Dispositif radioélectrique pour la localisation d'individus. Radio device for locating individuals.
La présente invention concerne un dispositif radioélectrique pour la localisation d'individus.The present invention relates to a radioelectric device for locating individuals.
Elle s'applique principalement au sauvetage, à l'aide au diagnostique médical et à la prévention contre des dangers imminents que sont par exemple en montagne les menaces d'avalanche.It mainly applies to rescue, to aid in medical diagnosis and prevention against imminent dangers such as avalanche threats in the mountains.
Les techniques de localisation actuelles font largement appel aux systèmes de localisation par satellites du type de celui connu sous le sigleCurrent positioning techniques make extensive use of satellite positioning systems of the type known by the acronym
GPS qui est l'abréviation du vocable anglo-saxon" Global PositionningGPS which is the abbreviation of the Anglo-Saxon word "Global Positioning
System "et aux systèmes de radiotéléphone cellulaires comme le système GSM qui est l'abréviation du vocable anglo-saxon " Global System ForSystem "and to cellular radiotelephone systems such as the GSM system which is the abbreviation of the English term" Global System For
Mobile Communication" qui permettent à des mobiles de communiquer par voie radio avec d'autres mobiles ou le réseau téléphonique public commuté par l'intermédiaire de stations de base situées au centre de chaque cellule du réseau cellulaire. Dans un système de localisation par satellites de type GPS, la position géographique d'un récepteur GPS est déterminée par une triangulation des pseudo-distances qui séparent le récepteur d'une grappe de satellites. Avec un tel système, tout individu porteur d'un récepteur GPS ne peut faire connaître sa position à des secours éloignés, que s'il dispose également d'un moyen de communication radio le mettant en relation avec un centre de surveillance.Mobile Communication "which allow mobiles to communicate by radio with other mobiles or the public switched telephone network via base stations located in the center of each cell of the cellular network. In a satellite tracking system GPS type, the geographical position of a GPS receiver is determined by a triangulation of the pseudo-distances that separate the receiver from a cluster of satellites. With such a system, any individual carrying a GPS receiver cannot make known his position to distant emergency services, only if he also has a radio communication means putting him in contact with a surveillance center.
Dans un système de communication de type GSM, dont une description peut être trouvée dans le livre intitulé "Réseaux GSM-DCS" des auteurs Xavier Lagrange, Philippe Godlewski et Sami Tabbane publié aux éditions de HERMES Science Publications Paris France, 1999, la localisation des mobiles est également obtenue par une triangulation de pseudodistances mesurées entre le mobile à identifier et les stations de base, et l'initiative de la mesure des pseudo-distances revient aux stations de base voisines de la cellule dans laquelle circule le mobile. Un problème se pose cependant lorsque la position du mobile n'a pas encore pu être identifiée ou a été perdue après une interruption du fonctionnement de son émetteur
récepteur par exemple, alors qu'il s'est déplacé sur une distance relativement importante. Dans ce cas un grand nombre de stations de base du réseau sont amenées à rechercher la nouvelle position du mobile lorsque l'émetteur-récepteur est remis en marche. Lorsque plusieurs mobiles sont à localiser simultanément, un encombrement du réseau d'interconnexion des stations de base se produit. Cette perte de temps peut être préjudiciable dans certaines circonstances à l'acheminement de secours à des personnes ou individus en difficultés équipés de postes émetteurs -récepteurs GSM.In a GSM type communication system, a description of which can be found in the book entitled "GSM-DCS Networks" by the authors Xavier Lagrange, Philippe Godlewski and Sami Tabbane published by HERMES Science Publications Paris France, 1999, the localization of mobiles is also obtained by a triangulation of pseudodistances measured between the mobile to be identified and the base stations, and the initiative for the measurement of pseudo-distances returns to the base stations neighboring the cell in which the mobile circulates. However, a problem arises when the position of the mobile has not yet been identified or has been lost after an interruption in the operation of its transmitter. receiver for example, while it has moved a relatively large distance. In this case, a large number of network base stations are required to search for the new position of the mobile when the transceiver is restarted. When several mobiles are to be located simultaneously, congestion in the interconnection network of the base stations occurs. This loss of time can be detrimental in certain circumstances to the delivery of aid to people or individuals in difficulty equipped with GSM transmitter-receiver stations.
Suivant un procédé plus récent, l'initiative de la mesure des pseudo-distances dans un réseau GSM est laissée au mobile. Ce procédé laisse le choix au mobile de se faire ou non repérer au cours de ses différentes activités. Le mobile acquiert les pseudo-distances entre lui et les stations plus proches ce qui à pour effet, à la différence du cas précédent de limiter le nombre des mesures et de réduire la gêne sur le réseau GSM. Le mobile renvoie alors les mesures à une station maîtresse qui effectue la triangulation et détermine ainsi la position du mobile.According to a more recent process, the initiative for measuring pseudo-distances in a GSM network is left to the mobile. This process leaves the choice to the mobile to be identified or not during its various activities. The mobile acquires the pseudo-distances between it and the closest stations which, unlike the previous case, has the effect of limiting the number of measurements and reducing the inconvenience on the GSM network. The mobile then sends the measurements to a master station which performs the triangulation and thus determines the position of the mobile.
Cependant la précision de localisation de ces systèmes n'apparaît pas suffisante en montagne, dans les cas d'avalanche notamment, où les sauveteurs doivent pouvoir localiser très rapidement et au mètre près la présence d'individus enfouis sous une couverture neigeuse. Au mieux, la précision de localisation sur un sol horizontal, avec une bonne répartition des stations de base, est de l'ordre de la centaine de mètres. On conçoit qu'en montagne les conditions pour obtenir cette précision soient difficiles à réunir. Quoiqu'il en soit, cette précision reste largement insuffisante et ne permet pas d'effectuer des recherches sur des sols à dénivelées importantes.However, the location accuracy of these systems does not appear sufficient in the mountains, especially in the case of an avalanche, where rescuers must be able to locate very quickly and to the nearest meter the presence of individuals buried under a snow cover. At best, the location accuracy on horizontal ground, with a good distribution of base stations, is of the order of a hundred meters. We understand that in the mountains the conditions to obtain this precision are difficult to meet. Anyway, this precision remains largely insufficient and does not allow research on soils with significant differences in level.
