WO2017081418A1 - Procede et systeme de geolocalisation d'une balise par horodatage - Google Patents

Procede et systeme de geolocalisation d'une balise par horodatage Download PDF

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WO2017081418A1
WO2017081418A1 PCT/FR2016/052920 FR2016052920W WO2017081418A1 WO 2017081418 A1 WO2017081418 A1 WO 2017081418A1 FR 2016052920 W FR2016052920 W FR 2016052920W WO 2017081418 A1 WO2017081418 A1 WO 2017081418A1
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WO
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beacon
terminal
time
terminals
geolocation
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Application number
PCT/FR2016/052920
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Inventor
Yan MENNEKENS
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Uwinloc
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/06—Position of source determined by co-ordinating a plurality of position lines defined by path-difference measurements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/0009—Transmission of position information to remote stations
    • G01S5/0081—Transmission between base stations
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
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    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/0205—Details
    • G01S5/0226—Transmitters

Definitions

  • the present invention relates to the field of localization and relates more particularly to a method and a geolocation system of a beacon.
  • the invention is particularly applicable to the geolocation of objects stored in a warehouse.
  • the system comprises a plurality of transceivers fixed with respect to the Earth and the device is a mobile transceiver which receives detection signals transmitted, continuously or periodically, by the plurality of transmitters fixed receivers on a plurality of first radio communication links.
  • the mobile transceiver evaluates the power level of the received detection signals or an angle made with each fixed transceiver to determine its position by trilateration or triangulation and then communicates this position information to the plurality of transmitters.
  • fixed receivers on a second communication link for example of the Wifi type.
  • the mobile transceiver must both receive and transmit signals, which is energy consuming and requires the presence of a battery supply making the device complex and expensive, especially in maintenance, which presents significant disadvantages.
  • the mobile transceiver must manage the times of receiving the different signals on the plurality of first communication links in order to be able to determine its position by trilateration or triangulation, which makes the mobile transceiver complex and expensive and therefore has another disadvantage.
  • the system comprises a plurality of transmitters fixed with respect to the Earth, for example of the geostationary satellite type, and the device is a mobile receiver, for example of GPS (Global Positioning System) type, which receives detection signals transmitted, continuously or periodically, by the plurality of transmitters and uses the transmission delays of these respective signals to determine the geographical position.
  • GPS Global Positioning System
  • the receiver must be supplied with electrical energy, which presents maintenance and cost problems.
  • such a system is complex and expensive, particularly because of the use of satellites for the GPS system, which has significant disadvantages.
  • the aim of the invention is to at least partially solve these disadvantages by proposing a simple, reliable, effective, robust, precise and inexpensive solution for geolocation, in particular of an object in a closed space such as a part of a building or a warehouse.
  • the invention firstly relates to a geolocation tag associated with an identifier, said tag being configured to produce and store electrical energy and for broadcasting on an ultra wideband radio communication link, from the stored energy, to a plurality of time stamp terminals a signal comprising a location message comprising said identifier.
  • ultra broadband radio communication link it is meant that a signal transmitted on such a communication link has an instantaneous frequency spectrum of width (at -10 dB relative to the maximum power of said instantaneous frequency spectrum) greater than 500 MHz.
  • the geolocation beacon may further comprise one or more of the following characteristics, taken separately or in any technically possible combination.
  • the ultra-wideband radio communication link is of the radio-pulse modulation type.
  • the ultrahigh-band radio-pulse modulation technology (or IR-UWB for "Impulse Radio Ultra Wide Band” in the English literature), is based on the transmission of pulses of very short duration, that is to say less than two nanoseconds, or even less than one nanosecond.
  • the ultra-wideband radio communication link uses a radio pulse modulation in all or nothing (known by the acronym OOK for "On-Off Keying” in the Anglo-Saxon literature).
  • the location message is formed of information symbols
  • the beacon is configured to modulate the same spreading sequence predefined by each information symbol so as to obtain, for each information symbol , a spreading symbol sequence used for the modulation of radio pulses.
  • the information symbols are subjected to direct sequence spread spectrum (DSSS for "Direct Sequence Spread Spectrum” in the literature Anglo-Saxon) which allows to introduce a gain of reception processing facilitating the detection of the signal emitted by the beacon and the extraction of the location message.
  • the spreading sequence is for example a pseudo-random sequence, such as an M-sequence which has particular correlation properties.
  • An ultra wide band signal with radio pulse modulation has several advantages, including good robustness to difficult environments (greater resistance to interference related to the multiple paths of the signal), simplicity of realization of the transmitter and receiver devices (and therefore a cost potentially low cost), low energy consumption (which is essential for an energetically passive beacon), and a high geolocation capability (the accuracy of the position measurements being directly related to the bandwidth and the sampling frequency of the device). reception system).
  • the beacon is configured to produce electrical energy from an electromagnetic field in which it is immersed, such a field being easy to generate.
  • the invention also relates to a timestamping terminal of a beacon geolocation system, said terminal comprising:
  • a reception module configured to receive a signal on an ultra wideband radio communication link, transmitted by a beacon (for example as presented above), comprising a location message comprising an identifier of said beacon,
  • a timestamp module configured to timestamp a location message contained in a signal received by the reception module
  • a module for transmitting a location message, timestamped by the timestamp module, to a geolocation server To transmit a time-stamped location message to the geolocation server, a wired or wireless communication link, for example of the 3G, 4G, Wifi, Ethernet, etc. type, may be used.
  • a terminal is simple, inexpensive and easy to implement in order to allow a geolocation server to locate the beacon from the messages timestamped by the terminal.
  • the time stamp terminal may further comprise one or more of the following characteristics, taken separately or in any technically possible combination.
  • the ultra-wideband radio communication link is of the radio-pulse modulation type.
  • the ultra-wideband radio communication link uses a radio pulse modulation in all or nothing.
  • the signal received by the reception module of the time stamp terminal comprises spreading symbol sequences, each sequence of spreading symbols corresponding to the same predefined spreading sequence modulated by a symbol. information of the location message.
  • the time stamp terminal is configured to generate an electromagnetic field for the production of electrical energy by the beacon.
  • the system comprising a plurality of time stamp terminals and said terminal being able to communicate with the other terminals of the system
  • the receiving module is configured to receive reference pulses transmitted by the other terminals
  • the module of timestamp is configured to time stamp reference pulses received by the module receiving module
  • the transmission module is configured firstly to periodically transmit a reference pulse to the other terminals and secondly to transmit, for example periodically, to a geolocation server a plurality reference pulses received from the other terminals and timestamped by the timestamp module.
  • the signal used to transmit a reference pulse to the other terminals will advantageously be of ultra-wideband type with radio pulse modulation, in order to benefit from the previously described advantages inherent to such a type of signal, in particular in terms of accuracy. estimation of a moment of arrival of the signal, that is to say accuracy of time stamping of the reference pulses.
  • a wired or wireless communication link that is not ultra wideband, for example a 3G, 4G, Wifi type communication link. , Ethernet etc.
  • the timestamp module is configured to insert the identifier of the terminal in each timestamped reference pulse received from another terminal.
  • the terminal comprises:
  • a reception module configured to receive reference pulses emitted by the other terminals
  • a timestamp module configured to timestamp reference pulses received by the reception module
  • a transmission module configured to periodically transmit a reference pulse to the other terminals and to transmit, for example periodically, to a geolocation server a plurality of reference pulses received from the other terminals and time stamped by the timestamp module.
  • the time stamping module is configured to insert the identifier of the terminal carrying out the time stamping in each time-stamped reference pulse received from a other terminal.
  • the invention also relates to a geolocation system of a beacon by a geolocation server from a plurality of time stamping terminals as presented above, said beacon being configured to broadcast a location message comprising a beacon identifier.
  • said server comprising:
  • a reception module configured to receive a plurality of time-stamped location messages, each received time-stamped location message corresponding to the same location message previously broadcast by the beacon which has been time stamped and sent by one of the time stamp terminals,
  • a module for locating the tag by trilateration from the received time stamped messages a module for locating the tag by trilateration from the received time stamped messages.
  • the geolocation server further comprises a transmission module configured to transmit or make available the geographical position of the beacon determined by the location module, for example so that an operator can quickly find the object on which the tag is placed.
