FR2964733A1

FR2964733A1 - Device for estimating e.g. speed of drone, has calculation unit for estimating kinematic magnitude of solid from field information representing electric field and displacement information representing solid displacement

Info

Publication number: FR2964733A1
Application number: FR1003598A
Authority: FR
Inventors: David Vissiere
Original assignee: SYSNAU
Current assignee: SYSNAU
Priority date: 2010-09-09
Filing date: 2010-09-09
Publication date: 2012-03-16

Abstract

The device (10) has an electric field estimating unit (20) with electric sensors (21) to provide electric field measurements (mE), and a processing unit (22) to determine a field information (iE) representing electric field, from the measurements. An inertial unit (30) has inertial sensors (31) to provide inertial measurements (mC) of the solid displacement, and another processing unit (32) to determine displacement information (iC) representing the solid displacement, from the inertial measurements. A calculation unit (40) estimates a kinematic magnitude of a solid from the information. The processing units are processors or microprocessors. An independent claim is also included for a method for estimating a kinematic magnitude of a solid.

Description

La présente invention concerne de manière générale l'estimation de grandeurs cinématiques d'un solide, telle sa vitesse ou sa position. Plus précisément, l'invention concerne un dispositif et un procédé d'estimation d'une grandeur cinématique d'un solide à partir de mesures inertielles et de mesures d'un champ électrique. The present invention generally relates to the estimation of kinematic quantities of a solid, such as its speed or position. More specifically, the invention relates to a device and a method for estimating a kinematic magnitude of a solid from inertial measurements and measurements of an electric field.

État de la technique connue la plus proche de l'invention. State of the art known closest to the invention.

Le monde de la recherche comme celui de l'industrie s'est intéressé au problème de l'estimation de vitesse et de position d'un solide, comme un piéton ou un drone, à l'intérieur de bâtiments ou dans des zones où le GPS (Global Positionning System) moyen traditionnellement employé présente une précision insuffisante ou une absence d'information de position du fait d'un signal faible ou brouillé. Both the research community and the industry have been interested in the problem of estimating the speed and position of a solid, such as a pedestrian or a drone, inside buildings or in areas where The average GPS (Global Positioning System) traditionally employed has insufficient accuracy or lack of position information due to a weak or scrambled signal.

A) Exposés des points caractéristiques des techniques antérieures. Il existe trois classes de techniques pour résoudre ce problème : A) Presentations of the characteristic points of the previous techniques. There are three classes of techniques to solve this problem:

1. Les techniques inertielles traditionnelles basées sur l'intégration au travers d'un filtre de Kalman ou d'un autre observateur d'informations en provenance de 2 0 gyromètres et d'accéléromètres embarqués sur le solide dont on souhaite estimer la position et la vitesse. Réf : P. Faurre, Navigation inertielle et filtrage stochastique, Dunod, 1971 1. The traditional inertial techniques based on the integration through a Kalman filter or other observer of information from gyrometers and accelerometers embedded on the solid which we wish to estimate the position and the speed. Ref: P. Faurre, Inertial navigation and stochastic filtering, Dunod, 1971

2. La méthode dite de « dead reckoning » qui est considérée comme la plus 25 adaptée pour répondre au besoin de connaissance des vitesses et position d'un piéton en l'absence de GPS. Notamment pour un piéton, elle a été étudiée et développée par l'industriel Vectronix et a donné lieu à plusieurs travaux de recherche. - L'estimation de`cap provient de la fusion des données d'un magnétomètre 30 et d'un ou de plusieurs gyromètres, les phases de mouvement et d'arrêt sont déterminées en utilisant des accéléromètres. - L'estimation de vitesse du piéton est obtenue soit par évaluation de la longueur des pas (0.8m) soit par évaluation de la vitesse de marche (0.8m/s). Réf : O. Mezentsev, G. Lachapelle, and J. Collin. Pedestrian dead reckoning a 35 solution do navigation in GPS signal degraded areas? GEOMATICA 59(2), 2005 3. La méthode de navigation magnéto-inertielle utilise les techniques inertielles traditionnelles couplées à des mesures de champ magnétique pour en améliorer la précision. Réf : demande de brevet de numéro de publication FR 2 914 739 « Système fournissant vitesse et position d'un corps en utilisant les variations du champ magnétique évaluées grâce aux mesure de un ou des magnétomètres et de une ou des centrales inertielle » VISSIERE DAVID JEAN, MARTIN ALAIN et PETIT NICOLAS B) Lacunes ou inconvénients des techniques antérieures. Les techniques inertielles traditionnelles nécessitent l'emploi de capteurs de haute précision dont le prix, le poids, l'encombrement et la consommation sont très importants. 2. The so-called dead reckoning method which is considered the most suitable for meeting the need for knowledge of the speeds and position of a pedestrian in the absence of GPS. In particular for a pedestrian, it has been studied and developed by industrialist Vectronix and has given rise to several research projects. - The estimate of'cap comes from the fusion of the data of a magnetometer 30 and one or more gyrometers, the phases of movement and stopping are determined using accelerometers. - The pedestrian speed estimate is obtained either by evaluation of the step length (0.8m) or by evaluation of the walking speed (0.8m / s). Ref: O. Mezentsev, G. Lachapelle, and J. Collin. Pedestrian dead reckoning a 35 GPS navigation solution signal degraded areas? GEOMATICA 59 (2), 2005 3. The magneto-inertial navigation method uses traditional inertial techniques coupled with magnetic field measurements to improve accuracy. Ref: publication number patent application FR 2 914 739 "System providing speed and position of a body by using the variations in the magnetic field evaluated by measuring one or more magnetometers and one or more inertial units" VISSIERE DAVID JEAN , MARTIN ALAIN and PETIT NICOLAS B) Gaps or disadvantages of prior techniques. Traditional inertial techniques require the use of high precision sensors whose price, weight, size and consumption are very important.

