FR3093820A1

FR3093820A1 - Procédé de génération de carte de masques d’élévation par signaux GNSS

Info

Publication number: FR3093820A1
Application number: FR1902432A
Authority: FR
Inventors: Nabil KBAYER; Willy VIGNEAU
Original assignee: Continental Automotive France SAS
Current assignee: Continental Automotive France SAS
Priority date: 2019-03-11
Filing date: 2019-03-11
Publication date: 2020-09-18

Abstract

L’invention propose un procédé de génération d’une carte de masques d’élévations d’une zone géographique, la carte de masques d’élévations comprenant un ensemble de points de la zone géographique et, en chaque point, des valeurs de masques d’élévations pour un ensemble d’azimuts par rapport au point, le procédé étant mis en œuvre par un dispositif comprenant au moins un calculateur, une mémoire, et une interface de communication, et comprenant la mise en œuvre des étapes de: - obtention, pour une localisation d’un véhicule, d’au moins une information d’azimut et d’élévation d’au moins un obstacle à la réception d’un signal d’un satellite par le véhicule, à partir d’un signal GNSS généré par le véhicule, et pour chacun de la pluralité de véhicules, et- agrégation des informations reçues pour chaque véhicule pour générer la carte de masques d’élévations.

Description

Procédé de génération de carte de masques d’élévation par signaux GNSS

L’invention concerne un procédé de génération d’une carte de masques d’élévation d’une zone géographique à partir de signaux GNSS d’une pluralité de véhicules, le procédé de génération étant mis en œuvre par un calculateur distant des véhicules, ainsi qu’un procédé de traitement de signaux GNSS mis en œuvre par un calculateur embarqué dans un véhicule pour en déduire des informations d’élévation et d’azimut concernant un obstacle à la réception de signaux d’un satellite.

Les véhicules utilisent classiquement des signaux de positionnement par satellites, plus couramment appelés GNSS pour l’acronyme anglais Global Navigation Satellite System, pour se localiser et fournir un guidage au conducteur.

Pour ce faire, les véhicules sont équipés d’un récepteur GNSS qui reçoit à chaque instant des signaux émis par des satellites, comportant des données permettant de calculer les coordonnées géographiques du satellite, sa vitesse de déplacement et la date d’envoi du signal, et qui permettent, par un traitement au niveau du récepteur GNSS, d’en déduire, pour chaque satellite dont on a détecté un signal :
- une estimation de la distance qui sépare le récepteur du satellite (appelée pseudodistance pour tenir compte d’erreurs liées à la propagation du signal),
- une identification du satellite dont émane le signal reçu,
- une puissance de réception, et
- la position relative du satellite par rapport au récepteur, en azimut et en élévation.

Une localisation du véhicule est possible par trilatération à partir de la réception de signaux d’au moins quatre satellites. Or, dans un environnement urbain, il n’est pas possible de déterminer une localisation du véhicule uniquement sur la base des signaux GNSS reçus puisque de nombreux obstacles – en premier lieu les bâtiments – peuvent empêcher ou perturber cette réception en bloquant les signaux ou en les réfléchissant.

Pour résoudre ce problème, des solutions ont déjà été proposées, utilisant notamment des cartographies 3D du lieu parcouru par le véhicule pour compléter les signaux GNSS reçus par le véhicule et en déduire une localisation. Une cartographie 3D est une représentation numérique de bâtiments ou d’autres obstacles pouvant exister dans un environnement urbain, c’est-à-dire une carte classique de l’environnement enrichie de la hauteur des bâtiments et autres obstacles.

Parmi les approches reposant sur l’utilisation de cartographies 3D, on connait des méthodes de simulation de réception de signaux GNSS basés sur les cartographies 3D. Ces méthodes utilisent une localisation initiale projetée dans la cartographie 3D, et par des algorithmes de lancer de rayons (ou ray tracing) simulent les signaux GNSS reçus lors d’un déplacement mis en œuvre à partir de la localisation initiale, et comparent les signaux effectivement reçus aux signaux simulés.

D’autres méthodes extraient des informations géométriques des cartographies 3D pour pouvoir prédire des signaux de réception GNSS en plusieurs points candidats de la carte, puis attribuer une note à chaque point candidat et définir la localisation du véhicule comme étant le point présentant la note maximale. Un exemple d’une telle méthode est celle dite du Shadow Matching, décrite dans la publication de Paul D. Groves : « Shadow Matching : A New GNSS Positioning Technique for Urban Canyons », dans The Journal of Navigation (2011), 64, 417-430

Les cartographies 3D utilisées dans ce genre de méthodes sont en général réalisées à partir d’images aériennes ou d’images LIDAR, par conséquent elles sont coûteuses à produire, et donc seulement disponibles pour des grandes villes. Du fait de leur coût de production, les cartographies 3D ne sont pas non plus toujours à jour. Or, les algorithmes de localisation existants doivent se baser sur des cartographies à jour pour assurer que la localisation déterminée par l’algorithme soit exacte.

