EP3794378A1 - Détermination de la cadence de pédalage d'un cycliste - Google Patents

Détermination de la cadence de pédalage d'un cycliste

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Publication number
EP3794378A1
EP3794378A1 EP19732408.0A EP19732408A EP3794378A1 EP 3794378 A1 EP3794378 A1 EP 3794378A1 EP 19732408 A EP19732408 A EP 19732408A EP 3794378 A1 EP3794378 A1 EP 3794378A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
measurements
phase measurements
gnss receiver
pedaling
gnss
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
EP19732408.0A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jérôme LEGENNE
François-Xavier MARMET
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National dEtudes Spatiales CNES
Original Assignee
Centre National dEtudes Spatiales CNES
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 Centre National dEtudes Spatiales CNES filed Critical Centre National dEtudes Spatiales CNES
Publication of EP3794378A1 publication Critical patent/EP3794378A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • 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
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/14—Receivers specially adapted for specific applications
    • G01S19/19—Sporting applications
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62J—CYCLE SADDLES OR SEATS; AUXILIARY DEVICES OR ACCESSORIES SPECIALLY ADAPTED TO CYCLES AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, e.g. ARTICLE CARRIERS OR CYCLE PROTECTORS
    • B62J45/00—Electrical equipment arrangements specially adapted for use as accessories on cycles, not otherwise provided for
    • B62J45/20—Cycle computers as cycle accessories

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for determining the pedaling frequency of a cyclist from a GNSS signal (acronym for "Global Navigation Satellite System”). satellite positioning) radiofrequency.
  • GNSS Global Navigation Satellite System
  • the pedaling rate of a cyclist is a key parameter for the performance analysis.
  • the power developed by a cyclist can be calculated by:
  • P T w (Eq. 1)
  • P the power, in Watts
  • T the pair of forces exerted on the pedals, in Newtons-meters
  • w the angular velocity of the pedals w is itself a measure, normally in rad / s, the cadence of pedaling.
  • the pedaling rate is typically expressed in revolutions per minute ("rpm"), but this is not a requirement but rather a habit (which is not meant to limit the invention). In this case, the rate is
  • the forces on the pedals can be measured by sensors (eg strain gauges, eg installed at trays, cranks, hubs or pedals) or estimated indirectly depending on the speed, the slope of the ground, the weight of the cyclist, etc.
  • sensors eg strain gauges, eg installed at trays, cranks, hubs or pedals
  • the pedaling rate is measured using sensors which must be arranged in or on the bicycle, eg an accelerometer integrated in one of the cranks or a cadence sensor comprising a magnet attached to a crank and a pulse donor, responsive to the magnet, attached to the frame.
  • sensors which must be arranged in or on the bicycle, eg an accelerometer integrated in one of the cranks or a cadence sensor comprising a magnet attached to a crank and a pulse donor, responsive to the magnet, attached to the frame.
  • An object of the present invention is to provide an alternative determination of the pedaling rate.
  • the invention is based on the observation that, given the pedaling movement, in stable conditions of effort of the cyclist, wind and slope, the power developed by a cyclist takes (approximately) the form of a sinusoid whose frequency is twice the pedaling frequency.
  • This cyclic variation in power has the effect of a small oscillation of the cyclist's speed whose amplitude (a few centimeters per second) can be observed through GNSS phase measurements which are of a more precise order of magnitude (a few millimeters) .
  • a first aspect of the invention therefore relates to a method of determining the pedaling rate of a cyclist on a cycle, in which the pedaling rate is extracted from an oscillation of GNSS signal phase measurements performed. on the cycle using a GNSS receiver or an oscillation of measurements calculated on the basis of phase measurements.
  • cycle means a vehicle with two or more wheels propelled by the muscular energy of the person or persons on the vehicle (the rider or cyclists), including using pedals or cranks.
  • cycle can therefore designate a vehicle powered exclusively by muscular energy or an assisted pedal cycle.
  • GNSS signal means a radionavigation signal emitted by the satellites of one or more satellite positioning systems (eg GPS, GALILEO, GLONASS, SBAS, etc.
  • a GNSS signal comprises a radiofrequency carrier modulated by a waveform (called “spreading") containing a pseudo-random code.
  • spreading a radiofrequency carrier modulated by a waveform
  • pseudo-random code Because carrier modulation causes spectrum spread around the carrier frequency, GNSS signals are often referred to as “spread spectrum”.
  • Each pseudo-random code constitutes an identifier of the signal and its transmitter.
  • the pseudo-random codes allow them a Multiple Access to Code Distribution (CDMA).
  • CDMA Multiple Access to Code Distribution
  • GNSS signals also carry data (eg the navigation message) in the form of a binary sequence (at a significantly lower rate than the pseudo-random code) modulated in addition to the carrier.
