel est fixée la balise 10. Cet identifiant peut par exemple se présenter sousla forme d'une suite de bits ou de caractères alphanumériques.

La balise 10 est configurée pour diffuser, par exemple périodiquement, sur un lien decommunication radio Kl, à destination des bornes d'horodatage 20-1, 20-2, 20-3, 20-4, unsignal dans lequel est codé un message dit « de localisation » comprenant l'identifiant dela balise 10. On notera que ce message de localisation peut comprendre, outre l'identifiant,d'autres informations, de préférence de faible taille numérique afin de garder l'envoi du message peu énergivore, telles que, par exemple, un statut externe (porte ouverte, alarmedéclenchée...), une mesure de température, etc.

La période de diffusion du message de localisation est de préférence faible, par exemplede l'ordre de quelques dixièmes de secondes ou quelques secondes. Cette période peutêtre variable en étant déterminée par l'atteinte d'un niveau d'énergie suffisant de la balise10 pour émettre le signal.

Le lien de communication radio peut avantageusement être un lien de type UWB (UltraWide Band) dans lequel la puissance du signal est faible et nécessite donc peu d'énergiepour être émis par la balise 10.

Dans une forme de réalisation préférée, la balise 10 est configurée pour produire et stockerde l'énergie électrique à partir d'un champ magnétique généré par exemple par les bornesd'horodatage 20-1, 20-2, 20-3, 20-4. Dans une autre forme de réalisation, la balise 10pourrait produire et stocker de l'énergie électrique à partir d'énergie solaire, reçue via uncapteur solaire, ou d'énergie cinétique générée par les vibrations ou les déplacements dela balise 10. On notera que toute forme adaptée de collecte ou production d'énergieélectrique pourrait être envisagée. On notera aussi que, dans une autre forme deréalisation, la balise 10 pourrait comprendre une batterie d'alimentation en énergieélectrique. 2) Borne d'horodatage 20-1, 20-2, 20-3, 20-4

Chaque borne d'horodatage 20-1, 20-2, 20-3, 20-4 est identifiée par un identifiant uniquedans le système 1, par exemple une suite de caractères alphanumériques.

Le nombre de quatre bornes d'horodatage de cette exemple n'est pas limitatif de la portéede la présente invention qui pourrait en comporter plus ou moins de quatre selon laconfiguration de l'espace fermé 5 ou le degré de précision souhaité de la localisation.L'utilisation de quatre bornes d'horodatage permet de localiser un objet dans l'espace,c'est-à-dire en trois dimensions. L'utilisation de trois bornes d'horodatage permet delocaliser un objet sur une surface, c'est-à-dire en deux dimensions. L'utilisation de deux bornes d'horodatage permet de localiser un objet selon un axe, c'est-à-dire selon unedimension.

Dans l'exemple de la figure 1, l'utilisation de quatre bornes d'horodatage 20-1, 20-2, 20-3,20-4 permet avantageusement de localiser la balise 10 dans l'espace 5 tridimensionnelle.Une telle configuration peut par exemple être utilisée lorsque la balise 10 est associée à unobjet stocké sur une étagère dans un entrepôt. Les bornes d'horodatage 20-1, 20-2, 20-3,20-4 peuvent par exemple être disposées dans chaque coin d'un entrepôt. Un nombresupérieur au nombre minimum nécessaire de bornes d'horodatage permet au serveur degéolocalisation 30 d'obtenir plus de messages horodatés et donc d'améliorer la précisionde la géolocalisation de l'objet 3.

En référence à la figure 2, chaque borne d'horodatage 20-1, 20-2, 20-3, 20-4 comprend unmodule de réception 210, un module d'horodatage 220 et un module d'émission 230.

Le module de réception 210 est configuré pour recevoir les signaux émis périodiquementpar la balise de géolocalisation 10 sur le lien de communication Kl et qui comportent unmessage de localisation comprenant un identifiant de ladite balise 10. Le module deréception 210 est également configuré pour recevoir des impulsions de référence émisespar les autres bornes 20-1, 20-2, 20-3, 20-4. Par les termes « impulsion de référence », onentend un signal émis à destination des autres bornes, par exemple sur un lien decommunication sans fil de type Wifi ou autre, comprenant au moins l'identifiant de la borne20-1, 20-2, 20-3, 20-4 qui l'a émise.