Le but de l'invention est de pallier notamment les inconvénients précités.The object of the invention is to overcome in particular the aforementioned drawbacks.
A cet effet, l'invention a pour objet, un dispositif pour la localisation à courte et longue distance d'individus au travers d'un système de radiocommunication cellulaire comportant un nombre déterminé d'objets portatifs électroniques comprenant au moins un dispositif d'émission-
réception d'ondes radioélectriques à longue portée, muni, d'une part d'un moyen de visualisation et d'autre part, d'un moyen de communication pour communiquer avec des stations de base du réseau et permettre leur localisation dans le réseau par une station de surveillance. Il est caractérisé en ce que le dispositif d'émission-réception est programmé pour écouter des signaux provenant d'autres dispositifs d'émission-réception d'objets portatifs situés à proximité, et afficher sur le moyen de visualisation des informations propres aux objets portatifs et aux signaux reçus d'eux pour en permettre la localisation. Le dispositif de communication peut écouter à lui seul les autres dispositifs d'un même type.To this end, the subject of the invention is a device for the short and long distance localization of individuals through a cellular radio communication system comprising a determined number of portable electronic objects comprising at least one transmission device - reception of long-range radio waves, provided, on the one hand, with a display means and, on the other hand, with a communication means for communicating with network base stations and enabling their location in the network by a monitoring station. It is characterized in that the transceiver device is programmed to listen to signals from other transceiver devices of portable objects located nearby, and display on the display means information specific to portable objects and signals received from them to allow location. The communication device can listen to other devices of the same type on its own.
Le moyen de visualisation est par exemple un écran de visualisation et le dispositif d'émission-réception est programmé pour afficher sur l'écran de visualisation les codes d'identification des autres objets portatifs et les informations des champs électromagnétiques reçus de chacun d'eux pour permettre la localisation.The display means is for example a display screen and the transmission-reception device is programmed to display on the display screen the identification codes of the other portable objects and the information of the electromagnetic fields received from each of them. to allow localization.
Chaque objet portatif peut comporter en plus, un dispositif de guidage comportant un dispositif radioélectrique émetteur/récepteur à courte portée pour émettre de façon aléatoire des bursts d'information sur une fréquence porteuse déterminée F1 , ou pour recueillir les signaux émis par d'autres objets portatifs à localiser émettant sur la fréquence F1, permettant de localiser. ces objets portatifs et couplé au dispositif d'émission-réception pour visualisation sur l'écran.Each portable object can additionally comprise a guidance device comprising a short-range radio transmitter / receiver device for randomly transmitting bursts of information on a determined carrier frequency F1, or for collecting the signals transmitted by other objects. portable to locate transmitting on the frequency F1, allowing to locate. these portable objects and coupled to the transmission-reception device for viewing on the screen.
Le dispositif de guidage est par exemple interconnecté au dispositif par liaison filaire ou par liaison sans fil à très courte portée. 'Selon un mode de réalisation, le dispositif de guidage comporte, par exemple :The guide device is for example interconnected to the device by wire link or by very short range wireless link. ' According to one embodiment, the guide device comprises, for example:
- des moyens radioélectriques pour générer une rampe de fréquence à destination d'un objet portatif à localiser lorsque l'objet portatif fonctionne en terminal localisateur,
- des moyens pour réémettre la rampe de fréquences qu'il reçoit d'un objet portatif localisateur décalée d'un intervalle de fréquence F lorsque l'objet portatif est placé dans le rôle d'un terminal à localiser,radio means for generating a frequency ramp for a portable object to be located when the portable object is operating in a locating terminal, means for retransmitting the frequency ramp which it receives from a portable locating object offset by a frequency interval F when the portable object is placed in the role of a terminal to be located,
- des moyens de mesure pour mesurer le décalage en fréquence de la rampe de fréquence décalée reçue d'un objet portatif à localiser avec la rampe de fréquence émise lorsque l'objet portatif est placé dans le rôle d'un terminal localisateur,measurement means for measuring the frequency offset of the offset frequency ramp received from a portable object to be located with the frequency ramp emitted when the portable object is placed in the role of a locating terminal,
- et des moyens de calcul pour déterminer la distance qui sépare l'objet portatif localisateur de l'objet portatif localisé à partir du résultat de la mesure du décalage en fréquence des deux rampes fourni par les moyens de mesure.- And calculation means to determine the distance separating the portable locator object from the localized portable object from the result of the measurement of the frequency offset of the two ramps provided by the measuring means.
Le dispositif selon l'invention a pour principal avantage de permettre l'arrivée de secours aux endroits précis où se trouvent des personnes accidentées ou en difficultés dans les meilleurs délais tout en laissant la possibilité aux sauveteurs de rentrer en contact avec les personnes à secourir.The main advantage of the device according to the invention is that it allows emergency assistance to arrive at the precise places where accident victims or people in difficulty are found as soon as possible, while leaving the possibility for rescuers to come into contact with the people to be rescued.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit faite en regard des dessins annexés qui représentent : La figure 1 un premier mode de réalisation d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.Other characteristics and advantages of the invention will become apparent from the following description given with reference to the appended drawings which represent: FIG. 1 a first embodiment of a device for implementing the method according to the invention. 'invention.
La figure 2 un deuxième mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention.Figure 2 a second embodiment of a device according to the invention.
La figure 3 un graphe des temps représentant les signaux émis et reçus par le dispositif transpondeur-émetteur-récepteur TER.FIG. 3 is a time graph representing the signals transmitted and received by the transponder-transmitter-receiver device TER.