  • GNSS receiver refers to a radio frequency receiver capable of receiving and processing GNSS signals, eg, to determine its position, speed and time.
  • a GNSS receiver is typically capable of performing code measurements and measurements of the carrier phase ("phase measurements"). The two measurements correspond to the apparent distance between the transmitter and the receiver. Phase measurements are much more accurate than code measurements, but they contain an ambiguity equal to an integer multiple (unknown) of the carrier wavelength. These ambiguities being difficult, if not impossible (on conventional receivers), to be solved consistently for all GNSS signals, most applications can not rely solely on phase measurements but need code measurements. This is not the case in the context of this invention, since it is not necessary to remove the ambiguities of the phase measurements.
  • the measurements calculated on the basis of the phase measurements could comprise Doppler measurements, the speed of the GNSS receiver, the projection of the GNSS receiver speed on a horizontal plane, the GNSS receiver speed standard, the acceleration GNSS receiver, the projection of the GNSS receiver acceleration on a horizontal plane and / or the GNSS receiver acceleration standard. This list is not exhaustive.
  • the measurements calculated on the basis of the raw phase measurements can be obtained using time differentiated phase measurements ("TDCP measurements" of the time-differenced carrier phase).
  • TDCP measurements of the time-differenced carrier phase.
  • D i nes (tj) the Doppler shift TDCP on signal i at time tj
  • the method comprises carrying out inertial measurements using one or more accelerometers and / or one or more gyrometers.
  • Accelerometers and / or gyrometers can be part of an inertial unit or operate individually.
  • the pedaling rate could be extracted from an oscillation of the inertial measurements (taken individually) or a measurement calculated on the inertial measurements only, when the phase measurements of GNSS signals are temporarily unavailable (eg below a bridge, in a tunnel, etc.) or too noisy.
  • the method according to the first aspect of the invention may comprise the realization of phase measurements of GNSS signals by the GNSS receiver. It should however be noted that the method could also operate remotely, on measurements that are performed by a GNSS receiver on the cycle and transmitted by a telecommunication link to the processor that executes the process. In this case, the pedaling rate could be retransmitted via the same or another telecommunication link in the other direction, or used remotely, eg for delayed performance calculations.
  • the method according to the invention could be implemented on any mobile device comprising or being connected to a GNSS receiver, eg on a multifunction mobile (in English: “smartphone"), a connected watch (or watch intelligent, “smart watch”), a GNSS receiver, etc.
  • Some mobile terminals incorporating a GNSS receiver are configured to operate in a static or adaptive "duty cycling” mode. If “duty cycling” is enabled, the GNSS receiver operates in a mode that alternates between activity and inactivity intervals, which in particular reduces the power consumption of the GNSS receiver and thus increases the power consumption of the GNSS receiver. autonomy of the mobile terminal.
  • the disadvantage of the "duty cycling" mode is that it involves interruptions of the measurements.
  • the method could include detecting whether the GNSS receiver is operating in a mode that alternates between activity and inactivity intervals ("duty cycling" mode) and, where appropriate, (a) activation. a mode in which the GNSS receiver remains permanently active or (b) the adaptation of the length of the activity and inactivity intervals according to the needs of the determination of the pedaling rate.
  • the extraction of the cadence of the oscillation of the phase measurements or measurements calculated on the basis of the phase measurements comprises a frequency analysis in the range of 1 to 6 Hz, corresponding to a cadence. pedaling between 30 and 180 rpm.
  • Frequency (spectral) analysis could be done using a Fourier transform (normal or fast) and a peak detection (s) in the indicated range.
  • the frequency range can be fixed or be dynamically adapted according to the speed, position and / or geographical information concerning the position of the cyclist. This would reduce the search for cadence to a reduced range, including the most likely range under the circumstances.
  • the plausibility of the pedaling rate determined could be achieved. This plausibility analysis will preferably take into account that jumps in the determined rate may occur if the cyclist changes gear ratio. This may, for example, be done using the known cycle speed ratios (plateaux and gears).
  • a second aspect of the invention relates to a method of evaluating the performance of a cyclist which comprises calculating the performance on the basis of the cyclist's pedaling rate determined by the method according to the first aspect of the invention. invention.
  • a third aspect of the invention relates to a computer program, eg mobile application or web application, comprising program code instructions for performing the steps of the method when the program is run on a computer.
  • the program is recorded on a computer medium (eg a memory, a storage medium, etc.), and is preferably accessible to a processor to be loaded into the RAM of that for the execution of the program.
  • a fourth aspect of the invention relates to a mobile terminal, such as, for example, a multifunction mobile, a GNSS receiver, a connected watch, configured (eg using a computer program). for the implementation of the method according to the first and / or second aspect of the invention.