Compte-tenu de ce qui précède, l’invention a pour objet de palier au moins en partie les inconvénients de l’art antérieur décrit ci-avant.

En particulier, un but de l’invention est de proposer un procédé de génération d’une carte de masques d’élévation d’une zone géographique qui soit continuellement à jour, et qui soit moins coûteux que l’art antérieur.

Un autre but de l’invention est de permettre une couverture plus étendue que des cartographies 3D, en permettant l’obtention d’une carte de masque d’élévation partout où des utilisateurs se trouvent, et non pas seulement dans des grandes villes.

A cet égard, l’invention a pour objet le procédé de génération d’une carte de masques d’élévation d’une zone géographique, la carte de masques d’élévations comprenant un ensemble de points de la zone géographique et, en chaque point, des valeurs de masques d’élévations pour un ensemble d’azimuts par rapport au point,
le procédé étant mis en œuvre par un dispositif comprenant au moins un calculateur, une mémoire, et une interface de communication, et comprenant la mise en œuvre des étapes de:
- obtention, pour une localisation d’un véhicule, d’au moins une information d’azimut et d’élévation d’au moins un obstacle à la réception d’un signal d’un satellite par le véhicule, à partir d’un signal GNSS généré par le véhicule, et pour chacun de la pluralité de véhicules, et
- agrégation des informations reçues pour chaque véhicule pour générer la carte de masques d’élévations.

Chaque signal GNSS comprend de préférence au moins :
- une identification de chaque satellite dont un signal est reçu par un récepteur GNSS, et
- la position relative du satellite par rapport au récepteur GNSS, exprimée en azimut et en élévation.

Dans un mode de réalisation, l’information d’azimut et d’élévation associée à une localisation comprend, pour un azimut donné, une valeur maximale de masque d’élévation déterminée à partir de l’élévation d’un satellite dont un signal a été reçu par le récepteur GNSS du véhicule à cette localisation.

Dans un mode de réalisation, la mémoire stocke des éphémérides de satellites, indiquant pour chacun d’une pluralité de satellites la position du satellite à chaque instant, et l’information d’azimut et d’élévation comprend, pour un azimut donné, une valeur minimale de masque d’élévation, déterminée à partir de l’élévation d’un satellite dont un signal aurait dû être reçu par le récepteur GNSS à cette localisation et pour cet azimut, l’élévation du satellite étant déduite de l’éphéméride, si aucun signal n’a été reçu par le récepteur GNSS pour ce satellite.

Dans des modes de réalisation, le procédé peut comprendre en outre une étape préliminaire de réception d’un message émis par chaque véhicule, comprenant au moins un signal GNSS généré par le récepteur GNSS du véhicule, et une localisation associée du véhicule et l’étape d’obtention des informations d’azimut et d’élévation comprend la détermination desdites informations à partir des signaux GNSS et localisations associées reçus de chaque véhicule.

Dans des modes de réalisation, le procédé comprend en outre, à partir de deux valeurs de masques d’élévation obtenues pour deux points où la réception de signaux de satellites est empêchée par un même obstacle, et pour un même azimut, :
- la détermination d’une distance entre les deux points, et - la détermination d’une hauteur de l’obstacle à partir de la distance entre les deux points et des valeurs de masques d’élévation en chaque point.

Dans des modes de réalisation, l’étape d’obtention de l’information d’azimut et d’élévation associée à une localisation comprend la réception d’un message émis par chaque véhicule, comprenant ladite information et ladite localisation.

Dans des modes de réalisation, la mémoire stocke en outre une carte en deux dimensions de la zone géographique comprenant les emplacements des obstacles, et le procédé comprend en outre :
- la détermination, à partir d’une valeur de masque d’élévation pour un point où la réception de signaux de satellites est empêchées par un obstacle, d’une distance entre le point et l’obstacle, et
- la déduction de ladite distance d’une hauteur de l’obstacle.

L’invention a également pour objet un produit programme d’ordinateur, comprenant des instructions de code pour la mise en œuvre du procédé selon la description qui précède, quand il est mis en œuvre par un calculateur.