La figure 4 un mode de réalisation d'un dispositif de guidage mis en œuvre dans un objet portatif selon l'invention.Figure 4 an embodiment of a guide device implemented in a portable object according to the invention.
Le dispositif selon l'invention permet à des utilisateurs porteurs d'objets portatifs électroniques, d'une part, d'entrer en communication avec un poste central de surveillance non représenté situé à distance dans un réseau GSM afin d'être localisé à l'intérieur d'une cellule du réseau et d'autre
part, d'effectuer une localisation fine d'autres personnes situées à proximité utilisant des objets portatifs sensiblement identiques.The device according to the invention allows users carrying electronic portable objects, on the one hand, to enter into communication with a central monitoring station (not shown) located remotely in a GSM network in order to be located at the inside a network cell and other On the other hand, to carry out a fine localization of other people located nearby using substantially identical portable objects.
Suivant un premier mode de réalisation qui est montré à la figure 1 , chaque objet portatif se compose d'un premier ensemble 1 de communication et de localisation à longue distance couplé à un deuxième ensemble 2 de détection d'incident et de localisation à courte distance, les ensembles 1 et 2 étant représentés respectivement à l'intérieur de lignes fermées en pointillées.According to a first embodiment which is shown in FIG. 1, each portable object is composed of a first set 1 of long-distance communication and location coupled to a second set 2 of incident detection and short-range location , the assemblies 1 and 2 being represented respectively inside closed dotted lines.
L'ensemble 1 comporte un module de communication 3 comprenant au moins un émetteur récepteur d'onde radioélectrique couplé à une antenne 4 et un module de localisation à longue distance 5 qui peut être intégré au module de communication 3 ou couplé à celui-ci par une liaison 6.The assembly 1 comprises a communication module 3 comprising at least one radio wave transmitter and receiver coupled to an antenna 4 and a long-distance location module 5 which can be integrated into the communication module 3 or coupled thereto by a link 6.
L'ensemble 2 comporte un module de détection d'incident 7 et un module de localisation et guidage terminal 8, comprenant un dispositif d'émission d'onde radioélectrique couplé à une antenne 9.The assembly 2 includes an incident detection module 7 and a location and terminal guidance module 8, comprising a radio wave emission device coupled to an antenna 9.
Une liaison 10 relie le module de détection d'incident 7 au module de communication 3, et une liaison bidirectionnelle 11 relie le module de communication 3 au module de localisation et guidage terminal 8. Cette liaison peut être réalisée soit par câble ou sans fil. Dans ce dernier cas, la liaison (radio de préférence) est à très courte portée puisqu'elle consiste à relier deux accessoires sur un même individu ; cette liaison radio apporte l'avantage d'une indépendance mécanique et électrique entre les deux accessoires.A link 10 connects the incident detection module 7 to the communication module 3, and a bidirectional link 11 connects the communication module 3 to the location and terminal guidance module 8. This connection can be made either by cable or wireless. In the latter case, the link (preferably radio) is very short range since it consists in connecting two accessories to the same individual; this radio link provides the advantage of mechanical and electrical independence between the two accessories.
Accessoirement un clavier 12 peut être relié au module de communication 3 pour transmettre les demandes d'un utilisateur.Incidentally a keyboard 12 can be connected to the communication module 3 to transmit the requests of a user.
Le module de communication 3 peut aussi être programmé pour passer dans un mode dit de scrutation d'objets portatifs situés dans sa périphérie. Cela permet à l'objet portatif scrutateur d'écouter les signaux de signalisation des modules de communication des autres objets portatifs situés dans sa zone et de visualiser sur l'écran les codes d'identification ainsi que l'amplitude du champ reçu. Cette possibilité permet à l'objet portatif de fonctionner en mode simplifié sans utiliser l'ensemble 2 comprenant le module de localisation et guidage terminal 8. Ce fonctionnement souffre cependant d'un manque de directivité mais permet de dresser un premier
bilan des personnes se trouvant dans le périmètre concerné et donner une indication sur les recherches à entreprendre.The communication module 3 can also be programmed to go into a so-called scanning mode of portable objects located in its periphery. This enables the portable scanner object to listen to the signaling signals from the communication modules of the other portable objects located in its area and to display the identification codes and the amplitude of the received field on the screen. This possibility allows the portable object to operate in simplified mode without using the assembly 2 comprising the location and terminal guidance module 8. This operation, however, suffers from a lack of directivity but makes it possible to draw up a first assessment of people in the area concerned and give an indication of the research to be undertaken.
Dans le même esprit, le module 8 de l'ensemble 2 peut s'utiliser indépendamment de l'ensemble 1. Dans ce contexte, le module 3 est alors raccordé à un terminal du type Palm Pilot ou autre équipement de poche muni d'une interface série et permettant de visualiser les données reçues sur son écran.In the same spirit, the module 8 of the assembly 2 can be used independently of the assembly 1. In this context, the module 3 is then connected to a terminal of the Palm Pilot type or other pocket equipment provided with a serial interface and allowing to visualize the data received on its screen.
Egalement, un dispositif de mesure de données physiques et psysiologiques 13 du type de celui décrit dans la demande de brevet FR 9700175 du demandeur, peut être couplé au dispositif de détection d'incident 7 et au dispositif localisation et de guidage 8. Dans ce cas, le dispositif de mesure de données physiques et psysiologiques 13, reçoit des données de capteurs physiologiques placés sur le corps de la personne porteuse de l'objet portatif. Comme l'objet portatif peut être fixé à la ceinture, ou dans la poche d'un blouson ou encore au poignet et que les capteurs de fréquence cardiaque, de température, etc.. sont par contre logés à différents endroits sur le corps, comme par exemple le thorax, il est souhaitable pour l'agrément de la personne de disposer de liaisons radio à courte portée entre les capteurs physiologiques et l'objet portatif. Les données obtenues peuvent alors transiter par le module de localisation 8 ou être multiplexées avec les autres signaux à courte portée de la liaison radio entre le module 8 et le module 3.Also, a device for measuring physical and psychological data 13 of the type described in the applicant's patent application FR 9700175, can be coupled to the incident detection device 7 and to the localization and guidance device 8. In this case , the device for measuring physical and psysiological data 13, receives data from physiological sensors placed on the body of the person carrying the portable object. As the portable object can be attached to the belt, or in the pocket of a jacket or even on the wrist and that the heart rate, temperature, etc. sensors are on the other hand housed in different places on the body, such as for example the thorax, it is desirable for the approval of the person to have short-range radio links between the physiological sensors and the portable object. The data obtained can then pass through the location module 8 or be multiplexed with the other short-range signals of the radio link between the module 8 and the module 3.