  • FIG. 1 a schematic view of a cycle equipped with a GNSS receiver to perform carrier phase measurements
  • Fig. 2 a graph illustrating the oscillations of the speed of a cycle due to pedaling.
  • Figure 2 illustrates the pedaling effect of a cyclist on his speed. It is observed that the speed as a function of time has the form of a sinusoid with an amplitude of a few cm / s. The illustrated case is based on a simulation based on the following parameters:
  • the oscillations obtained correspond to a rolling situation on the flat in steady state. Gravity forces, air resistance, rolling resistance and friction force have been taken into account. It can be seen that the amplitude (peak-to-peak) is about 4 to 5 cm / s. For a rolling situation on a 5 ° slope with otherwise the same assumptions as above, the amplitude (peak to peak) would be about 14 cm / s.
  • FIG. 1 schematically shows a cyclist 10 on his bicycle 12.
  • the cyclist has mounted a mobile terminal 14 (eg a GNSS receiver or a multifunctional mobile) on the cycle (for example on the handlebars) by means of a fixation.
  • the mobile terminal 14 comprises an integrated GNSS receiver, capable of receiving and processing the GNSS signals 16 which are broadcast by the satellites 18 of one or more GNSS constellations. It should be noted that it is not essential for the invention that the mobile terminal is attached to the cycle. Indeed, the cyclist could also wear the terminal on his body (eg attached to the arm) or in a pocket.
  • the multifunction mobile 14 is equipped with a mobile application that has access to the raw measurements made by the GNSS receiver and which is configured to execute a method according to the invention, in particular to extract the oscillations of phase measurements that are due to pedaling.
  • the Doppler shift D £ is due to the relative movement between the satellite i and the GNSS receiver (RX) and is given by the formula:
  • ÎRX Î is the frequency of the carrier of the signal i in the receiver's reference frame, ⁇ tc, ⁇ the frequency of the carrier of the signal i in the reference frame of the satellite i which transmits it (equal to the nominal frequency / of the carrier after compensation for the effects of drift of satellite clock), c the speed of light, v t the speed of satellite i, v RX actuator speed, r £ i the position of the satellite, the position of r RX receiver, "" the dot product and "
  • the velocity and position vectors are indicated with respect to a common reference frame, eg a terrestrial reference frame.
  • the observed carrier frequency (and thus the observed Doppler shift) by the receiver includes a systematic error due to the drift of the receiver clock ⁇ h RX and noise e.
  • ⁇ h RX the drift of the receiver clock
  • e the drift of the satellite clock
  • the speed v t and position r e of the satellites can be calculated by the receiver using the GNSS ephemerides diffused in the navigation message contained in the GNSS signals or made available to the users by another means (Internet, GNSS helpdesk, etc.)
  • the GNSS receiver can calculate its position in a conventional manner, using the code measurements. The positioning accuracy thus obtained is sufficient in this context.
  • the measurements D i rnes , velocities and positions of the satellites as well as the estimate of the position of the receiver are combined by means of the Eq. 4.
  • the system of equations can be solved for RX by the least squares method, a Kalman filter, or any other suitable method.
  • the receiver To determine the oscillations, the receiver records the indeterminate values for a certain time and performs a frequency analysis in the range of 1 to 6 Hz.
  • a frequency analysis may include a Fourier transform and a peak detection.
  • a Fourier transform instead of carrying out this analysis on the components of v RX in an individual way, it is possible to realize it on the norm of the velocity vector ⁇ v RX ⁇ , on the projection of v RX on a horizontal plane, on the projection of v RX on the ground plane, on the projection of v RX on the longitudinal axis of the cycle, etc.
  • the frequency of the oscillations of the speed being twice the cadence of the pedaling the frequency found by the spectral analysis is divided by 2. If necessary, a conversion in revolutions / minute is realized.
  • the Eqs. 4 and 5 show that velocity oscillations have a direct impact on the carrier phase measurements if the vector v RX is not orthogonal to d ..
  • Another possibility to determine the pedaling rate is therefore to submit (all) the raw phase measurements to a spectral analysis. So Alternatively, the terminal could be configured to first determine which satellites are best positioned (in terms of RX at t ), taking into account its current position and speed, and then detect the characteristic peaks of pedaling. in the spectrum of gross phase measurements for these satellites.

Landscapes

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

L'invention repose sur l'observation que, compte tenu du mouvement de pédalage, la puissance développée par un cycliste prend la forme d'une sinusoïde en régime permanent dont la fréquence est le double de la fréquence de pédalage. Cette variation cyclique de puissance a pour effet une petite oscillation de la vitesse du cycliste dont l'amplitude peut être observée au travers de mesures de phase GNSS qui sont d'un ordre de grandeur plus précises. Un premier aspect de l'invention concerne un procédé de détermination de la cadence de pédalage d'un cycliste (10) sur un cycle (12), dans lequel la cadence de pédalage est extraite d'une oscillation de mesures de phase de signaux GNSS (16) réalisées sur le cycle (12) à l'aide d'un récepteur GNSS (14) ou d'une oscillation de mesures calculées sur la base des mesures de phase.