L’invention a également pour objet un dispositif de génération d’une carte de masques d’élévations comprenant au moins un calculateur, une mémoire, et une interface de communication à distance, adaptée pour communiquer avec une pluralité de véhicules par un réseau de télécommunications, caractérisé en ce que le dispositif de génération de carte d’élévations est configuré pour mettre en œuvre le procédé selon la description qui précède.

Selon un autre objet, l’invention concerne un procédé de traitement de signaux GNSS, le procédé étant mis en œuvre par un dispositif embarqué dans un véhicule comprenant un récepteur GNSS, le dispositif comprenant un calculateur, une mémoire et une interface de communication avec un calculateur distant, le procédé comprenant :
- la réception d’au moins un signal GNSS généré par le récepteur GNSS du véhicule, et d’une localisation associée,
- la détermination, à partir du signal GNSS, d’au moins une information d’azimut et d’élévation d’au moins un obstacle à la réception d’un signal d’un satellite par le véhicule associée à la localisation, et
- l’envoi au calculateur distant de ladite information.

Dans un mode de réalisation, les étapes de réception d’un signal GNSS et d’une localisation associée, et de détermination d’une information d’azimut et d’élévation associée à la localisation sont mises en œuvre le long d’une trajectoire parcourue par le véhicule,
- le procédé comprend en outre la détection d’au moins une localisation de changement de condition de réception GNSS, à laquelle un satellite apparaît ou disparaît dans le signal GNSS associé,
- et l’étape d’envoi au calculateur distant ne comprend que l’envoi des informations d’azimut et d’élévation associées à chaque localisation de changement de condition de réception GNSS détectée.

Enfin l’invention a également pour objet un dispositif de traitement de signaux GNSS générés par un récepteur GNSS d’un véhicule, le dispositif étant embarqué dans le véhicule et comprenant un calculateur, une mémoire, et une interface de connexion avec un calculateur distant, caractérisé en ce que le dispositif est configuré pour la mise en œuvre du procédé selon la description qui précède.

Le procédé selon l’invention permet de générer une carte de masques d’élévation d’une zone géographique à partir de signaux GNSS générés par une pluralité de véhicules et recueillis par un serveur distant qui peut centraliser et agréger ces données. De ce fait, la carte de masques d’élévation peut être mise à jour continuellement en fonction des données reçues des véhicules.

De plus ce procédé ne requiert pas de survol de la zone géographique considéré ni d’investissement lourd puisqu’il met à profit des équipements (récepteurs GNSS) présents dans de nombreux véhicules. Le procédé est donc moins coûteux que les procédés de génération de cartographies 3D précédents. Il permet également d’obtenir une couverture plus large car une carte peut être produite pour une zone géographique dès lors que des véhicules parcourent cette zone.

Une carte de masques d’élévation obtenue par la mise en œuvre du procédé selon l’invention peut avantageusement être utilisée par une flotte de véhicules pour améliorer leur localisation, notamment en zone urbaine. Cette carte peut également être utilisée pour en déduire une cartographie 3D d’une zone, dans laquelle non seulement les localisations des obstacles à la réception de signaux de satellites, mais également leurs hauteurs respectives, sont consignées ».

D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels :

Fig. 1

représente schématiquement un dispositif pour la mise en œuvre du procédé de génération d’une carte de masques d’élévation selon un mode de réalisation de l’invention.

Fig. 2

représente les principales étapes du procédé de génération d’une carte de masques d’élévation selon un mode de réalisation de l’invention.

Fig 3

représente les principales étapes d’un procédé de traitement de signaux GNSS selon un mode de réalisation de l’invention.
Fig. 4

représente un exemple d’une partie d’un signal GNSS transmis par un véhicule au serveur distant.

Fig. 5

représente schématiquement un exemple de configuration permettant la détermination de la hauteur d’un obstacle.

Description détaillée de l’invention

En référence à , un procédé de génération d’une carte de masque d’élévation est mis en œuvre par un dispositif 1 comprenant au moins un calculateur 10, par exemple un processeur, un microprocesseur, un microcontrôleur, etc., et une mémoire 11, stockant des instructions de code exécutables par le calculateur pour mettre en œuvre le procédé.

Le dispositif 1 comprend en outre une interface de communication à distance 12, permettant la connexion à un réseau R de télécommunications, par exemple un réseau utilisant l’un des protocoles GPRS, EDGE, UMTS, 3G, 4G, WIFI, WIMAX, Internet, etc. et l’envoi et la réception de messages via ce réseau. Cette interface permet au calculateur 10 de communiquer à distance avec une pluralité de véhicules V. De la sorte, et comme décrit plus en détails dans la suite, le dispositif 1 est avantageusement un serveur distant des véhicules, pouvant recevoir et agréger des données d’un ensemble de véhicules pour générer une carte de masques d’élévation par crowd-sourcing ou « approvisionnement par la foule ».