Le module d'horodatage 220 est configuré pour horodater les messages de localisation etles impulsions de référence reçus par le module de réception 210. Par horodatage, onentend l'indication d'au moins une information temporelle, par exemple en millisecondes,par rapport à une référence temporelle prédéterminée, la date n'étant qu'une informationoptionnelle. Cette information temporelle permet d'indiquer l'instant auquel le messageou l'impulsion de référence a été reçu par la borne d'horodatage 20-1, 20-2, 20-3, 20-4.Pour ce faire, chaque borne d'horodatage 20-1, 20-2, 20-3, 20-4 comprend sa proprehorloge, réalisée à partir d'un oscillateur, qui délivre une indication temporelle que lemodule d'horodatage 220 va insérer dans chaque message reçu de la balise 10.

Le module d'émission 230 est tout d'abord configuré pour émettre ou diffuser de manièrepériodique un signal comportant une impulsion de référence à destination des autresbornes 20-1, 20-2, 20-3, 20-4 du système 1. Ainsi, dans l'exemple de la figure 1, le moduled'émission 230 de la borne 20-1 est configuré pour émettre de manière périodique uneimpulsion de référence à destination des trois autres bornes d'horodatage 20-2, 20-3, 20-4 et ainsi de suite. Le signal comportant l'impulsion de référence émis par chaque borne20-2, 20-3, 20-4 peut être du même type que le signal diffusé par la balise 10 de sorte quela borne 20-2, 20-3, 20-4 se comporte alors comme une balise 10 vis-à-vis des autres bornes20-2, 20-3, 20-4 lorsqu'elle émet des impulsions de référence. La période d'émission peutavantageusement être adaptée pour permettre une correction des instants d'horodatagepar le serveur de géolocalisation 30 de manière régulière pour conserver la précision dusystème 1 sans utiliser trop de ressources des bornes d'horodatage 20-1, 20-2, 20-3, 20-4.A titre d'exemple, la période d'émission peut être fixée à 1000 secondes. De préférence,les bornes 20-1, 20-2, 20-3, 20-4 du système 1 émettent sur un intervalle de temps dit « decalibrage » une impulsion de référence à destination des autres bornes 20-1, 20-2, 20-3,20-4. L'impulsion de référence comprend l'identifiant de la borne 20-1, 20-2, 20-3, 20-4émettrice. On notera que les bornes 20-1, 20-2, 20-3, 20-4 peuvent être programmées pourémettre une impulsion de référence de manière périodique ou bien peuvent recevoirsimultanément une instruction du serveur de géolocalisation 30 leur demandant d'émettreune impulsion de référence à destination des autres bornes 20-1, 20-2, 20-3, 20-4.

Le module d'émission 230 est également configuré pour émettre vers le serveur degéolocalisation 30 un message de localisation ou une impulsion de référence qui ont étéhorodatés par le module d'horodatage 220 et auxquels il ajoute l'identifiant de la borned'horodatage 20-1, 20-2, 20-3, 20-4 émettrice afin que le serveur de géolocalisation 30puisse à la fois déterminer l'émetteur d'un message ou d'une impulsion de référence ainsique la borne 20-2, 20-3, 20-4 l'ayant horodaté. A cette fin, en référence à la figure 1, chaque borne d'horodatage 20-1, 20-2, 20-3, 20-4 estreliée au serveur de géolocalisation 30 sur un lien de communication respectivement Ll,L2, L3, L4 afin de lui communiquer les messages de localisation et les impulsions de référence horodatés. Ces liens de communications Ll, L2, L3, L4 peuvent être des liens decommunications filaires ou sans fil, par exemple de type 3G, 4G, Wifi, Ethernet etc. 3) Serveur de géolocalisation 30

Le serveur de géolocalisation 30 peut être situé dans l'espace 5 ou hors de l'espace 5 et estrelié aux bornes d'horodatage 20-1, 20-2, 20-3, 20-4, par exemple via le réseau Internet outout lien de communication adapté, comme mentionné ci-avant.

En référence à la figure 3, le serveur de géolocalisation 30 comprend un module deréception 310, un module de calcul 320, un module de compensation 330 et un module delocalisation 340.