Description

Détermination de la cadence de pédalage d’un cycliste.
Domaine Technique
[0001] De manière générale, l’invention concerne un procédé et un dispositif de détermination de la fréquence de pédalage d’un cycliste à partir d’un signal GNSS (acronyme de l'expression anglaise « Global Navigation Satellite System » - système de positionnement par satellites) radiofréquence.
Arrière-plan technologique
[0002] La cadence de pédalage d’un cycliste est un paramètre-clé pour l’analyse de performance.
[0003] La puissance développé par un cycliste peut se calculer par :
P = T w (Eq. 1 ) où P est la puissance, en Watts, T est le couple des forces exercé sur les pédales, en Newtons-mètres, et w est la vitesse angulaire des pédales w est elle-même une mesure, normalement en rad/s, de la cadence de pédalage. La cadence de pédalage est typiquement exprimée en tours/minute (« rpm »), mais il ne s’agit là pas d’une exigence mais plutôt d’une habitude (qui n’est pas censée limiter l’invention). Dans ce cas, la cadence vaut
[0004] Les forces sur les pédales peuvent être mesurées par des capteurs (p.ex. des jauges de contrainte, p.ex. installées au niveau des plateaux, des manivelles, des moyeux ou des pédales) ou estimées de manière indirecte en fonction de la vitesse, de la pente du terrain, du poids du cycliste, etc.
[0005] Actuellement, la cadence de pédalage est mesurée à l’aide de capteurs qui doivent être agencés dans ou sur le vélo, p.ex. un accéléromètre intégré dans une des manivelles ou un capteur de cadence comprenant un aimant fixé sur une manivelle et un donneur d’impulsion, réactif à l’aimant, fixé sur le cadre.
[0006] La détermination de la cadence de pédalage requiert dès lors un équipement supplémentaire sur la bicyclette. Problème technique
[0007] Un objectif de la présente invention est de présenter une détermination alternative de la cadence de pédalage.
Description générale de l’invention
[0008] L’invention repose sur l’observation que, compte tenu du mouvement de pédalage, dans des conditions stables d’effort du cycliste, de vent et de pente, la puissance développée par un cycliste prend (approximativement) la forme d’une sinusoïde dont la fréquence est le double de la fréquence de pédalage. Cette variation cyclique de puissance a pour effet une petite oscillation de la vitesse du cycliste dont l’amplitude (quelques centimètres par seconde) peut être observée au travers de mesures de phase GNSS qui sont d’un ordre de grandeur plus précises (quelques millimètres).
[0009] Un premier aspect de l’invention concerne dès lors un procédé de détermination de la cadence de pédalage d’un cycliste sur un cycle, dans lequel la cadence de pédalage est extraite d’une oscillation de mesures de phase de signaux GNSS réalisées sur le cycle à l’aide d’un récepteur GNSS ou d’une oscillation de mesures calculées sur la base des mesures de phase.
[0010] Le terme « cycle » désigne un véhicule à deux roues ou plus propulsé par l'énergie musculaire de la ou des personnes se trouvant sur ce véhicule (le ou les cyclistes), notamment à l'aide de pédales ou de manivelles. Dans le cadre de ce document, le terme « cycle » peut dès lors désigner un véhicule propulsé exclusivement par l’énergie musculaire ou un cycle à pédalage assisté.
[0011] Dans le cadre de ce document, on entend par « signal GNSS » un signal de radionavigation émis par les satellites d’un ou de plusieurs systèmes de positionnement par satellites (p.ex. GPS, GALILEO, GLONASS, SBAS, etc.) De manière générale, un signal GNSS comprend une porteuse radiofréquence modulée par une forme d'onde (dite « d'étalement ») contenant un code pseudo-aléatoire. La modulation de la porteuse provoquant l'étalement du spectre autour de la fréquence de la porteuse, les signaux GNSS sont souvent appelés « en spectre étalé ». Chaque code pseudo-aléatoire constitue un identificateur du signal et de son émetteur. Connus des récepteurs, les codes pseudo-aléatoires permettent à ceux-ci un Accès Multiple à Répartition de Code (AMRC). A l’exception des signaux GNSS « pilotes », les signaux GNSS transportent en outre des données (p. ex. le message de navigation) sous forme d'une séquence binaire (à rythme nettement moins élevé que le code pseudo- aléatoire) modulée en plus sur la porteuse.
