FR3100894A1 - Système de localisation et/ou de chronométrage - Google Patents

Abstract

Système (1) comprenant au moins deux dispositifs (2) portatifs aptes à être emportés chacun par un mobile (3), tel un sportif, où chaque dispositif (2) comprend au moins un récepteur GPS (4) apte à déterminer une position GPS du dispositif (2) et au moins un capteur LPS (5) apte à déterminer une distance LPS séparant le dispositif (2) de chacun des autres dispositifs (2). Figure d’abrégé : Figure 1

Description

Système de localisation et/ou de chronométrage

L’invention concerne le domaine des systèmes de localisation et/ou de chronométrage, aptes à suivre et/ou à chronométrer un ensemble de mobiles.

Un système de localisation est un système apte à suivre au moins un mobile au cours de son évolution, avantageusement en temps réel, afin de connaître à tout instant sa position, éventuellement sa vitesse, et de pouvoir ainsi suivre sa trajectoire. Un système de chronométrage est un système permettant de déterminer, à un endroit donné (départ, point de contrôle, arrivée) un temps de passage. De tels systèmes de localisation sont très utilisés dans le monde sportif pour suivre les joueurs, athlètes, chevaux, bateaux, cyclistes, etc. au cours d’une course, d’une rencontre de sport collectif, principalement pour améliorer la retransmission de l’évènement ou encore pour assister l’arbitrage. Ils peuvent encore être utilisés pour gérer des flottes de véhicules. Les systèmes de chronométrages sont très utilisés dans le monde sportif pour établir les performances et le classement, en des points de contrôle intermédiaires et surtout à l’arrivée.

Actuellement les deux mondes, de la localisation d’une part et du chronométrage d’autre part, sont bien distincts, du fait des performances attendues, qui conduisent à des technologies différentes.

Pour la localisation il est connu d’utiliser la technologie GPS. Chaque mobile est alors équipé d’au moins un récepteur GPS. Un récepteur GPS classique permet de connaître la position du mobile avec une précision de l’ordre de 2 à 5 m et une robustesse moyenne de 95% du temps. Les autres 5% du temps, la position peut ne pas être connue, mais le plus souvent est connue mais avec une précision dégradée. Un récepteur GPS classique présente une taille suffisamment réduite pour pouvoir confortablement être intégré sur une personne, tel un sportif ou son équipement (maillot, vélo, …) ou encore sur un animal (chien, cheval, …) ou son harnachement.

Il est encore connu des améliorations de la technologie GPS ou GPS haute précision. Le GPS haute précision utilise des dispositifs de correction (RTK, DGPS, SBAS, …) permettant d’améliorer la précision jusqu’à quelques centimètres pour RTK et de l’ordre de 50 cm pour DGPS et SBAS. Le GPS haute précision présente cependant au moins trois inconvénients. La mesure est beaucoup plus facilement perturbée : la robustesse est diminuée. La robustesse est réduite à 70% du temps. Les autres 30% du temps, la position peut ne pas être connue, mais le plus souvent est connue mais avec une précision dégradée. Le poids d’un récepteur GPS haute précision est multiplié par 5, ce qui rend impraticable son intégration sur une personne et le plus souvent sur un animal.

Il est encore connu d’utiliser la technologie LPS (de l’anglais « Local Positonning System » signifiant système de positionnement local). Dans cette technologie un mobile est équipé d’un capteur LPS apte à déterminer par émission et/ou réception de signaux radios, par ex. UWB, (ultra)sonores ou lumineux, et mesure d’un temps de propagation aller, on parle alors de TdoA (de l’anglais « Time différence of Arrival » différence de temps à l’arrivée) ou aller/retour, on parle alors de ToF (de l’anglais « Time of Flight » temps de vol), une distance entre le mobile et au moins une balise. Une balise est sensiblement équipée des mêmes équipements d’émission et/ou réception que le mobile. La position d’une balise est connue avec précision. Aussi, à l’instar du GPS, un mobile disposant des positions des balises et de sa distance à au moins 3 balises peut, par triangulation, déterminer sa position. Un tel système peut avantageusement être employé y compris en intérieur, contrairement au GPS. Il nécessite de manière préjudiciable de déployer l’infrastructure des balises. Un autre inconvénient, selon le type de signal utilisé, est la sensibilité au masquage : une distance ne peut être obtenue qu’avec une vue directe entre le mobile et la balise.

Ces systèmes, adaptés à la localisation, manquent de précision temporelle (1/100^ème), généralement d’un facteur 10, pour atteindre les performances requises (1/1000^ème) par le chronométrage.

Pour le chronométrage, il est connu des barrières, par exemple lumineuses, la rupture du faisceau peut être datée avec grande précision. Une telle technologie ne permet de déterminer les temps que du ou des premiers.