Suivant un autre mode d'utilisation non représenté du dispositif selon l'invention, il est également possible de brancher un vocodeur spécifique pour malentendant sur le GSM. Les handicapés peuvent alors être mis en communication comme tout à chacun et peuvent en plus être localisés en cas d'incident, incendie par exemple.According to another mode of use not shown of the device according to the invention, it is also possible to connect a specific vocoder for the hearing impaired on the GSM. The disabled can then be put in communication like everyone else and can also be located in the event of an incident, fire for example.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, représenté à la figure 2 où les éléments homologues à ceux de la figure 1 portent les mêmes références, l'ensemble 1 peut être un combiné portable GSM du commerce couplé éventuellement à un récepteur GPS. Dans ce cas, la communication des messages à longue distance entre un poste de surveillance central et le dispositif s'effectue au travers du réseau GSM et la localisation du dispositif dans le réseau a lieu de façon connue soit par la mesure de pseudo- distances entre plusieurs stations de base du réseau et le mobile utilisateur
du dispositif puis triangulation par une station principale soit par le module GPS.According to another embodiment of the invention, represented in FIG. 2 where the elements homologous to those of FIG. 1 bear the same references, the assembly 1 can be a portable GSM commercial handset optionally coupled to a GPS receiver. In this case, the communication of long distance messages between a central monitoring station and the device is carried out through the GSM network and the location of the device in the network takes place in a known manner either by measuring pseudoranges between several network base stations and the user mobile of the device then triangulation by a main station or by the GPS module.
Dans l'un ou l'autre des modes de réalisation décrits précédemment, une localisation fine peut être effectuée par l'ensemble 2 par l'émission aléatoire par chaque émetteur sur une première fréquence porteuse F1 de burst d'informations, correspondant par exemple au dispositif décrit dans la demande de brevet FR 97 00175 précitée.In one or other of the embodiments described above, a fine localization can be carried out by the assembly 2 by the random transmission by each transmitter on a first carrier frequency F1 of information burst, corresponding for example to device described in the aforementioned patent application FR 97 00175.
Cette procédure permet à l'un ou plusieurs des objets portatifs (objet localisateur) de se mettre en mode "écoute et recherche" sur la fréquence F1 et permet de recueillir les niveaux des signaux reçus (RSSI) des différents autres objets portatifs à localiser. Les informations recueillies par un objet localisateur sont alors visualisées (non représenté pour des raisons de clareté) sur l'écran de visualisation du GSM si l'ensemble 1 est utilisé ou sur un Palm ou équivalent lorsque l'ensemble 1 n'est pas utilisé. Dans ce mode de réalisation, le module 8 n'est qu'émetteur ou récepteur et non transpondeur. Plusieurs localisateurs peuvent se coordonner en choisissant de rechercher des individus distincts dans le cas de recherche multiple.This procedure allows one or more of the portable objects (locator object) to switch to "listening and searching" mode on the frequency F1 and makes it possible to collect the levels of the signals received (RSSI) from the various other portable objects to be located. The information collected by a locator object is then displayed (not shown for reasons of clarity) on the GSM display screen if set 1 is used or on a Palm or equivalent when set 1 is not used . In this embodiment, the module 8 is only a transmitter or receiver and not a transponder. Several locators can coordinate by choosing to search for distinct individuals in the case of multiple searches.
Ce mode de fonctionnement permet de donner rapidement un bilan des personnes se situant dans le périmètre radio et de donner ensuite une indication sur la position de la personne recherchée. L'approche est par exemple raffinée progressivement par des nouvelles mesures.This operating mode makes it possible to quickly give an assessment of the people located within the radio perimeter and then give an indication of the position of the person sought. The approach is for example progressively refined by new measures.
Dans l'un ou l'autre des modes de réalisation décrits précédemment une localisation fine peut ausi être effectuée par l'ensemble 2 par l'émission aléatoire par chaque émetteur sur une première fréquence porteuse F1 de burst d'informations en les faisant suivre d'une écoute sur une deuxième fréquence F2 pendant un intervalle de temps déterminé.In one or other of the embodiments described above, a fine localization can also be carried out by the assembly 2 by the random emission by each transmitter on a first carrier frequency F1 of information burst by making them follow d 'Listening on a second frequency F2 for a determined time interval.
Cette procédure permet également à l'un des objets portatifs (objet localisateur) de collecter accessoirement les niveaux des signaux reçus (RSSI) sur la fréquence F1 des différents autres objets portatifs à localiser.This procedure also allows one of the portable objects (locator object) to collect incidentally the levels of the received signals (RSSI) on the frequency F1 of the various other portable objects to be located.
Cette phase d'écoute systématique permet de recueillir des demandes particulières d'autres objets portatifs TER émetteurs et notamment, une demande de mesure de distance. La phase d'écoute permet d'isoler un objet portatif émetteur particulier et d'effectuer une opération de
calibrage en fréquence, ce qui a pour avantage d'éviter la complexité d'une synchronisation très fine sur celui-ci.This systematic listening phase makes it possible to collect specific requests from other transmitting TER portable objects and in particular, a request for distance measurement. The listening phase makes it possible to isolate a particular portable transmitting object and to carry out an operation of frequency calibration, which has the advantage of avoiding the complexity of very fine synchronization thereon.