  • the receiving module is further configured to receive a plurality of sets of reference pulses, each set being sent by one (and only one) of the timestamps and including a plurality of reference pulses timestamped by the transmitting terminal, and the server comprises:
  • a module for locating the tag by trilateration from the compensated timestamp times a module for locating the tag by trilateration from the compensated timestamp times.
  • a set of clocked reference pulses comprises the reference pulses received and time stamped by the same terminal over a so-called "calibration" time interval, for example of the order of a few seconds, during which each terminal transmits a pulse at its destination. others.
  • This calibration time interval is preferably periodic, for example every 1000 seconds, and may for example be triggered by the server via a control message sent to the terminals.
  • the calibration time interval allows each terminal to receive the reference pulses sent by the other terminals, time stamp them and send them to the server so that it can periodically evaluate the drifts of the terminal clocks relative to each other. to others in order to compensate for the timestamps of the messages emitted by the beacon and to allow precise localization.
  • the calculation module is configured to calculate the clock difference between two terminals A and B according to the following equation:
  • the calculation module is configured to determine the clock difference between two terminals A and B at a time t3 between two calculations of clock differences by the server, at times t1 and t2, according to the equation next :
  • t3 is an instant between time t1 and time t2.
  • the invention also relates to a method of geolocation of a beacon by a geolocation server from a plurality of timestamping terminals, comprising the following steps:
  • the geolocation method may further comprise one or more of the following characteristics, taken in isolation or in any technically possible combination.
  • the method further comprises a step of producing and storing electrical energy by the beacon from an electromagnetic field generated by each of the plurality of timestamp terminals.
  • the method further comprises a step of provision by the geolocation server of the geographical position of the tag.
  • the ultra wideband radio communication link is of the radio pulse modulation type.
  • the ultra-wideband radio communication link uses a radio pulse modulation in all or nothing.
  • the location message is formed of information symbols, and said tag is configured to modulate the same spreading sequence predefined by each information symbol so as to obtain, for each symbol of information, a sequence of spreading symbols used for the modulation of radio pulses.
  • the method further comprises:
  • a compensation step by the geolocation server, based on the calculated differences, the time stamp instants of the time stamped location messages received, and
  • a step of locating, by the geolocation server, the beacon from the compensated timestamp times a step of locating, by the geolocation server, the beacon from the compensated timestamp times.
  • this mode of implementation it is not necessary to synchronize the clocks of the terminals to prevent them from drifting. Indeed, this mode makes it possible to compensate or correct the transmission delays of the signals between the beacon and the terminals from reference pulses exchanged between the terminals. Such compensation makes it possible to ensure that the clock differences between the clocks of the terminals remain low, preferably less than 500 ps in order to be able to geolocate a beacon with an accuracy of less than 15 cm.
  • the method can thus advantageously be used in a closed space, for example such as a warehouse or a building.
  • the time stamping step further comprises inserting the identifier of the terminal performing the time stamp in each time-stamped reference pulse.
  • the step of calculating the clock differences is performed between the timestamp terminals two by two.
  • the clock difference between two terminals A and B is calculated according to the following equation:
  • the clock difference between two terminals A and B can be determined at a time t3 between two calculations of clock differences by the server, at times t1 and t2 according to the following equation:
  • t3 is an instant between time t1 and time t2.
  • the transmission of a reference pulse by each of the terminals to the other terminals is carried out periodically, for example with a period of between one millisecond and one hour.
  • the period is of the order of a few hundreds of seconds in order to prevent the clocks of the terminals from drifting too much relative to each other while avoiding consuming too much energy with a too high transmission frequency .
  • FIG. 1 schematically illustrates an embodiment of the system according to the invention.
  • FIG. 2 schematically illustrates an embodiment of a time stamp terminal according to the invention.
  • FIG. 3 schematically illustrates an embodiment of a geolocation server according to the invention.
  • Figure 4 schematically illustrates a system of three terminals for the trilateration of a beacon and the compensation of differences in clocks.
  • FIG. 5 schematically illustrates a trilateration by the system of FIG. 4.
  • FIG. 6 schematically illustrates one embodiment of the method according to the invention.
  • the system 1 according to the invention makes it possible to geolocate a beacon 10 placed on an object 3 placed in a space 5, preferably closed such as a room, a building, a warehouse, a factory etc.
  • a space 5 preferably closed such as a room, a building, a warehouse, a factory etc.
  • the system 1 according to the invention could equally well be used in an open space, for example outdoors.
  • the tag 10 could also be mounted or implemented in equipment, for example worn by a user.
  • geolocation is meant the determination of the position of the object 3 in the space 5. This position can be defined by coordinates, geographical or otherwise, defined in a reference linked to the space 5 or the Earth, for example in two dimensions or in three dimensions.
  • the system 1 comprises a geolocation beacon 10 fixed on the object 3 to be geolocated, four time stamp terminals 20-1, 20-2, 20-3, 20 -4 and a geolocation server 30. It goes without saying that in practice a plurality of tags 10 can be used simultaneously in space 5, for example to manage a stock in a warehouse.
  • Tag 10 of qéolocalisation can for example be in the form of a self-adhesive label tag.
  • the tag 10 is associated with a unique identifier (at least within the system 1), making it possible to associate an object 3 with a position and thus to geolocate the object 3 on which the tag 10 is fixed.
  • This identifier may for example be in the form of a sequence of bits or alphanumeric characters.
  • the beacon 10 is configured to broadcast recurrently, for example periodically or whenever it has produced and stored sufficient energy, on an ultra-wideband radio communication link K1, to the timestamp terminals 20 -1, 20-2, 20-3, 20-5 4, a signal in which is coded a message called "location" including the identifier of the tag 10.
  • this location message may include, in addition to identifier, other information, preferably of small digital size so to keep the sending of the message energy-saving, such as, for example, an external status (open door, alarm triggered ...), a temperature measurement, etc.
  • the broadcast period of the location message is preferably low, for example of the order of a few tenths of a second or a few seconds.
  • This period can be variable by being determined by reaching a sufficient energy level of the beacon 10 to emit the signal.
  • the radio communication link is advantageously ultra-wideband type with radio pulse modulation in order to benefit from the advantages inherent in such a type of signal, ie it requires little energy to be emitted by the beacon 10, it allows a high accuracy in estimating the arrival time of a location message by a timestamp terminal, and the transmission module of such a signal is relatively simple and inexpensive to achieve.
  • the beacon 10 is configured to produce and store electrical energy from an electromagnetic field generated for example by the time stamp terminals 20-1, 20-2, 20-3, 20-2. -4.
  • the beacon 10 could produce and store electrical energy from solar energy, received via a solar collector, or kinetic energy generated by the vibrations or displacements of the beacon 10. note that any suitable form of collection or production of electrical energy could be considered.
  • the beacon 10 could comprise a battery for supplying electrical energy.
  • Time stamp terminal 20-1, 20-2. 20-3, 20-4 Each time stamp terminal 20-1, 20-2, 20-3, 20-4 is identified by a unique identifier in the system 1, for example a series of alphanumeric characters.
  • the number of four timestamps of this example is not limiting to the scope of the present invention which could include more or fewer than four depending on the configuration of the closed space 5 or the desired degree of accuracy of the location. .
  • the use of four timestamps makes it possible to locate an object in space, that is to say in three dimensions.
  • the use of three timestamps makes it possible to locate an object on a surface, that is to say in two dimensions.
  • the use of two timestamps makes it possible to locate an object along an axis, that is to say according to one dimension.
  • each terminal time stamp 20-1, 20-2, 20-3, 20-4 comprises a reception module 210, a time stamp module 220 and a transmission module 230.
  • the reception module 210 is configured to receive the signals transmitted periodically by the geolocation beacon 10 on the ultra-wideband radio pulse modulation communication link K1 and which comprise a location message comprising an identifier of said beacon 10.
  • the receiving module 210 is also configured to receive reference pulses transmitted by the other terminals 20-1, 20-2, 20-3, 20-4.
  • reference pulse is meant a signal transmitted to the other terminals, preferably on a radio-pulse-modulation ultra wideband communication link similar to K1, comprising at least the identifier of the terminal 20. 1, 20-2, 20-3, 20-4 which issued it.
  • the timestamp module 220 is configured to time stamp the location messages and the reference pulses received by the reception module 210.
  • timestamping is meant the indication of at least one temporal information, for example with a precision of nanosecond or tenth of a nanosecond, relative to a predetermined time reference, the date being only optional information.
