EP2630512A1 - Système d'orientation et de positionnement d'un récepteur électromagnétique - Google Patents

Système d'orientation et de positionnement d'un récepteur électromagnétique

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EP2630512A1
EP2630512A1 EP11779809.0A EP11779809A EP2630512A1 EP 2630512 A1 EP2630512 A1 EP 2630512A1 EP 11779809 A EP11779809 A EP 11779809A EP 2630512 A1 EP2630512 A1 EP 2630512A1
Authority
EP
European Patent Office
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transmitting
receiver
electromagnetic
orientation
beacon
Prior art date
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Ceased
Application number
EP11779809.0A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Robert Laine
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Airbus Defence and Space SAS
Original Assignee
Astrium SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Astrium SAS filed Critical Astrium SAS
Publication of EP2630512A1 publication Critical patent/EP2630512A1/fr
Ceased legal-status Critical Current

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    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S1/00—Beacons or beacon systems transmitting signals having a characteristic or characteristics capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters; Receivers co-operating therewith
    • G01S1/02—Beacons or beacon systems transmitting signals having a characteristic or characteristics capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters; Receivers co-operating therewith using radio waves
    • G—PHYSICS
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    • G01S1/08—Systems for determining direction or position line
    • G01S1/10—Systems for determining direction or position line using amplitude comparison of signals transmitted sequentially from antennas or antenna systems having differently-oriented overlapping directivity characteristics, e.g. equi-signal A-N type
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    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/02—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
    • G01S3/14—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
    • G01S3/28—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using amplitude comparison of signals derived simultaneously from receiving antennas or antenna systems having differently-oriented directivity characteristics
    • G01S3/30—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using amplitude comparison of signals derived simultaneously from receiving antennas or antenna systems having differently-oriented directivity characteristics derived directly from separate directional systems
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    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/0247—Determining attitude

Definitions

  • the present invention relates to a system for determining the orientation and positioning of an electromagnetic receiver.
  • satellite navigation systems generally allow a terrestrial user to determine his position and possibly his altitude.
  • Such information can be particularly useful for a user equipped with a device incorporating a receiver as far as this orientation information allows him to find his way easily, the orientation system being able to serve for example as a compass or still guide to easily reach the place where is arranged the transmitter beacon.
  • the object of the present invention is therefore a system for orienting an electromagnetic receiver with respect to a transmitting beacon, which can deliver correct information on the orientation of this receiver, without resorting to navigation systems by any means. satellites.
  • the system defined above, for the orientation of an electromagnetic receiver, in a place in which the signals of the satellite navigation systems can not be received, with respect to a transmitting beacon arranged around said place, outside of it, is remarkable in that the transmitting beacon comprises: at least two transmitting current loops orthogonal to one another and capable of emitting electromagnetic waves, and
  • an alternative to satellite navigation systems is provided while ensuring that the receiver has sufficient information to determine its orientation relative to the transmitting beacon without any ambiguity.
  • a transmitting current loop capable of generating electromagnetic radiation in the form of closed curve-shaped field lines, makes it possible to provide the orientation of the electromagnetic receiver with respect to these field lines that insofar as there is an unequivocal relationship between the orientation of the receiver (determined by the angle between the receiver and the transmitting beacon) and the directions of these lines at the level of the electromagnetic receiver.
  • the field lines of a transmitting current loop are generally closed curves, so that the direction of the field that the electromagnetic receiver receives depends not only on the position of said receiver but also on the orientation of the current loop. .
  • the location of the points having parallel tangents is also a curve and not a straight line.
  • the orientation of the electromagnetic receiver relative to the transmitting beacon depends on two unknowns, namely the direction of the current transmission loop considered and the orientation of the receiver, which constitutes two degrees of freedom.
  • the electromagnetic receiver offers only one measurement result, that is to say, a single degree of freedom, which does not allow to access precisely the orientation.
  • the Applicant has found that with at least two transmitting current loops orthogonal to each other, there is a monotonous relationship between, on the one hand, the direction of the electromagnetic receiver relative to the transmitting beacon and, on the other hand, the difference of the angles formed by the magnetic field lines generated by these current loops and measured separately from each other by the electromagnetic receiver.
  • the electromagnetic receiver has, for the same geometrical configuration, a plurality of measurements whose combination is independent of the orientation of the user, so that a sufficient number of parameters are obtained to determine the orientation of the electromagnetic receiver without ambiguity.
  • the invention lies not only in the multiplicity and the specific arrangement of the current loops within the same transmitting beacon, where it was known to use only one, but also in their food. Indeed, if two current loops are fed simultaneously, the information received by the electromagnetic receiver is confused and the resulting magnetic field thus provides no additional parameter.
  • the invention proposes a successive power supply of each current loop within the same transmitting beacon, which makes it possible precisely to prevent the information received by the receiver from becoming confused and therefore unusable.
  • the sequential power supply means are arranged so that, during each sequential power supply phase, each emitter current loop is successively supplied with a view to emitting an electromagnetic wave, the other emitter current loops being arranged in an open circuit .
  • the current flowing in a first emitter current loop induces, in a second current loop, the creation of a non-zero phase shifted current capable of generating a parasitic magnetic field capable of combining with the magnetic field of the first loop, which would then result in a magnetic field that depends on the parasitic current generated and that would not accurately determine the orientation of the electromagnetic receiver.
  • Each transmitting current loop may have a low parasitic capacitance, which has the advantage of making the impedance of each transmitting loop high at the frequency of use of the transmitting beacon.
  • the sequential power supply means are provided with at least one switching circuit arranged for sequentially switching each of the emitter current loops. Thanks to such an electronic circuit, it is possible to carry out a command of the type: transmission of an electromagnetic wave, then switching on the next transmitting loop, then transmission of a new electromagnetic wave, etc.
  • the transmission frequency can be constant, which limits the electromagnetic spectrum used to a sufficiently narrow band to reduce the sensitivity to electromagnetic noise.
  • the above switching circuit advantageously has, in its non-active state, a high output impedance.
  • the sequential feeding means are arranged so that, during each sequential feeding phase, the successive powering of the emitter current loops occurs at a predetermined rate, depending on the possible displacement of the electromagnetic receiver.
  • the sequential power supply rate can be adapted to the movements of the electromagnetic receiver, so that the latter can be considered as fixed between several successive measurements and that the angles of the field lines that the electromagnetic receiver measures are correctly correlated to the direction of said receiver relative to the transmitting beacon.
  • the emission wavelength of each emitter current loop is at least decametric.
  • the electromagnetic receiver In order for the electromagnetic receiver to determine its orientation with respect to the transmitting beacon, the electromagnetic receiver is associated with means for processing the electromagnetic waves emitted by the emitter current loops and received by the said electromagnetic receiver, these processing means being capable of:
  • the emission is in a plane, which allows to know the orientation of the electromagnetic receiver in the same plane.
  • the difference of the angles of the sequential magnetic field measured by the electromagnetic receiver can to be directly correlated with the direction cosines of the directions in the receiver space relative to the respective axes of the emitter current loops, which makes it possible to determine the orientation of an electromagnetic, goniometric and three-dimensional receiver in space.
  • the third transmitting current loop offers a third piece of information, redundant with respect to the information provided by the first two emitter current loops, which makes it possible when determining the orientation of the self-checking electromagnetic receiver.