Il est encore connu l’analyse de photo ou de vidéo haute fréquence d’image datée, dit « photofinish » pour déterminer le chronométrage et/ou le classement au passage d’un point/arrivée. Cette technique présente l’avantage d’être très précise (1ms pour une vidéo 1000 i/s) mais présente l’inconvénient de nécessiter une intervention humaine et de ne pas être temps réel.

Il est encore connu la technologie RFID. Chaque mobile : coureur, cycliste/vélo, cavalier/cheval est équipé d’une « puce » ou transpondeur RFID. Chaque puce peut individuellement être identifiée et datée au passage d’une barrière, tel un bandeau au sol, ou deux piquets de part et d’autre du passage. Cette technologie est avantageusement peu coûteuse, notamment pour la puce, ce qui permet, par ex., d’équiper les nombreux coureurs d’une course à pied ou à vélo. Cette technologie nécessite une infrastructure : mise en place de la barrière. Elle présente encore un inconvénient de mal différencier des puces franchissant la barrière en quasi simultané. Un temps n’est disponible que là où une barrière est installée, ce qui limite le nombre des temps intermédiaires.

Il est clair que les technologies classiques de chronométrage ne peuvent pas être envisagées pour réaliser de la localisation.

L’invention se propose d’offrir une technologie de localisation et/ou de chronométrage, embarquable sur des mobiles, offrant une meilleure précision, une meilleure robustesse que les technologies existantes et avantageusement une meilleure précision temporelle afin de pouvoir réaliser la localisation ou le chronométrage ou conjointement les deux.

Pour cela, l’invention a pour objet un système comprenant au moins deux dispositifs portatifs aptes à être emportés chacun par un mobile, tel un sportif, où chaque dispositif comprend au moins un récepteur GPS apte à déterminer une position GPS du dispositif et au moins un capteur LPS apte à déterminer une distance LPS séparant le dispositif de chacun des autres dispositifs.

Des caractéristiques ou des modes de réalisation particuliers, utilisables seuls ou en combinaison, sont :
- le système comprend encore un moyen de traitement apte à déterminer une position pour chacun des dispositifs, par minimisation d’une fonction de coût en fonction des positions GPS et des distances LPS,
- la fonction de coût s’exprime selon la formule :

avec C le coût à minimiser, λ_Gun coefficient de pondération affecté à la mesure GPS, PGi une position GPS mesurée par le i^èmerécepteur GPS, EGi une précision de la position PGi, Pi une position inconnue du i^èmedispositif, λ_Lun coefficient de pondération affecté à la mesure LPS, DLij une distance LPS mesurée entre le i^èmecapteur LPS et le j^èmecapteur LPS, ELij une précision de la distance LPS DLij et Dij une distance entre le i^èmedispositif et le j^èmedispositif, égale à la distance entre la i^èmeposition Pi et la j^èmeposition Pj,
- le moyen de traitement détermine périodiquement une position pour chacun des dispositifs à chaque instant périodique à partir des mesures réalisées entre un demi-intervalle horizon avant ledit instant périodique et un demi-intervalle horizon après ledit instant périodique,
- le calcul de la position, pour chacun des dispositifs, est réalisé à partir des grandeurs exponentiellement pondérées, selon la formule :

avec T un instant périodique de calcul selon une période T₀, tk un instant compris entre T-H/2 et T+H/2 où est réalisée une mesure, avec H un horizon de filtrage, Xi la grandeur PGi, EGi, DLij, ELij au choix, XiT ladite grandeur à l’instant T utilisée dans la fonction de coût C, Xitk ladite grandeur à l’instant tk, et λ_tXun coefficient de pondération associé à la grandeur Xi : λ_{t G}pour les grandeurs PGi et EGi, et λ_{t L}pour les grandeurs DLij et ELij,
- le système comprend encore un moyen de traitement apte à déterminer un temps de passage à une position donnée pour un dispositif,
- le système comprend encore au moins une balise, où une balise est un dispositif dont la position est connue avec précision,
- une balise comprend un récepteur GPS haute précision,
- une balise embarque une batterie, afin d’être autonome,
- au moins une balise est disposée à un point de chronométrage, préférentiellement deux balises,

- un temps de passage à une position donnée est déterminé par la formule :

avec TB le temps de passage à une position donnée d’un mobile, T un instant de mesure d’une position du mobile avant la position donnée, dt un intervalle de temps séparant l’instant T de mesure de la position du mobile avant la position donnée d’un instant T+dt de mesure d’une position du mobile après la position donnée, D_avant une distance entre la position du mobile avant la position donnée et la position donné et D_apres une distance entre la position du mobile après la position donnée et la position donnée.

Dans un deuxième aspect de l’invention, un dispositif portatif apte à être utilisé avec un tel système, pour un mobile de type cheval, comprend une bande souple intégrant un moyen de traitement et une batterie disposée de préférence sensiblement au milieu de la bande souple et au moins un récepteur GPS et au moins un capteur LPS disposés sensiblement à chaque extrémité de la bande souple.