La méthode dite de « dead reckoning »donne des résultats suffisamment précis pour être exploitables, dans le cas d'un piéton, sous réserve que : -le champ magnétique ne soit pas très perturbé. Dans le cas contraire on aura une erreur notable sur le cap estimé et par voie de conséquence sur la position (le cap se déduisant à partir des magnétomètres en estimant que le champ obtenu est 2 0 le champ terrestre à une matrice de rotation près) -le piéton se déplace dans la direction de son buste, avec des pas réguliers (pas de pas sur le coté, pas de rotation du buste en avançant, pas de changement de rythme ni de longueur des pas...) The so-called dead reckoning method gives results that are sufficiently precise to be exploitable, in the case of a pedestrian, provided that: the magnetic field is not very disturbed. In the opposite case, there will be a significant error on the estimated heading and consequently on the position (the heading being deduced from the magnetometers by estimating that the field obtained is the terrestrial field with a rotation matrix close) the pedestrian moves in the direction of his bust, with regular steps (no steps on the side, no rotation of the bust while advancing, no change of rhythm or length of steps ...)

25 La navigation magnéto-inertielle donne satisfaction lorsque des variations sensibles du champ magnétique sont mesurées, ce qui n'est pas le cas partout. Magneto-inertial navigation is satisfactory when significant changes in the magnetic field are measured, which is not the case everywhere.

Un but de l'invention est de surmonter les difficultés que présentent les solutions de l'art antérieur. 30 A cet effet, l'invention propose selon un premier aspect un dispositif d'estimation d'une grandeur cinématique d'un solide, le dispositif comprenant : - un moyen d'estimation d'un champ électrique, le moyen comprenant - un ensemble de capteurs électriques destinés à être disposés de manière 35 solidaire du solide, l'ensemble de capteurs étant destiné à fournir des mesures du champ électrique, et - une unité de traitement destinée à déterminer une information de champ représentative du champ électrique, à partir des mesures du champ électrique, - une unité inertielle comprenant - un ensemble de capteurs inertiels destinés à être disposés de manière solidaire du solide et à fournir des mesures inertielles du déplacement du solide, et - une unité de traitement destinée à déterminer une information de déplacement représentative du déplacement du solide à partir des mesures inertielles, - une unité de calcul destinée à estimer, à partir de l'information de champ et de l'information déplacement, une grandeur cinématique du solide. An object of the invention is to overcome the difficulties presented by the solutions of the prior art. For this purpose, according to a first aspect, the invention proposes a device for estimating a kinematic magnitude of a solid, the device comprising: a means for estimating an electric field, the means comprising a set electrical sensors to be arranged integral with the solid, the set of sensors being intended to provide measurements of the electric field, and - a processing unit for determining field information representative of the electric field, from electric field measurements, - an inertial unit comprising - a set of inertial sensors intended to be solidly disposed with the solid and providing inertial measurements of the displacement of the solid, and - a processing unit for determining a representative displacement information the displacement of the solid from the inertial measurements, - a calculation unit intended to estimate, from the information field and displacement information, a kinematic magnitude of the solid.

Avantageusement mais facultativement, le dispositif selon le premier aspect de l'invention présente l'une ou une combinaison quelconque des caractéristiques suivantes : - l'information de champ comporte un vecteur représentatif d'une amplitude du champ électrique, - l'information de champ comprend une matrice représentative des dérivées partielles d'une amplitude du champ électrique, - l'ensemble de capteurs électriques comprend plusieurs capteurs électriques disposés autour du solide dans une position centrée, et - le dispositif comprend en outre une source de champ électrique. Advantageously but optionally, the device according to the first aspect of the invention has one or any combination of the following characteristics: the field information comprises a vector representative of an amplitude of the electric field; the field information; comprises a representative matrix of the partial derivatives of an amplitude of the electric field, the set of electrical sensors comprises several electrical sensors arranged around the solid in a centered position, and the device further comprises an electric field source.