  • this system has the following particularities:
  • At least one additional transmitting beacon comprising:
  • ⁇ at least two transmitting current loops orthogonal relative to each other and capable of emitting electromagnetic waves
  • the set of transmitting beacons being distributed around the place, and outside it,
  • each transmitting beacon comprising information on the terrestrial position of said transmitting beacon
  • the treatment means are capable of:
  • the orientation system described above comprises at least two additional transmitting beacons, ie a total of three transmitting beacons.
  • the invention also relates to a transmitting beacon intended to equip an orientation system according to one of the embodiments above.
  • FIG. 1 is a schematic plan view showing an orientation system according to the present invention.
  • FIG. 2 shows the block diagram of a transmitting beacon according to a particular embodiment of the invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing the respective orientations of the three emitter current loops of the transmitting beacon of FIG. 2.
  • Fig. 4 is a diagram showing the spatial distribution of magnetic field lines generated by a single current loop.
  • Fig. 5 is a diagram showing the spatial distribution of magnetic field lines generated by two current loops orthogonal to each other.
  • FIG. 6 shows the block diagram of a device equipped with an electromagnetic receiver according to a particular embodiment of the invention.
  • Fig. 7 is a schematic plan view showing a positioning system according to the present invention.
  • FIG 1 there is shown a place 1 in which there is a user 2 equipped with equipment 3 including a receiver 20 (shown in Figure 6) of electromagnetic waves.
  • a transmitting beacon 4 capable of emitting electromagnetic waves 5 in said location 1, waves that the electromagnetic receiver integrated in the equipment 3 is capable of capturing.
  • the transmitting beacon 4 comprises three transmitting antennas 6. 1, 6.2 and 6.3, of the emitter current loop type, able to emit electromagnetic waves respectively 5. 1, 5.2 and 5.3 .
  • the transmitting beacon 4 also comprises sequential power supply means 7 of the three emitter current loops 6. 1, 6.2 and 6.3.
  • the emission wavelength of these three emitter current loops may depend on the intended application. By way of example, for the determination of the orientation of an electromagnetic receiver in a place in which the signals of the satellite navigation systems can not be received, the emission wavelength can be high, for example at least decametric so as to emit radio signals.
  • the axes of the three emitter current loops 6. 1, 6.2 and 6.3 (that is to say the axes orthogonal to the respective surfaces of the current loops), referenced respectively X-X ', YY 'and 7.-2.' , are two to two orthogonal. More precisely, the axis of the loop 6.1, which is shown in profile in FIG. 3 and arranged in the plane formed by the axes Y-Y 'and 7.-2. , is the axis X-X '. Likewise, the axis of the loop 6.2, which is shown in profile in FIG.
  • the axis of the loop 6.3 which is represented frontally in FIG. 3 and arranged in the plane formed by the axes X-X 'and Y-Y', is the axis Z-Z '.
  • these three current loops can emit electromagnetic waves substantially towards the receiver integrated in the equipment 3, it may be appropriate that the axis of the transmitting beacon 4 which points to the equipment 3 is not confused with none of the three axes X-X ', YY' and Z-Z ', in which case one of the current loops will be orthogonal to the axis passing through the transmitting beacon 4 and the electromagnetic receiver and this loop current may not be disposed in the angular range (described below) of operation of the orientation system according to the invention.
  • the magnetic field lines (in the X-X ', Y-Y' plane) generated by the emitter current loop 6.2, of axis Y-Y ', are represented in FIG. 4.
  • the center of the current loop 6.2 is located at the intersection A of axes X-X ', YY' and 7.-7. ' .
  • three field lines 8. 1, 8.2, 8.3 are shown to the right of the Y-Y 'axis, these three field lines being symmetrical, with respect to the Y-Y' axis, respectively three lines of field 9. 1, 9.2, 9.3 (dotted) to the left of the axis YY '.
  • Each of these field lines 8. 1, 8.2, 8.3 substantially forms a closed curve, whose axis XX 'constitutes an axis of symmetry, and which passes through the center A of the current loop 6.2.
  • the direction of the magnetic field that receives an electromagnetic receiver located for example at point B, C or D depends not only on the position of this receiver (ie the point considered ) but also the orientation of the current loop (located at point A) with respect to said receiver, which corresponds to two unknowns (position of the receiver, orientation of the loop) for a measurement result (orientation of the line of field measured at the receiver).
  • the emitter current loop 6.2 does not provide a unambiguous relationship between the position of the electromagnetic receiver (determined by the angle between the receiver and the loop 6.2) and the directions of the field lines at said receiver. It is therefore difficult to deduce, without hypothesis or preliminary approximation, the orientation of the electromagnetic receiver only from the field lines of the current loop 6.2. Moreover, on these different field lines 8.1, 8.2, 8.3, the locations 10B and 10C of the points, respectively B and C, having parallel tangents (ie collinear vectors in FIG. 4) is a curve and not a straight line. , which makes it more difficult to accurately determine the orientation of the receiver relative to the transmitter beacon.
  • the transmitting beacon 4 comprises in particular an additional transmitting current loop 6.1 (FIG. 3), close to the loop 6.2, but whose axis Y-Y 'is orthogonal to that X-X' of said loop 6.2.
  • These two loops 6.1 and 6.2 are fed sequentially by the means 7 described below.
  • the emitter current loops 6.1 and 6.2 each generate magnetic field lines in accordance with those shown in FIG. 5 and described above.
  • the superimposition of the field lines 11.1, 11.2 and 12.1, 12.2 of these two current loops is shown in FIG. 5.
  • the loop 6.2, of axis Y-Y ' generates field lines 11.1 and 11.2 in the form of closed curves to the right of the YY 'axis (as well as, in dotted lines, lines symmetrical to lines 11.1 and 11.2 with respect to the Y-Y' axis).
  • the loop 6.1, of axis X-X ' generates field lines 12.1 and 12.2 in the form of closed curves above the axis XX' (as well as, in dotted lines, lines symmetrical to the lines 12.1 and 12.2 with respect to the X-X 'axis).
  • the field lines 11.2 and 12.2 respectively provide tangents E.11 and E.12 which are measured alternately by the electromagnetic receiver located at the point E.
  • E.11 there are a plurality of orientations of the transmitting beacon 4 relative to the receiver.
  • E.12 it is possible to determining, among this plurality of possibilities, that corresponding to the effective orientation of the transmitting beacon 4 with respect to the electromagnetic receiver located at point E. It is the same for the point F from the tangents F. 1 1 (of line 1 1 1) and F. 1 2 (from line 1 2.2), as well as for points D and G.
  • the sequential power supply means 7 have the function of controlling the successive operation of each emitter current loop among the three current loops 6 1, 6.2 and 6.3 (or of two of them if the system observation of the invention uses only two). More specifically, these power supply means make it possible, during each measurement phase of an orientation, to successively feed each emitter current loop so as to emit an electromagnetic wave 5. 1, 5.2 or 5.3, the other loops of emitting current then being arranged in open circuit. Thus, during a measurement, the loop 6. 1 is energized to emit an electromagnetic wave 5. 1 and the other two loops 6.2 and 6.3 are in open circuit, then it is the turn of the loop 6.2 to be energized and the other two loops 6. 1 and 6.3 in open circuit, and finally the loop 6.3 is energized and the other two 6. 1 and 6.2 are open circuit.