Dans un troisième aspect de l’invention, un dispositif portatif apte à être utilisé avec un tel système, pour un mobile de type humain, comprend un maillot intégrant un moyen de traitement et une batterie disposés de préférence sensiblement au milieu du dos du maillot et au moins un récepteur GPS et au moins un capteur LPS disposés sensiblement sur chaque épaule avant et sur chaque épaule arrière.

L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite uniquement à titre d’exemple, et en référence aux figures en annexe dans lesquelles :

illustre une utilisation du système à la localisation dans une course hippique,

illustre une utilisation du système à la localisation dans un sport collectif,

illustre une utilisation du système à la localisation dans une course cycliste,

illustre une utilisation du système à la localisation dans un système de véhicules autonomes,

illustre une utilisation du système au chronométrage dans une course hippique,

illustre un mode de réalisation d’un dispositif pour cheval,

illustre le dispositif de la figure 6 en position sur un cheval,

illustre, en vue de face, un mode de réalisation d’un dispositif pour humain,

illustre, en vue de dos, le dispositif de la figure 8,

illustre une utilisation du système au chronométrage.

Tel qu’illustré aux figures 1 à 5, l’invention concerne un système 1 de localisation et/ou de chronométrage de mobiles 3. Le système 1 comprend au moins deux dispositifs 2, portatifs afin d’être aptes à être emportés chacun par un mobile 3, tel un véhicule : vélo, voiture, bateau, avion, …, un sportif, un animal : chien ou cheval de course, etc.

La figure 1 illustre plus particulièrement une application à une course hippique. La figure 2 illustre plus particulièrement une application à une rencontre de sport collectif. La figure 3 illustre plus particulièrement une application à une course cycliste. La figure 4 illustre plus particulièrement une application à une flotte de véhicule ou à un système de véhicules autonomes. La figure 5 illustre plus particulièrement une application au chronométrage pour une course hippique.

Dans toute la présente, il est utilisé des symboles pour désigner les grandeurs. Une lettre P désigne une position, soit des coordonnées latitude, longitude d’un point. Une lettre D désigne une distance, par exemple en deux positions. Une lettre E désigne une précision. Une lettre λ désigne un coefficient. Une lettre G fait référence au système GPS. Une lettre L fait référence au système LPS. Un indice i, respectivement j, parcourt l’ensemble des dispositifs 2, soit de 1 à N, où N est le nombre de dispositifs 2. Un indice k parcourt l’ensemble des couples i, j uniques, soit tous les couples i, j avec i<j, soit un triangle supérieur ou inférieur de la matrice i, j. Ainsi par exemple PGi est un ensemble/vecteur comprenant N composantes, de positions obtenues par GPS, avec 1<= i<=N et ELij est un ensemble/matrice des précisions des distances DLij, entre les i^èmeet j^èmedispositifs 2 comprenant N(N-1)/2 (ou N²) composantes, avec 1<= i<=N et 1<= j<=N.

Tel que plus particulièrement illustré à la figure 1, afin de pouvoir localiser chaque mobile 3, son dispositif 2 associé comprend au moins un récepteur GPS 4. Ce récepteur GPS 4 est apte, en coopération avec une constellation de satellite S, à déterminer une position GPS, PGi, du dispositif 2, qui est donc indicative de la position Pi du dispositif 2 et donc de la position du mobile 3.

Chaque dispositif 2 comprend encore au moins un capteur LPS 5. Un capteur LPS, pour système de localisation locale, en anglais « Local Positionning System » ou LPS, est apte à déterminer une distance DLij séparant un i^èmedispositif 2 de chacun des autres j^èmedispositifs 2. Les distances DLij sont typiquement mesurées, de manière connue, par mesure d’un temps de propagation d’une onde (sonore, lumineuse, radiofréquence, …) selon un trajet aller ou aller/retour. Chaque émetteur d’une telle onde détermine avec précision la date d’émission et chaque récepteur détermine avec précision la date de réception. La différence, rapportée à la vitesse de propagation connue, indique la distance DLij (ou son double dans le cas d’un trajet aller/retour.

Il apparaît que les données : date d’émission, date de réception, ou distance DLij sont produites au niveau de dispositifs 2 différents. Les différents traitements de ces données utilisent le plus souvent plusieurs telles données. Aussi le système 1 selon l’invention, comprend avantageusement un réseau de communication qu’il utilise pour communiquer les données entre les différents dispositifs 2 et le moyen de traitement 6.

Le moyen de traitement 6 peut être centralisé ou réparti, en une ou plusieurs unités dédiées, et/ou confondu avec un ou plusieurs dispositifs 2. Le réseau de communication est avantageusement sans fil. Il peut s’agir d’un dispositif radiofréquence dédié, ou s’appuyant sur un réseau existant, tel un réseau GSM.

Pour N dispositifs 2, à chaque cycle de mesure, il est déterminé au moins une position GPS PGi et au moins N-1 distances DLij par dispositif 2, soit au moins N positions GPS PGi et N(N-1) distances DLij.