Le module de réception 310 est configuré pour recevoir, de chaque borne d'horodatage20-1, 20-2, 20-3, 20-4, les messages de localisation horodatés par ladite borne 20-1, 20-2,20-3, 20-4 et les impulsions de référence (reçues préalablement des autres bornes 20-1,20-2, 20-3, 20-4) horodatées par ladite borne 20-1, 20-2, 20-3, 20-4 auxquels ont été ajoutél'identifiant de ladite borne 20-1, 20-2, 20-3, 20-4. Un message de localisation reçu par leserveur de géolocalisation 30 comprend donc l'identifiant de la balise 10 ainsi quel'identifiant et l'instant d'horodatage de la borne 20-1, 20-2, 20-3, 20-4 qui l'a horodaté etenvoyé au serveur 30. De même, une impulsion de référence reçue par le serveur degéolocalisation 30 comprend l'identifiant de la borne 20-1, 20-2, 20-3, 20-4 qui l'a émiseainsi que l'identifiant et l'instant d'horodatage de la borne 20-1, 20-2, 20-3, 20-4 qui l'ahorodatée et envoyée au serveur 30. On notera que, chaque borne 20-1, 20-2, 20-3, 20-4recevant et horodatant les impulsions de référence envoyées par les autres bornes 20-1,20-2, 20-3, 20-4, le serveur 30 reçoit donc de chaque borne 20-1, 20-2, 20-3, 20-4 et demanière périodique un ensemble d'impulsions de référence (reçues des autres bornes)horodatées.

Le module de calcul 320 est configuré pour calculer les différences d'horloge entre lesbornes 20-1, 20-2, 20-3, 20-4 deux à deux à partir des ensembles d'impulsions de référencehorodatées reçues de chaque borne 20-1, 20-2, 20-3, 20-4 comme cela sera détaillé ci-après.

Le module de compensation 330 est configuré pour compenser l'instant d'horodatage dechaque message de localisation, émis par la balise 10 et horodaté par chacune des bornesd'horodatage 20-1, 20-2, 20-3, 20-4, à partir des différences calculées par le module decalcul 320.

Le module de localisation 340 de la balise 10 est configuré pour déterminer la localisationde la balise 10 par triangulation à partir des instants d'horodatage compensés par lemodule de compensation 330.

Pour réaliser cette triangulation, le serveur de géolocalisation 30 connaît la position fixeprédéterminée, dans l'espace fermé 5, de chacune des quatre bornes d'horodatage 20-1,20-2, 20-3, 20-4.

La triangulation est réalisée à partir d'un groupe de messages horodatés correspondant àun même message émis par la balise 10 et de la position fixe prédéterminée dans l'espacefermé 5 de chacune des quatre bornes d'horodatage 20-1, 20-2, 20-3, 20-4.

Pour une borne d'horodatage 20-1, 20-2, 20-3, 20-4 donnée, le délai de propagation d'unsignal radio est linéairement dépendant de la distance parcourue selon l'équationsuivante :

où τ est le délai de propagation du signal entre la balise 10 et la borne d'horodatage 20-1,20-2, 20-3, 20-4 (délai de transmission), δ est la distance entre la balise 10 et la borned'horodatage 20-1, 20-2, 20-3, 20-4 et c est la vitesse de la lumière.

Le délai de transmission τ permet donc de déterminer la distance séparant la balise 10 dela borne d'horodatage 20-1, 20-2, 20-3, 20-4. Afin d'éviter l'utilisation d'un temps absolude références pour déterminer ce délai, notamment au niveau de la balise 10, on utilise lesdifférences de temps d'arrivée, d'un message émis par la balise 10, à chacune des bornesd'horodatage 20-1, 20-2, 20-3, 20-4. En effet, une gestion d'un temps absolu de référencepar la balise 10 nécessiterait une alimentation constante de la balise 10 en énergieélectrique, qui ne pourrait donc pas fonctionner en basse consommation, une horloge

interne à la balise 10 et une méthode de resynchronisation, ce qui rendrait la balise 10complexe, volumineuse et coûteuse.

Les calculs de triangulation permettant de déterminer la position de la balise 10 dansl'espace 5 vont être décrits en référence aux figures 4 et 5. A des fins de clarté, la figure 4 illustre une balise référencée T de coordonnées spatiales (x,y, z) dans le repère tridimensionnel (X, Y, Z) et seulement trois bornes d'horodatageréférencées A, B, C, notamment afin de présenter les calculs de manière claire, ces calculspouvant être transposés à quatre bornes d'horodatage 20-1, 20-2, 20-3, 20-4.