Plus généralement, l'objet portatif auquel est attribué un rôle de terminal localisateur envoie, lors de la phase d'écoute qui suit le burst d'information envoyé par un objet portatif TER, un message contenant et confirmant l'identité de l'objet portatif TER d'un individu à localiser qui seul, est admis à poursuivre la procédure de mesure de distance.More generally, the portable object to which is assigned a role of locating terminal sends, during the listening phase which follows the burst of information sent by a portable TER object, a message containing and confirming the identity of the object TER portable of an individual to be located who alone is allowed to continue the distance measurement procedure.
Cette procédure consiste à faire émettre par l'objet portatif TER localisateur, une rampe de fréquence dont l'amplitude est variable au cours du temps, dans une bande de fréquences déterminée et à faire réémettre dans une autre bande de fréquences le même signal décalé d'un intervalle de fréquence F déterminée de l'objet portatif TER de l'individu à localiser. Le signal décalé reçu par l'objet portatif TER localisateur est comparé avec le signal envoyé mais décalé de la même valeur de fréquence ou d'une fréquence F1 différente pour donner un écart de fréquence F-F' comme montré sur les figures 3A et 3B.This procedure consists in transmitting by the portable locating object TER, a frequency ramp whose amplitude is variable over time, in a determined frequency band and in re-transmitting in another frequency band the same signal shifted by 'an interval of frequency F determined from the portable object TER of the individual to be located. The offset signal received by the locating portable object TER is compared with the signal sent but offset by the same frequency value or by a different frequency F 1 to give a frequency difference FF ′ as shown in FIGS. 3A and 3B.
Pour la mise en œuvre de ce processus, il est commode d'utiliser une fréquence de rampe f(t) qui varie linéairement dans le temps, de la forme : f(t) = f0+p.t (1) où p = ΔF/T est la pente de la rampe, ΔF est l'excursion en fréquence et T est la durée d'une rampe élémentaire.For the implementation of this process, it is convenient to use a ramp frequency f (t) which varies linearly over time, of the form: f (t) = f0 + pt (1) where p = ΔF / T is the slope of the ramp, ΔF is the frequency excursion and T is the duration of an elementary ramp.
Dans ces conditions la phase instantanée s'écrit à une valeur constante près: . . - - • - φ(t) = 2 π [f0.t + 1/2 p.t2] (2)Under these conditions the instantaneous phase is written to the nearest constant value:. . - - • - φ (t) = 2 π [f0.t + 1/2 pt 2] (2)
La représentation des différents signaux échangés est alors la suivante:The representation of the different signals exchanged is then as follows:
En appelant S1 (t) le signal émis par l'objet portatif localisateur celui- ci est représentable par une relation de la forme :By calling S1 (t) the signal emitted by the portable locator object, this can be represented by a relation of the form:
S1 (t) = ai cos [φ(t)] = ai .cos{2π [fO.t +1/2.p.t2]} (3)S1 (t) = ai cos [φ (t)] = ai .cos {2π [fO.t + 1 / 2.pt 2 ]} (3)
Le signal reçu par l'objet portatif de l'individu à localiser est alors de la forme:The signal received by the portable object of the individual to be located is then of the form:
S1 (t - τ ) = b1.cos {2 π [f0(t -t)+1/2.p.(t - τ)2]} (4)
où τ représente le temps de transit du signal entre l'objet portatif TER localisateur et l'objet portatif TER de l'individu à localiser.S1 (t - τ) = b1.cos {2 π [f0 (t -t) + 1 / 2.p. (T - τ) 2 ]} (4) where τ represents the signal transit time between the locating portable object TER and the portable object TER of the individual to be located.
Le signal S2 (t) réémis par l'objet portatif de l'individu à localiser est défini par la relation: S2(t) = a2.cos{2 π[(f0 + F) (t -τ)+1 /2.p.(t - τ)2] } (5) où F représente le décalage en fréquence.The signal S2 (t) re-emitted by the portable object of the individual to be located is defined by the relation: S2 (t) = a2.cos {2 π [(f0 + F) (t -τ) +1 / 2 .p. (t - τ) 2 ]} (5) where F represents the frequency offset.
Enfin le signal qui est reçu par l'objet portatif localisateur s'écrit:Finally the signal which is received by the portable locator object is written:
S2(t - τ ) = b2.cos {2 π [(f0 + F)(t -2τ)+1/2.p.(t - 2 τ)2] } (7)S2 (t - τ) = b2.cos {2 π [(f0 + F) (t -2τ) + 1 / 2.p. (T - 2 τ) 2 ]} (7)
D'autre part, le signal de référence locale généré par l'objet portatif localisateur est de la forme:On the other hand, the local reference signal generated by the portable locator object is of the form:
R(t) = ai .cos{ 2 π [( f0.+ F')t +1/2.p.t2] } (8)R (t) = ai .cos {2 π [(f0. + F ') t + 1 / 2.pt 2 ]} (8)
La distance séparant les deux terminaux est obtenue en analysant le produit X(t) du mélange entre les signaux R(t) et S2(t -τ). Ce produit vérifie la relation: X(t) =1/2 ai .b2.cos{ 2 π [2 p τ t + (F - F ) t+2(f0 + F) τ - 2.p.τ2] } (9)The distance separating the two terminals is obtained by analyzing the product X (t) of the mixture between the signals R (t) and S2 (t -τ). This product checks the relation: X (t) = 1/2 ai .b2.cos {2 π [2 p τ t + (F - F) t + 2 (f0 + F) τ - 2.p.τ 2 ] } (9)
Le terme (F-F) représente un décalage fixe en fréquence égal à zéro si F' est choisi égal à F. Le terme 2 p τ de l'équation (8) représente une fréquence fb dont la valeur est directement proportionnelle au temps de transit c'est à dire à la valeur de la distance d séparant les deux objets portatifs. Les autres termes représentent des phases sans importance par la suite. La distance d s'obtient par la relation: d = c.τ où c représente la vitesse de la lumière.The term (FF) represents a fixed frequency offset equal to zero if F 'is chosen equal to F. The term 2 p τ of equation (8) represents a frequency fb whose value is directly proportional to the transit time c 'is to say at the value of the distance d separating the two portable objects. The other terms represent unimportant phases thereafter. The distance d is obtained by the relation: d = c.τ where c represents the speed of light.