Selon une caractéristique, il est déterminé, à chaque cycle, une position Pi pour chaque dispositif 2 en fonction des données PGi, DLij. Cette position Pi qui tient compte de toutes les informations des différents capteurs GPS et LPS, présente une précision et une robustesse nettement améliorées relativement à la seule position GPS PGI ou à la position qui pourrait être obtenue à partir des seules distances DLij par triangulation. Les technologies GPS et LPS sont différentes dans leur principe et leur qualités et/ou défaillances réciproques ne se produisent pas en même temps ou pour les mêmes conditions. Aussi les deux technologies se complètent et permettent de nettement améliorer la précision et la robustesse.

La position Pi pour chaque dispositif 2, est déterminée, par exemple par un moyen de traitement 6, par minimisation d’une fonction de coût C en fonction des données disponibles : positions GPS PGi et distances LPS DLij.

Selon un mode de réalisation, la fonction de coût C s’exprime sous forme d’une distance pondérée entre la position Pi et la position GPS PGi et d’une différence pondérée entre la distance Dij et la distance LPS DLij, selon la formule :

Dans cette formule, C est le coût à minimiser. λ_Get λ_Lsont des coefficients de pondération respectifs du GPS et du LPS. Leur valeur relative dépend de l’importance relative ou de la confiance que l’on accorde respectivement au GPS ou au LPS. Dans un environnement où le GPS fonctionne bien, Le GPS est privilégié et il est affecté un coefficient λ_Gélevé relativement. Au contraire pour un environnement où le GPS pose des problèmes de précision et/ou de robustesse, par exemple par masquage des récepteurs du fait de leur utilisation ou par masquage des satellites, le LPS est privilégié et il est affecté un coefficient λ_Lélevé relativement. Sans connaissance a priori, il est possible de considérer λ_G= λ_L= 1. Il est encore possible d’améliorer ces valeurs dans une configuration donnée, par exemple par essais et erreurs. Il est encore possible d’optimiser les valeurs des coefficients λ_G, λ_Len jouant un scénario donné pour lequel toutes les positions sont connues. Il est alors possible d’optimiser les valeurs des coefficients qui permettent d’obtenir les meilleures positions.

λ_Gest un coefficient de pondération affecté au premier terme, concernant la mesure GPS, avec PGi le vecteur des positions GPS, avec en i^èmecomposante la valeur respectivement mesurées pour et par le i^èmerécepteur GPS 4 et Pi le vecteur des positions, inconnues que l’on souhaite déterminer, avec en i^èmecomposante la valeur pour le i^èmedispositif 2. Il est calculé une somme, pour tous les dispositifs 2 des distances, notées par une double barre verticale, entre PGi et Pi. Chaque terme de la somme est rapporté à la précision EGi de la mesure de position GPS PGi correspondante. Cette précision EGi est fournie par le récepteur GPS 4 qui est en mesure d’indiquer la précision de sa mesure, sous forme par exemple d’une covariance ou de sa racine carrée. La somme est encore rapportée à la somme des précisions EGi par souci de cohérence et d’homogénéité, notamment avec le deuxième terme de la formule.

λ_Lest un coefficient de pondération affecté au deuxième terme, concernant la mesure LPS, avec DLij la matrice des distances LPS, avec en i^ème, j^èmecomposante la valeur respectivement mesurée entre le i^èmecapteur LPS 5 et le j^èmecapteur LPS 5 et Dij la matrice correspondante des distances inconnues que l’on remplace par la distance entre la i^èmeposition Pi et la j^èmeposition Pj ou par la distance entre la i^èmeposition PGi et la j^èmeposition PGj. Il peut être noté ici que les matrices des distances DLij et Dij sont théoriquement symétriques (Dij = Dji) et présentent une diagonale nulle. Ceci permet de simplifier les calculs pour ne considérer qu’un triangle inférieur ou qu’un triangle supérieur de la matrice, soit i<j. Il est calculé une somme, pour tous les dispositifs 2 des valeurs absolues des différences entre distances mesurées DLij et distances Dij. Chaque terme de la somme est rapporté à la précision ELij de la mesure de distance LPS DLij correspondante. La somme est encore rapportée à la somme des précisions ELij par souci de cohérence et d’homogénéité, notamment avec le premier terme de la formule.

La résolution de cette minimisation, pour déterminer le vecteur inconnu Pi, 1<i<N, peut être réalisée par toute méthode. Il peut ainsi être appliqué la méthode dite de descente de gradient numérique.

Dans la pratique, le GPS présente une récurrence, typiquement de 100 ms, à laquelle il détermine une position GPS PGi pour un dispositif 2. Cette récurrence n’est pas nécessairement synchrone avec celle à laquelle la position d’un autre dispositif 2 est déterminée. Et de même, les déterminations des distances DLij ne sont pas nécessairement synchrones entre elles et avec les mesures GPS.