En l'absence de référence temporelle absolue, le délai de transmission d'un message émispar la balise T à destination de chacune des bornes A, B, C ne peut être déterminé que demanière relative. En outre, la détermination de ce délai de transmission pour chacune desbornes A, B, C ne sera précis qu'à la condition que les retards dus au fait que les bornes A,B, C ne soient pas synchronisées et à la dérive de leurs horloges ne soient corrigés.

Pour ce faire, on définit : comme étant le délai de transmission entre la balise T et la borne A,comme étant le délai de transmission entre la balise T et la borne B,comme étant le délai de transmission entre la balise T et la borne C,comme étant le délai de transmission entre la borne A et la borne B,comme étant le délai de transmission entre la borne B et la borne C,comme étant le délai de transmission entre la borne A et la borne C, les coordonnées spatiales indiquant la position de la borne A,, les coordonnées spatiales indiquant la position de la borne B,, les coordonnées spatiales indiquant la position de la borne C,

la distance séparant la borne A dela borne B,

, la distance séparant la borne B dela borne C,

2, la distance séparant la borne A dela borne C.

Dans la méthode de localisation par triangulation, comme illustré à la figure 5, la balise Tde coordonnées spatiales (x, y, z) se trouve à l'intersection de trois cercles Ca, Cb, Ce centréschacun sur l'une des bornes A, B, C.

On a alors :

la distance séparant la balise T de laborne B,

la distance séparant la balise T de laborne C,

la distance séparant la balise T de laborne C.

Pour une localisation en deux dimensions selon les axes X et Y (pas de coordonnées selonl'axe Z), le système d'équations à résoudre est le suivant :

Afin d'intégrer les différences entre les distances parcourues par le signal de la balise T àchacune des bornes A, B, C dans ces équations, on définit une borne de référence, parexemple la borne A, et :

, qui représente la différence entre la distance entre la baliseT et la borne A et la distance entre la balise T et la borne B,

qui représente la différence entre la distance entre la baliseT et la borne A et la distance entre la balise T et la borne C.

Cette définition permet de réduire le système d'équations [1] au système d'équations [2]suivant de trois équations à trois inconnues ΔΤΑ, x and y :

[2]

Afin de résoudre un tel système [2], on le réduit tout d'abord au système [3] suivant :

[3]

Que l'on combine en l'unique équation suivante :

[4]

Ce système est un système de trois équations à trois inconnues que l'on peut résoudreanalytiquement de manière connue.

Pour une localisation en trois dimensions, le système d'équations à résoudre est le suivant :

[5]c'est-à-dire un système de quatre équations à quatre inconnues ΔΤΑ, x, y and z.

Ce système peut être résolu numériquement de manière connue, par exemple en utilisantune méthode dite des moindres carrées ou tout autre méthode adaptée.

Dans cet exemple préféré, le serveur de géolocalisation 30 comprend en outre un moduled'émission 350 configuré pour émettre ou mettre à disposition la position géographiquede la balise 10 déterminée par le module de localisation 340, par exemple afin qu'unopérateur puisse trouver rapidement l'objet 3 sur lequel la balise 10 est placée.

L'invention va maintenant être décrite pour un mode préféré de réalisation en référenceaux figures 4 à 6, ce mode n'étant aucunement limitatif de la portée de la présenteinvention. II. Mise en œuvre de l'invention

Toujours pour des raisons de clarté, la mise en œuvre de l'invention va être décrite enréférence aux figures 4 à 6 pour un système à trois bornes d'horodatage A, B et C mais peutêtre transposée à un système comportant plus ou moins de trois bornes.

Le procédé selon l'invention permet de compenser les différences entre les horlogesd'horodatage des bornes A, B, C dues notamment à la dérive de leurs horloges respectives.On définit tout d'abord : τΑΒ, le délai de transmission du signal entre la borne A et la borneB, tbc, le délai de transmission du signal entre la borne B et la borneC, tac, le délai de transmission du signal entre la borne A et la borneC, pA, l'erreur locale de l'oscillateur de la borne A,pB, l'erreur locale de l'oscillateur de la borne B, pc, l'erreur locale de l'oscillateur de la borne C, pAB, la différence d'horloge entre la borne A et la borne B,pBC, la différence d'horloge entre la borne B et la borne C,pAC, la différence d'horloge entre la borne A et la borne C.