Le dispositif 1 est en communication avec une pluralité de véhicules V, chaque véhicule étant équipé pour cela d’une interface de communication 22 avec le réseau R de télécommunications, et d’un récepteur GNSS 21, adapté pour recevoir des signaux d’un ou plusieurs satellites et de les traiter pour obtenir un signal GNSS du type comprenant :
- une identification de chaque satellite dont un signal est reçu, typiquement un PRN (acronyme anglais de « Pseudo-Random Noise ») ou un SVN (acronyme anglais de « Space Vehicle Number »),
- un niveau de puissance du signal reçu,
- et la position relative du satellite par rapport au récepteur GNSS, cette position relative étant exprimée en azimut et en élévation.

L’élévation d’un objet par rapport à un observateur est l’angle formé entre l’horizontale et un axe reliant l’observateur et l’objet.

Pour déduire le signal GNSS des signaux reçus par les satellites, chaque récepteur GNSS 21 comprend classiquement en mémoire une éphéméride des satellites qui est mise à jour régulièrement, l’éphéméride indiquant pour chacun d’une pluralité de satellites la position du satellite à chaque instant.

Avantageusement, mais facultativement, les positions relatives des satellites dont des signaux sont reçus par un récepteur GNSS peuvent être exprimées comme un vecteur comprenant 360 lignes, chaque ligne correspondant à un degré d’azimut, et pour chaque angle d’azimut, la valeur d’angle d’élévation à laquelle se trouve un satellite dont on a reçu un signal. Typiquement des valeurs d’angle d’élévation ne sont attribuées qu’à quelques valeurs d’angles d’azimut, chaque valeur d’angle d’élévation correspondant à un satellite visible par le récepteur GNSS 21. On a représenté sur la un exemple d’une partie de signal GNSS comprenant l’identification de chaque satellite dont un signal est reçu ainsi que la position exprimée en azimut et en élévation du satellite par rapport au récepteur GNSS.

Chaque récepteur GNSS 21 d’un véhicule est en outre adapté pour déduire, du signal GNSS obtenu, dans le cas où des signaux sont reçus d’au moins quatre satellites, une localisation du récepteur GNSS 21 et donc du véhicule, par trilatération.

Sur la , on a représenté par une flèche les signaux émis par des satellites et reçus par un récepteur GNSS, par une flèche en pointillés les signaux réfléchis par des obstacles, et par un trait terminé par une croix les signaux bloqués par des obstacles, et qui ne parviennent donc pas à un récepteur GNSS de véhicule.

De plus, certains véhicules peuvent en outre comprendre au moins un capteur additionnel 23, permettant de compléter ou de corroborer la localisation déterminée par le récepteur GNSS 21. Le capteur additionnel peut être du type : caméra, accéléromètre, odomètre, etc.

Dans un mode de réalisation, chaque véhicule peut envoyer au dispositif 1 distant des signaux GNSS générés par le récepteur GNSS 21 du véhicule et des localisations associées, qui peuvent être déterminées soit uniquement à partir des signaux GNSS, soit à partir des signaux GNSS et/ou de capteurs additionnels.

Dans un mode de réalisation, chaque véhicule peut également comprendre un dispositif 2 de traitement de signaux GNSS comprenant un calculateur 20 adapté pour générer, à partir d’un signal GNSS, une information d’azimut et d’élévation d’au moins un obstacle à la réception d’un signal satellite par le récepteur GNSS du véhicule, cette information étant ensuite envoyée au dispositif 1 distant. Le dispositif 2 comprend également une mémoire 24 qui stocke des instructions de code exécutables par le calculateur, et qui peut avantageusement également stocker une éphéméride.

En référence à , on va maintenant décrire un procédé de génération d’une carte de masques d’élévation mis en œuvre par le dispositif 1 décrit ci-avant.

Une carte de masques d’élévation d’une zone géographique comprend un ensemble de points de la zone géographique, ci-après notés Pos_i, où chaque point correspond à une surface élémentaire de la zone géographique, et où à chaque point et pour un ensemble d’azimuts par rapport à ce point, est associée une valeur d’angle de masque d’élévation Ev(Pos_i,Az) de la zone géographique. Une valeur d’angle de masque d’élévation est une valeur d’angle, mesuré par rapport à l’horizontale, correspondant à l’élévation minimale d’un obstacle vu depuis ce point. Il s’agit en d’autres termes de l’angle minimal en-dessous duquel l’horizon ne peut être observé à cause l’obstacle

Avantageusement, dans le contexte de l’invention, la zone géographique considérée est une zone urbaine dans laquelle la présence de bâtiments peut perturber la réception de signaux de satellites par les récepteurs GNSS de véhicules. En variante la zone peut être une zone rurale ou montagneuse, où des obstacles naturels empêchent la bonne réception des signaux des satellites. Les valeurs d’angles de masques d’élévations de la carte de masques d’élévation sont donc celles d’obstacles à la réception de signaux de satellites par les récepteurs GNSS de véhicules, ces obstacles étant typiquement des bâtiments, mais pouvant également être un relief naturel, des arbres, engins de chantiers massifs, etc.