Au contraire, pour les mesures de distances DLij, l’onde propagée par les différents capteurs LPS 5 est généralement la même. Aussi afin de ne pas se perturber mutuellement, il est préférentiellement utilisé un découpage temporel du cycle en au moins N créneaux, un créneau étant affecté en émission à chacun des N capteurs LPS 5. Cependant, lorsqu’un capteur LPS 5 émet, tous les autres capteurs LPS 5 peuvent recevoir. Il est ainsi obtenu de nombreuses mesures de distance DLij, mais à des instants non synchrones.

Aussi, le système découpe le temps en intervalles périodiques, de période T₀, par exemple de 100 ms. Dans chaque intervalle il est calculé, à l’instant T, une position Pi avec toutes ses composantes, soit pour chacun des dispositifs 2. Pour cela la longueur T₀d’un intervalle est au moins assez longue pour qu’il comprenne au moins une mesure PGi pour toutes ses composantes et au moins une mesure DLij pour toutes ses composantes.

Avantageusement, pour le calcul, il est utilisé, pour assurer un certain lissage/filtrage, un intervalle horizon de longueur H, centré sur un instant périodique T, soit de T-H/2 à T+H/2, toutes les mesures de position PGi et de distance DLij tombant dans cet intervalle horizon H sont considérées. Selon une caractéristique, H est au moins égal à 1s.

Afin de compiler les contributions de chaque mesure et aussi de réduire l’influence des éventuelles non synchronicités, il est appliqué un moyennage à toutes les mesures tombant dans ledit intervalle horizon H. Selon un mode de réalisation possible et préférentiel, ce moyennage est réalisé par une pondération exponentielle, appliquant à une grandeur Xi un poids e^{-(T- tk )²}d’autant plus grand que la date tk de la grandeur Xi est proche de l’instant T central, selon une gaussienne. Ce poids peut encore être modulé par un coefficient λ_{t X}. Ce coefficient λ_tXdétermine la mesure dans laquelle une donnée est prise en compte dans le moyennage. Plus le coefficient λ_tXest grand, plus la gaussienne est large et plus une donnée est prise en compte. Ce moyennage est appliqué à la position GPS PGi, à sa précision EGi, à la distance DLij et à sa précision ELij, selon la formule générale :

avec T un instant périodique de calcul selon une période T₀centre de l’intervalle horizon H de calcul, tk un instant où est réalisée une mesure et compris dans l’intervalle horizon H centré autour de T, soit entre T-H/2 et T+H/2, Xi la grandeur PGi, EGi, DLij, ELij au choix, XiT ladite grandeur moyennée à l’instant T, soit la valeur qui est utilisée dans la fonction de coût C, Xitk ladite grandeur à l’instant tk, soit une donnée à l’instant tk et λ_tXun coefficient de pondération associé à la grandeur X : λ_{t G}pour les grandeurs GPS : PGi et EGi, et λ_{t L}pour les grandeurs LPS : DLij et ELij. Comme précédemment, les coefficients λ_{t G}et λ_tLpeuvent, sans connaissance a priori, être pris égaux à 1, λ_{t G}= λ_{t L}= 1. Il est ensuite possible d’optimiser ces valeurs dans une configuration donnée, par toute méthode.

Cette formule se décline pour la position GPS PGi :

Pour sa précision EGi :

pour la distance DLij :

pour sa précision ELij :

Un autre type de pondération peut être utilisé.

Le système GPS est capable, à chaque mesure, d’indiquer au moyen de la covariance (ou de sa racine carrée), la précision EGij de la mesure. Un système LPS ne dispose pas de cette fonction. Aussi, selon une caractéristique, la précision ELij est prise égale à une valeur arbitraire constante, par exemple 20 cm, pour toutes les mesures, soit pour tous le i, j et à toutes les dates de mesure.

Selon une autre caractéristique, il est déterminé, un temps de passage TB à une position donnée pour un dispositif 2.

Le temps de passage TB est déterminé par exemple par un moyen de traitement 6. La position donnée peut être un point, ou encore une ligne, par exemple une barrière de passage ou d’arrivée, avantageusement définie par deux points. Le passage peut être validé par une distance à la position donnée inférieure à un seuil ou encore dans le cas d’une ligne, par son franchissement.

Selon une autre caractéristique, le système 1 peut comprendre encore au moins une balise 7. Une balise 7 est un dispositif 2, comprenant au moins un capteur LPS 5 et les éventuels moyens de communication avec le réseau de communication. Une balise 7 se particularise en ce que sa position Pi est connue avec précision. Cette connaissance étant précise et certaine, la précision d’une position déterminée par le système est nettement améliorée, principalement à proximité de la position de la balise 7. Le principe de détermination des positions Pi bénéficie de cette connaissance précise pour améliorer les positions Pi qui sont alors déterminées en s’appuyant de manière importante sur la position de la balise 7. Il se comprend que le champ de précision des mesures de position Pi est ainsi nettement amélioré à proximité de la position Pi de ladite balise 7.