  • a similar power supply can be provided for an orientation system with only two emitter current loops or more than three loops.
  • these supply means 7 may comprise a switching circuit, for example in the form of a power amplifier circuit incorporating a switching function, connected to the three loops. of emitting current 6. 1, 6.2 and 6.3 (or two of them if the observation system according to the invention uses only two), so as to switch sequentially each of said loops, this circuit of switching having a high output impedance in its non-active state.
  • each transmitting current loop has a low parasitic capacitance, in order to limit the effects of generating a parasitic magnetic field and to ensure that each transmitting current loop has a high impedance at its frequency of use.
  • the electromagnetic waves emitted by the emitter current loops can be measured one by one, successively, so that measurements are obtained which are distinct from the magnetic field received by the electromagnetic receiver with respect to each emitter current loop. , to deduce the orientation of this receiver.
  • the current flowing in a current loop can not induce a parasitic magnetic field at the other current loops, parasitic field which would then be likely to be superimposed on the field actually generated at the loop fed to parasitize the orientation system.
  • the orientation system comprises an equipment 3, represented in FIG. 6, which integrates an electromagnetic wave receiver 20, as well as processing means 30 and means 40 for indicating the orientation of the equipment.
  • This equipment 3 may for example take the form of a portable housing which is provided with a user 2 positioned in a place 1 ( Figure 1).
  • the electromagnetic receiver 20 comprises at least one receiving current loop 21. 1.
  • the Electromagnetic receiver 20 has three receiving current loops 21. 1, 21.2 and 21.3, arranged so that their respective axes X-X ', Y-Y', 7.-2. form a three-dimensional system of two-to-two orthogonal axes serving as a geometric reference for the user 2, in order to cover the entire space, similarly to the respective orientations of the emitter current loops represented in FIG.
  • Antennae receiving electromagnetic waves can for example be incorporated into a helmet of the user.
  • the processing means 30 may comprise, for each receiving loop (or in a centralized manner), a band-pass filter 31, an amplifier 32 and a sampler 33, respectively carrying out the filtering, the amplification and the sampling of the signals coming from the electromagnetic waves received by the receiver 20.
  • the processing means 30 further comprise an analog-digital converter 34 receiving the signals from the sampler 33 and addressing them to the calculation means 35. These control the sampler 33 and, the if necessary, adjust the gain of the amplifier 32.
  • these calculation means 35 are able to correlate the difference between, on the one hand, the angles formed (at the level of the electromagnetic receiver) by at least two of the electromagnetic waves 5. 1, 5.2, and 5.3 emitted respectively. by the current loops 6. 1, 6.2, 6.3 and received by the receiver 20, and, secondly, the direction of the receiver 20 relative to the transmitter beacon 4. From the result of this correlation, the means of calculation 35 are then able to determine the orientation of the receiver 20 relative to the transmitter beacon 4.
  • the actually calculated orientation is transmitted to the indication means 40, which include a display 41 allowing to inform the user 2 of his orientation with respect to the transmitting beacon 4.
  • the orientation system according to the invention can be used for example to provide an indication of orientation in space, with respect to a reference at which the transmitting beacon 4 is arranged.
  • This reference can be by example a predetermined place from which the user wants to locate.
  • the orientation system according to the invention can easily be implemented for determining the positioning of an electromagnetic receiver in a place.
  • a positioning system shown in FIG. 7, comprises at least two transmitting beacons of the type of transmitting beacon 4 used to form the orientation system according to the invention described above, and preferably three transmitting beacons 4, 4A and 4B.
  • Each of the individual transmitter beacon 4, 4A, 4B comprises at least two transmitting current loops such as those described above, and whose emitted electromagnetic waves also include information on the terrestrial position of the corresponding transmitting beacon (by means of example of a corresponding modulation of the electromagnetic wave).
  • These transmitting beacons 4, 4A and 4B are each powered by specific sequential power supply means, these means being analogous to the sequential power supply means 7 described above.
  • These transmitting beacons 4, 4A and 4B are distributed around the location 1, outside thereof, so as to cover the whole of the zone 1, taking into account in particular the angular operating range [-45 °; 45 °] transmitting current loops of each transmitting beacon.
  • the current loops emitters emit electromagnetic waves that have a long wavelength, for example at least decametric.
  • the carriers of the waves emitted by each of these transmitting beacons may have different frequencies making it possible to identify them. It is also possible that the transmitting beacons 4, 4A and 4B use the same carrier frequency and that they incorporate in the electromagnetic waves 5 that they emit an identification code of the corresponding transmitting beacon.
  • the electromagnetic receiver integrated in the equipment 3 of FIG. 7 is similar to that represented in FIG. 6.
  • the processing means 30 have distinctions, notably in that they produce:
  • the positioning system can be used to determine the position of an electromagnetic receiver 20 (or a user 2) in a location 1 that may not receive signals from satellite navigation systems.
  • orientation and positioning systems can be combined to form a system able to determine both the orientation of an electromagnetic receiver, with respect to a reference frame where at least one is arranged. transmitting beacons, and the positioning of this receiver from the measurements of the orientation of the receiver with respect to each transmitting beacon.
  • the invention has been described above for a single user 2, but it goes without saying that it can be applied to a plurality of users in the place 1 and each provided with adequate electromagnetic receivers.
  • the invention can of course be applied to a number of transmitting beacons greater than three, as well as to a number of emitter current loops greater than three for each transmitting beacon, as well as to a number of current loops. different transmitters for each transmitting beacon.

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Abstract

-Système d'orientation et de positionnement d'un récepteur électromagnétique -Selon l'invention, une balise émettrice(4)comporte au moins deux boucles de courant émettrices (6.1, 6.2, 6.3) orthogonales l'une par rapport à l'autre et aptes à émettre des ondes électromagnétiques(5.1,.2, 5.3), ainsi que des moyens d'alimentation séquentielle (7) desdites boucles de courant émettrices(6.1, 6.2, 6.3). 2

Description

Système d'orientation et de positionnement d'un récepteur
électromagnétique
La présente invention concerne un système pour la détermination de l'orientation et du positionnement d'un récepteur électromagnétique.
On sait que les systèmes de navigation par satellites permettent généralement à un utilisateur terrestre de déterminer sa position et éventuellement son altitude.
Toutefois, il existe des zones terrestres auxquelles les systèmes de navigation par satellites n'ont pas accès, soit parce que le lieu considéré (souterrain, tunnel, bâtiment, forêt dense, etc.) est trop opaque pour que les signaux qu'ils émettent y soient correctement reçus par un récepteur, soit parce que ces systèmes n'y sont pas encore implantés.
Or, une telle information peut s'avérer particulièrement utile à un utilisateur muni d'un équipement intégrant un récepteur dans la mesure où cette information d'orientation lui permet de se repérer facilement, le système d'orientation pouvant servir par exemple de boussole ou encore de guide pour atteindre facilement le lieu où est disposée la balise émettrice.
L'objet de la présente invention est donc un système d'orientation d'un récepteur électromagnétique par rapport à une balise émettrice, qui puisse délivrer une information correcte sur l'orientation de ce récepteur, sans recourir pour autant à des systèmes de navigation par satellites.