L'invention propose aussi, selon un deuxième aspect, un procédé d'estimation d'une grandeur cinématique d'un solide, le procédé comprenant : une étape d'estimation d'un champ électrique, laquelle étape comprend : - une sous-étape de détermination de mesures du champ électrique, et - une sous-étape de détermination d'une information de champ représentative du champ électrique à partir des mesures du champ électrique, - une étape d'estimation de déplacement du solide, laquelle étape comprend : - une sous-étape de détermination de mesures inertielles du déplacement du solide, et - une sous-étape de détermination d'une information de déplacement représentative du déplacement du solide à partir des mesures inertielles, - une étape d'estimation, à partir de l'information de champ et de l'information de déplacement, d'une grandeur cinématique du solide. Avantageusement mais facultativement, le procédé selon le deuxième aspect de l'invention présente l'une ou une combinaison quelconque des caractéristiques suivantes - l'information de champ comporte un vecteur représentatif d'une amplitude du champ magnétique, - l'information de champ comprend une matrice représentative des dérivées partielles d'une amplitude du champ électrique, - les coefficients de la matrice représentative des dérivées partielles d'une amplitude du champ électrique sont déterminés par différences finies des mesures électriques, et - le procédé comprend en outre une étape de génération d'un champ électrique. The invention also proposes, in a second aspect, a method for estimating a kinematic magnitude of a solid, the method comprising: a step of estimating an electric field, which step comprises: a substep for determining measurements of the electric field, and - a substep of determining a field information representative of the electric field from the measurements of the electric field, - a step of estimating the displacement of the solid, which stage comprises: a sub-step for determining inertial measurements of the displacement of the solid, and - a substep of determining a displacement information representative of the displacement of the solid from the inertial measurements, - an estimation step, starting from the field information and displacement information, a kinematic magnitude of the solid. Advantageously but optionally, the method according to the second aspect of the invention exhibits one or any combination of the following features - the field information comprises a vector representative of an amplitude of the magnetic field, - the field information comprises a representative matrix of the partial derivatives of an amplitude of the electric field, the coefficients of the representative matrix of the partial derivatives of an amplitude of the electric field are determined by finite differences of the electrical measurements, and the method further comprises a step of generation of an electric field.

L'invention présente de nombreux avantages : - l'utilisation des capteurs électriques permet d'augmenter de manière significative la pertinence des grandeurs cinématiques estimées. grâce à la précision apportée par les capteurs électriques, il est possible d'avoir de bonnes performances en utilisant des capteurs inertiels de qualité réduite, ce qui permet de diminuer significativement les coûts de fabrication, et de réduire drastiquement l'encombrement du système et sa consommation, les capteurs de qualité réduite étant généralement moins imposants et peu gourmands en énergie. par rapport aux techniques utilisant des magnétomètres, l'invention n'est pas tributaire des perturbations de champ magnétique environnant le solide, ni même de la présence d'un champ magnétique, seulement d'un champ électrique. L'invention repose ainsi sur l'idée ingénieuse qu'un champ électrique est présent partout où existe un réseau électrique, ce qui est le cas dans tous les environnements urbains. l'invention est par ailleurs adaptée à diverses natures de solides. Ainsi, on entendra dans la suite par solide un être vivant comme un piéton, un robot, un véhicule, ou tout autre élément susceptible de se déplacer et dont on cherche à connaître une grandeur cinématique. The invention has many advantages: the use of electrical sensors makes it possible to significantly increase the relevance of the estimated kinematic magnitudes. thanks to the precision provided by the electrical sensors, it is possible to have good performances by using inertial sensors of reduced quality, which makes it possible to significantly reduce manufacturing costs, and drastically reduce the size of the system and its consumption, the reduced quality sensors being generally less imposing and less energy intensive. compared to the techniques using magnetometers, the invention is not dependent on the magnetic field disturbances surrounding the solid, nor even the presence of a magnetic field, only an electric field. The invention is thus based on the ingenious idea that an electric field is present wherever there is an electrical network, which is the case in all urban environments. the invention is also adapted to various types of solids. Thus, we will hear in the following solid a living being as a pedestrian, a robot, a vehicle, or any other element likely to move and which we seek to know a kinematic magnitude.