Plusieurs cas d’usage d’une balise 7 sont possibles. Si l’ensemble des mobiles 3 évolue dans un espace immobile (hippodrome, terrain de football ou rugby,…) une balise 7 peut être disposée à poste fixe. Sa position peut alors être déterminée et renseigner par tout moyen : par exemple un relevé géodésique. Dans une telle configuration, une telle balise 7 peut ne pas comprendre de récepteur GPS. Alternativement, dans un cas où une balise 7 est mobile, telle qu’une balise 7 pour une course cycliste, avantageusement disposée dans une voiture suiveuse, ou dans un cas où une balise 7 est immobile mais où l’on souhaite une autonomie et/ou une versatilité de la balise 7, la balise 7 comprend un moyen propre de déterminer sa position, en temps réel, et avec une grande précision.

Pour cela, selon une autre caractéristique, une balise 7 comprend un récepteur GPS 8 haute précision, tel qu’un récepteur GPS RTK ou DGPS. Il est à noter qu’un dispositif 2 embarqué sur un joueur ou un cheval, ne peut généralement pas comprendre un tel GPS 8 de haute précision en raison du poids et de l’encombrement augmentés d’un tel équipement et des conditions de captation plus défavorables et un récepteur GPS 5, pour un dispositif 2 porté par un mobile 3, est le plus souvent un récepteur GPS classique, à la précision moyenne. Au contraire une balise 7 peut généralement tolérer une telle augmentation de poids et/ou d’encombrement. De par sa disposition : généralement immobile, avantageusement placée sur un mat en hauteur, les conditions de captation d’une balise sont améliorées, lui permettant de passer et de rester sensiblement en permanence en mode haute précision.

Afin de permettre l’autonomie, une telle balise 7 comprend et embarque avantageusement une batterie 10. Ceci facilite la mise en place des balises qu’il suffit de placer/déposer, avant le début de l’évènement. Une balise 7 peut encore avantageusement comprendre un système de charge par énergie solaire. Ainsi son autonomie est augmentée et il n’est avantageusement pas nécessaire de déplacer la balise 7 pour procéder à son chargement.

Il est apprécié qu’un système de localisation et/ou de chronométrage ne nécessite pas une infrastructure importante nécessitant un temps de mise en place et de démontage toujours trop important.

La précision augmentée de la position d’une balise 7 augmente, à sa proximité, la précision des mesures de position des dispositifs 2 / mobiles 3. Ceci a encore pour effet d’augmenter la précision des mesures de temps. Aussi, alors que les systèmes de localisation de l’art antérieur, n’atteignaient pas les performances attendues pour un système de chronométrage d’un facteur 10, la précision augmentée du système selon l’invention permet de prétendre réaliser aussi un chronométrage, avantageusement avec un unique système réalisant aussi une localisation.

Ceci est d’autant plus vrai que la mesure de temps à réaliser pour le chronométrage est réalisée proche d’une balise 7. Aussi selon une autre caractéristique, il est disposé au moins une balise 7 à proximité d’un point de chronométrage, tel qu’un point de passage intermédiaire ou encore une ligne d’arrivée. Un point de chronométrage peut encore préférentiellement comprendre deux balises 7, par exemple de part et d’autre de la ligne de chronométrage / ligne d’arrivée.

En référence à la figure 10, va maintenant être détaillée une méthode de détermination d’un temps de passage à une position donnée, avec une grande précision. Ici la position donnée est celle, linéaire, d’une barrière de chronométrage.

En effet, le système selon l’invention fournit de manière récurrente une position d’un mobile 3. Cependant notamment du fait du Gps, cette récurrence est telle que la position ainsi fournie ne correspondant pas nécessairement au passage de la position donnée/barrière de chronométrage. Cependant, selon le cas le plus fréquent, il existe une mesure de position du mobile 3 avant la position donnée/la barrière et une mesure de position du mobile 3 après le franchissement de la position donnée/la barrière.

Un mobile 3, ici un cheval, voit sa position P(T) déterminée à l’instant T, alors qu’il n’a pas encore franchi la ligne/barrière, et qu’il s’en trouve à une distance D_avant. Cette distance D_avant est connue par comparaison de la position P(T) du mobile 3 relativement à la position de la barrière, avantageusement, mais pas nécessairement, connue par la présence d’au moins une balise 7. Ce même mobile 3, voit à nouveau sa position P(T+dt) déterminée à l’instant T+dt, alors qu’il vient de franchir la ligne/barrière, et qu’il s’en trouve à une distance D_apres. Cette distance D_apres est connue par comparaison de la position P(T+dt) du mobile 3 relativement à la position de la barrière, avantageusement connue par la présence d’au moins une balise 7. L’instant de franchissement de la barrière TB est avantageusement déterminé, ici par interpolation linéaire, par la formule

Il peut être noté que l’invention concerne tout autant un système de localisation qu’un système de chronométrage et bien sûr un système capable des deux fonctions. La technologie développée donne accès à une meilleure précision de localisation. De plus elle offre une capacité de chronométrage de l’ordre du centième de seconde, avec une infrastructure légère et très peu contraignante.