A cette fin, selon l'invention, le système défini ci-dessus, pour l'orientation d'un récepteur électromagnétique, dans un lieu dans lequel les signaux des systèmes de navigation par satellites ne peuvent être reçus, par rapport à une balise émettrice disposée autour dudit lieu, à l'extérieur de celui-ci, est remarquable par le fait que la balise émettrice comporte : - au moins deux boucles de courant émettrices orthogonales l'une par rapport à l'autre et aptes à émettre des ondes électromagnétiques, et
- des moyens d'alimentation séquentielle desdites boucles de courant émettrices.
Ainsi, grâce à l'invention, on fournit une alternative aux systèmes de navigation par satellites tout en s'assurant que le récepteur dispose de suffisamment d'informations pour déterminer son orientation par rapport à la balise émettrice sans la moindre ambiguïté.
En effet, on comprendra qu'une boucle de courant émettrice, apte à générer un rayonnement électromagnétique sous la forme de lignes de champ en forme de courbes fermées, ne permet de fournir l'orientation du récepteur électromagnétique par rapport à ces lignes de champ que dans la mesure où il existe une relation univoque entre l'orientation du récepteur (déterminée par l'angle entre le récepteur et la balise émettrice) et les directions de ces lignes au niveau du récepteur électromagnétique. Or, les lignes de champ d'une boucle de courant émettrice sont généralement des courbes fermées, si bien que la direction du champ que reçoit le récepteur électromagnétique dépend non seulement de la position dudit récepteur mais également de l'orientation de la boucle de courant. De surcroît, sur ces différentes lignes de champ, le lieu des points ayant des tangentes parallèles est également une courbe et non une ligne droite. Il s'ensuit que, pour une direction du champ magnétique généré par une boucle de courant unique, l'orientation du récepteur électromagnétique par rapport à la balise émettrice dépend de deux inconnues, à savoir la direction de la boucle de courant émettrice considérée et l'orientation du récepteur, ce qui constitue deux degrés de liberté. Le récepteur électromagnétique, quant à lui, n'offre qu'un seul résultat de mesure, c'est-à-dire un seul degré de liberté, ce qui ne permet donc pas d'accéder précisément à l'orientation.
Or, la Demanderesse a trouvé qu'avec au moins deux boucles de courant émettrices orthogonales l'une par rapport à l'autre, il existe une relation monotone entre, d'une part, la direction du récepteur électromagnétique par rapport à la balise émettrice, et, d'autre part, la différence des angles formés par les lignes de champ magnétique générées par ces boucles de courant et mesurées séparément l'une de l'autre par le récepteur électromagnétique.
Dès lors, à partir d'au moins deux boucles de courant orthogonales commandées alternativement, mais de façon suffisamment proche dans le temps pour que le récepteur électromagnétique soit considéré comme fixe dans cet intervalle, le récepteur électromagnétique dispose, pour une même configuration géométrique, d'une pluralité de mesures dont la combinaison est indépendante de l'orientation de l'utilisateur, de sorte qu'on obtient un nombre suffisant de paramètres pour déterminer l'orientation du récepteur électromagnétique sans ambiguïté.
On comprendra également que l'invention réside non seulement dans la multiplicité et l'agencement spécifique des boucles de courant au sein d'une même balise émettrice, là où il était connu de n'en utiliser qu'une seule, mais également dans leur alimentation. En effet, si deux boucles de courant sont alimentées simultanément, les informations reçues par le récepteur électromagnétique se confondent et le champ magnétique résultant ne fournit donc aucun paramètre supplémentaire. Au contraire, l'invention propose une alimentation successive de chaque boucle de courant au sein d'une même balise émettrice, ce qui permet justement d'éviter que les informations reçues par le récepteur se confondent et soient donc inexploitables. Avantageusement, les moyens d'alimentation séquentielle sont agencés pour que, lors de chaque phase d'alimentation séquentielle, chaque boucle de courant émettrice est successivement alimentée en vue d'émettre une onde électromagnétique, les autres boucles de courant émettrices étant disposées en circuit ouvert. Ainsi, on évite que le courant circulant dans une première boucle de courant émettrice induise, dans une seconde boucle de courant, la création d'un courant parasite déphasé non nul susceptible de générer un champ magnétique parasite apte à se combiner avec le champ magnétique de la première boucle, ce qui résulterait alors en un champ magnétique qui dépendrait du courant parasite généré et qui ne permettrait pas de déterminer précisément l'orientation du récepteur électromagnétique.
Chaque boucle de courant émettrice peut présenter une faible capacité parasite, ce qui a l'avantage de rendre l'impédance de chaque boucle émettrice élevée à la fréquence d'utilisation de la balise émettrice.
De préférence, les moyens d'alimentation séquentielle sont munis d'au moins un circuit de commutation agencé pour commuter séquentiellement chacune des boucles de courant émettrices. Grâce à un tel circuit électronique, il est possible de réaliser une commande du type : transmission d'une onde électromagnétique, puis commutation sur la boucle émettrice suivante, puis transmission d'une nouvelle onde électromagnétique, etc. Ainsi, la fréquence de transmission peut être constante, ce qui permet de limiter le spectre électromagnétique utilisé à une bande suffisamment étroite en vue de réduire la sensibilité au bruit électromagnétique.
Le circuit de commutation ci-dessus présente avantageusement, dans son état non actif, une impédance de sortie élevée.
De préférence, les moyens d'alimentation séquentielle sont agencés pour que, lors de chaque phase d'alimentation séquentielle, l'alimentation successive des boucles de courant émettrices se produise à une cadence prédéterminée fonction du déplacement éventuel du récepteur électromagnétique. Ainsi, la cadence d'alimentation séquentielle peut être adaptée aux déplacements du récepteur électromagnétique, de manière que ce dernier puisse être considéré comme fixe entre plusieurs mesures successives et qu'ainsi les angles des lignes de champ que mesure le récepteur électromagnétique soient correctement corrélés à la direction dudit récepteur par rapport à la balise émettrice.
Afin que la balise émettrice transmette les ondes électromagnétiques à l'intérieur d'un lieu opaque aux signaux des systèmes de navigation par satellites, la longueur d'onde d'émission de chaque boucle de courant émettrice est au moins décamétrique.
Afin que le récepteur électromagnétique détermine son orientation par rapport à la balise émettrice, le récepteur électromagnétique est associé à des moyens de traitement des ondes électromagnétiques émises par les boucles de courant émettrices et reçues par ledit récepteur électromagnétique, ces moyens de traitement étant aptes :
— à corréler la différence entre les angles formés par lesdites ondes électromagnétiques, au niveau du récepteur, avec la direction dudit récepteur électromagnétique par rapport à la balise émettrice, et
- à déterminer l'orientation du récepteur électromagnétique par rapport à la balise émettrice à partir de ladite corrélation.
Lorsque le nombre de boucles de courant émettrices de la balise émettrice est égal à deux, l'émission se fait dans un plan, ce qui permet de connaître l'orientation du récepteur électromagnétique dans ce même plan.