D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, au regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : la figure 1 représente, de façon schématique, un dispositif d'estimation d'une grandeur cinématique d'un solide selon une réalisation possible du premier aspect de l'invention, la figure 2 représente, sous la forme d'un schéma bloc, un procédé d'estimation d'une grandeur cinématique d'un solide selon une réalisation possible du deuxième aspect de l'invention, et - la figure 3 représente, sous la forme d'un graphique, des résultats obtenus par utilisation d'une réalisation possible du premier aspect de l'invention. En référence à la figure 1, un dispositif 10 d'estimation d'une grandeur cinématique d'un solide selon le premier aspect de l'invention comprend un moyen 20 d'estimation d'un champ électrique E, une unité 30 inertielle et une unité 40 de calcul. Le moyen 20 d'estimation de champ électrique E comprend un ensemble 21 de capteurs électriques destinés à être disposés de manière solidaire du solide et à fournir des mesures mE du champ électrique E, à une unité 22 de traitement du moyen 20. On entend par capteur électrique, un capteur de champ électrique. L'unité 22 de traitement est destinée à déterminer une information iE de champ représentative du champ électrique E, à partir des mesures mE du champ électrique E fournies par l'ensemble 21 de capteurs électriques. A titre d'exemple non limitatif, les capteurs électriques peuvent être des électromètres mono-axe, bi-axe tri-axe, ou multi-axe, et les mesures mE représentent les composântes du champ électrique (mesuré en Volt/m) sur un, deux, trois ou un nombre supérieur d'axes de l'espace. L'unité 22 de traitement peut être un processeur, un microprocesseur ou tout autre moyen adapté connu de l'homme de l'art. Other features, objects and advantages of the present invention will appear on reading the detailed description which follows, with reference to the appended drawings, given by way of non-limiting examples and in which: FIG. 1 represents, schematically , a device for estimating a kinematic magnitude of a solid according to a possible embodiment of the first aspect of the invention, FIG. 2 represents, in the form of a block diagram, a method for estimating a magnitude. kinematic of a solid according to a possible embodiment of the second aspect of the invention, and - Figure 3 shows, in the form of a graph, the results obtained by using a possible embodiment of the first aspect of the invention. With reference to FIG. 1, a device 10 for estimating a kinematic magnitude of a solid according to the first aspect of the invention comprises a means 20 for estimating an electric field E, an inertial unit and a unit 40 of calculation. The electric field estimating means E comprises an assembly 21 of electrical sensors intended to be arranged integrally with the solid and to provide measurements mE of the electric field E, to a unit 22 for processing the means 20. electric sensor, an electric field sensor. The processing unit 22 is intended to determine an information iE of field representative of the electric field E, from the measurements mE of the electric field E supplied by the set 21 of electrical sensors. By way of non-limiting example, the electrical sensors may be single-axis, bi-axis tri-axis or multi-axis electrometers, and the ME measurements represent the components of the electric field (measured in volts / m) on a , two, three, or a greater number of space axes. The processing unit 22 may be a processor, a microprocessor or any other suitable means known to those skilled in the art.

L'unité 30 inertielle comprend un ensemble 31 de capteurs inertiels destinés à être disposés de manière solidaire du solide et à fournir des mesures mC inertielles du déplacement du solide, et une unité 32 de traitement destinée à déterminer une information iC de déplacement représentative du déplacement du solide à partir des mesures mC inertielles. A titre d'exemple non limitatif, les capteurs inertiels peuvent être des accéléromètres, des gyroscopes ou des gyromètres mono-axe, bi-axe ou tri-axe, ou tout autre capteur inertiel adapté connu de l'homme de l'art. Les mesures mC inertielles peuvent représenter par exemple des mesures de l'accélération, de l'inclinaison ou de la vitesse angulaire du solide suivant un, deux ou trois axes de l'espace. The inertial unit 30 comprises an assembly 31 of inertial sensors intended to be arranged integrally with the solid and to provide mC inertial measurements of the displacement of the solid, and a processing unit 32 intended to determine a movement information representative of displacement iC. solid from mC inertial measurements. By way of non-limiting example, the inertial sensors may be accelerometers, gyroscopes or single-axis, bi-axis or tri-axis gyrometers, or any other suitable inertial sensor known to those skilled in the art. Inertial measurements may for example be measurements of the acceleration, inclination or the angular velocity of the solid along one, two or three axes of space.

L'information iC peut contenir une vitesse, une position, une inclinaison ou encore une vitesse de rotation du solide suivant un, deux ou trois axes de l'espaces. Elles peuvent être obtenues à partir des mesures mC inertielles par une méthode d'intégration numérique, comme une méthode des différences finies ou toute autre méthode adaptée connue de l'homme de l'art. The information iC can contain a speed, a position, an inclination or a speed of rotation of the solid along one, two or three axes of the space. They can be obtained from inertial measurements by a numerical integration method, such as a finite difference method or any other suitable method known to those skilled in the art.