[0012] Le terme « récepteur GNSS » désigne un récepteur radiofréquence capable de recevoir et de traiter les signaux GNSS, p.ex., pour déterminer sa position, sa vitesse et le temps. Un récepteur GNSS est typiquement capable de réaliser des mesures de code et des mesures de la phase de la porteuse (« mesures de phase »). Les deux mesures correspondent à la distance apparente entre l’émetteur et le récepteur. Les mesures de phase sont beaucoup plus précises que les mesures de code, mais elles contiennent une ambiguïté égale à un multiple entier (inconnu) de la longueur d’onde de la porteuse. Ces ambiguïtés étant difficiles, voire impossibles (sur des récepteurs conventionnels), à résoudre de manière cohérente pour l’ensemble des signaux GNSS, la plupart des applications ne sauraient reposer uniquement sur les mesures de phase mais ont besoin des mesures de code. Tel n’est pas le cas dans le cadre de cette invention, car il n’est pas nécessaire de lever les ambiguïtés des mesures de phase.
[0013] Vu l’observation décrite plus haut, selon un premier mode de réalisation du procédé, on peut calculer la vitesse ou les oscillations de la vitesse du cycle sur la base des observations de phase. Les « mesures calculées sur la base des mesures de phase » seraient dans ce cas la vitesse ou les variations de la vitesse ainsi calculées. Pour calculer les oscillations de la vitesse dues au pédalage, il n’est a priori pas nécessaire de connaître la valeur absolue de la vitesse et on n’a donc pas besoin de lever les ambiguïtés sur les mesures de phase.
[0014] Il convient de noter qu’il n’est pas nécessaire dans tous les cas de combiner les mesures de phase réalisées sur les différents signaux GNSS de sorte à obtenir une grandeur correspondant à la vitesse, car les petites oscillations de la vitesse du cycle se traduisent dans de petites oscillations dans les mesures de phase brutes, plus précisément dans les mesures de phase des signaux GNSS dont la direction de propagation n’est pas (substantiellement) orthogonale aux oscillations. A un instant donné, les oscillations de mesure de phase brute sont donc présentes sur la plupart des signaux GNSS en provenance des satellites qui se trouvent au-dessus de l’horizon. Dès lors, il est possible d’extraire la cadence de pédalage des mesures de phase brutes ou de mesures calculées sur la base des mesures de phase brutes.
[0015] Les mesures calculées sur la base des mesures de phase pourraient comprendre des mesures Doppler, la vitesse du récepteur GNSS, la projection de la vitesse du récepteur GNSS sur un plan horizontal, la norme de la vitesse du récepteur GNSS, l’accélération du récepteur GNSS, la projection de l’accélération du récepteur GNSS sur un plan horizontal et/ou la norme de l’accélération du récepteur GNSS. Cette liste est non limitative.
[0016] Les mesures calculées sur la base des mesures de phase brutes peuvent être obtenues à l’aide de mesures de phase différentiées dans le temps (« mesures TDCP », de l’anglais « time-differenced carrier phase »). Par exemple, le décalage Doppler TDCP sur le signal i à l’instant tj , noté Di nes (tj ), pourrait être calculé (approximé) par :
où iitj-i) désigne la mesure de phase à l’instant tj _l celle à l’instant tJ+1 , et At l’écart entre deux instants de mesure (At = tj - tJ-1 = tJ+1 - tj).
[0017] Selon un mode de réalisation du premier aspect de l’invention, le procédé comprend la réalisation de mesures inertielles à l’aide d’un ou de plusieurs accéléromètres et/ou d’un ou de plusieurs gyromètres. Les accéléromètres et/ou gyromètres peuvent faire partie d’une centrale à inertie ou fonctionner de manière individuelle.
[0018] Un avantage d’avoir des mesures inertielles à disposition est que la cadence de pédalage pourrait être extraite d’une oscillation de mesures obtenues par hybridation des mesures de phase et des mesures inertielles.
[0019] En supplément ou de manière alternative, la cadence de pédalage pourrait être extraite d’une oscillation des mesures inertielles (prises individuellement) ou d’une mesure calculée sur les mesures inertielles uniquement, lorsque les mesures de phase de signaux GNSS sont temporairement indisponibles (p.ex. en dessous d’un pont, dans un tunnel, etc.) ou trop bruitées. [0020] Le procédé selon le premier aspect de l’invention peut comprendre la réalisation des mesures de phase de signaux GNSS par le récepteur GNSS. Il convient toutefois de noter que le procédé pourrait également fonctionner à distance, sur des mesures qui sont réalisées par un récepteur GNSS sur le cycle et transmises par un lien de télécommunication au processeur qui exécute le procédé. La cadence de pédalage pourrait dans ce cas être retransmise via le même ou un autre lien de télécommunication dans l’autre sens, ou être utilisée à distance p.ex. pour des calculs de performance en temps différé.