Toutefois, lorsque le nombre de boucles de courant émettrices de la balise émettrice est égal à trois, la différence des angles du champ magnétique séquentiel mesurés par le récepteur électromagnétique peut être directement corrélée avec les cosinus directeurs des orientations dans l'espace du récepteur par rapport aux axes respectifs des boucles de courant émettrices, ce qui rend possible de déterminer l'orientation d'un récepteur électromagnétique, goniométrique et tridimensionnel, dans l'espace. De surcroît, si l'on ne cherche l'orientation du récepteur que dans un plan bidimensionnel, la troisième boucle de courant émettrice offre une troisième information, redondante par rapport aux informations fournies par les deux premières boucles de courant émettrices, ce qui rend dès lors la détermination de l'orientation du récepteur électromagnétique auto-vérifiable.
Lorsque le système d'orientation selon l'invention est destiné de plus au positionnement du récepteur électromagnétique dans un lieu, ce système présente les particularités suivantes :
- il comporte au moins une balise émettrice supplémentaire, comportant :
■ au moins deux boucles de courant émettrices orthogonales l'une par rapport à l'autre et aptes à émettre des ondes électromagnétiques, et
■ des moyens d'alimentation séquentielle desdites boucles de courant émettrices,
l'ensemble des balises émettrices étant réparti autour du lieu, et à l'extérieur de celui-ci,
les ondes électromagnétiques émises par chaque balise émettrice comportant des informations sur la position terrestre de ladite balise émettrice, et
- les moyens de traitement sont aptes :
■ à corréler, pour chaque balise émettrice, la différence entre les angles formés par les ondes électromagnétiques, au niveau du récepteur électromagnétique, avec la direction dudit récepteur par rapport à la balise émettrice correspondante,
■ à déterminer l'orientation du récepteur électromagnétique par rapport à chaque balise émettrice à partir de ladite corrélation, et
■ à déterminer la position du récepteur électromagnétique dans le lieu à partir desdits orientations et de la position terrestre de chaque balise émettrice.
En effet, à partir de la mesure des angles apparents des deux champs magnétiques correspondant aux deux boucles de courant émettrices d'une balise émettrice individuelle, il est permis d'obtenir l'orientation du récepteur électromagnétique par rapport à cette balise émettrice individuel. Ainsi, avec deux balises émettrices disposées autour du lieu, la position de ce récepteur électromagnétique est obtenue au niveau de l'intersection des deux droites qui correspondent aux deux orientations respectivement des deux balises émettrices individuelles.
De préférence, afin d'améliorer la précision du positionnement de l'utilisateur, le système d'orientation décrit ci-dessus comporte au moins deux balises émettrices supplémentaires, soit un total de trois balises émettrices.
L'invention concerne également une balise émettrice destinée à équiper un système d'orientation selon l'un des modes de réalisation ci- dessus.
Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables.
La figure 1 est une vue en plan schématique montrant un système d'orientation selon la présente invention. La figure 2 montre le schéma synoptique d'une balise émettrice selon une forme particulière de réalisation de l'invention.
La figure 3 est un schéma représentant les orientations respectives des trois boucles de courant émettrices de la balise émettrice de la figure 2.
La figure 4 est un schéma représentant la répartition spatiale de lignes de champ magnétiques générées par une unique boucle de courant.
La figure 5 est un schéma représentant la répartition spatiale de lignes de champ magnétiques générées par deux boucles de courant orthogonales l'une par rapport à l'autre.
La figure 6 montre le schéma synoptique d'un équipement muni d'un récepteur électromagnétique selon une forme particulière de réalisation de l'invention.
La figure 7 est une vue en plan schématique montrant un système de positionnement selon la présente invention.
Sur la figure 1 , on a représenté un lieu 1 dans lequel se trouve un utilisateur 2 muni d'un équipement 3 intégrant notamment un récepteur 20 (représenté sur la figure 6) d'ondes électromagnétiques. Autour de ce lieu 1 , à l'extérieur de celui-ci, est disposé une balise émettrice 4 apte à émettre des ondes électromagnétiques 5 dans ledit lieu 1 , ondes que le récepteur électromagnétique intégré à l'équipement 3 est susceptible de capter.
Dans l'exemple de réalisation représenté schématiquement sur la figure 2, la balise émettrice 4 comporte trois antennes émettrices 6. 1 , 6.2 et 6.3, du type boucle de courant émettrice, aptes à émettre des ondes électromagnétiques respectivement 5. 1 , 5.2 et 5.3. La balise émettrice 4 comporte également des moyens d'alimentation séquentielle 7 des trois boucles de courant émettrices 6. 1 , 6.2 et 6.3. La longueur d'onde d'émission de ces trois boucles de courant émettrices peut dépendre de l'application envisagée. A titre d'exemple, pour la détermination de l'orientation d'un récepteur électromagnétique dans un lieu dans lequel les signaux des systèmes de navigation par satellites ne peuvent être reçus, la longueur d'onde d'émission peut être élevée, par exemple au moins décamétrique, de manière à émettre des signaux radioélectriques.
Comme représenté sur la figure 3, les axes des trois boucles de courant émettrices 6. 1 , 6.2 et 6.3 (c'est-à-dire les axes orthogonaux aux surfaces respectives des boucles de courant), référencés respectivement X-X', Y-Y' et 7.-2.' , sont deux à deux orthogonaux. Plus précisément, l'axe de la boucle 6.1 , qui est représentée de profil sur la figure 3 et disposée dans le plan formé par les axes Y-Y' et 7.-2.' , est l'axe X-X'. De même, l'axe de la boucle 6.2, qui représentée de profil sur la figure 3 et disposée dans le plan formé par les axes X-X' et Z-Z', est l'axe Y-Y' . Enfin, l'axe de la boucle 6.3, qui représentée de face sur la figure 3 et disposée dans le plan formé par les axes X-X' et Y-Y', est l'axe Z-Z' .
En outre, de manière que ces trois boucles de courant puissent émettre des ondes électromagnétiques sensiblement en direction du récepteur intégré à l'équipement 3, il peut être opportun que l'axe de la balise émettrice 4 qui pointe vers l'équipement 3 ne soit confondu avec aucun des trois axes X-X', Y-Y' et Z-Z', auquel cas l'une des boucles de courant sera disposé de façon orthogonale à l'axe passant par la balise émettrice 4 et le récepteur électromagnétique et cette boucle de courant sera susceptible de ne pas être disposée dans le domaine angulaire (décrit ci-dessous) de fonctionnement du système d'orientation selon l'invention.
Les lignes de champ magnétique (dans le plan X-X', Y-Y') générées par la boucle de courant émettrice 6.2, d'axe Y-Y', sont représentées sur la figure 4. Le centre de la boucle de courant 6.2 est située à l'intersection A des axes X-X', Y-Y' et 7.-7.' . A titre d'exemple, trois lignes de champ 8. 1 , 8.2, 8.3 sont représentées à droite de l'axe Y- Y', ces trois lignes de champ étant symétriques, par rapport à l'axe Y-Y', respectivement de trois lignes de champ 9. 1 , 9.2, 9.3 (en pointillés) à gauche de l'axe Y-Y' . Chacune de ces lignes de champ 8. 1 , 8.2, 8.3 forme sensiblement une courbe fermée, dont l'axe X-X' constitue un axe de symétrie, et qui passe par le centre A de la boucle de courant 6.2.