L'unité 32 de traitement peut être un processeur, un microprocesseur ou tout autre moyen adapté pour déterminer l'information iC inertielle à partir des mesures mC inertielles. Par « de manière solidaire du solide », on entend qu'un mouvement du solide entraine un mouvement des capteurs électriques, et des capteurs inertiels de sorte à pouvoir lier les variations des mesures mE du champ électrique E et des mesures mC inertielles au déplacement du solide. De manière non limitative, les capteurs inertiels 21 comme électriques 32 peuvent être fixés à même le solide, ou bien sur un support (non représenté) solidaire du solide, ou bien encore être liés de manière mobile au solide. Une solution hybride peut encore être adoptée. L'unité 40 de calcul est destinée à estimer une grandeur cinématique du solide. On entend par grandeur cinématique du solide une grandeur représentative du positionnement du solide dans l'espace. Il peut s'agir de la vitesse V du solide de l'espace, sa position, son accélération, son inclinaison, sa vitesse angulaire ou encore une combinaison quelconque de ces exemples. Ces grandeurs peuvent être estimées selon un ou plusieurs axes de l'espace. Avantageusement, mais non limitativement, l'information iE de champ contient un vecteur A représentatif de l'amplitude du champ électrique E. Ce vecteur peut comporter une, deux, trois ou un nombre quelconque de coordonnées, de sorte à représenter l'amplitude du champ électrique E selon une, deux, trois ou un nombre quelconque de directions de l'espace. Dans la majorité des réseaux urbains, le champ électrique est pulsé. On peut alors l'écrire sous la forme E(x,t) = A(x)cos(wt +(P) où x représente la position spatiale - en une, deux ou trois dimensions - où l'on considère le champ, t représente le temps, A est l'amplitude du champ E, w sa pulsation et cl) sa phase. Ainsi, l'amplitude A ne dépend que de la position spatiale x, et on va s'intéresser plus particulièrement à cette amplitude A. The processing unit 32 may be a processor, a microprocessor or any other means adapted to determine the inertial iC information from the inertial mC measurements. "Solidarity" means that a movement of the solid causes a movement of the electrical sensors, and inertial sensors so as to be able to link the variations of the measurements eE of the electric field E and mC inertial measurements to the displacement of the solid. In a nonlimiting manner, the inertial sensors 21 as electrical 32 may be attached to the solid, or on a support (not shown) integral with the solid, or be movably connected to the solid. A hybrid solution can still be adopted. The computing unit 40 is intended to estimate a kinematic magnitude of the solid. Kinematic magnitude of the solid means a magnitude representative of the positioning of the solid in space. It can be the speed V of the solid space, its position, its acceleration, its inclination, its angular velocity or any combination of these examples. These quantities can be estimated according to one or more axes of the space. Advantageously, but not exclusively, the field information iE contains a vector A representative of the amplitude of the electric field E. This vector may comprise one, two, three or any number of coordinates, so as to represent the amplitude of the electric field E in one, two, three or any number of directions in space. In most urban networks, the electric field is pulsed. We can then write it in the form E (x, t) = A (x) cos (wt + (P) where x represents the spatial position - in one, two or three dimensions - where we consider the field, t represents the time, A is the amplitude of the field E, w its pulsation and cl) its phase. Thus, the amplitude A depends only on the spatial position x, and we will focus more particularly on this amplitude A.

Avantageusement, l'unité 22 de traitement du moyen 20 d'estimation d'un champ électrique E est en outre destinée, à estimer l'amplitude A du champ électrique E à partir des mesures électriques mE. Cette estimation peut être faite par moyenne temporelle, ou par toute autre méthode adaptée connue de l'homme de l'art. Avantageusement encore, l'unité 22 de traitement peut être destinée à estimer la pulsation w du champ électrique E (en général la fréquence est de 50 Hz sur le réseau urbain d'alimentation électrique français) par exemple au moyen d'une analyse de spectre type analyse de Fourier, ou de toute autre méthode adaptée connue de l'homme de l'art. Cette estimation de pulsation peut servir à l'estimation de l'amplitude, par exemple par moyenne temporelle. Advantageously, the unit 22 for processing the electric field estimation means E is also intended to estimate the amplitude A of the electric field E from the electrical measurements mE. This estimation can be made by time average, or by any other suitable method known to those skilled in the art. Advantageously, the processing unit 22 may be designed to estimate the wavelength w of the electric field E (generally the frequency is 50 Hz on the French urban power supply network) for example by means of a spectrum analysis type Fourier analysis, or any other suitable method known to those skilled in the art. This pulse estimation can be used to estimate the amplitude, for example by time average.

Préférentiellement, mais non limitativement, on utilise comme modèle d'évolution de l'amplitude A l'équation suivante : -(1 A A + R.V(A).RTV dA dt où R est une matrice de passage d'un repère terrestre vers un repère lié au solide, f2 un vecteur vitesse instantané de rotation du solide dans le repère terrestre, V(A) est la matrice des dérivées partielles de A dans le repère terrestre, et V représente un vecteur vitesse du solide dans le repère lié au solide. Preferably, but not exclusively, the following equation is used as the evolution model of the amplitude A: - (1 AA + RV (A) .RTV dA dt where R is a matrix of passage from a terrestrial reference point to a reference frame related to the solid, f2 a vector instantaneous speed of rotation of the solid in the terrestrial reference, V (A) is the matrix of partial derivatives of A in the terrestrial reference, and V represents a vector velocity of the solid in the reference bound to the solid .