[0021] Le procédé selon l’invention pourrait être mis en œuvre sur tout dispositif mobile comprenant ou étant connecté à un récepteur GNSS, p.ex. sur un mobile multifonction (en anglais : « smartphone »), une montre connectée (ou montre intelligente, en anglais « smart watch »), un récepteur GNSS, etc. Certains terminaux mobiles intégrant un récepteur GNSS sont configurés de sorte à le faire fonctionner dans un mode de « duty cycling » statique ou adaptatif. Si le « duty cycling » est activé, le récepteur GNSS fonctionne dans un mode alternant des intervalles d’activité et d’inactivité, ce qui permet, en particulier, de réduire la consommation d’énergie du récepteur GNSS et d’augmenter ainsi l’autonomie du terminal mobile. Le désavantage du mode « duty cycling » est qu’il implique des interruptions des mesures. Pour les mesures de phase, cela peut signifier un saut de phase arbitraire après chaque redémarrage et ainsi rendre impossible la détection d’oscillations de phase dans la plage des cadences de pédalage. Pour pallier à ce problème, le procédé pourrait comprendre la détection si le récepteur GNSS fonctionne dans un mode alternant des intervalles d’activité et d’inactivité (mode de « duty cycling ») et, le cas échéant, (a) l’activation d’un mode dans lequel le récepteur GNSS reste actif en permanence ou (b) l’adaptation de la longueur des intervalles d’activité et d’inactivité en fonction des besoins de la détermination de la cadence de pédalage.
[0022] De préférence, l’extraction de la cadence de pédalage de l’oscillation des mesures de phase ou de mesures calculées sur la base des mesures de phase comprend une analyse fréquentielle dans la plage de 1 à 6 Hz, correspondant à une cadence de pédalage entre 30 et 180 tours/minute. L’analyse fréquentielle (spectrale) pourrait être faite à l’aide d’une transformation de Fourier (normale ou rapide) et d’une détection de pic(s) dans la plage indiquée. La plage de fréquences peut être fixe ou être dynamiquement adaptée en fonction de la vitesse, de la position et/ou d’informations géographiques concernant la position du cycliste. Ceci permettrait de réduire la recherche de la cadence à une plage réduite, notamment la plage la plus probable en les circonstances.
[0023] Pour valider la cadence de pédalage, une analyse, sur base de la vitesse du cycliste, de la plausibilité de la cadence de pédalage déterminée pourrait être réalisée. Cette analyse de plausibilité tiendra de préférence compte du fait que des sauts dans la cadence déterminée peuvent intervenir si le cycliste change de rapport de transmission. Cela pourra, p.ex., se faire en utilisant les rapports de vitesse du cycle (plateaux et pignons) supposés connus.
[0024] Un deuxième aspect de l’invention concerne un procédé d’évaluation de la performance d’un cycliste qui comprend le calcul de la performance sur base de la cadence de pédalage du cycliste déterminée par le procédé selon le premier aspect de l’invention.
[0025] Un troisième aspect de l’invention concerne un programme d’ordinateur, p.ex. application mobile ou application web, comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes du procédé lorsque le programme est exécuté sur un ordinateur. Selon un mode de réalisation, le programme est enregistré sur un support informatique (p.ex. une mémoire, un support de stockage, etc.), et est, de préférence, accessible à un processeur pour être chargé dans la mémoire vive de celui-ci en vue de l’exécution du programme.
[0026] Un quatrième aspect de l’invention concerne un terminal mobile, comme, p.ex., un mobile multifonction, un récepteur GNSS, une montre connectée, configuré (p.ex. à l’aide d’un programme informatique) pour la mise en œuvre du procédé selon le premier et/ou le deuxième aspect de l’invention.
Brève description des dessins
[0027] D'autres particularités et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description détaillée de certains modes de réalisation avantageux présentés ci- dessous, à titre d'illustration, avec référence aux dessins annexés qui montrent : Fig. 1 : une vue schématique d’un cycle équipé d’un récepteur GNSS pour réaliser des mesures de phase de porteuse ; Fig. 2: un graphique illustrant les oscillations de la vitesse d’un cycle dues au pédalage.
Description détaillée d’un mode de réalisation de l’invention
[0028] La figure 2 illustre l’effet du pédalage d’un cycliste sur sa vitesse. On observe que la vitesse en fonction du temps a la forme d’une sinusoïde avec une amplitude de quelques cm/s. Le cas illustré est issu d’une simulation sur la base des paramètres suivants :
o cadence de pédalage : 60 tours/minute
o puissance minimale transmise aux pédales (aux points morts) : 20 W
o puissance maximale transmise aux pédales : 480 W
o puissance moyenne : 250 W
o masse du cycliste et du vélo : 80 kg.