La précision obtenue s'exprime par la relation:The precision obtained is expressed by the relationship:
Δd = y2.(c. T/ΔF) Δfb La granularité de précision sur la mesure de fb est reliée à la durée d'émission du burst. Pour obtenir la précision souhaitée, il est souhaitable d'émettre non pas une seule rampe mais plusieurs à la suite les unes des autres. Soit N le nombre de rampes élémentaires, la granularité de mesure devient Δfb = 1/NT. L'erreur sur d devient Δd = 1/2.(c. T/ΔF) /NT = 1/2.c / (ΔF.N)
Dans la bande 860 MHZ en prenant un étalement ΔF = 600kHz et N égal à 200, la granularité de mesure de distance Δd est égale à 1 ,25 m. En prenant T = 1 ms, la granularité d'analyse en fréquence Δfb = 1/NT = 5 Hz.Δd = y 2. (c. T / ΔF) Δfb The granularity of precision on the measurement of fb is related to the duration of emission of the burst. To obtain the desired precision, it is desirable to emit not a single ramp but several in succession from one another. Let N be the number of elementary ramps, the measurement granularity becomes Δfb = 1 / NT. The error on d becomes Δd = 1 /2.(c. T / ΔF) / NT = 1 /2.c / (ΔF.N) In the 860 MHz band, taking a spread ΔF = 600 kHz and N equal to 200, the granularity of distance measurement Δd is equal to 1.25 m. By taking T = 1 ms, the granularity of frequency analysis Δfb = 1 / NT = 5 Hz.
La bande de fréquence à analyser correspond à une distance maximale de 500 m, soit à une valeur maximale de fb = τΔF /T = 2.d.ΔF/T.c = 2kHz.La FFT d'analyse comporte alors 512 points.The frequency band to be analyzed corresponds to a maximum distance of 500 m, i.e. to a maximum value of fb = τΔF / T = 2.d.ΔF / T.c = 2kHz. The analysis FFT then comprises 512 points.
Un mode de réalisation d'un module de guidage terminal 8 fonctionnant suivant le procédé qui vient d'être décrit est montré à la figure 4 où les éléments homologues à ceux des figures 1 et 2 sont représentés avec les mêmes références. Celui-ci comprend un processeur de traitement de signal 15 du commerce convenablement programmé pour effectuer le calcul de distance décrit précédemment. Le processeur 15 est couplé par un premier port 15ι à une voie d'émission 16 et par un deuxième port 152 à une voie de réception 17. Un bus 18 relie un troisième port du processeur 15 au combiné GSM 3 et un quatrième port reçoit les signaux physiologiques du récepteur 13 portée par la liaison 14 au travers du convertisseur analogique -numérique 13bis.An embodiment of a terminal guide module 8 operating according to the method which has just been described is shown in Figure 4 where the elements homologous to those of Figures 1 and 2 are shown with the same references. This includes a commercial signal processing processor 15 suitably programmed to perform the distance calculation described above. The processor 15 is coupled by a first port 15ι to a transmission channel 16 and by a second port 15 2 to a reception channel 17. A bus 18 connects a third port of the processor 15 to the GSM handset 3 and a fourth port receives the physiological signals of the receiver 13 carried by the link 14 through the analog-digital converter 13bis.
La voie d'émission 16 comprend un modulateur 19, un étage mélangeur 20, un dispositif de commutation 21, un amplificateur 22 et un filtre 23, ces éléments étant reliés dans cet ordre en série entre le premier port 15ι et l'antenne 9. L'étage mélangeur 20 mélange lé signal fourni par le modulateur 19 avec celui fourni par un synthétiseur de fréquences 24 commandé en fréquence par le signal de rampe défini par la relation (1) dans le mode de fonctionnement avec transpondeur mais qui est commandé par la fréquence fixe F1 pour l'émission de bursts lorsque l'objet portatif est dans le mode de fonctionnement d'un objet portatif à localiser, ou commandé par la fréquence fixe F2 pour l'émission de bursts sur cette fréquence lorsque l'objet portatif est en mode localisateur.The transmission channel 16 comprises a modulator 19, a mixer stage 20, a switching device 21, an amplifier 22 and a filter 23, these elements being connected in this order in series between the first port 15ι and the antenna 9. The mixer stage 20 mixes the signal supplied by the modulator 19 with that supplied by a frequency synthesizer 24 controlled in frequency by the ramp signal defined by relation (1) in the operating mode with transponder but which is controlled by the fixed frequency F1 for the emission of bursts when the portable object is in the operating mode of a portable object to be located, or controlled by the fixed frequency F2 for the emission of bursts on this frequency when the portable object is in locator mode.