V(A) est aussi appelée matrice jacobienne de A ou encore matrice des gradients de A dans le repère terrestre. Dans la suite on notera Q la matrice R.V(A).RT. Cette matrice Q exprime les coefficients de S7(A) dans le repère lié au solide. Selon différentes réalisations avantageuses du premier aspect de l'invention, l'unité 22 de traitement du moyen 20 d'estimation du champ électrique est destinée à déterminer V(A) ou bien directement Q. On dira que l'information (iE) de champ comprend une matrice représentative des dérivées partielles spatiales de A, qu'il s'agisse de V(A) ou de Q. Par ailleurs, cette estimation de vitesse V peut servir à estimer la position x du solide dans l'espace, servant par exemple de donnée externe pour recaler des erreurs d'intégrations inertielles. Ces équations sont préférentiellement intégrées par l'unité 40 de calcul au moyen de diverses méthodes d'intégration numérique comme par exemple, à titre non limitatif : des méthodes aux différences finies, aux volumes finis, aux éléments finis, un filtre de Kalman, - un algorithme de minimisation aux moindres carrés, ou toute combinaison de telles méthodes, ou encore toute autre méthode adaptée connue de l'homme de l'art. V (A) is also called Jacobian matrix of A or matrix of gradients of A in the terrestrial reference. In the following we will note Q the matrix R.V (A) .RT. This matrix Q expresses the coefficients of S7 (A) in the reference linked to the solid. According to various advantageous embodiments of the first aspect of the invention, the unit 22 for processing the electric field estimation means 20 is intended to determine V (A) or directly Q. It will be said that the information (iE) of field includes a representative matrix of spatial partial derivatives of A, whether V (A) or Q. Furthermore, this velocity estimate V can be used to estimate the position x of the solid in space, serving for example external data to reset errors of inertial integrations. These equations are preferably integrated by the computing unit 40 by means of various numerical integration methods such as, for example, without limitation: finite difference methods, finite volumes, finite elements, a Kalman filter, a least squares minimization algorithm, or any combination of such methods, or any other suitable method known to those skilled in the art.

La demanderesse a constaté que les vitesse et position du solide estimées par cette méthode sont plus proches de la réalité du solide que celle obtenue en intégrant les données inertielles provenant d'accéléromètres. The Applicant has found that the velocity and position of the solid estimated by this method are closer to the reality of the solid than that obtained by integrating the inertial data from accelerometers.

En particulier, l'estimation de position est, dans le pire des cas, proportionnelle au temps, contrairement aux techniques inertielles classiques où elle est quadratique en temps. In particular, the estimate of position is, in the worst case, proportional to time, unlike classical inertial techniques where it is quadratic in time.

Avantageusement, mais non limitativement, l'ensemble 21 de capteurs électriques peut comprendre plusieurs électromètres disposés autour du solide dans une position centrée. On entend par position centrée que la position de chaque électromètreet l'orientation de son ou ses axes de mesures sont symétriques par rapport au solide, connues et stockées dans l'unité 22 de traitement. Advantageously, but not exclusively, the set 21 of electrical sensors may comprise several electrometers arranged around the solid in a centered position. By centered position is meant that the position of each electromètreet and the orientation of its or its measurement axes are symmetrical with respect to the solid, known and stored in the processing unit 22.