  • This time information is used to indicate the time at which the reference message or pulse was received by the time stamp terminal 20-1, 20-2, 20-3, 20-4.
  • each timestamp terminal 20-1, 20-2, 20-3, 20-4 comprises its own clock, made from an oscillator, which delivers a time indication that the timestamp module 220 is going to insert in each message received from the beacon 10.
  • the transmission module 230 is firstly configured to transmit or broadcast periodically a signal comprising a reference pulse to the other terminals 20-1, 20-2, 20 -3, 20-4 of the system 1.
  • the transmission module 230 of the terminal 20-1 is configured to periodically transmit a reference pulse to the other three time stamp terminals 20-2, 20-3 , 20-4 and so on.
  • the signal comprising the reference pulse emitted by each terminal 20-2, 20-3, 20-4 is preferably of the same type as the signal diffused by the beacon 10 so that the terminal 20-2, 20-3, 20 -4 behaves like a beacon 10 vis-a-vis the other terminals 20-2, 20-3, 20-4 when it emits reference pulses.
  • the transmission period may advantageously be adapted to enable correction of the time stamping instants by the geolocation server 30 on a regular basis in order to maintain the accuracy of the system 1 without using too many resources of the time stamping terminals 20-1, 20- 2, 20-3, 20-4.
  • the transmission period can be set to 1000 seconds.
  • the terminals 20-1, 20-2, 20-3, 20-4 of the system 1 transmit on a so-called "calibration" time interval a reference pulse destined for the other terminals 20-1, 20-2. , 20-3, 20-4.
  • the reference pulse comprises the identifier of the transmitting terminal 20-1, 20-2, 20-3, 20-4.
  • the terminals 20-1, 20-2, 20-3, 20-4 may be programmed to transmit a reference pulse periodically or may simultaneously receive an instruction from the location server 30 requesting them to transmit a reference pulse to other terminals 20-1, 20-2, 20-3, 20-4.
  • the transmission module 230 is also configured to transmit to the geolocation server 30 a location message or a reference pulse that has been time stamped by the time stamp module 220 and to which it adds the identifier of the time stamp terminal. 20-1, 20-2, 20-3, 20-4 so that the geolocation server 30 can both determine the transmitter of a reference message or pulse and the terminal 20-2, 20-3, 20-4 having timestamped it.
  • each time stamp terminal 20-1, 20-2, 20-3, 20-4 is connected to the geolocation server 30 on a communication link respectively L1, L2, L3, L4 to communicate location messages and reference pulses timestamped.
  • These communications links L1, L2, L3, L4 can be wired or wireless communications links, for example 3G, 4G, Wifi, Ethernet etc.
  • Geolocation server 30 may be located in space 5 or out of space 5 and is connected to the time stamp terminals 20-1, 20-2, 20-3, 20-4, for example via the Internet or any suitable communication link, as mentioned above.
  • the geolocation server 30 comprises a reception module 310, a calculation module 320, a compensation module 330 and a location module 340.
  • the reception module 310 is configured to receive, from each timestamp terminal 20-1, 20-2, 20-3, 20-4, the location messages timestamped by said terminal 20-1, 20-2, 20- 3, 20-4 and the reference pulses (previously received from other terminals 20-1, 20-2, 20-3, 20-4) timestamped by said terminal 20-1, 20-2, 20-3, 20- 4 to which the identifier of said terminal 20-1, 20-2, 20-3, 20-4 has been added.
  • a location message received by the geolocation server 30 therefore comprises the identifier of the beacon 10 as well as the identifier and the time of time stamping of the terminal 20-1, 20-2, 20-3, 20-4. which has timestamped and sent to the server 30.
  • a reference pulse received by the geolocation server 30 includes the identifier of the terminal 20-1, 20-2, 20-3, 20-4 which the has emitted as well as the identifier and the time stamp of the terminal 20-1, 20-2, 20-3, 20-4 which has timestamped and sent to the server 30. It will be noted that each terminal 20 -1, 20-2, 20-3, 20-4 receiving and timestamping the reference pulses sent by the other terminals 20-1, 20-2, 20-3, 20-4, the server 30 therefore receives from each terminal 20-1, 20-2, 20-3, 20-4 and periodically a set of reference pulses (received from other terminals) timestamped.
  • the calculation module 320 is configured to calculate the clock differences between the terminals 20-1, 20-2, 20-3, 20-4 two by two from the timestamped reference pulse sets received from each terminal 20. -1, 20-2, 20-3, 20-4 as will be detailed hereinafter.
  • the compensation module 330 is configured to compensate for the instant of time stamping of each location message, transmitted by the beacon 10 and time stamped by each of the time stamp terminals 20-1, 20-2, 20-3, 20-4. from the differences calculated by the calculation module 320.
  • the locating module 340 of the beacon 10 is configured to determine the location of the beacon 10 by trilateration from the timestamp times compensated by the compensation module 330.
  • the geolocation server 30 knows the predetermined fixed position, in the closed space 5, of each of the four timestamping terminals 20-1, 20-2, 20-3, 20-4.
  • the trilateration is performed from a group of time-stamped messages corresponding to the same message transmitted by the beacon 10 and from the predetermined fixed position in the closed space 5 of each of the four timestamping terminals 20-1, 20-2. , 20-3, 20-4.
  • the propagation delay of a radio signal is linearly dependent on the distance traveled according to the following equation:
  • ⁇ is the delay of propagation of the signal between the beacon 10 and the time stamp terminal 20-1, 20-2, 20-3, 20-4 (transmission delay)
  • S is the distance between the beacon 10 and the beacon time stamp terminal 20-1, 20-2, 20-3, 20-4
  • c is the speed of light.
  • the transmission delay ⁇ thus makes it possible to determine the distance separating the beacon 10 from the time stamp terminal 20-1, 20-2, 20-3, 20-4.
  • the arrival time differences, from a message transmitted by the beacon 10 are used to each of the time stamp terminals 20-1, 20-2, 20-3, 20-4.
  • management of an absolute reference time by the beacon 10 would require a constant power supply of the beacon 10 in electrical energy, which could therefore not operate at low consumption, a clock internal to the beacon 10 and a resynchronization method which would make the beacon 10 complex, bulky and expensive.
  • the trilateration calculations making it possible to determine the position of the beacon 10 in the space 5 will be described with reference to FIGS. 4 and 5.
  • FIG. 4 illustrates a referenced beacon T of spatial coordinates (x, y, z) in the three-dimensional coordinate system (X, Y, Z) and only three time-stamping terminals referenced A, B, C, especially in order to present the calculations clearly, these calculations can be transposed to four timestamps 20-1, 20-2, 20-3, 20-4.
  • the transmission delay of a message transmitted by the tag T to each of the terminals A, B, C can be determined only relatively.
  • the determination of this transmission delay for each of the terminals A, B, C will be accurate only if the delays due to the fact that the terminals A, B, C are not synchronized and drifting their clocks are not corrected.
  • the spatial coordinates tag T (x, y, z) is at the intersection of three circles CA, CB, CC each centered on one of the terminals A, B, C.
  • a reference terminal is defined, for example the terminal A, and:
  • This system is a system of three equations with three unknowns that can be solved analytically in a known manner.
  • the geolocation server 30 further comprises a transmission module 350 configured to transmit or make available the geographical position of the beacon 10 determined by the location module 340, for example so that an operator can find quickly the object 3 on which the tag 10 is placed.
  • FIGS. 4 to 6 for a system with three timestamp terminals A, B and C but may be transposed to a system comprising more or less three terminals.
  • the beacon 10 produces and stores electrical energy, for example from an electromagnetic field generated by the time stamp terminals A, B, C and in which the beacon of geolocation 10 bathes or of light or kinetic energy.
  • the beacon 10 transmits a signal comprising a location message comprising the identifier of the beacon 10.
  • the transmission period of this signal can be of the order of a few seconds. This period can be variable by being determined by reaching a sufficient energy level of the beacon 10 to emit the signal.
  • This signal is received by each of the time stamp terminals A, B, C, in a step E2.
  • each of the terminals A, B, C time stamp in a step E3, the location message included in the received signal then sends, in a step E4, the location message and time stamped to the geolocation server 30.
  • the reception module 310 of the geolocation server 30 receives, in a step E5, from each of the three time stamp terminals A, B, C, a location message stamped, corresponding to the same location message sent by the beacon 10, including the identifier of the tag 10.