En référence à , le procédé comprend une étape 100 d’obtention, par le dispositif 1, et pour une pluralité de véhicules V, d’une localisation d’un véhicule et au moins une information d’azimut et d’élévation d’au moins un obstacle à la réception d’un signal d’un satellite par le véhicule, cette information étant obtenue à partir d’un signal GNSS généré par le véhicule.

Le principe d’obtention de cette information est le suivant.

Comme indiqué précédemment, un signal GNSS peut comprendre, pour une ou plusieurs valeurs d’azimuts, une valeur d’élévation respective à laquelle un signal est reçu d’un satellite. Ainsi, dans le cas où un signal est reçu d’un satellite en un point Pos1, à un azimut Az1 et une élévation Ev1 donnés, cela implique qu’à cet azimut, il n’y a pas d’obstacle à une élévation correspondant à cette élévation Ev1. On en déduit donc qu’un éventuel obstacle présent à l’azimut Az1 pour la localisation Pos1 présente une élévation inférieure à celle à laquelle se trouve le satellite dont le signal a été reçu : Ev(Az1, Pos1)<Ev1.

De plus, un signal GNSS peut également être combiné à des éphémérides de satellites, indiquant les positions des satellites à chaque instant. A partir d’une localisation d’un véhicule (et du moment correspondant à cette localisation), il est possible de déterminer de quels satellites un récepteur GNSS devrait recevoir des signaux, ainsi que l’azimut et l’élévation de chaque satellite dont un signal devrait être reçu par rapport au récepteur GNSS.

Si un signal GNSS généré à cette localisation fait apparaître qu’aucun signal n’a été reçu d’un satellite en théorie « visible », cela implique qu’un obstacle se trouve à l’azimut correspondant au signal qui aurait dû être reçu, et présente une élévation supérieure à l’élévation à laquelle le satellite aurait dû se trouver. En notant Pos1 la localisation du récepteur GNSS, Azt et Evt les azimuts et élévations théoriques du satellite dont un signal aurait dû être reçu, on peut donc déterminer : Ev(Azt, Pos1)>Evt.

Ainsi pour un véhicule et une localisation d’un véhicule, on peut déduire autant d’informations qu’il y a de satellites dont des signaux pourraient être reçus par le récepteur GNSS du satellite en l’absence d’obstacle, parmi les deux types d’information décrits ci-avant, à savoir :
- une valeur d’angle de masque d’élévation maximale en un point pour un azimut donné, dans le cas où un signal de satellite a été reçu en ce point et pour cet azimut, et
- une valeur d’angle de masque d’élévation minimale en un point pour un azimut donné, dans le cas où un signal de satellite n’a pas été reçu en ce point et pour cet azimut, alors qu’il aurait dû l’être d’après les éphémérides.

Dans un mode de réalisation, l’obtention de ces informations à partir des signaux GNSS et des localisations associées des véhicules, et le cas échéant des éphémérides des satellites, est réalisée de manière centralisée par le calculateur 10. Dans ce cas, le procédé comprend une étape préliminaire 90 de réception, par le dispositif 1, et pour chacun d’une pluralité de véhicules, d’au moins un message comprenant un signal GNSS généré par le récepteur GNSS du véhicule et une localisation associée.

En variante, une partie des traitements peut être réalisée dans le véhicule par le calculateur 20, par exemple afin de réduire la masse des données à envoyer de chaque véhicule au dispositif 1 distant et/ou de réduire la charge de calcul qui doit être mise en œuvre au niveau du dispositif 1. En particulier, en référence à , un calculateur 20 embarqué dans un véhicule peut recevoir lors d’une étape 200 un signal GNSS généré par le récepteur GNSS du véhicule et une localisation associée, qui est déduite du signal GNSS uniquement, ou en variante déduite du signal GNSS combiné à des données d’autres capteurs ou une trajectoire du véhicule, et déduire lors d’une étape 210 au moins une information d’azimut et d’élévation d’au moins un obstacle à la réception d’un signal d’un satellite par le récepteur GNSS du véhicule pour cette localisation.