La voie de réception 17 comprend un filtre 25, un amplificateur 26, un dispositif de commutation 27, un étage mélangeur de fréquence 28, et un démodulateur 29, ces éléments étant reliés dans cet ordre en série entre
l'antenne 9 et le deuxième port 152..L'étage mélangeur 28 mélange le signal fourni par l'amplificateur 26 au travers du dispositif de commutation 27 avec celui fourni par un synthétiseur à fréquence 30 commandé également en fréquence par le signal de rampe défini par la relation (1) en mode transpondeur mais aussi par une fréquence fixe lors de la réception des bursts sur la fréquence F1 en mode localisateur, et par une fréquence fixe aussi lors de la réception des bursts sur la fréquence F2 lorsque l'objet portatif est dans le mode de fonctionnement d'objet portatif à localiser. Un dispositif de transposition de fréquence 31 est couplé entre les dispositifs de commutation 21 et 27.The reception channel 17 comprises a filter 25, an amplifier 26, a switching device 27, a frequency mixer stage 28, and a demodulator 29, these elements being connected in this order in series between the antenna 9 and the second port 15 2. The mixer stage 28 mixes the signal supplied by the amplifier 26 through the switching device 27 with that supplied by a frequency synthesizer 30 also controlled in frequency by the signal ramp defined by relation (1) in transponder mode but also by a fixed frequency when receiving bursts on frequency F1 in locator mode, and by a fixed frequency also when receiving bursts on frequency F2 when the portable object is in the operating mode of portable object to be located. A frequency transposition device 31 is coupled between the switching devices 21 and 27.
Les dispositifs de commutation 21 et 27 comportent deux états A et B activés à partir du clavier 12 du combiné GSM ou par une station de surveillance non représentée dans le réseau GSM, ou d'un automate interne en fonction du mode de fonctionnement en cours, ils permettent aux modules de guidage 8 de fonctionner soit en interrogateur émetteur- récepteur) pour le mobile localisateur, soit en transpondeur-répondeur pour les mobiles à localiser. Dans ce mode de fonctionnement les dispositifs de commutation 21 et 27 sont positionnés respectivement dans les états A et B pour le module 8 du mobile localisateur et ceux de l'objet portatif répondeur du mobile à localiser dans leur état B. Dans l'état A du commutateur 21 l'objet portatif est en mode interrogateur, il se trouve alors dans l'état de fonctionnement d'un poste central c'est à dire qu'il émet en sortie de la voie d'émission 16 le signal S1 (t) vers l'objet portatif de l'individu à localiser, et qu'il reçoit à l'entrée de la chaîne de réception 17 le signal S2(t-τ) provenant de l'objet portatif de l'individu à localiser.The switching devices 21 and 27 have two states A and B activated from the keyboard 12 of the GSM handset or by a monitoring station not shown in the GSM network, or from an internal controller depending on the current operating mode, they allow the guidance modules 8 to operate either as a transmitter-receiver interrogator) for the locating mobile, or as a transponder-answering machine for the mobiles to be located. In this operating mode, the switching devices 21 and 27 are positioned respectively in states A and B for module 8 of the mobile locator and those of the portable responder object of the mobile to be located in their state B. In state A of the switch 21 the portable object is in interrogator mode, it is then in the operating state of a central station, that is to say that it emits at the output of the transmission channel 16 the signal S1 (t ) to the portable object of the individual to be located, and that it receives at the input of the reception chain 17 the signal S2 (t-τ) coming from the portable object of the individual to be located.
Ce signal est transmis au travers du dispositif de commutation 27 placé dans l'état B sur une première entrée du dispositif de transposition de fréquence 31 pour être transposé de la fréquence de décalage -F. Le signal obtenu en sortie de l'étage mélangeur 32 résulte du mélange du signal R(t) appliqué par la sortie du commutateur 21 à l'entrée de l'amplificateur 22 avec le signal obtenu en sortie du dispositif de transposition de fréquence 31. Ce
signal qui représente le terme en cosinus du signal X(t) est converti sous une forme numérique par le convertisseur analogique-numérique 33 avant d'être transmis au processeur 15 pour le calcul de la fréquence fb et de la distance d. La distance d calculée est transmise sur le bus 18 afin d'être visualisée par le combiné GSM avec l'identifiant du mobile localisé.This signal is transmitted through the switching device 27 placed in state B on a first input of the frequency transposition device 31 to be transposed from the offset frequency -F. The signal obtained at the output of the mixer stage 32 results from the mixing of the signal R (t) applied by the output of the switch 21 to the input of the amplifier 22 with the signal obtained at the output of the frequency transposition device 31. This signal which represents the cosine term of the signal X (t) is converted into a digital form by the analog-digital converter 33 before being transmitted to the processor 15 for the calculation of the frequency fb and the distance d. The calculated distance d is transmitted on the bus 18 in order to be displayed by the GSM handset with the identifier of the mobile located.
Côté répondeur les dispositifs de commutation 21 et 27 rebouclent la sortie de l'amplificateur 26 sur l'entrée de l'amplificateur 22 au travers du dispositif de transposition de fréquence 31 qui est chargé d'effectuer le décalage en fréquence +F du signal si (t-τ) reçu par le terminal à localiser. Comme il est possible de le vérifier sur la figure 4, des combinaisons différentes des états A et B des dispositifs de commutation 21 et 27 permettent de placer indifféremment chacun des objets portatifs en état de veille d'une émission d'un autre objet portatif que ceux- ci se trouvent dans le rôle de l'objet localisateur ou de l'objet localisé. Le dispositif qui vient d'être décrit peut être avantageusement complété par un dispositif permettant d'indiquer la direction d'où proviennent les émissions d'un autre objet portatif détecté. Ceci peut être obtenu en incorporant à l'objet portatif un atténuateur enclenché lorsque le secouriste arrive à proximité de la personne recherchée, dans un rayon de quelques mètres. L'atténuateur permet alors de réduire fortement le signal reçu et de le 'recentrer dans la partie non saturée de la caractéristique distance/champ reçu. Une autre possibilité est d'utiliser une antenne directive 9 sur le module de localisation 8, solidaire par exemple de la face arrière du GSM; l'utilisateur tourne progressivement avec son GSM devant lui vers la direction présentant le maximum de signal reçu. Mieux encore, une autre possibilité est de munir l'objet portatif de deux antennes et de programmer le module de localisation 8 pour analyser le déphasage des signaux reçus par les deux antennes.On the responder side, the switching devices 21 and 27 loop the output of the amplifier 26 back to the input of the amplifier 22 through the frequency transposition device 31 which is responsible for performing the frequency shift + F of the signal if (t-τ) received by the terminal to be located. As it is possible to verify in FIG. 4, different combinations of the states A and B of the switching devices 21 and 27 make it possible to place each of the portable objects indifferently in the standby state of a transmission from another portable object than these are found in the role of the locator object or the localized object. The device which has just been described can advantageously be supplemented by a device making it possible to indicate the direction from which the emissions of another detected portable object originate. This can be obtained by incorporating into the portable object an attenuator activated when the rescuer arrives near the person sought, within a radius of a few meters. The attenuator then makes it possible to greatly reduce the signal received and to re-center it in the unsaturated part of the distance / field characteristic received. Another possibility is to use a directive antenna 9 on the location module 8, for example secured to the rear face of the GSM; the user gradually turns with his mobile phone in front of him towards the direction presenting the maximum of signal received. Better yet, another possibility is to provide the portable object with two antennas and to program the location module 8 to analyze the phase shift of the signals received by the two antennas.