  • the location module 340 of the geolocation server 30 determines, in a step E6, by trilateration according to the principle explained above, the location of the beacon 10 from the plurality of time stamped messages received from each of the three time stamp terminals A , B, C, whose fixed position in the closed space 5 is known.
  • the geolocation server 30 can make available or send, for example to a smartphone-type terminal of an operator who searches the object 3, the location information of the beacon 10.
  • the server 30 in order to compensate for the drift of the clocks of the terminals A, B, C, the server 30 will receive from each terminal A, B, C periodically, for example approximately every 1000 seconds, time-stamped reference pulses making it possible to compensate for the time differences occurring between the time stamp clocks of the terminals A, B, C, as will be explained hereinafter.
  • each terminal A, B, C diffuses in a radio signal, in the form of a so-called reference pulse, to the two other terminals (respectively B, C; A, C; A, B), its identifier periodically, for example every 1000 seconds.
  • Each terminal A, B, C then receives the reference pulses emitted by the other terminals A, B, C.
  • the terminal A receives the reference pulse sent by the terminal B and the reference pulse sent from the terminal C
  • the terminal B receives the reference pulse sent by the terminal A and the reference pulse sent by the terminal C
  • the terminal C receives the reference pulse sent by the terminal A and the pulse reference sent by terminal B.
  • the time stamping module 220 of each terminal A, B, C time stamps the two reference pulses that it receives from the two other terminals (respectively B, C; A, C; A, B) and inserts its identifier then transmits this information to the geolocation server 30 which receives them.
  • the geolocation server 30 calculates, then the clock differences between the terminals A, B, C from the received time-stamped reference pulses. In detail, starting from the terminal A, it is considered that the terminal A sends a reference pulse to the moment which is received by the terminal B at the instant
  • the time stamp depends on both the distance between terminal A and terminal B and the clock difference between terminal A and terminal B: Similarly, the time stamp depends both on the distance between terminal A and terminal C and the clock difference between terminal A and terminal B:
  • t3 is an instant between time t1 and time t2.
  • This clock difference can be similarly calculated between the terminal A and the terminal C and between the terminal B and the terminal C by the geolocation server 30. It will be noted that the equation [12] is a linear interpolation. However, if the drifts of the clocks of the terminals A, B, C follow another curve, it is preferable to use an interpolation of a higher order, for example quadratic, or even by increasing the frequency of emission of the pulses. reference, to improve the correction of these clock differences.
  • the geolocation server 30 when the geolocation server 30 receives three time-stamped location messages following the transmission of a message by the beacon 10 (each of the three messages having been time stamped and sent by one of the terminals A, B, C), it compensates for the time stamp instants of the messages received from the time differences calculated between the clocks of the terminals A, B and C then locate the tag 10 using the corrected times to improve the accuracy of the location.
  • Each time-stamped location message received from a terminal is compensated with the time difference, positive or negative, calculated for the associated terminal.
  • All the time-stamped location messages received by the server 30, for example every 10 seconds, are compensated using the differences thus calculated until new time-stamped reference pulses are received by the server 30 which will then calculate new differences. (eg every 1000 seconds) and use them to compensate for later timestamp location messages and so on.
  • the system according to the invention makes it possible to determine the geographical position of a device inexpensively, reliably, quickly and accurately, particularly in a room or warehouse.
  • the present invention is not limited to the examples described above and is capable of numerous variants accessible to those skilled in the art.
  • the shapes and dimensions of the object 3, the space 5, the beacon 10, the time stamp terminals 20-1, 20-2, 20-3, 20-4, A, B, C such that shown in the figures so as to illustrate an embodiment and implementation of the invention, can not be interpreted as limiting.

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Abstract

L'invention concerne un système (1) de géolocalisation d'une balise (10) comprenant au moins une balise (10), au moins une borne d'horodatage (20-1, 20-2, 20-3, 20-4, A, B, C) et au moins un serveur de géolocalisation (30), ladite balise (10) étant configurée pour produire et stocker de l'énergie électrique et pour diffuser sur un lien de communication radio ultra large bande (K1), à partir de l'énergie stockée, à destination des bornes d'horodatage un signal comportant un message de localisation comprenant un identifiant unique de la balise.

Description

PROCEDE ET SYSTEME DE GEOLOCALISATION D'UNE BALISE
PAR HORODATAGE
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention se rapporte au domaine de la localisation et concerne plus particulièrement un procédé et un système de géolocalisation d'une balise. L'invention s'applique particulièrement à la géolocalisation d'objets stockés dans un entrepôt.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE
De nos jours, on connaît plusieurs types de systèmes de géolocalisation d'objets ou de personnes. Ces systèmes utilisent un dispositif mobile dont on veut connaître la localisation géographique ou géolocalisation.
Dans une première solution existante, le système comprend une pluralité d'émetteurs récepteurs fixes par rapport à la Terre et le dispositif est un émetteur-récepteur mobile qui reçoit des signaux de détection émis, de manière continue ou périodique, par la pluralité d'émetteurs-récepteurs fixes sur une pluralité de premiers liens de communication radio. L'émetteur- récepteur mobile évalue alors le niveau de puissance des signaux de détection reçus ou bien un angle fait avec chaque émetteur-récepteur fixe afin de déterminer sa position par trilatération ou triangulation puis communique cette information de position à la pluralité d'émetteurs-récepteurs fixes sur un deuxième lien de communication, par exemple de type Wifi. Dans cette solution, l'émetteur-récepteur mobile doit à la fois recevoir et émettre des signaux, ce qui est énergivore et nécessite la présence d'une batterie d'alimentation rendant le dispositif complexe et coûteux, notamment en maintenance, ce qui présente des inconvénients importants. En outre, l'utilisation du niveau de puissance des signaux de détection reçus ou bien d'angles peut rendre la géolocalisation imprécise, ce qui présente un autre inconvénient. Enfin, l'émetteur-récepteur mobile doit gérer les temps de réception des différents signaux sur la pluralité de premiers liens de communication afin de pouvoir déterminer sa position par trilatération ou triangulation, ce qui rend l'émetteur-récepteur mobile complexe et coûteux et présente donc encore un autre inconvénient.
Dans une deuxième solution existante, le système comprend une pluralité d'émetteurs fixes par rapport à la Terre, par exemple de type satellites géostationnaires, et le dispositif est un récepteur mobile, par exemple de type GPS (Global Positioning System), qui reçoit des signaux de détection émis, de manière continue ou périodique, par la pluralité d'émetteurs et utilise les délais de transmission de ces signaux respectifs pour déterminer la position géographique. Toutefois, dans cette solution, il est nécessaire de synchroniser les émetteurs pour que les délais de transmission de leurs signaux respectifs soient corrélés et puissent permettre au récepteur mobile de déterminer sa position, ce qui est complexe et coûteux. De plus, le récepteur doit être alimenté en énergie électrique, ce qui présente des problèmes de maintenance et de coûts. En outre, un tel système est complexe et coûteux, notamment du fait de l'utilisation de satellites pour le système GPS, ce qui présente des inconvénients importants. Enfin, avec une faible précision, de l'ordre de plusieurs mètres, et du fait que le signal peut ne pas toujours être reçu à l'intérieur d'une structure telle qu'un immeuble ou un sous-sol, un tel système ne permet pas de localiser précisément et rapidement des objets dans une pièce ou un entrepôt, ce qui présente un inconvénient majeur. PRESENTATION GENERALE DE L'INVENTION
L'invention vise à résoudre au moins en partie ces inconvénients en proposant une solution simple, fiable, efficace, robuste, précise et peu onéreuse de géolocalisation, notamment d'un objet dans un espace fermé tel qu'une pièce d'un immeuble ou un entrepôt.
A cet effet, l'invention a tout d'abord pour objet une balise de géolocalisation associée à un identifiant, ladite balise étant configurée pour produire et stocker de l'énergie électrique et pour diffuser sur un lien de communication radio ultra large bande, à partir de l'énergie stockée, à destination d'une pluralité de bornes d'horodatage un signal comportant un message de localisation comprenant ledit identifiant.
Par lien de communication radio « ultra large bande », on entend qu'un signal émis sur un tel lien de communication présente un spectre fréquentiel instantané de largeur (à -10 dB par rapport à la puissance maximale dudit spectre fréquentiel instantané) supérieure à 500 MHz.