Dans le cas où des éphémérides de satellites sont stockées dans la mémoire du dispositif 2, les informations déterminées lors de l’étape 210 par le calculateur 20 peuvent notamment inclure des informations du deuxième type indiqué ci-avant : une valeur d’angle de masque d’élévation minimale en fonction de l’élévation à laquelle un satellite, dont aucun signal n’a été reçu, aurait dû se trouver.

Le traitement comprend alors l’envoi 220 d’un message au dispositif 1 distant, le message comprenant les informations déduites à l’étape 210 et la localisation associée. Dans ce cas, l’étape 100 d’obtention des informations par le dispositif 1 correspond à la réception des messages comprenant ces informations, envoyés par les différents véhicules.

Dans un mode de réalisation, le dispositif de traitement 2 embarqué dans un véhicule met en œuvre les étapes 200 et 210 pour une pluralité de positions du véhicule le long d’une trajectoire, en mémorisant à chaque fois les informations déduites pour chaque position du véhicule. Le traitement mis en œuvre dans le dispositif 2 peut alors comprendre une étape supplémentaire 215 de détection d’au moins une localisation de changement de condition de réception GNSS, à laquelle un satellite apparaît ou disparaît dans le signal GNSS associé. On entend par « apparition d’un satellite » le fait qu’une localisation soit la première à partir de laquelle un signal est reçu du satellite, et par « disparition » le fait que la localisation soit la dernière à laquelle un signal est reçu du satellite par le récepteur GNSS. Avantageusement cette détection s’accompagne d’une vérification que la transition détectée, apparition ou disparition, est du fait d’un obstacle, c’est-à-dire qu’à défaut d’obstacle le satellite qui apparait ou disparaît sur le signal GNSS aurait dû être visible respectivement avant ou après.

Dans ce cas l’étape 220 d’envoi d’un message au dispositif 1 comprend uniquement l’envoi des informations d’azimut et d’élévation associées aux localisations détectées de changements de conditions de réception GNSS. Cette variante peut permettre de diminuer le nombre de messages reçus et traités par le dispositif 1 distant.

Optionnellement, la méthode où une information d’azimut et d’élévation d’obstacle est acquise pour chaque localisation de chaque véhicule, et celle où elle n’est acquise que pour des localisations de changements de conditions de réception GNSS, peuvent être combinées pour accroître la robustesse du procédé et la fiabilité de la carte de masques d’élévations générée.

De retour à , le calculateur 10 du dispositif 1 met ensuite en œuvre une étape 110 d’agrégation des informations reçues pour chaque véhicule et chaque localisation, pour générer une carte de masques d’élévations. En effet, comme indiqué ci-avant, pour un véhicule et une localisation donnés on n’obtient au maximum que quelques valeurs d’élévation et d’azimut correspondant respectivement à des satellites dont un signal est reçu, ou aurait dû être reçu, par le véhicule. La réception de ces informations, pour un grand nombre de véhicules et pour plusieurs localisations par véhicule, c’est-à-dire le long d’une trajectoire, permet de consolider les données et de compléter progressivement la couverture géographique de la carte. En particulier, l’agrégation d’informations d’azimut et d’élévation d’obstacles reçues de plusieurs véhicules à des instants différents permet de croiser les valeurs minimales et maximales de masque d’élévation disponibles pour une même localisation et d’en déduire, pour une localisation et un azimut associé, une valeur de masque d’élévation correspondant à la valeur d’élévation minimale en-dessous duquel un obstacle empêche la réception de signaux de satellites.

Cette agrégation sur une flotte de véhicules permet aussi de maintenir la carte de masques d’élévations à jour si des informations reçues à une période donnée sont détrompées par des informations plus récentes pour la même localisation.

Avantageusement, lors de cette étape 110 le calculateur 10 peut convertir les localisations reçues des différents véhicules, qui prennent typiquement la forme de coordonnées GPS en latitude et en longitude, en une position correspondant à un point de la carte. Un point de la carte peut représenter une surface élémentaire de plusieurs mètres de côté, voire plusieurs dizaines de mètres, et une localisation est convertie en un point correspondant si elle est incluse dans la surface élémentaire représentée par le point.

Avantageusement, mais facultativement, la carte de masques d’élévations générée par le dispositif 1 peut être utilisée lors d’une étape 120 pour obtenir une cartographie 3D de la zone considérée, c’est-à-dire une carte dans laquelle les obstacles sont localisés avec une position en (x,y) et une hauteur associée, qui est déterminée à partir des valeurs de masques d’élévations déterminées pour des couples (position, azimut).