Aussi l’invention peut être exploitée pour un système de localisation seulement, pour un système de chronométrage seulement, ou pour un système couplant localisation et chronométrage.

Il va maintenant être décrit, plusieurs modes de réalisation d’un dispositif 2.

En référence à la figure 7, pour un mobile 3 de type cheval, un dispositif 2 est avantageusement implémenté au moyen d’une bande souple 11. Cette bande souple 11 est avantageusement symétrique de manière à pouvoir être disposée sur le dos du cheval, une de ses extrémités reposant sur chacun des flancs du cheval, telle qu’illustrée à la figure 8. Dans cette bande souple 11 sont intégrés un moyen de traitement 6 et une batterie 10, disposés par exemple sensiblement au milieu de la bande souple 11. Il est encore intégré, de manière sensiblement symétrique dans chacune des extrémités de la bande souple 11, au moins un récepteur GPS 4 et au moins un capteur LPS 5.

Le problème avec les chevaux courants côte à côte, est qu’ils se masquent mutuellement. Ceci est préjudiciable pour les récepteurs GPS 4, mais surtout pour les capteurs LPS 5. En redondant ces récepteurs 4 / capteurs 5 dans la conformation du dispositif 2, au moins un tel récepteur 4 / capteur 5 est disposé sur chacun des flancs du cheval 3, augmentant ainsi sa chance d’échapper au masquage, au moins par le cheval lui-même. Un récepteur GPS 4 qui profite d’une vision du ciel est avantageusement disposé plus haut, soit plus près du centre de la bande souple 11, afin d’avoir un champ de vision plus vertical. Au contraire, un capteur LPS 5 qui profite d’une vision des autres dispositifs 2 est avantageusement disposé plus bas, soit plus près de l’extrémité de la bande souple 11, afin d’avoir un champ de vision plus horizontal.

En référence aux figures 9 et 10, pour un mobile 3 de type humain, un dispositif 2 est avantageusement intégré dans un maillot 12. Un tel maillot 12, en textile, est avantageusement du type habituellement porté par le mobile 3. Dans ce maillot 12 sont intégrés un moyen de traitement 6 et une batterie 10. Ils sont de préférence disposés sensiblement au milieu du dos du maillot 12. Sont encore intégrés au moins un récepteur GPS 4 et au moins un capteur LPS 5 disposés sensiblement sur chaque épaule avant et sur chaque épaule arrière. Les différentes connexions électriques sont avantageusement réalisées avec des fils souples intégrés dans le maillot 12. Comme précédemment, un récepteur GPS 4 qui profite d’une vision du ciel est avantageusement disposé plus haut, soit plus près du col, afin d’avoir un champ de vision plus vertical. Au contraire, un capteur LPS 5 qui profite d’une vision des autres dispositifs 2 est avantageusement disposé plus bas, soit plus loin du col, soit vers les côtés, soit vers l’avant ou l’arrière, afin d’avoir un champ de vision plus horizontal. La disposition gauche et droite et avant et arrière, permet une diversité augmentant les chances pour le récepteur 4 / capteur 5 de recevoir/émettre un signal. Ainsi, si le porteur du maillot 12 est couché sur le ventre, les récepteurs GPS 4 avant ont peu de chance de voir le ciel et les satellites. Par contre les récepteurs GPS arrière sont idéalement placés. La diversité avant/arrière et la diversité gauche/droite se complètent pour améliorer la précision et la robustesse des mesures.

Dans un cas où un dispositif 2 comprend plus d’un récepteur GPS 4 ou plus d’un capteur LPS 5, leur proximité permet d’approximer que les différentes mesures de position et/ou de distances s’appliquent à un même point/centre représentatif du mobile 3. Ainsi toutes les mesures des différents récepteurs GPS 4 / capteurs LPS 5 d’un même type (LPS ou GPS) sont fournies au traitement comme si elles émanaient d’un unique récepteur GPS 4 / capteur LPS 5 ayant produits plus de mesures. Ces mesures surabondantes sont intégrées comme décrit précédemment par le filtrage/moyennage.

Ainsi, par exemple, dans le cas du dispositif 2 pour cheval de la figure 6, le récepteur GPS 4 disposé sur le flanc gauche et le récepteur GPS 4 disposé sur le flanc droit sont traités comme un unique capteur et leurs mesures sont traitées conjointement.

L’invention a été illustrée et décrite en détail dans les dessins et la description précédente. Celle-ci doit être considérée comme illustrative et donnée à titre d’exemple et non comme limitant l’invention à cette seule description. De nombreuses variantes de réalisation sont possibles.