Du fait de la courbure de ces lignes de champ 8.1 , 8.2, 8.3, la direction du champ magnétique que reçoit un récepteur électromagnétique situé par exemple au point B, C ou D dépend non seulement de la position de ce récepteur (i.e. du point considéré) mais également de l'orientation de la boucle de courant (située au point A) par rapport audit récepteur, ce qui correspond à deux inconnues (position du récepteur, orientation de la boucle) pour un résultat de mesure (orientation de la ligne de champ mesurée au niveau du récepteur) . En effet, pour une même orientation de la ligne de champ magnétique reçue par le récepteur électromagnétique (par exemple au point B), qui correspond à la tangente à la ligne de champ (représentée sous la forme d'un vecteur) à ce point, il est possible de déterminer une pluralité d'orientation entre le point A et le point B, en fonction de la position et de l'orientation de la boucle de courant 6. 1 par rapport à ce point B.
Ainsi, la boucle de courant émettrice 6.2 ne permet pas de fournir une relation univoque entre la position du récepteur électromagnétique (déterminée par l'angle entre le récepteur et la boucle 6.2) et les directions des lignes de champ au niveau dudit récepteur. Il est donc difficile de déduire, sans hypothèse ou approximation préalable, l'orientation du récepteur électromagnétique uniquement à partir des lignes de champ de la boucle de courant 6.2. Par ailleurs, sur ces différentes lignes de champ 8.1, 8.2, 8.3, les lieux 10B et 10C des points, respectivement B et C, ayant des tangentes parallèles (i.e. des vecteurs colinéaires sur la figure 4) est une courbe et non une ligne droite, ce qui rend d'autant plus difficile de déterminer avec précision l'orientation du récepteur par rapport à la balise émettrice.
Selon l'invention, la balise émettrice 4 comporte notamment une boucle de courant émettrice supplémentaire 6.1 (figure 3), proche de la boucle 6.2, mais dont l'axe Y-Y' est orthogonal à celui X-X' de ladite boucle 6.2. Ces deux boucles 6.1 et 6.2 sont alimentées séquentiellement par les moyens 7 décrits ci-dessous.
Les boucles de courant émettrices 6.1 et 6.2 génèrent chacune des lignes de champ magnétique conformes à celles représentées sur la figure 5 et décrites ci-dessus.
La superposition des lignes de champ 11.1, 11.2 et 12.1, 12.2 de ces deux boucles de courant est représentée sur la figure 5. La boucle 6.2, d'axe Y-Y', génère des lignes de champ 11.1 et 11.2 sous la forme de courbes fermées à droite de l'axe Y-Y' (ainsi que, en pointillés, des lignes symétriques aux lignes 11.1 et 11.2 par rapport à l'axe Y-Y'). La boucle 6.1, d'axe X-X', génère des lignes de champ 12.1 et 12.2 sous la forme de courbes fermées au-dessus de l'axe X-X' (ainsi que, en pointillés, des lignes symétriques aux lignes 12.1 et 12.2 par rapport à l'axe X-X').
A partir de la pluralité de lignes de champ générées par les deux boucles de courant, il se forme un ensemble de points d'intersection tels que les points E et F. Pour le point E, les lignes de champ 11.2 et 12.2 fournissent respectivement des tangentes E.11 et E.12 qui sont mesurées alternativement par le récepteur électromagnétique situé au point E. Comme cela est expliqué ci-dessus, à partir de la mesure de E.11, il existe une pluralité d'orientations de la balise émettrice 4 par rapport au récepteur. Par la mesure supplémentaire de E.12, il est possible de déterminer, parmi cette pluralité de possibilités, celle qui correspond à l'orientation effective de la balise émettrice 4 par rapport au récepteur électromagnétique situé au point E. Il en est de même pour le point F à partir des tangentes F. 1 1 (de la ligne 1 1 . 1 ) et F. 1 2 (de la ligne 1 2.2), ainsi que pour les points D et G.
Ainsi, à partir de deux boucles de courant orthogonales l'une par rapport à l'autre (et suffisamment proches l'une de l'autre) formant la balise émettrice 4, il est possible de disposer d'un paramètre additionnel afin de déterminer l'orientation du récepteur intégré à l'équipement 3.
L'homme du métier comprendra que, lorsque l'on utilise de cette manière deux boucles de courant orthogonales, les points pour lesquels il est possible de déterminer l'orientation du récepteur électromagnétique sont situés dans un domaine angulaire restreint à une zone délimitée par l'axe de symétrie d'une boucle par rapport à l'autre boucle. Dans le cas de la figure 5, ce domaine angulaire est délimité par les axes 1 3A et 1 3B, qui forment des angles a et β respectivement égaux à 45 ° et -45 ° avec l'axe X-X' . Un domaine angulaire de fonctionnement optimal peut être [-40° ; 40°] ou [-35 ° ; 35 °] afin de ne pas être aux limites du domaine angulaire de fonctionnement du système d'orientation.
L'homme du métier comprendra également que pour effectuer une mesure dans un plan, par exemple formé par les axes X-X' et Y-Y', il suffit, conformément à l'invention, de disposer de deux boucles de courant émettrices orthogonales l'une par rapport à l'autre. Aussi, pour une mesure d'orientation dans l'espace, il peut être utilisé la troisième boucle de courant émettrice 6.3 (figure 3), proche des deux autres boucles 6. 1 et 6.2 et dont l'axe Z-Z' est orthogonal à ceux X-X' et Y-Y' desdites autres boucles 6. 1 et 6.2. L'utilisation d'une paire de boucles orthogonales, parmi les trois boucles 6.1 , 6.2 et 6.3, permet alors de déterminer l'orientation du récepteur électromagnétique par rapport à la balise émettrice 4 dans le plan formé par les axes de la paire de boucles considérée, et ainsi de suite pour chacune de ces trois paires de boucles deux à deux orthogonales. De plus, lorsque l'on mesure une orientation dans un plan, la troisième mesure fournie par la boucle de courant restante apporte une information (et donc un paramètre) supplémentaire, qui rend par conséquent le système d'orientation selon l'invention auto-vérifiable.
Les moyens de d'alimentation séquentielle 7 (figure 2) ont pour fonction de commander le fonctionnement successif de chaque boucle de courant émettrice parmi les trois boucles de courant 6. 1 , 6.2 et 6.3 (ou de deux d'entre elles si le système d'observation selon l'invention n'en utilise que deux) . Plus précisément, ces moyens d'alimentation permettent, lors de chaque phase de mesure d'une orientation, d'alimenter successivement chaque boucle de courant émettrice de façon qu'elle émette une onde électromagnétique 5. 1 , 5.2 ou 5.3, les autres boucles de courant émettrices étant alors disposées en circuit ouvert. Ainsi, lors d'une mesure, la boucle 6. 1 est alimentée pour émettre une onde électromagnétique 5. 1 et les deux autres boucles 6.2 et 6.3 sont en circuit ouvert, puis c'est au tour de la boucle 6.2 d'être alimentée et les deux autres boucles 6. 1 et 6.3 en circuit ouvert, et enfin la boucle 6.3 est alimentée et les deux autres 6. 1 et 6.2 sont en circuit ouvert. Une alimentation analogue peut être réalisée pour un système d'orientation à seulement deux boucles de courant émettrices ou à plus de trois boucles.