Dans un mode de réalisation, le dispositif 1 peut disposer d’une carte en deux dimensions de la zone géographique pour laquelle la carte de masques d’élévations a été réalisée, cette carte étant stockée dans la mémoire 11 et comprenant les emplacements des obstacles, par exemple les bâtiments.

Dans ce cas, l’étape 120 comprend la détermination, à partir de la carte en deux dimensions et d’une localisation donnée pour laquelle une valeur de masque d’élévation d’un obstacle à un azimut donné a été obtenue, d’une distance de la localisation par rapport à l’obstacle. Par définition la valeur de masque d’élévation associée à la localisation est l’élévation minimale de l’obstacle vu depuis cette localisation et à cet azimut, cette valeur minimale ayant été déduite de l’agrégation des données reçues de différents véhicules à différents moments en cette position.

En référence à on a représenté deux positions Pos1, Pos 2 correspondant à deux valeurs de masques d’élévation différentes Ev1, Ev2 pour un même obstacle. Pour une position à laquelle un signal est reçu, par exemple, la position 2 sur la figure, la hauteur H de l’obstacle peut être obtenue à partir de l’angle de masque d’élévation Ev de l’obstacle et de la distance du point considéré par rapport à l’obstacle par la formule H=d.tan(Ev).

Ainsi pour chaque position de la carte 2D pour laquelle un obstacle est représenté, le dispositif 1 peut obtenir une hauteur de l’obstacle et ajouter cette information à la carte 2D pour obtenir une carte 3D.

En variante, aucune carte 2D de la zone n’est disponible. Dans ce cas, toujours en référence à , le dispositif 1 peut déterminer une hauteur d’un obstacle en combinant des valeurs de masques d’élévation disponibles en plusieurs positions différentes, mais pour une même valeur d’azimut. En effet, on constate sur la figure qu’en fonction de la distance à un obstacle, l’élévation d’un obstacle, et donc la valeur de masque d’élévation associée à une localisation varie.

Par conséquent, le calculateur 10 du dispositif 1 peut exploiter des valeurs de masques d’élévation obtenues pour des positions distinctes mais un même azimut, pour en déduire la hauteur de l’obstacle.

On note Ev1 = Ev (Pos1, Az) la valeur de masque d’élévation en une localisation 1 pour un azimut Az, et Ev2 = Ev (Pos2, Az) la valeur de masque d’élévation en une localisation 2 pour le même azimut Az. Par définition, les valeurs Ev1 et Ev2 sont les valeurs minimales d’élévation en dessous desquelles les signaux de satellites sont masqués par l’obstacle dont on cherche à déterminer la hauteur, ces valeurs ayant été déterminées à partir de l’agrégation des informations reçues de plusieurs véhicules et à plusieurs instants.

Par définition on peut donc écrire les équations suivantes :

Tan (Ev1)=H/d1

Tan (Ev2)=H/d2

Où d1 et d2 sont les distances respectives des véhicules à l’obstacle, et H est la hauteur de l’obstacle. Les distances d1 et d2 sont inconnues mais en revanche on peut déterminer la distance d1-d2 entre les véhicules qui est égale à |Pos1-Pos2|.

On peut ainsi déduire de ce système d’équation la hauteur H de l’obstacle :

Ainsi le calculateur 10 peut constituer, au fur et à mesure de l’obtention de valeurs de masques d’élévation pour la flotte de véhicules, une cartographie 3D de la zone géographique. Cette carte, ou la carte de masques d’élévations, peuvent ensuite être avantageusement partagées à tout ou partie des véhicules en communication avec le dispositif distant 1, qui peuvent s’en servir pour se localiser en appliquant par exemple des techniques de type Shadow Matching.