[0029] Les oscillations obtenues correspondent à une situation de roulage sur le plat en régime stable. Il a été tenu compte dans la situation des forces de pesanteur, de la résistance de l’air, de la résistance au roulement et de la force de frottement. On voit que l’amplitude (crête à crête) est d’environ 4 à 5 cm/s. Pour une situation de roulage en pente montante de 5° avec sinon les mêmes hypothèses que ci-avant, l’amplitude (crête à crête) serait d’environ 14 cm/s.
[0030] Ces oscillations de la vitesse du cycliste par rapport au sol ont pour effet que dans le référentiel d’un récepteur GNSS monté sur le cycle, un mouvement oscillatoire se superpose au mouvement non oscillatoire et aux trajectoires des satellites GNSS. La précision des mesures de phase de porteuse étant de l’ordre de quelques millimètres (p.ex. sur la fréquence L1 du GPS on observe un bruit de mesure de 2 à 3 mm), il sera possible de mesurer les oscillations de la vitesse au travers de ces mesures.
[0031] La figure 1 montre, de manière schématique, un cycliste 10 sur son vélo 12. Le cycliste a monté un terminal mobile 14 (p.ex. un récepteur GNSS ou un mobile multifonction) sur le cycle (p.ex. sur le guidon) au moyen d’une fixation. Le terminal mobile 14 comprend un récepteur GNSS intégré, capable de recevoir et de traiter les signaux GNSS 16 qui sont diffusés par les satellites 18 d’une ou de plusieurs constellations GNSS. Il convient de noter qu’il n’est pas essentiel pour l’invention que le terminal mobile soit fixé sur le cycle. En effet, le cycliste pourrait également porter le terminal sur son corps (p.ex. fixé sur le bras) ou dans une poche.
[0032] Dans l’exemple illustré, le mobile multifonction 14 est équipé d’une application mobile qui a accès aux mesures brutes réalisées par le récepteur GNSS et qui est configurée pour exécuter un procédé selon l’invention, en particulier d’extraire les oscillations des mesures de phase qui sont dues au pédalage.
[0033] Une possibilité pour mesurer les petites oscillations est indiquée, à titre d’exemple, dans la suite. Le décalage Doppler D£ est dû au mouvement relatif entre le satellite i et le récepteur GNSS ( RX ) et est donné par la formule :
où ÎRX,Î est la fréquence de la porteuse du signal i dans le référentiel du récepteur, ίtc,ί la fréquence de la porteuse du signal i dans le référentiel du satellite i qui l’émet (égale à la fréquence nominale / de la porteuse après compensation des effets de la dérive de l’horloge du satellite), c la vitesse de la lumière, vt la vitesse du satellite i, vRX la vitesse du récepteur, r£ la position du satellite i, rRX la position du récepteur, « » le produit scalaire et « ||-|| » la norme euclidienne. Les vecteurs vitesse et position sont indiqués par rapport à un référentiel commun, p.ex. un référentiel terrestre. Pour
r -rRX
faciliter la notation, on définit d£ = le vecteur unitaire pointant du récepteur au
\\ri-fRx\\
satellite i.
[0034] La fréquence de porteuse observée (et donc le décalage Doppler observé) par le récepteur comporte une erreur systématique due à la dérive de l’horloge du récepteur ôhRX et du bruit e. Après correction de la dérive de l’horloge du satellite, on obtient l’équation pour le taux de variation de la pseudo-distance £ (en anglais « pseudo-range rate ») :
[0035] On note que cette expression dépend de la position du récepteur. Une estimée de la position est donc nécessaire pour obtenir vRX. [0036] Di mes peut être estimé à l’aide de mesures TDCP. Le décalage Doppler observé sur le signal i à l’instant tj est approximé par :
où ( i itj-i) désigne la mesure de phase à l’instant t,· _1 ; celle à l’instant tJ+1 , et At l’écart entre deux instants de mesure (At = tj - tJ-1 = tJ+1 - tj).
[0037] Les vitesse vt et position r£ des satellites peuvent être calculées par le récepteur à l’aide des éphémérides GNSS diffusées dans le message de navigation contenu dans les signaux GNSS ou mises à disposition des utilisateurs par un autre moyen (Internet, service d’assistance au GNSS, etc.)
[0038] Le récepteur GNSS peut calculer sa position de manière conventionnelle, en utilisant les mesures de code. La précision du positionnement ainsi obtenue est suffisante dans ce contexte.
[0039] Les mesures Di rnes, les vitesses et les positions des satellites ainsi que l’estimée de la position du récepteur sont combinées au moyen de l’Eq. 4. Le système d’équations peut être résolu pour vRX par la méthode des moindres carrés, par un filtre de Kalman ou tout autre procédé convenable.