A cette fin, selon une forme préférée de réalisation de ces moyens d'alimentation 7, ceux-ci peuvent comprendre un circuit de commutation, par exemple sous la forme d'un circuit amplificateur de puissance intégrant une fonction de commutation, relié aux trois boucles de courant émettrices 6. 1 , 6.2 et 6.3 (ou à deux d'entre elles si le système d'observation selon l'invention n'en utilise que deux), de façon à commuter séquentiellement chacune desdites boucles, ce circuit de commutation présentant une impédance de sortie élevée dans son état non actif. De plus, chaque boucle de courant émettrice présente une capacité parasite faible, afin de limiter les effets de génération d'un champ magnétique parasite et de s'assurer que chaque boucle de courant émettrice présente une impédance élevée à sa fréquence d'utilisation.
Ainsi, les ondes électromagnétiques émises par les boucles de courant émettrices peuvent être mesurées une par une, successivement, de sorte que l'on obtient des mesures distinctes du champ magnétique reçu par le récepteur électromagnétique vis-à-vis de chaque boucle de courant émettrice, pour en déduire l'orientation de ce récepteur.
En outre, grâce à la faible impédance parasite de chaque boucle de courant émettrice, le courant circulant dans une boucle de courant ne peut induire un champ magnétique parasite au niveau des autres boucles de courant, champ parasite qui serait alors susceptible de se superposer au champ effectivement généré au niveau de la boucle alimentée pour parasiter le système d'orientation.
La réalisation des fonctionnalités de tels moyens d'alimentation séquentielle 7 implique notamment la mise en œuvre de commutations électroniques à la portée de l'homme du métier.
Afin de recevoir les ondes électromagnétiques émises par la balise émettrice 4 et d'en déduire son orientation, le système d'orientation selon l'invention comporte un équipement 3, représenté sur la figure 6, qui intègre un récepteur 20 d'ondes électromagnétiques, ainsi que des moyens de traitement 30 et des moyens d'indication 40 de l'orientation de l'équipement. Cet équipement 3 peut par exemple prendre la forme d'un boîtier portable dont est muni un utilisateur 2 positionné dans un lieu 1 (figure 1 ) .
Plus précisément, le récepteur électromagnétique 20 comporte au moins une boucle de courant réceptrice 21 . 1 . Toutefois, de préférence, le récepteur électromagnétique 20 comporte trois boucles de courant réceptrices 21 . 1 , 21 .2 et 21 .3, disposées de façon que leurs axes respectifs X-X', Y-Y', 7.-2.' forment un système tridimensionnel d'axes deux à deux orthogonaux servant de référentiel géométrique pour l'utilisateur 2, afin de couvrir l'ensemble de l'espace, de façon analogue aux orientations respectives des boucles de courant émettrices représentées sur la figure 3. Ces antennes réceptrices d'ondes électromagnétiques peuvent par exemple être incorporées dans un casque de l'utilisateur.
Les moyens de traitement 30 peuvent comporter, pour chaque boucle réceptrice (ou de façon centralisée), un filtre passe-bande 31 , un amplificateur 32 et un échantillonneur 33, réalisant respectivement le filtrage, l'amplification et l'échantillonnage des signaux issus des ondes électromagnétiques reçues par le récepteur 20. Les moyens de traitement 30 comportent de plus un convertisseur analogique-numérique 34 recevant les signaux issus de l'échantillonneur 33 et les adressant aux moyens de calcul 35. Ces derniers pilotent l'échantillonneur 33 et, le cas échéant, ajustent le gain de l'amplificateur 32.
En outre, ces moyens de calcul 35 sont aptes à opérer une corrélation de la différence entre, d'une part, les angles formés (au niveau du récepteur électromagnétique) par au moins deux des ondes électromagnétiques 5. 1 , 5.2, 5.3 émises respectivement par les boucles de courant 6. 1 , 6.2, 6.3 et reçues par le récepteur 20, et, d'autre part, la direction du récepteur 20 par rapport à la balise émettrice 4. A partir du résultat de cette corrélation, les moyens de calcul 35 sont ensuite aptes à déterminer l'orientation du récepteur 20 par rapport à la balise émettrice 4.
Par la suite, l'orientation effectivement calculée est transmise aux moyens d'indication 40, qui comportent un afficheur 41 permettant de faire connaître à l'utilisateur 2 son orientation par rapport à la balise émettrice 4.
Ainsi constitué, le système d'orientation selon l'invention peut être utilisé par exemple pour fournir une indication d'orientation dans l'espace, par rapport à une référence au niveau de laquelle est disposée la balise émettrice 4. Cette référence peut être par exemple un lieu prédéterminé à partir duquel l'utilisateur souhaite se repérer.
De plus, le système d'orientation selon l'invention peut aisément être mis en œuvre pour la détermination du positionnement d'un récepteur électromagnétique dans un lieu. Un tel système de positionnement, représenté sur la figure 7, comporte au moins deux balises émettrices du type de la balise émettrice 4 utilisée pour former le système d'orientation selon l'invention décrit ci-dessus, et de préférence trois balises émettrices 4, 4A et 4B. Chaque la balise émettrice individuelle 4, 4A, 4B comporte au moins deux boucles de courant émettrices telles que celles décrites ci- dessus, et dont les ondes électromagnétiques émises comportent en supplément des informations sur la position terrestre de la balise émettrice correspondante (au moyen par exemple d'une modulation correspondante de l'onde électromagnétique) . Ces balises émettrices 4, 4A et 4B sont alimentées chacune par des moyens d'alimentation séquentielle spécifiques, ces moyens étant analogues aux moyens d'alimentation séquentielle 7 décrits ci-dessus. Ces balises émettrices 4, 4A et 4B sont réparties autour du lieu 1 , à l'extérieur de celui-ci, de façon à couvrir l'ensemble de la zone 1 , en tenant compte notamment du domaine angulaire de fonctionnement [-45 ° ; 45 °] des boucles de courant émettrices de chaque balise émettrice.
Dans le cas où l'on souhaite déterminer la position du récepteur électromagnétique dans un lieu opaque aux signaux émis par les systèmes de navigation par satellites, il est préférable que les boucles de courant émettrices émettent des ondes électromagnétiques qui présentent une longueur d'onde élevée, par exemple au moins décamétrique.
Afin de distinguer les balises émettrices (ou émetteurs) 4, 4A et 4B lors de la réception des ondes électromagnétiques, les porteuses des ondes émises par chacun de ces balises émettrices peuvent présenter des fréquences différentes permettant de les identifier. Il est également possible que les balises émettrices 4, 4A et 4B utilisent la même fréquence de porteuse et qu'ils incorporent aux ondes électromagnétiques 5 qu'ils émettent un code d'identification de la balise émettrice correspondante.