L'utilisation d'un combiné GSM du commerce pour réaliser à la fois la fonction de communication et la fonction de localisation à longue distance qui lui sont directement associées est naturellement recommandée, vu le faible prix de cet équipement. Il suffit seulement de le relier par le bus
18 au module de guidage terminal (2) sur sa prise d'extension qui est formée par un interface RS232 classique.The use of a commercial GSM handset to carry out both the communication function and the long-distance location function which are directly associated with it is naturally recommended, given the low price of this equipment. Just connect it by bus 18 to the terminal guidance module (2) on its extension socket which is formed by a conventional RS232 interface.
Pour satisfaire aux contraintes d'autonomies liées à celles des batteries, car il est clair qu'actuellement la charge des batteries des appareils portables GSM ne tient pas plus de quelques jours en mode veille, à partir d'une charge complète et à condition de rencontrer des contraintes d'environnement normales à la température ambiante, il est conseillé de munir respectivement le module de localisation et le module de communication chacun de leur propre batterie. Le système qui vient d'être décrit peut être configuré selon plusieurs modes de fonctionnement dépendant des circonstances des recherches.To meet the constraints of autonomy linked to those of the batteries, because it is clear that currently the charge of the batteries of GSM portable devices does not last more than a few days in standby mode, from a full charge and provided meet normal environmental constraints at room temperature, it is advisable to provide the localization module and the communication module each with their own battery. The system which has just been described can be configured according to several operating modes depending on the circumstances of the searches.
Dans un premier mode le porteur de l'objet portatif selon l'invention peut autoriser le centre de surveillance à le localiser en permanence. Suite à l'autorisation préliminaire donnée par le porteur de l'objet portatif, le dispositif envoie une demande de surveillance globale au centre de surveillance et active la fonction de localisation à longue distance. Le porteur de l'objet portatif peut aussi, par une action manuelle sur le clavier de l'objet portatif, demander au centre de secours que l'on déclenche immédiatement des secours, mais cette recherche peut aussi être activée par le centre de surveillance à condition cependant que le porteur de l'objet portatif ait au préalable autorisé le suivi. Lorsque par exemple le centre de surveillance constate que le porteur de l'objet portatif reste trop longtemps statique à la précision près du système de localisation, dans une zone dangereuse ou à risques, une équipe de recherche peut alors être dépêchée sur la zone concernée. Eventuellement un contact téléphonique, préalable à l'envoi de l'équipe de secours, est établi.In a first mode, the wearer of the portable object according to the invention can authorize the surveillance center to locate it permanently. Following the preliminary authorization given by the wearer of the portable object, the device sends a global monitoring request to the monitoring center and activates the long-distance location function. The carrier of the portable object can also, by manual action on the keyboard of the portable object, ask the emergency center to immediately initiate rescue, but this search can also be activated by the surveillance center at provided, however, that the holder of the portable object has previously authorized tracking. When, for example, the surveillance center finds that the wearer of the portable object remains static for too long with precision near the location system, in a dangerous or risky area, a search team can then be dispatched to the area concerned. Possibly a telephone contact, prior to the dispatch of the rescue team, is established.
La recherche peut aussi être déclenchée automatiquement mais elle n'est encore possible que si l'utilisateur ait préalablement autorisé le suivi. En cas de chute et de perte de conscience de la personne porteuse d'un objet portatif selon l'invention, le dispositif de détection d'incident envoie
automatiquement un signal d'alarme à travers le réseau vers le centre de surveillance et active instantanément le module de guidage terminal.The search can also be triggered automatically but it is still only possible if the user has previously authorized tracking. In the event of a fall and loss of consciousness of the person carrying a portable object according to the invention, the incident detection device sends automatically an alarm signal through the network to the surveillance center and instantly activates the terminal guidance module.
Le capteur de détection d'incident consiste à détecter une chute par perte de verticalité ou par apparition d'une accélération excessive, le dépassement de seuils sur des paramètres physiologiques comme par exemple la fréquence cardiaque ou la température.The incident detection sensor consists in detecting a fall by loss of verticality or by the appearance of excessive acceleration, the exceeding of thresholds on physiological parameters such as for example the heart rate or the temperature.
Naturellement le module de guidage peut être actionné à distance. Lorsque par exemple une équipe de secours arrive sur les lieux, dans la zone à fouiller, le responsable de l'équipe peut alors lancer sur le réseau un ordre d'activation du module de guidage terminal ce qui aura pour effet également de l'alimenter sur sa propre batterie. Mais il peut aussi l'activer directement pour permettre une localisation précise à courte distance pour le passage de zones dangereuses comme les couloirs à avalanche.
Naturally, the guide module can be actuated remotely. When, for example, a rescue team arrives at the site, in the area to be searched, the team leader can then launch an order on the network to activate the terminal guidance module, which will also have the effect of feeding it on its own battery. But it can also activate it directly to allow precise localization at short distance for the passage of dangerous areas such as avalanche corridors.