[0040] Pour déterminer les oscillations, le récepteur enregistre les valeurs de indéterminées pendant un certain temps et réalise une analyse fréquentielle dans la plage de 1 à 6 Hz. Une telle analyse fréquentielle peut comprendre une transformation de Fourier et une détection de pics. Au lieu de réaliser cette analyse sur les composantes de vRX de manière individuelle, il est possible de la réaliser sur la norme du vecteur vitesse \\vRX \\, sur la projection de vRX sur un plan horizontal, sur la projection de vRX sur le plan du sol, sur la projection de vRX sur l’axe longitudinal du cycle, etc. La fréquence des oscillations de la vitesse étant le double de la cadence de pédalage la fréquence trouvée par l’analyse spectrale est divisée par 2. Au besoin, une conversion en tours/minute est réalisée.
[0041] Les Eqs. 4 et 5 montrent que les oscillations de la vitesse ont un impact direct sur les mesures de phase de la porteuse si le vecteur vRX n’est pas orthogonal à d£ . Une autre possibilité pour déterminer la cadence de pédalage est dès lors de soumettre (toutes) les mesures de phase brutes à une analyse spectrale. De manière alternative, le terminal pourrait être configuré de sorte à déterminer d’abord les satellites qui sont les mieux positionnés (en termes de vRX at) en tenant compte de sa position et de sa vitesse actuelle et de détecter ensuite les pics caractéristiques du pédalage dans le spectre des mesures de phase brutes pour ces satellites.
[0042] Alors que des modes de réalisation particuliers viennent d’être décrits en détail, l’homme du métier appréciera que diverses modifications et alternatives à ceux- là puissent être développées à la lumière de l’enseignement global apporté par la présente divulgation de l’invention. Par conséquent, les agencements et/ou procédés spécifiques décrits ci-dedans sont censés être donnés uniquement à titre d’illustration, sans intention de limiter la portée de l’invention.

Claims

Revendications
1. Procédé de détermination de la cadence de pédalage d’un cycliste (10) sur un cycle (12), caractérisé en ce que la cadence de pédalage est extraite d’une oscillation de mesures de phase de signaux GNSS (16) réalisées sur le cycle (12) à l’aide d’un récepteur GNSS (14) ou de mesures calculées sur la base des mesures de phase.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les mesures calculées sur la base des mesures de phase comprennent des mesures Doppler, la vitesse du récepteur GNSS, la projection de la vitesse du récepteur GNSS sur un plan horizontal, la norme de la vitesse du récepteur GNSS, l’accélération du récepteur
GNSS, la projection de l’accélération du récepteur GNSS sur un plan horizontal et/ou la norme de l’accélération du récepteur GNSS.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les mesures calculées sur la base des mesures de phase sont obtenues à l’aide de mesures de phase différentiées dans le temps.
4. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu’il comprend la réalisation de mesures inertielles à l’aide d’un ou de plusieurs accéléromètres et/ou d’un ou de plusieurs gyromètres.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la cadence de pédalage est extraite d’une oscillation de mesures obtenues par hybridation des mesures de phase et des mesures inertielles.
6. Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la cadence de pédalage est extraite d’une oscillation des mesures inertielles lorsque les mesures de phase de signaux GNSS sont temporairement indisponibles ou trop bruitées.
7. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu’il comprend la réalisation des mesures de phase de signaux GNSS par le récepteur GNSS.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu’il comprend
o la détection si le récepteur GNSS fonctionne dans un mode alternant des intervalles d’activité et d’inactivité, o et, le cas échéant, l’activation d’un mode dans lequel le récepteur GNSS reste actif en permanence ou l’adaptation de la longueur des intervalles d’activité et d’inactivité en fonction des besoins de la détermination de la cadence de pédalage.
9. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l’extraction de la cadence de pédalage de l’oscillation des mesures de phase ou de mesures calculées sur la base des mesures de phase comprend une analyse fréquentielle dans la plage de 1 à 6 Hz., correspondant à une cadence de pédalage entre 30 et 180 tours/minute.
10. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l’extraction de la cadence de pédalage de l’oscillation des mesures de phase ou de mesures calculées sur la base des mesures de phase comprend une analyse fréquentielle dans une plage de fréquences qui est dynamiquement adaptée en fonction de la vitesse, de la position et/ou d’informations géographiques concernant la position du cycliste.
11. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé par une analyse de la plausibilité de la cadence de pédalage déterminée sur base de la vitesse du cycliste.
12. Procédé d’évaluation de la performance d’un cycliste (10), comprenant le calcul de la performance sur base de la cadence de pédalage du cycliste déterminée par le procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 11.
13. Programme d’ordinateur, p.ex. application mobile ou application web, comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes du procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 12 lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.
14. Terminal mobile (14), p.ex. mobile multifonction, récepteur GNSS, montre connectée, configuré pour la mise en œuvre du procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 12.
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