Dans des modes particuliers de réalisation, la balise de géolocalisation peut comporter en outre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles. Dans des modes particuliers de réalisation, le lien de communication radio ultra large bande est de type à modulation d'impulsions radio. La technologie ultra large bande à modulation d'impulsions radio (ou IR-UWB pour « Impulse Radio Ultra Wide Band » dans la littérature anglo-saxonne), est basée sur la transmission d'impulsions de très courte durée, c'est-à-dire inférieure à deux nanosecondes, voire inférieure à une nanoseconde.
Dans des modes particuliers de réalisation, le lien de communication radio ultra large bande utilise une modulation d'impulsions radio en tout ou rien (connue sous l'acronyme OOK pour « On-Off Keying » dans la littérature anglo- saxonne).
Dans des modes particuliers de réalisation, le message de localisation est formé de symboles d'information, et la balise est configurée pour moduler une même séquence d'étalement prédéfinie par chaque symbole d'information de sorte à obtenir, pour chaque symbole d'information, une séquence de symboles d'étalement utilisée pour la modulation d'impulsions radio. Ainsi, les symboles d'information sont soumis à un étalement de spectre à séquence directe (DSSS pour « Direct Séquence Spread Spectrum » dans la littérature anglo-saxonne) qui permet d'introduire un gain de traitement en réception facilitant la détection du signal émis par la balise et l'extraction du message de localisation. La séquence d'étalement est par exemple une séquence pseudoaléatoire, telle qu'une M-séquence qui présente des propriétés particulières de corrélation. Rien n'exclut cependant, suivant d'autres exemples, d'avoir une séquence d'étalement d'un autre type, comme une séquence dite « Gold », ou dite de « Barker », ou dite de « Hadamard-Walsh », etc.
Un signal ultra large bande à modulation d'impulsions radio présente plusieurs avantages, notamment une bonne robustesse aux milieux difficiles (plus grande résistance aux interférences liées aux trajets multiples du signal), une simplicité de réalisation des dispositifs émetteurs et récepteurs (et donc un coût de revient potentiellement réduit), une faible consommation énergétique (ce qui est indispensable pour une balise énergétiquement passive), et une forte capacité de géolocalisation (la précision des mesures de position étant directement liée à la bande passante et à la fréquence d'échantillonnage du système de réception).
Dans des modes particuliers de réalisation, la balise est configurée pour produire de l'énergie électrique à partir d'un champ électromagnétique dans lequel elle baigne, un tel champ étant aisé à générer.
L'invention concerne aussi une borne d'horodatage d'un système de géolocalisation d'une balise, ladite borne comprenant :
- un module de réception configuré pour recevoir un signal sur un lien de communication radio ultra large bande, émis par une balise (par exemple telle que présentée précédemment), comportant un message de localisation comprenant un identifiant de ladite balise,
- un module d'horodatage configuré pour horodater un message de localisation contenu dans un signal reçu par le module de réception, et
- un module d'émission d'un message de localisation, horodaté par le module d'horodatage, vers un serveur de géolocalisation. Pour émettre un message de localisation horodaté au serveur de géolocalisation, un lien de communication filaire ou sans fil, par exemple de type 3G, 4G, Wifi, Ethernet etc., peut être utilisé. Une telle borne est simple, peu onéreuse et de mise en œuvre aisée afin de permettre à un serveur de géolocalisation de localiser la balise à partir des messages horodatés par la borne.
Dans des modes particuliers de réalisation, la borne d'horodatage peut comporter en outre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles.
Dans des modes particuliers de réalisation, le lien de communication radio ultra large bande est de type à modulation d'impulsions radio.
Dans des modes particuliers de réalisation, le lien de communication radio ultra large bande utilise une modulation d'impulsions radio en tout ou rien.
Dans des modes particuliers de réalisation, le signal reçu par le module de réception de la borne d'horodatage comporte des séquences de symboles d'étalement, chaque séquence de symboles d'étalement correspondant à une même séquence d'étalement prédéfinie modulée par un symbole d'information du message de localisation. Dans des modes particuliers de réalisation, la borne d'horodatage est configurée pour générer un champ électromagnétique pour la production d'énergie électrique par la balise.
De manière avantageuse, le système comprenant une pluralité de bornes d'horodatage et ladite borne étant apte à communiquer avec les autres bornes du système, le module de réception est configuré pour recevoir des impulsions de référence émises par les autres bornes, le module d'horodatage est configuré pour horodater des d'impulsions de référence reçues par le module de réception, et le module d'émission est configuré d'une part pour émettre de manière périodique une impulsion de référence à destination des autres bornes et d'autre part pour émettre, par exemple de manière périodique, vers un serveur de géolocalisation une pluralité d'impulsions de référence reçues des autres bornes et horodatées par le module d'horodatage.
Le signal utilisé pour émettre une impulsion de référence à destination des autres bornes sera avantageusement de type ultra large bande à modulation d'impulsions radio, afin de bénéficier des avantages précédemment décrits inhérents à un tel type de signal, notamment en termes de précision d'estimation d'un instant d'arrivée du signal, c'est-à-dire de précision d'horodatage des impulsions de référence.
Par contre pour émettre une impulsion de référence horodatée au serveur de géolocalisation, il est possible d'utiliser un lien de communication filaire ou sans fil qui n'est pas ultra large bande, par exemple un lien de communication de type 3G, 4G, Wifi, Ethernet etc.
Selon un aspect de l'invention, le module d'horodatage est configuré pour insérer l'identifiant de la borne dans chaque impulsion de référence horodatée reçue d'une autre borne.
Dans une forme de réalisation, la borne comprend :
- un module de réception configuré pour recevoir des impulsions de référence émises par les autres bornes,
- un module d'horodatage configuré pour horodater des d'impulsions de référence reçues par le module de réception, et
- un module d'émission configuré pour émettre de manière périodique une impulsion de référence à destination des autres bornes et pour émettre, par exemple de manière périodique, vers un serveur de géolocalisation une pluralité d'impulsions de référence reçues des autres bornes et horodatées par le module d'horodatage. Ainsi, avantageusement, lorsqu'elle émet une impulsion de référence, chaque borne se comporte comme une balise du point de vue des autres bornes.
Selon un aspect de l'invention, la borne étant identifiée par un unique identifiant dans le système, le module d'horodatage est configuré pour insérer l'identifiant de la borne procédant à l'horodatage dans chaque impulsion de référence horodatée reçue d'une autre borne.
L'invention concerne aussi un système de géolocalisation d'une balise par un serveur de géolocalisation à partir d'une pluralité de bornes d'horodatage telles que présentées précédemment, ladite balise étant configurée pour diffuser un message de localisation comprenant un identifiant de la balise, ledit serveur comprenant :
- un module de réception configuré pour recevoir une pluralité de messages de localisation horodatés, chaque message de localisation horodaté reçu correspondant à un même message de localisation diffusé préalablement par la balise qui a été horodaté et envoyé par l'une des bornes d'horodatage,
- un module de localisation de la balise par trilatération à partir des messages horodatés reçus.
Avantageusement, le serveur de géolocalisation comprend en outre un module d'émission configuré pour émettre ou mettre à disposition la position géographique de la balise déterminée par le module de localisation, par exemple afin qu'un opérateur puisse trouver rapidement l'objet sur lequel la balise est placée.
Dans une forme de réalisation, le module de réception est configuré en outre pour recevoir une pluralité d'ensembles d'impulsions de référence, chaque ensemble ayant été envoyé par l'une (et une seule) des bornes d'horodatage et comprenant une pluralité d'impulsions de référence horodatées par la borne d'émission, et le serveur comprend :
- un module de calcul des différences (ou décalages) d'horloge entre les bornes d'horodatage à partir de la pluralité d'ensembles reçus et de la position connue des bornes,
- un module de compensation de l'instant d'horodatage de chaque message de localisation horodaté reçu à partir des différences calculées,
- un module de localisation de la balise par trilatération à partir des instants d'horodatage compensés.