Tout d'abord, dans une étape El, chaque borne A, B, C diffuse dans un signal radio, sous laforme d'une impulsion de référence, à destination des deux autres bornes (respectivementB, C ; A, C ; A, B), son identifiant de manière périodique, par exemple toutes les 1000secondes.

Chaque borne A, B, C reçoit, dans une étape E2, les impulsions de référence émises par lesautres bornes A, B, C. En d'autres termes, la borne A reçoit l'impulsion de référenceenvoyée par la borne B et l'impulsion de référence envoyée par la borne C, la borne B reçoitl'impulsion de référence envoyée par la borne A et l'impulsion de référence envoyée par la borne C et la borne C reçoit l'impulsion de référence envoyée par la borne A et l'impulsionde référence envoyée par la borne B. A chaque réception d'une impulsion de référence, le module d'horodatage 220 de chaqueborne A, B, C horodate, dans une étape E3, les deux impulsions de référence qu'elle reçoitdes deux autres bornes (respectivement B, C ; A, C ; A, B) et insère son identifiant puistransmet ces informations dans une étape E4 au serveur de géolocalisation 30 qui les reçoitdans une étape E5.

Le serveur de géolocalisation 30 calcule, dans une étape E6, les différences d'horloge entreles bornes A, B, C à partir des impulsions de référence horodatées reçues.

De manière détaillée, partant de la borne A, on considère que la borne A envoi uneimpulsion de référence à l'instant τΑ qui est reçue par la borne B à l'instant τΒ et par laborne C à l'instant tc. L'horodatage dépend à la fois de la distance entre la borne A et la borne B et de ladifférence d'horloge entre la borne A et la borne B :

De même, l'horodatage dépend à la fois de la distance entre la borne A et la borne C et dela différence d'horloge entre la borne A et la borne B :

En soustrayant ces deux équations [6] et [7], on obtient : soit :

[9]

De la même manière, on peut définir : et

Dès lors que les calculs de triangulation nécessitent de soustraire les différences entre lestemps de réception, l'ajout de ces équations [9], [10] et [11] éliminera les différencesd'horloge entre les bornes A, B, C.

Comme mentionné précédemment, les oscillateurs d'horloge des bornes A, B, C dériventavec le temps voire avec la température, entraînant ainsi une dérive des décalagestemporels entre les horloges.

Afin d'éliminer cette erreur, dans un mode de réalisation préféré, on retarde le calcul de ladistance entre la balise T et chacune des bornes A, B, C jusqu'à la réception des impulsionsde référence suivante par chacune des bornes A, B, C.

On note :

Pab,h la différence d'horloge entre la borne A et la borne B calculée par le serveurà un instant tl,

Pab,î2 la différence d'horloge entre la borne A et la borne B calculée par le serveurà un instant t2, postérieur à l'instant tl,t3 un instant compris entre l'instant tl et l'instant t2.

En utilisant la borne A comme référence, la différence d'horloge pABit3 entre la borne A etla borne B au temps t3 est donnée par l'équation suivante :

Cette différence d'horloge peut être calculée de manière similaire entre la borne A et laborne C et entre la borne B et la borne C par le serveur de géolocalisation 30. On noteraque l'équation [12] est une interpolation linéaire. Cependant, si les dérives des horlogesdes bornes A, B, C suivent une autre courbe, il est préférable d'utiliser une interpolationd'un ordre plus élevé, par exemple quadratique, ou bien encore en augmentant lafréquence d'émission des impulsions de référence, afin d'améliorer la correction de cesdifférences d'horloge.

Ainsi, lorsque le serveur de géolocalisation 30 reçoit, dans une étape E7, trois messages delocalisation horodatés suite à l'émission d'un message par la balise 10 (chacun des troismessages ayant été horodaté et envoyé par l'une des bornes A, B, C), il compense, dansune étape E8, les instants d'horodatage des messages reçus à partir des différences detemps calculées entre les horloges des bornes A, B et C puis localise la balise 10 dans uneétape E9 en utilisant les instants corrigés afin d'améliorer la précision de la localisation.