1 : système,
2 : dispositif,
3 : mobile,
4 : récepteur GPS,
5 : capteur LPS,
6 : moyen de traitement,
7 : balise,
8 : GPS haute précision,
10 : batterie,
11 : bande souple,
12 : maillot,
S : constellation de satellites.

Claims (13)

1. Système (1) comprenant au moins deux dispositifs (2) portatifs aptes à être emportés chacun par un mobile (3), tel un sportif, caractérisé en ce que chaque dispositif (2) comprend au moins un récepteur GPS (4) apte à déterminer une position GPS (PGi) du dispositif (2) et au moins un capteur LPS (5) apte à déterminer une distance LPS (DLij) séparant le dispositif (2) de chacun des autres dispositifs (2).
2. Système (1) selon la revendication 1, comprenant encore un moyen de traitement (6) apte à déterminer une position (Pi) pour chacun des dispositifs (2), par minimisation d’une fonction de coût (C) en fonction des positions GPS (PGi) et des distances LPS (DLij).
3. Système (1) selon la revendication 2, où la fonction de coût (C) s’exprime selon la formule :
   
   avec C le coût à minimiser, λ_Gun coefficient de pondération affecté à la mesure GPS, PGi une position GPS mesurée par le i^èmerécepteur GPS (4), EGi une précision de la position PGi, Pi une position inconnue du i^èmedispositif (2), λ_Lun coefficient de pondération affecté à la mesure LPS, DLij une distance LPS mesurée entre le i^èmecapteur LPS (5) et le j^èmecapteur LPS (5), ELij une précision de la distance LPS DLij et Dij une distance entre le i^èmedispositif (2) et le j^èmedispositif (2), égale à la distance entre la i^èmeposition Pi et la j^èmeposition Pj.
4. Système (1) selon l’une quelconque des revendications 2 ou 3, où le moyen de traitement (6) détermine périodiquement une position (Pi) pour chacun des dispositifs (2) à chaque instant périodique (T) à partir des mesures (PGi, DLij) réalisées entre un demi-intervalle horizon (H) avant ledit instant périodique (T) et un demi-intervalle horizon (H) après ledit instant périodique (T).
5. Système (1) selon la revendication 4, où le calcul de la position (Pi), pour chacun des dispositifs (2), est réalisé à partir des grandeurs (PGi, EGi, DLij, ELij) exponentiellement pondérées, selon la formule :
   
   avec T un instant périodique de calcul selon une période T₀, tk un instant compris entre T-H/2 et T+H/2 où est réalisée une mesure, avec H un horizon de filtrage, Xi la grandeur PGi, EGi, DLij, ELij au choix, XiT ladite grandeur à l’instant T utilisée dans la fonction de coût (C), Xitk ladite grandeur à l’instant tk, et λ_tXun coefficient de pondération associé à la grandeur Xi : λ_{t G}pour les grandeurs PGi et EGi, et λ_{t L}pour les grandeurs DLij et ELij.
6. Système (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant encore un moyen de traitement (6) apte à déterminer un temps (TB) de passage à une position donnée pour un dispositif (2).
7. Système (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant encore au moins une balise (7), où une balise (7) est un dispositif (2) dont la position (PGi) est connue avec précision.
8. Système (1) selon la revendication 7 où une balise (7) comprend un récepteur GPS (8) haute précision.
9. Système (1) selon l’une quelconque des revendications 7 ou 8 où une balise (7) embarque une batterie (10), afin d’être autonome.
10. Système (1) selon l’une quelconque des revendications 7 à 9 où au moins une balise (7) est disposée à un point de chronométrage, préférentiellement deux balises (7).
11. Système (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, où un temps de passage à une position donnée (TB) est déterminé par la formule :
    avec TB le temps de passage à la position donnée d’un mobile (3), T un instant de mesure d’une position du mobile (3) avant la position donnée, dt un intervalle de temps séparant l’instant T de mesure de la position du mobile (3) avant la position donnée d’un instant T+dt de mesure d’une position du mobile (3) après la position donnée, D_avant une distance entre la position du mobile (3) avant la position donnée et la position donnée et D_après une distance entre la position du mobile (3) après la position donnée et la position donnée.
12. Dispositif (2) portatif apte à être utilisé avec un système (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, pour un mobile (3) de type cheval, caractérisé en ce qu’il comprend une bande souple (11) intégrant un moyen de traitement (6) et une batterie (10) disposés de préférence sensiblement au milieu de la bande souple (11) et au moins un récepteur GPS (4) et au moins un capteur LPS (5) disposés sensiblement à chaque extrémité de la bande souple (11).
13. Dispositif (2) portatif apte à être utilisé avec un système (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, pour un mobile (3) de type humain, caractérisé en ce qu’il comprend un maillot (12) intégrant un moyen de traitement (6) et une batterie (10) disposés de préférence sensiblement au milieu du dos du maillot (12) et au moins un récepteur GPS (4) et au moins un capteur LPS (5) disposés sensiblement sur chaque épaule avant et sur chaque épaule arrière.