Claims

Procédé de génération d’une carte de masques d’élévations d’une zone géographique, la carte de masques d’élévations comprenant un ensemble de points de la zone géographique et, en chaque point, des valeurs de masques d’élévations pour un ensemble d’azimuts par rapport au point,
le procédé étant mis en œuvre par un dispositif (1) comprenant au moins un calculateur (10), une mémoire (11), et une interface de communication (12), et comprenant la mise en œuvre des étapes de:
- obtention (100), pour une localisation d’un véhicule (V), d’au moins une information d’azimut et d’élévation d’au moins un obstacle à la réception d’un signal d’un satellite par le véhicule, à partir d’un signal GNSS généré par le véhicule, et pour chacun de la pluralité de véhicules, et
- agrégation (110) des informations reçues pour chaque véhicule pour générer la carte de masques d’élévations.
Procédé selon la revendication 1, dans lequel chaque signal GNSS comprend au moins :
- une identification de chaque satellite dont un signal est reçu par un récepteur GNSS, et
- la position relative du satellite par rapport au récepteur GNSS, exprimée en azimut et en élévation.
Procédé selon la revendication 2, dans lequel l’information d’azimut et d’élévation associée à une localisation comprend, pour un azimut donné, une valeur maximale de masque d’élévation déterminée à partir de l’élévation d’un satellite dont un signal a été reçu par le récepteur GNSS du véhicule à cette localisation.
Procédé selon l’une quelconque des revendications 2 ou 3, dans lequel la mémoire stocke des éphémérides de satellites, indiquant pour chacun d’une pluralité de satellites la position du satellite à chaque instant,
et l’information d’azimut et d’élévation comprend, pour un azimut donné, une valeur minimale de masque d’élévation, déterminée à partir de l’élévation d’un satellite dont un signal aurait dû être reçu par le récepteur GNSS à cette localisation et pour cet azimut, l’élévation du satellite étant déduite de l’éphéméride, si aucun signal n’a été reçu par le récepteur GNSS pour ce satellite.
Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une étape préliminaire de réception d’un message émis par chaque véhicule, comprenant au moins un signal GNSS généré par le récepteur GNSS du véhicule, et une localisation associée du véhicule et l’étape d’obtention des informations d’azimut et d’élévation comprend la détermination desdites informations à partir des signaux GNSS et localisations associées reçus de chaque véhicule.
Procédé selon la revendication précédente, comprenant en outre, à partir de deux valeurs de masques d’élévation obtenues pour deux points où la réception de signaux de satellites est empêchée par un même obstacle, et pour un même azimut, :
- la détermination d’une distance entre les deux points, et - la détermination d’une hauteur de l’obstacle à partir de la distance entre les deux points et des valeurs de masques d’élévation en chaque point.
Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l’étape d’obtention de l’information d’azimut et d’élévation associée à une localisation comprend la réception d’un message émis par chaque véhicule, comprenant ladite information et ladite localisation.
Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la mémoire stocke en outre une carte en deux dimensions de la zone géographique comprenant les emplacements des obstacles, et le procédé comprend en outre :
- la détermination, à partir d’une valeur de masque d’élévation pour un point où la réception de signaux de satellites est empêchées par un obstacle, d’une distance entre le point et l’obstacle, et
- la déduction de ladite distance d’une hauteur de l’obstacle.
Produit programme d’ordinateur, comprenant des instructions de code pour la mise en œuvre du procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, quand il est mis en œuvre par un calculateur (10).
Dispositif (1) de génération d’une carte de masques d’élévations comprenant au moins un calculateur (10), une mémoire (11), et une interface de communication à distance (12), adaptée pour communiquer avec une pluralité de véhicules par un réseau de télécommunications (R), caractérisé en ce que le dispositif de génération de carte d’élévations est configuré pour mettre en œuvre le procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8.
Procédé de traitement de signaux GNSS, le procédé étant mis en œuvre par un dispositif (2) embarqué dans un véhicule comprenant un récepteur GNSS (21), le dispositif comprenant un calculateur (20), une mémoire (24) et une interface de communication (22) avec un calculateur distant, le procédé comprenant :
- la réception (200) d’au moins un signal GNSS généré par le récepteur GNSS du véhicule, et d’une localisation associée,
- la détermination (210), à partir du signal GNSS, d’au moins une information d’azimut et d’élévation d’au moins un obstacle à la réception d’un signal d’un satellite par le véhicule associée à la localisation, et
- l’envoi (220) au calculateur distant de ladite information.
Procédé selon la revendication précédente, dans lequel les étapes de réception d’un signal GNSS et d’une localisation associée, et de détermination d’une information d’azimut et d’élévation associée à la localisation sont mises en œuvre le long d’une trajectoire parcourue par le véhicule,
- le procédé comprend en outre la détection (215) d’au moins une localisation de changement de condition de réception GNSS, à laquelle un satellite apparaît ou disparaît dans le signal GNSS associé,
- et l’étape d’envoi (220) au calculateur distant ne comprend que l’envoi des informations d’azimut et d’élévation associées à chaque localisation de changement de condition de réception GNSS détectée.
Dispositif (2) de traitement de signaux GNSS générés par un récepteur GNSS d’un véhicule, le dispositif étant embarqué dans le véhicule et comprenant un calculateur (20), une mémoire (24), et une interface de connexion (22) avec un calculateur distant, caractérisé en ce que le dispositif est configuré pour la mise en œuvre du procédé selon l’une quelconque des revendications 11 ou 12.