Chaque message de localisation horodaté reçu d'une borne est compensé avec ladifférence de temps, positive ou négative, calculée pour la borne associée.

Tous les messages de localisation horodatés reçus par le serveur 30, par exemple toutes les 10 secondes, sont compensés en utilisant les différences ainsi calculées jusqu'à ce que denouvelles impulsions de référence horodatées soient reçues par le serveur 30 qui calculeraalors de nouvelles différences (par exemple toutes les 1000 secondes) et les utiliserapour compenser les messages de localisation horodatés ultérieurs et ainsi de suite.

Le procédé selon l'invention permet donc avantageusement de corriger les dérivestemporelles des horloges des bornes A, B, C entre elles afin d'améliorer la précision de latriangulation et donc de la géolocalisation de la balise 10. 11 est à noter que la présente invention n'est pas limitée aux exemples décrits ci-dessus etest susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art. Notamment, lesformes et dimensions de l'objet 3, de l'espace 5, de la balise 10, des bornes d'horodatage20-1, 20-2, 20-3, 20-4, A, B, C tels que représentés sur les figures de façon à illustrer unexemple de réalisation de l'invention, ne sauraient être interprétés comme limitatifs.

Claims (9)

1. REVENDICATIONS

   1 - Procédé de géolocalisation d’une balise (10) par un serveur degéolocalisation (30) à partir d’une pluralité de bornes d’horodatage (20-1,20-2, 20-3, 20-4 ; A, B, C), chacune des bornes (20), dont la position estconnue dudit serveur (30), étant identifiée par un unique identifiant et étantapte à communiquer avec les autres bornes d’horodatage (20-1, 20-2, 20-3,20-4 ; A, B, C) de la pluralité de bornes d’horodatage (20-1, 20-2, 20-3, 20-4; A, B, C), ledit procédé comprenant : - une étape (E1) d’émission, sur un lien de communication radio ultralarge bande, d’une impulsion de référence par chacune des bornesd’horodatage (20-1, 20-2, 20-3, 20-4 ; A, B, C) à destination des autresbornes d’horodatage (20-1, 20-2, 20-3, 20-4 ; A, B, C), ladite impulsionde référence comprenant l’identifiant de la borne (20-1, 20-2, 20-3, 20-4; A, B, C) d’émission, - une étape (E2) de réception par chacune des bornes d’horodatage (20-1,20-2, 20-3, 20-4 ; A, B, C) des impulsions de référence émises par lesautres bornes d’horodatage (20-1, 20-2, 20-3, 20-4 ; A, B, C), - une étape (E3) d’horodatage, à réception, par chacune des bornesd’horodatage (20-1,20-2, 20-3, 20-4 ; A, B, C) des impulsions deréférence reçues des autres bornes (20-1, 20-2, 20-3, 20-4 ; A, B, C), - une étape (E4) d’envoi, par chacune des bornes d’horodatage (20-1, 20-2, 20-3, 20-4 ; A, B, C), au serveur de géolocalisation (30), desimpulsions de référence horodatées, - une étape (E5) de réception par le serveur de géolocalisation (30) desimpulsions de référence horodatées envoyées par chacune des bornesd’horodatage (20-1,20-2, 20-3,20-4 ; A, B, C), - une étape (E6) de calcul par le serveur de géolocalisation (30) desdifférences d’horloge entre les bornes (20-1, 20-2, 20-3, 20-4 ; A, B, C)à partir des impulsions de référence horodatées et de la position connuedes bornes (20-1,20-2, 20-3, 20-4 ; A, B, C), - une étape (E7) de réception par le serveur de géolocalisation (30) d’unepluralité de messages de localisation horodatés, chaque message de localisation horodaté reçu correspondant à un même message delocalisation diffusé préalablement par la balise (10) sur le lien decommunication radio ultra large bande, et qui a été horodaté et envoyépar l’une des bornes d’horodatage (20-1,20-2, 20-3, 20-4 ; A,B, C), - une étape (E8) de compensation, par le serveur de géolocalisation, àpartir des différences calculées, des instants d’horodatage desmessages de localisation horodatés reçus, et - une étape (E9) de localisation, par le serveur de géolocalisation, de labalise (10) à partir des instants d’horodatage compensés.
2. 2 - Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’étape d’horodatage (E3) comprend en outre l’insertion de l’identifiant de la borne (20-1, 20-2, 20-3,20-4 ; A, B, C) procédant à l’horodatage dans chaque impulsion deréférence horodatée.
3. 3 - Procédé selon l’une des revendications 1 et 2, dans lequel l’étape (E6) de calcul des différences d’horloge est réalisée entre les bornes d’horodatage(20-1,20-2, 20-3, 20-4 ; A, B, C) deux à deux.
4. 4 - Procédé selon la revendication 3, dans lequel la différence d’horloge entre deux bornes (A, B) est calculée selon l’équation suivante : où :