Avantageusement, mais non limitativement, les coefficients de la matrice Q sont alors estimés par différences finies des mesures des différents électromètres, par exemple par différence finie unilatérale au premier ordre ou à un ordre quelconque du développement de Taylor. On va maintenant décrire, en regard de la figure 2, un procédé d'estimation d'une grandeur cinématique d'un solide selon le deuxième aspect de l'invention. Le procédé selon le deuxième aspect de l'invention est avantageusement, mais non limitativement, implémenté par un dispositif 10 selon le premier aspect de l'invention, et comprend une étape S10 d'estimation d'un champ électrique E, une étape S20 d'estimation de déplacement du solide, et une étape S30 d'estimation d'une grandeur cinématique du solide. L'étape S10 d'estimation d'un champ électrique E est avantageusement réalisée par le moyen 20 d'estimation d'un champ électrique E et comprend : - une sous-étape S11 de détermination de mesures mE du champ électrique E, avantageusement réalisée par l'ensemble 21 de capteurs électriques, et - une sous-étape S12 de détermination d'une information iE de champ représentative du champ électrique E à partir des mesures mE du champ électrique E, avantageusement réalisée par l'unité 22 de traitement du moyen 20. L'étape S20 d'estimation de déplacement du solide est avantageusement réalisée par l'unité 30 inertielle et comprend : - une sous-étape S21 de détermination de mesures mC inertielles du déplacement du solide, avantageusement réalisée par l'ensemble 31 de capteurs inertiels, et - une sous-étape S22 de détermination d'une information iC de déplacement représentative du déplacement du solide à partir des mesures mC inertielles, avantageusement réalisée par l'unité 32 de traitement de l'unité 30 inertielle. La grandeur cinématique du solide est réalisée à partir de l'information iE de champ et de l'information iC de déplacement. L'invention permet d'obtenir précisément la position d'un solide dans un lieu où le champ électrique pulsé est mesuré grâce à l'estimation de sa vitesse. Précisément, elle implémente, en complément des équations déjà utilisées en techniques inertielles classiques, une équation modélisant l'évolution de l'amplitude A du champ électrique E, l'amplitude A et la matrice Q étant elle-même estimée à partir des mesures mE de champ électrique E. La présente invention exploite ainsi astucieusement un champ physique jusque là non utilisé dans les méthodes de l'art antérieur : le champ électrique. Ce champ est plus faible, mesurable seulement à des distances plus faibles de sa source, et est généralement pulsé car généré par des courant alternatifs (par opposition au champ magnétique terrestre). Variantes éventuelles. La précision des résultats obtenus par le dispositif selon le premier aspect de l'invention peut être accrue en utilisant une source 50 de champ électrique. Advantageously, but not exclusively, the coefficients of the matrix Q are then estimated by finite differences in the measurements of the different electrometers, for example by finite difference in the first order or in any order of Taylor's development. We will now describe, with reference to FIG. 2, a method of estimating a kinematic magnitude of a solid according to the second aspect of the invention. The method according to the second aspect of the invention is advantageously, but not exclusively, implemented by a device 10 according to the first aspect of the invention, and comprises a step S10 for estimating an electric field E, a step S20 of estimation of displacement of the solid, and a step S30 for estimating a kinematic magnitude of the solid. The step S10 for estimating an electric field E is advantageously carried out by the means 20 for estimating an electric field E and comprises: a substep S11 for determining measurements mE of the electric field E, advantageously carried out by the set 21 of electrical sensors, and a sub-step S12 for determining a field information representative of the electric field E from the measurements e of the electric field E, advantageously carried out by the unit 22 for processing the electric field. The step S20 for estimating the displacement of the solid is advantageously carried out by the inertial unit 30 and comprises: a substep S21 for determining mC inertial measurements of the displacement of the solid, advantageously carried out by the assembly 31 of inertial sensors, and a sub-step S22 for determining a displacement information representative of displacement of the solid from the inertial measurements, advantageously carried out e by the processing unit 32 of the inertial unit. The kinematic magnitude of the solid is made from the field information iE and displacement information iC. The invention makes it possible to precisely obtain the position of a solid in a place where the pulsed electric field is measured thanks to the estimation of its speed. Specifically, it implements, in addition to the equations already used in classical inertial techniques, an equation modeling the evolution of the amplitude A of the electric field E, the amplitude A and the matrix Q being itself estimated from the measurements ME The present invention thus cleverly exploits a physical field hitherto not used in the methods of the prior art: the electric field. This field is weaker, measurable only at lower distances from its source, and is usually pulsed because generated by AC currents (as opposed to the Earth's magnetic field). Possible variants. The accuracy of the results obtained by the device according to the first aspect of the invention can be increased by using a source 50 of electric field.

Cette source 50 peut être disposée en des endroits connus ou inconnus, préférentiellement suffisamment proches des capteurs électriques pour que les signaux émis soient mesurés avec une bonne précision. Ainsi, on s'affranchit même de la nécessité de présence d'un réseau électrique urbain. La source 50 de champ peut comprendre, par exemple, des ampoules au néon alimentée en 50 Hz, ou tout autre source de champ électrique adaptée connue de l'homme de l'art. L'usage complémentaire d'autres capteurs, dans le but d'augmenter la performance des résultats, comme des capteurs de pression, radar Doppler, dispositif de géolocalisation de type GPS, odomètre, ou tout autre capteur adapté connu de l'homme de l'art, entre également dans le cadre de cette invention. On va maintenant décrire, à titre d'exemple illustratif et non limitatif, une réalisation possible du dispositif selon le premier aspect de l'invention. This source 50 may be disposed in known or unknown locations, preferably sufficiently close to the electrical sensors so that the emitted signals are measured with good accuracy. Thus, we even get rid of the need for the presence of an urban electricity network. The field source 50 may comprise, for example, neon bulbs powered at 50 Hz, or any other suitable electric field source known to those skilled in the art. The complementary use of other sensors, in order to increase the performance of the results, such as pressure sensors, Doppler radar, geolocation GPS device, odometer, or any other suitable sensor known to the man of the art, is also within the scope of this invention. An embodiment of the device according to the first aspect of the invention will now be described by way of illustrative and nonlimiting example.