Le récepteur électromagnétique intégré à l'équipement 3 de la figure 7 est analogue à celui représenté à la figure 6. Les moyens de traitement 30 présentent cependant des distinctions, notamment en ce qu'ils réalisent :
- la corrélation, pour chaque balise émettrice, entre, d'une part, la différence entre les angles formés (au niveau du récepteur 20) par les ondes électromagnétiques 5. 1 , 5.2, 5.3 qui sont émises par les boucles de courant émettrices 6. 1 , 6.2, 6.3 et qui sont reçues par le récepteur électromagnétique 20, et, d'autre part, la direction dudit récepteur 20 par rapport à la balise émettrice 4 ;
- la détermination de l'orientation du récepteur électromagnétique 20 par rapport à chaque balise émettrice 4 à partir de cette corrélation ; et
- la détermination de la position du récepteur électromagnétique 20 dans le lieu 1 à partir de ces orientations et de la position terrestre de chacun de ces balises émettrices 4, 4A et 4B.
Ainsi, le système de positionnement selon l'invention peut servir à déterminer la position d'un récepteur électromagnétique 20 (ou d'un utilisateur 2) dans un lieu 1 susceptible de ne pas recevoir de signaux émis par des systèmes de navigation par satellites.
On comprendra que, dans le système décrit ci-dessus, l'utilisation de trois balises émettrices du type de la balise émettrice 4 constitue une variante préférée de l'invention visant à permettre un positionnement précis du récepteur électromagnétique. Il va cependant de soi que deux balises émettrices individuelles du type de la balise émettrice 4, disposées de façon adéquate autour du lieu 1 , permettent également de positionner le récepteur dans la mesure où, d'une part, chacune des deux balises émettrices individuelles fournit une information quant à l'orientation dudit récepteur par rapport à cette balise émettrice individuelle et où, d'autre part, la position dudit récepteur est située à l'intersection des deux droites correspondant aux orientations respectives de ces deux balises émettrices individuelles.
On notera que les systèmes d'orientation et de positionnement selon l'invention peuvent être combinés pour former un système apte à déterminer à la fois l'orientation d'un récepteur électromagnétique, par rapport à un repère où est disposée au moins l'un des balises émettrices, et le positionnement de ce récepteur à partir des mesures de l'orientation du récepteur par rapport à chaque balise émettrice.
On notera également que l'invention a été décrite ci-dessus pour un seul utilisateur 2, mais il va de soi qu'elle peut être appliquée à une pluralité d'utilisateurs se trouvant dans le lieu 1 et munis chacun de récepteurs électromagnétiques adéquats. L'invention peut bien entendu être appliquée à un nombre de balises émettrices supérieur à trois, de même qu'à un nombre de boucles de courant émettrices supérieur à trois pour chaque balise émettrice, de même encore qu'à un nombre de boucles de courant émettrices différent pour chaque balise émettrice.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Système d'orientation (3, 4) d'un récepteur électromagnétique (20), dans un lieu ( 1 ) dans lequel les signaux des systèmes de navigation par satellites ne peuvent être reçus, par rapport à une balise émettrice (4) disposée autour dudit lieu ( 1 ), à l'extérieur de celui-ci,
caractérisé en ce que la balise émettrice (4) comporte :
- au moins deux boucles de courant émettrices (6.1 , 6.2, 6.3) orthogonales l'une par rapport à l'autre et aptes à émettre des ondes électromagnétiques (5.1 , 5.2, 5.3), et
- des moyens d'alimentation séquentielle (7) desdites boucles de courant émettrices (6.1 , 6.2, 6.3) .
2. Système selon la revendication 1 ,
caractérisé en ce que les moyens d'alimentation séquentielle (7) sont agencés pour que, lors de chaque phase d'alimentation séquentielle, chaque boucle de courant émettrice (6.1 , 6.2, 6.3) est successivement alimentée en vue d'émettre une onde électromagnétique (5. 1 , 5.2, 5.3), les autres boucles de courant émettrices étant disposées en circuit ouvert.
3. Système selon l'une des revendications 1 à 3,
caractérisé en ce que les moyens d'alimentation séquentielle (7) sont munis d'au moins un circuit de commutation agencé pour commuter séquentiellement chacune des boucles de courant émettrices (6.1 , 6.2, 6.3) .
4. Système selon l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce que les moyens d'alimentation séquentielle (7) sont agencés pour que, lors de chaque phase d'alimentation séquentielle, l'alimentation successive des boucles de courant émettrices (6. 1 , 6.2, 6.3) se produise à une cadence prédéterminée fonction du déplacement éventuel du récepteur électromagnétique (20) .
5. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la longueur d'onde d'émission de chaque boucle de courant émettrice (6. 1 , 6.2, 6.3) est au moins décamétrique.
6. Système selon l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce que le récepteur électromagnétique (20) est associé à des moyens de traitement (30) des ondes électromagnétiques (5. 1 , 5.2, 5.3) émises par les boucles de courant émettrices (6. 1 , 6.2, 6.3) et reçues par ledit récepteur électromagnétique (20), lesdits moyens de traitement (30) étant aptes :
— à corréler la différence entre les angles formés par lesdites ondes électromagnétiques (5. 1 , 5.2, 5.3), au niveau du récepteur électromagnétique (20), avec la direction dudit récepteur (20) par rapport à la balise émettrice (4) , et
- à déterminer l'orientation du récepteur électromagnétique (20) par rapport à la balise émettrice (4) à partir de ladite corrélation.
7. Système selon l'une des revendications 1 à 6,
caractérisé en ce que le nombre de boucles de courant émettrices (6. 1 , 6.2) de la balise émettrice (4) est égal à deux.
8. Système selon l'une des revendications 1 à 6,
caractérisé en ce que le nombre de boucles de courant émettrices (6. 1 , 6.2, 6.3) de la balise émettrice (4) est égal à trois.
9. Système selon l'une des revendications précédentes, destiné de plus au positionnement (3, 4) du récepteur électromagnétique (20) dans un lieu ( 1 ) ,
caractérisé :
- en ce qu'il comporte au moins une balise émettrice supplémentaire
(4A, 4B) , comportant :
■ au moins deux boucles de courant émettrices (6. 1 , 6.2, 6.3) orthogonales l'une par rapport à l'autre et aptes à émettre des ondes électromagnétiques (5. 1 , 5.2, 5.3) , et ■ des moyens d'alimentation séquentielle (7) desdites boucles de courant émettrices (6. 1 , 6.2, 6.3),
l'ensemble des balises émettrices (4, 4A, 4B) étant réparti autour du lieu ( 1 ), et à l'extérieur de celui-ci,
les ondes électromagnétiques (5.1 , 5.2, 5.3) émises par chaque balises émettrice (4, 4A, 4B) comportant des informations sur la position terrestre de ladite balise émettrice (4), et
- en ce que les moyens de traitement (30) sont aptes :
■ à corréler, pour chaque la balise émettrice (4, 4A, 4B), la différence entre les angles formés par les ondes électromagnétiques (5. 1 , 5.2, 5.3), au niveau du récepteur électromagnétique (20), avec la direction dudit récepteur électromagnétique (20) par rapport à la balise émettrice correspondante,
■ à déterminer l'orientation du récepteur électromagnétique (20) par rapport à chaque balise émettrice (4, 4A, 4B) à partir de ladite corrélation, et
■ à déterminer la position du récepteur électromagnétique (20) dans le lieu ( 1 ) à partir desdits orientations et de la position terrestre de chaque balise émettrice (4, 4A, 4B) .
10. Balise émettrice (4) destinée à équiper un système d'orientation (3, 4 ; 3, 4, 4A, 4B) selon l'une des revendications précédentes.
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