Un ensemble d'impulsions de référence horodatées comprend les impulsions de référence reçues et horodatées par une même borne sur un intervalle de temps dit « de calibrage », par exemple de l'ordre de quelques secondes, pendant lequel chaque borne émet une impulsion à destination des autres. Cet intervalle de temps de calibrage est de préférence périodique, par exemple toutes les 1000 secondes, et peut par exemple être déclenché par le serveur via un message de commande envoyé aux bornes. L'intervalle de temps de calibrage permet à chaque borne de recevoir les impulsions de référence envoyées par les autres bornes, de les horodater et de les envoyer au serveur de sorte qu'il puisse périodiquement évaluer les dérives des horloges des bornes les unes par rapport aux autres afin de compenser les instants d'horodatage des messages émis par la balise et permettre une localisation précise.
De préférence, le module de calcul est configuré pour calculer la différence d'horloge entre deux bornes A et B selon l'équation suivante :
Figure imgf000010_0001
où :
- est l'instant de réception, par la borne A, d'une impulsion de référence par la borne C,
- est l'instant de réception, par la borne B, de l'impulsion de référence envoyée par la borne C,
- est le délai de transmission du signal entre la borne A et la borne C,
- est le délai de transmission du signal entre la borne B et la borne C.
Figure imgf000010_0002
De préférence encore, le module de calcul est configuré pour déterminer la différence d'horloge entre deux bornes A et B à un instant t3 entre deux calculs de différences d'horloge par le serveur, à des instants t1 et t2, selon l'équation suivante :
Figure imgf000011_0001
où :
- est la différence d'horloge entre la borne A et la borne B calculée par
Figure imgf000011_0002
le serveur à un instant t1 ,
- est la différence d'horloge entre la borne A et la borne B calculée par
Figure imgf000011_0003
le serveur à un instant t2, postérieur à l'instant t1 ,
- t3 est un instant compris entre l'instant t1 et l'instant t2.
L'invention concerne aussi un procédé de géolocalisation d'une balise par un serveur de géolocalisation à partir d'une pluralité de bornes d'horodatage, comprenant les étapes suivantes :
- diffusion par la balise sur un lien de communication radio ultra large bande d'un signal comportant un message de localisation comprenant un identifiant de ladite balise,
réception par chaque borne de la pluralité de bornes d'horodatage sur le lien de communication radio ultra large bande, du signal émis par la balise,
- horodatage par chaque borne de la pluralité de bornes d'horodatage du message de localisation contenu dans le signal reçu,
- émission par chaque borne de la pluralité de bornes d'horodatage d'un message de localisation horodaté vers un serveur de géolocalisation, - réception par le serveur de géolocalisation des messages de localisation horodatés émis par les bornes d'horodatage,
- localisation de la balise par trilatération à partir des messages horodatés reçus. Dans des modes particuliers de mise en œuvre, le procédé de géolocalisation peut comporter en outre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles. Dans des modes particuliers de mise en œuvre, le procédé comporte en outre une étape de production et de stockage d'énergie électrique par la balise à partir d'un champ électromagnétique généré par chaque borne de la pluralité de bornes d'horodatage.
Dans des modes particuliers de mise en œuvre, le procédé comporte en outre une étape de mise à disposition par le serveur de géolocalisation de la position géographique de la balise.
Dans des modes particuliers de mise en œuvre, le lien de communication radio ultra large bande est de type à modulation d'impulsions radio.
Dans des modes particuliers de mise en œuvre, le lien de communication radio ultra large bande utilise une modulation d'impulsions radio en tout ou rien.
Dans des modes particuliers de mise en œuvre, le message de localisation est formé de symboles d'information, et ladite balise est configurée pour moduler une même séquence d'étalement prédéfinie par chaque symbole d'information de sorte à obtenir, pour chaque symbole d'information, une séquence de symboles d'étalement utilisée pour la modulation d'impulsions radio.
Dans des modes particuliers de mise en œuvre, le procédé comprend en outre :
- une étape d'émission sur un lien de communication radio ultra large bande d'une impulsion de référence par chacune des bornes d'horodatage à destination des autres bornes d'horodatage, ladite impulsion de référence comprenant l'identifiant de la borne d'émission,
- une étape de réception par chacune des bornes d'horodatage des impulsions de référence émises par les autres bornes d'horodatage,
- une étape d'horodatage, à réception, par chacune des bornes d'horodatage des impulsions de référence reçues des autres bornes,
- une étape d'envoi, par chacune des bornes d'horodatage, au serveur de géolocalisation, des impulsions de référence horodatées,
- une étape de réception, par le serveur de géolocalisation, des impulsions de référence horodatées envoyées par chacune des bornes d'horodatage,
- une étape de calcul, par le serveur de géolocalisation, des différences (ou décalages) d'horloge entre les bornes à partir des impulsions de référence horodatées et de la position connue des bornes,
- une étape de réception, par le serveur de géolocalisation, d'une pluralité de messages de localisation horodatés, chaque message de localisation horodaté reçu correspondant à un même message de localisation diffusé préalablement par la balise qui a été horodaté et envoyé par l'une (et une seule) des bornes d'horodatage,
- une étape de compensation, par le serveur de géolocalisation, à partir des différences calculées, des instants d'horodatage des messages de localisation horodatés reçus, et
- une étape de localisation, par le serveur de géolocalisation, de la balise à partir des instants d'horodatage compensés.
Dans ce mode de mise en œuvre, il n'est pas nécessaire de synchroniser les horloges des bornes afin d'éviter qu'elles dérivent. En effet, ce mode permet de compenser ou corriger les délais de transmission des signaux entre la balise et les bornes à partir d'impulsions de référence échangées entre les bornes. Une telle compensation permet de s'assurer que les différences d'horloge entre les horloges des bornes restent faibles, de préférence inférieures à 500 ps afin de pouvoir géolocaliser une balise avec une précision inférieure à 15 cm. Le procédé peut ainsi avantageusement être utilisé dans une espace fermé, par exemple tel qu'un entrepôt ou un immeuble.
De préférence, l'étape d'horodatage comprend en outre l'insertion de l'identifiant de la borne procédant à l'horodatage dans chaque impulsion de référence horodatée.
De préférence encore, l'étape de calcul des différences d'horloge est réalisée entre les bornes d'horodatage deux à deux. Selon un aspect de l'invention, la différence d'horloge entre deux bornes A et B est calculée selon l'équation suivante :
Figure imgf000014_0002
où :
- est l'instant de réception, par la borne A, d'une impulsion de référence par la borne C,
- est l'instant de réception, par la borne B, de l'impulsion de référence envoyée par la borne C,
- est le délai de transmission du signal entre la borne A et la borne C,
- est le délai de transmission du signal entre la borne B et la borne C.
Avantageusement, la différence d'horloge entre deux bornes A et B peut être déterminée à un instant t3 entre deux calculs de différences d'horloge par le serveur, à des instants t1 et t2 selon l'équation suivante :
Figure imgf000014_0001
où :
- est la différence d'horloge entre la borne A et la borne B calculée par le serveur à un instant t1 ,
" est la différence d'horloge entre la borne A et la borne B calculée par
Figure imgf000014_0003
le serveur à un instant t2, postérieur à l'instant t1 ,
- t3 est un instant compris entre l'instant t1 et l'instant t2.
De manière avantageuse, l'émission d'une impulsion de référence par chacune des bornes à destination des autres bornes est réalisée de manière périodique, par exemple avec une période comprise entre une milliseconde et une heure. De préférence, la période est de l'ordre de quelques centaines de secondes afin d'éviter que les horloges des bornes ne dérivent trop les unes par rapport aux autres tout en évitant de consommer trop d'énergie avec une fréquence d'émission trop importante. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront lors de la description qui suit faite en regard des figures annexées données à titre d'exemples non limitatifs et dans lesquelles des références identiques sont données à des objets semblables.
DESCRIPTION DES FIGURES
La figure 1 illustre schématiquement une forme de réalisation du système selon l'invention.
La figure 2 illustre schématiquement une forme de réalisation d'une borne d'horodatage selon l'invention.
La figure 3 illustre schématiquement une forme de réalisation d'un serveur de géolocalisation selon l'invention.
La figure 4 illustre schématiquement un système de trois bornes permettant la trilatération d'une balise et la compensation des différences d'horloges.
La figure 5 illustre schématiquement une trilatération par le système de la figure 4.
La figure 6 illustre schématiquement un mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
Description d'une forme de réalisation du système selon l'invention
Le système selon l'invention va être présenté ci-après en référence aux figures 1 à 5.