Dans cet exemple, le solide est l'ensemble 21 de capteurs électriques comprend 3 électromètres disposés sur les sommets d'un trièdre direct. Les capteurs inertiels, sous la forme d'une centrale inertielle, sont placés à l'origine du trièdre. Les données issues de ces capteurs inertiels sont transmises à une carte électronique d'acquisition et de calcul de l'unité 40 de calcul, carte qui délivre une information de position et de vitesse via une liaison filaire et une liaison sans fil à un utilisateur. Après avoir identifiée la fréquence de pulsation du champ électrique au moyen d'une analyse de Fourier du spectre sur les mesures électriques, l'unité 22 de traitement du moyen 20 produit une estimation de l'amplitude A par une moyenne sur une période. Les équations inertielles et le modèle d'amplitude sont ensuite intégrés à l'aide d'un filtre de Kalman par la carte d'acquisition et de calcul, de sorte à délivrer une estimation de la vitesse et du déplacement du solide. Cet exemple a été réalisé et testé par la Demanderesse. Le solide a effectué un déplacement linéaire de 30 cm à vitesse constante, à une distance de quelques dizaine de centimètres d'un câble électrique parcouru par une tension alternative à 50 Hz, selon un axe à vitesse constante. La figure 2 propose un graphique représentant la position x - en mètres, selon une dimension - du solide en fonction du temps t, en secondes. La courbe A représente la position réelle du solide en fonction du temps, alors que la courbe représente sa position estimée par la carte d'acquisition et de calcul. In this example, the solid is the set 21 of electrical sensors comprises 3 electrometers arranged on the vertices of a direct trihedron. Inertial sensors, in the form of an inertial unit, are placed at the origin of the trihedron. The data from these inertial sensors are transmitted to an electronic card for acquisition and calculation of the computing unit 40, which card provides position and speed information via a wire link and a wireless link to a user. After identifying the frequency of pulsation of the electric field by means of a Fourier analysis of the spectrum on the electrical measurements, the unit 22 for processing the means 20 produces an estimate of the amplitude A by an average over a period. The inertial equations and the amplitude model are then integrated using a Kalman filter by the acquisition and calculation card, so as to deliver an estimate of the speed and displacement of the solid. This example was made and tested by the Applicant. The solid made a linear displacement of 30 cm at a constant speed, at a distance of some ten centimeters from an electric cable traversed by an AC voltage at 50 Hz, along a constant speed axis. Figure 2 shows a graph showing the position x - in meters, according to one dimension - of the solid as a function of time t, in seconds. Curve A represents the real position of the solid as a function of time, while the curve represents its position estimated by the acquisition and calculation card.

Le déplacement estimé est de 27 cm, pour un déplacement réel de 30 cm. L'estimation est donc fiable à 90% sur cet exemple. The estimated displacement is 27 cm, for a real displacement of 30 cm. The estimate is therefore 90% reliable in this example.

Claims

REVENDICATIONS1. Device (10) for estimating a kinematic magnitude of a solid, the device (10) being characterized in that it comprises: - means (20) for estimating an electric field (E), the means (20) comprising - an assembly (21) of electrical sensors intended to be arranged integrally with the solid, the set of sensors being intended to provide measurements (mE) of the electric field (E), and - a unit ( 22) for determining a field information (iE) representative of the electric field (E), from the measurements (mE) of the electric field (E), - an inertial unit (30) comprising - a set (31) inertial sensors intended to be arranged integrally with the solid and to provide inertial measurements (mC) of the displacement of the solid, and - a processing unit (32) for determining a displacement information (iC) representative of the displacement of the solid from the inertial measurements (mC), one unit Method (40) for estimating, from the field information (iE) and the displacement information (iC), a kinematic magnitude of the solid.

2. Device according to claim 1, wherein the field information (iE) comprises a vector (A) representative of an amplitude of the electric field (E).

3. Device according to one of claims 1 and 2, wherein the field information (iE) comprises a matrix (V (A); Q) representative of the partial derivatives of an amplitude (A) of the electric field (E ).

4. Device according to claim 3, wherein the set (21) of electrical sensors comprises a plurality of electrical sensors arranged around the solid in a centered position.

5. Device according to one of claims 1 to 4, the device further comprising a source (50) of electric field.

6. A method for estimating a kinematic magnitude of a solid, the method being characterized in that it comprises: a step (S10) for estimating an electric field (E), which step comprises: a substep (S11) for determining measurements (mE) of the electric field (E), and - a substep (S12) for determining a field information (iE) representative of the electric field (E) from measurements (ME) of the electric field, - a step (S20) for estimating the displacement of the solid, which step comprises: - a sub-step (S21) for determining inertial measurements (mC) of the displacement of the solid, and a sub-step (S22) for determining a displacement information (iC) representative of the displacement of the solid from the inertial measurements (mC), a step (S30) of estimation, based on the information (iE) of field and information (iC) displacement, a kinematic magnitude of the solid.

7. The method of claim 6, wherein the field information (iE) comprises a vector (A) representative of an amplitude of the magnetic field (E).

8. Method according to one of claims 6 and 7, wherein the field information (iE) comprises a matrix (V (A); Q) representative of the partial derivatives of an amplitude (A) of the electric field (E ). 25

9. The method according to claim 8, wherein the coefficients of the matrix (v (A); Q) representative of the partial derivatives of an amplitude (A) of the electric field (E) are determined by finite differences of the measurements (mE). electric.

10. Method according to one of claims 5 to 9, further comprising a step (SO) for generating an electric field (E).