   - ^est l’instant de réception, par la borne A, d’une impulsion deréférence par la borne C, r«est l’instant de réception, par la borne B, de l’impulsion de référenceenvoyée par la borne C, - Tac est le délai de transmission du signal entre la borne A et la borne C,Tbc est le délai de transmission du signal entre la borne B et la borne C.
5. 5 - Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel la localisation est réalisée par triangulation.
6. 6 - Procédé selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel l’émission d’une impulsion de référence par chacune des bornes (20-1, 20-2, 20-3, 20-4 ; A,B, C) à destination des autres bornes (20-1, 20-2, 20-3, 20-4 ; A, B, C) estréalisée de manière périodique.
7. 7 - Procédé selon la revendication 6, dans lequel la période est de l’ordre de quelques centaines de secondes.
8. 8 - Borne (20-1, 20-2, 20-3, 20-4 ; A, B, C) d’horodatage comprenant : - un module (210) de réception configuré pour recevoir, sur un lien decommunication radio ultra large bande, des impulsions de référenceémises par d’autres bornes (20-1, 20-2, 20-3, 20-4 ; A, B, C)d’horodatage, et des messages de localisation diffusés par une balise(10). - un module d’horodatage (220) configuré pour horodater desd’impulsions de référence et des messages de localisation reçus par lemodule de réception (210), et - un module (230) d’émission configuré pour émettre d’une part demanière périodique sur le lien de communication radio ultra large bandeune impulsion de référence à destination d’autres bornes (20-1, 20-2,20-3, 20-4 ; A, B, C) d’horodatage, et pour émettre d’autre part vers unserveur de géolocalisation (30) une pluralité d’impulsions de référence etune pluralité de messages de localisation horodatés par le moduled’horodatage (220).
9. 9-Système (1) de géolocalisation comprenant une pluralité de bornesd’horodatage (20-1, 20-2, 20-3, 20-4 ; A, B, C) selon la revendication 8, etau moins un serveur (30) de géolocalisation d’une balise (10) à partir de lapluralité de bornes d’horodatage, la position de chacune des bornes (20-1,20-2, 20-3, 20-4 ; A, B, C) étant connue dudit serveur (30), ladite balise (10) étant configurée pour diffuser un signal comportant un message delocalisation comprenant un identifiant de la balise (10), le serveur (30)comprenant : - un module (310) de réception configuré, d’une part, pour recevoir unepluralité de messages de localisation horodatés, chaque message delocalisation horodaté reçu correspondant à un même message delocalisation diffusé préalablement par la balise (10) qui a été horodaté etenvoyé par l’une des bornes d’horodatage (20-1, 20-2, 20-3, 20-4 ; A, B,C), et, d’autre part, pour recevoir une pluralité d’ensembles d’impulsionsde référence, chaque ensemble ayant été envoyé par l’une des bornesd’horodatage (20-1, 20-2, 20-3, 20-4 ; A, B, C) et comprenant unepluralité d’impulsions de référence horodatées par ladite borne (20-1,20-2, 20-3, 20-4 ; A, B, C) d’émission, - un module (320) de calcul des différences d’horloge entre les bornesd’horodatage (20-1, 20-2, 20-3, 20-4 ; A, B, C) à partir de la pluralitéd’ensembles reçus et de la position connue des bornes (20-1, 20-2, 20-3, 20-4 ; A, B, C), - un module (330) de compensation de l’instant d’horodatage de chaquemessage de localisation horodaté reçu à partir des différencescalculées, - un module (340) de localisation de la balise (10) par triangulation à partirdes instants d’horodatage compensés.