I. Système 1
Tout d'abord, en référence à la figure 1 , le système 1 selon l'invention permet la géolocalisation d'une balise 10 placée sur un objet 3 placé dans un espace 5, de préférence fermé tel qu'une pièce, un immeuble, un entrepôt, une usine etc. Il va cependant de soi que le système 1 selon l'invention pourrait aussi bien être utilisé dans un espace ouvert, par exemple en extérieur. En outre, on notera que la balise 10 pourrait aussi être montée ou implémentée dans un équipement, par exemple porté par un utilisateur.
Par le terme « géolocalisation », on entend la détermination de la position de l'objet 3 dans l'espace 5. Cette position peut être définie par des coordonnées, géographiques ou autres, définies dans un référentiel lié à l'espace 5 ou la Terre, par exemple en deux dimensions ou en trois dimensions.
Dans cet exemple illustratif non limitatif de la portée de l'invention, le système 1 comprend une balise 10 de géolocalisation fixée sur l'objet 3 à géolocaliser, quatre bornes d'horodatage 20-1 , 20-2, 20-3, 20-4 et un serveur de géolocalisation 30. Il va de soi qu'en pratique une pluralité de balises 10 peuvent être utilisées simultanément dans l'espace 5, par exemple afin de gérer un stock dans un entrepôt.
1 ) Balise 10 de qéolocalisation La balise 10 de géolocalisation peut par exemple se présenter sous la forme d'une étiquette autocollante de type tag. La balise 10 est associée à un identifiant unique (au moins au sein du système 1 ), permettant d'associer un objet 3 à une position et donc de géolocaliser l'objet 3 sur lequel est fixée la balise 10. Cet identifiant peut par exemple se présenter sous la forme d'une suite de bits ou de caractères alphanumériques.
La balise 10 est configurée pour diffuser de manière récurrente, par exemple périodiquement ou bien à chaque fois qu'elle a produit et stocké suffisamment d'énergie, sur un lien de communication radio ultra large bande K1 , à destination des bornes d'horodatage 20-1 , 20-2, 20-3, 20-5 4, un signal dans lequel est codé un message dit « de localisation » comprenant l'identifiant de la balise 10. On notera que ce message de localisation peut comprendre, outre l'identifiant, d'autres informations, de préférence de faible taille numérique afin de garder l'envoi du message peu énergivore, telles que, par exemple, un statut externe (porte ouverte, alarme déclenchée...), une mesure de température, etc. La période de diffusion du message de localisation est de préférence faible, par exemple de l'ordre de quelques dixièmes de secondes ou quelques secondes. Cette période peut être variable en étant déterminée par l'atteinte d'un niveau d'énergie suffisant de la balise 10 pour émettre le signal. Le lien de communication radio est avantageusement de type ultra large bande à modulation d'impulsions radio afin de bénéficier des avantages inhérents à un tel type de signal, à savoir il nécessite peu d'énergie pour être émis par la balise 10, il permet une grande précision dans l'estimation de l'instant d'arrivée d'un message de localisation par une borne d'horodatage, et le module d'émission d'un tel signal est relativement simple et peu coûteux à réaliser.
Dans une forme de réalisation préférée, la balise 10 est configurée pour produire et stocker de l'énergie électrique à partir d'un champ électromagnétique généré par exemple par les bornes d'horodatage 20-1 , 20- 2, 20-3, 20-4. Dans une autre forme de réalisation, la balise 10 pourrait produire et stocker de l'énergie électrique à partir d'énergie solaire, reçue via un capteur solaire, ou d'énergie cinétique générée par les vibrations ou les déplacements de la balise 10. On notera que toute forme adaptée de collecte ou production d'énergie électrique pourrait être envisagée. On notera aussi que, dans une autre forme de réalisation, la balise 10 pourrait comprendre une batterie d'alimentation en énergie électrique.
2) Borne d'horodatage 20-1 , 20-2. 20-3, 20-4 Chaque borne d'horodatage 20-1 , 20-2, 20-3, 20-4 est identifiée par un identifiant unique dans le système 1 , par exemple une suite de caractères alphanumériques. Le nombre de quatre bornes d'horodatage de cet exemple n'est pas limitatif de la portée de la présente invention qui pourrait en comporter plus ou moins de quatre selon la configuration de l'espace fermé 5 ou le degré de précision souhaité de la localisation. L'utilisation de quatre bornes d'horodatage permet de localiser un objet dans l'espace, c'est-à-dire en trois dimensions. L'utilisation de trois bornes d'horodatage permet de localiser un objet sur une surface, c'est-à-dire en deux dimensions. L'utilisation de deux bornes d'horodatage permet de localiser un objet selon un axe, c'est-à-dire selon une dimension. Dans l'exemple de la figure 1 , l'utilisation de quatre bornes d'horodatage 20-1 , 20-2, 20-3, 20-4 permet avantageusement de localiser la balise 10 dans l'espace 5 tridimensionnel. Une telle configuration peut par exemple être utilisée lorsque la balise 10 est associée à un objet stocké sur une étagère dans un entrepôt. Les bornes d'horodatage 20-1 , 20-2, 20-3, 20-4 peuvent par exemple être disposées dans chaque coin d'un entrepôt. Un nombre supérieur au nombre minimum nécessaire de bornes d'horodatage permet au serveur de géolocalisation 30 d'obtenir plus de messages horodatés et donc d'améliorer la précision de la géolocalisation de l'objet 3. En référence à la figure 2, chaque borne d'horodatage 20-1 , 20-2, 20-3, 20-4 comprend un module de réception 210, un module d'horodatage 220 et un module d'émission 230.
Le module de réception 210 est configuré pour recevoir les signaux émis périodiquement par la balise de géolocalisation 10 sur le lien de communication ultra large bande à modulation d'impulsions radio K1 et qui comportent un message de localisation comprenant un identifiant de ladite balise 10. Le module de réception 210 est également configuré pour recevoir des impulsions de référence émises par les autres bornes 20-1 , 20-2, 20-3, 20-4. Par les termes « impulsion de référence », on entend un signal émis à destination des autres bornes, préférentiellement sur un lien de communication ultra large bande à modulation d'impulsions radio similaire à K1 , comprenant au moins l'identifiant de la borne 20-1 , 20-2, 20-3, 20-4 qui l'a émise. Le module d'horodatage 220 est configuré pour horodater les messages de localisation et les impulsions de référence reçus par le module de réception 210. Par horodatage, on entend l'indication d'au moins une information temporelle, par exemple avec une précision de l'ordre de la nanoseconde ou du dixième de nanoseconde, par rapport à une référence temporelle prédéterminée, la date n'étant qu'une information optionnelle. Cette information temporelle permet d'indiquer l'instant auquel le message ou l'impulsion de référence a été reçu par la borne d'horodatage 20-1 , 20-2, 20-3, 20-4. Pour ce faire, chaque borne d'horodatage 20-1 , 20-2, 20-3, 20-4 comprend sa propre horloge, réalisée à partir d'un oscillateur, qui délivre une indication temporelle que le module d'horodatage 220 va insérer dans chaque message reçu de la balise 10. Le module d'émission 230 est tout d'abord configuré pour émettre ou diffuser de manière périodique un signal comportant une impulsion de référence à destination des autres bornes 20-1 , 20-2, 20-3, 20-4 du système 1 . Ainsi, dans l'exemple de la figure 1 , le module d'émission 230 de la borne 20-1 est configuré pour émettre de manière périodique une impulsion de référence à destination des trois autres bornes d'horodatage 20-2, 20-3, 20-4 et ainsi de suite. Le signal comportant l'impulsion de référence émis par chaque borne 20- 2, 20-3, 20-4 est préférentiellement du même type que le signal diffusé par la balise 10 de sorte que la borne 20-2, 20-3, 20-4 se comporte alors comme une balise 10 vis-à-vis des autres bornes 20-2, 20-3, 20-4 lorsqu'elle émet des impulsions de référence. La période d'émission peut avantageusement être adaptée pour permettre une correction des instants d'horodatage par le serveur de géolocalisation 30 de manière régulière pour conserver la précision du système 1 sans utiliser trop de ressources des bornes d'horodatage 20-1 , 20-2, 20-3, 20-4. A titre d'exemple, la période d'émission peut être fixée à 1000 secondes. De préférence, les bornes 20-1 , 20-2, 20-3, 20-4 du système 1 émettent sur un intervalle de temps dit « de calibrage » une impulsion de référence à destination des autres bornes 20-1 , 20-2, 20-3, 20-4. L'impulsion de référence comprend l'identifiant de la borne 20-1 , 20-2, 20-3, 20-4 émettrice. On notera que les bornes 20-1 , 20-2, 20-3, 20-4 peuvent être programmées pour émettre une impulsion de référence de manière périodique ou bien peuvent recevoir simultanément une instruction du serveur de géolocalisation 30 leur demandant d'émettre une impulsion de référence à destination des autres bornes 20-1 , 20-2, 20-3, 20-4.
Le module d'émission 230 est également configuré pour émettre vers le serveur de géolocalisation 30 un message de localisation ou une impulsion de référence qui ont été horodatés par le module d'horodatage 220 et auxquels il ajoute l'identifiant de la borne d'horodatage 20-1 , 20-2, 20-3, 20-4 émettrice afin que le serveur de géolocalisation 30 puisse à la fois déterminer l'émetteur d'un message ou d'une impulsion de référence ainsi que la borne 20-2, 20-3, 20-4 l'ayant horodaté.
A cette fin, en référence à la figure 1 , chaque borne d'horodatage 20-1 , 20-2, 20-3, 20-4 est reliée au serveur de géolocalisation 30 sur un lien de communication respectivement L1 , L2, L3, L4 afin de lui communiquer les messages de localisation et les impulsions de référence horodatés. Ces liens de communications L1 , L2, L3, L4 peuvent être des liens de communications filaires ou sans fil, par exemple de type 3G, 4G, Wifi, Ethernet etc.
3) Serveur de qéolocalisation 30 Le serveur de géolocalisation 30 peut être situé dans l'espace 5 ou hors de l'espace 5 et est relié aux bornes d'horodatage 20-1 , 20-2, 20-3, 20-4, par exemple via le réseau Internet ou tout lien de communication adapté, comme mentionné ci-avant. En référence à la figure 3, le serveur de géolocalisation 30 comprend un module de réception 310, un module de calcul 320, un module de compensation 330 et un module de localisation 340. Le module de réception 310 est configuré pour recevoir, de chaque borne d'horodatage 20-1 , 20-2, 20-3, 20-4, les messages de localisation horodatés par ladite borne 20-1 , 20-2, 20-3, 20-4 et les impulsions de référence (reçues préalablement des autres bornes 20-1 , 20-2, 20-3, 20-4) horodatées par ladite borne 20-1 , 20-2, 20-3, 20-4 auxquels ont été ajouté l'identifiant de ladite borne 20-1 , 20-2, 20-3, 20-4. Un message de localisation reçu par le serveur de géolocalisation 30 comprend donc l'identifiant de la balise 10 ainsi que l'identifiant et l'instant d'horodatage de la borne 20-1 , 20-2, 20-3, 20-4 qui l'a horodaté et envoyé au serveur 30. De même, une impulsion de référence reçue par le serveur de géolocalisation 30 comprend l'identifiant de la borne 20-1 , 20-2, 20-3, 20-4 qui l'a émise ainsi que l'identifiant et l'instant d'horodatage de la borne 20-1 , 20-2, 20-3, 20-4 qui l'a horodatée et envoyée au serveur 30. On notera que, chaque borne 20-1 , 20-2, 20-3, 20-4 recevant et horodatant les impulsions de référence envoyées par les autres bornes 20-1 , 20-2, 20-3, 20-4, le serveur 30 reçoit donc de chaque borne 20-1 , 20-2, 20-3, 20-4 et de manière périodique un ensemble d'impulsions de référence (reçues des autres bornes) horodatées.
Le module de calcul 320 est configuré pour calculer les différences d'horloge entre les bornes 20-1 , 20-2, 20-3, 20-4 deux à deux à partir des ensembles d'impulsions de référence horodatées reçues de chaque borne 20-1 , 20-2, 20- 3, 20-4 comme cela sera détaillé ci-après.
Le module de compensation 330 est configuré pour compenser l'instant d'horodatage de chaque message de localisation, émis par la balise 10 et horodaté par chacune des bornes d'horodatage 20-1 , 20-2, 20-3, 20-4, à partir des différences calculées par le module de calcul 320.
Le module de localisation 340 de la balise 10 est configuré pour déterminer la localisation de la balise 10 par trilatération à partir des instants d'horodatage compensés par le module de compensation 330.
Pour réaliser cette trilatération, le serveur de géolocalisation 30 connaît la position fixe prédéterminée, dans l'espace fermé 5, de chacune des quatre bornes d'horodatage 20-1 , 20-2, 20-3, 20-4.
La trilatération est réalisée à partir d'un groupe de messages horodatés correspondant à un même message émis par la balise 10 et de la position fixe prédéterminée dans l'espace fermé 5 de chacune des quatre bornes d'horodatage 20-1 , 20-2, 20-3, 20-4.
Pour une borne d'horodatage 20-1 , 20-2, 20-3, 20-4 donnée, le délai de propagation d'un signal radio est linéairement dépendant de la distance parcourue selon l'équation suivante :
Figure imgf000022_0001
où τ est le délai de propagation du signal entre la balise 10 et la borne d'horodatage 20-1 , 20-2, 20-3, 20-4 (délai de transmission), S est la distance entre la balise 10 et la borne d'horodatage 20-1 , 20-2, 20-3, 20-4 et c est la vitesse de la lumière.
Le délai de transmission τ permet donc de déterminer la distance séparant la balise 10 de la borne d'horodatage 20-1 , 20-2, 20-3, 20-4. Afin d'éviter l'utilisation d'un temps absolu de référence pour déterminer ce délai, notamment au niveau de la balise 10, on utilise les différences de temps d'arrivée, d'un message émis par la balise 10, à chacune des bornes d'horodatage 20-1 , 20-2, 20-3, 20-4. En effet, une gestion d'un temps absolu de référence par la balise 10 nécessiterait une alimentation constante de la balise 10 en énergie électrique, qui ne pourrait donc pas fonctionner en basse consommation, une horloge interne à la balise 10 et une méthode de resynchronisation, ce qui rendrait la balise 10 complexe, volumineuse et coûteuse. Les calculs de trilatération permettant de déterminer la position de la balise 10 dans l'espace 5 vont être décrits en référence aux figures 4 et 5. A des fins de clarté, la figure 4 illustre une balise référencée T de coordonnées spatiales (x, y, z) dans le repère tridimensionnel (X, Y, Z) et seulement trois bornes d'horodatage référencées A, B, C, notamment afin de présenter les calculs de manière claire, ces calculs pouvant être transposés à quatre bornes d'horodatage 20-1 , 20-2, 20-3, 20-4.
En l'absence de référence temporelle absolue, le délai de transmission d'un message émis par la balise T à destination de chacune des bornes A, B, C ne peut être déterminé que de manière relative. En outre, la détermination de ce délai de transmission pour chacune des bornes A, B, C ne sera précis qu'à la condition que les retards dus au fait que les bornes A, B, C ne soient pas synchronisées et à la dérive de leurs horloges ne soient corrigés.
Pour ce faire, on définit :
- comme étant le délai de transmission entre la balise T et la borne A,
- comme étant le délai de transmission entre la balise T et la borne B,
- comme étant le délai de transmission entre la balise T et la borne C,
- comme étant le délai de transmission entre la borne A et la borne B,
- comme étant le délai de transmission entre la borne B et la borne C, - comme étant le délai de transmission entre la borne A et la borne C, les coordonnées spatiales indiquant la position de la
Figure imgf000023_0001
borne A,
les coordonnées spatiales indiquant la position de la
Figure imgf000023_0002
borne B,
- les coordonnées spatiales indiquant la position de la
Figure imgf000023_0003
borne C,
la distance séparant la borne A de
Figure imgf000023_0004
la borne B,
- la distance séparant la borne B de
Figure imgf000023_0005
la borne C, - la distance séparant la borne A de
Figure imgf000024_0002
la borne C.
Dans la méthode de localisation par trilatération, comme illustré à la figure 5, la balise T de coordonnées spatiales (x, y, z) se trouve à l'intersection de trois cercles CA, CB, CC centrés chacun sur l'une des bornes A, B, C.
On a alors :
la distance séparant la balise T de la
Figure imgf000024_0003
borne A,
- la distance séparant la balise T de la
Figure imgf000024_0004
borne B,
- la distance séparant la balise T de la
Figure imgf000024_0005
borne C,
Pour une localisation en deux dimensions selon les axes X et Y (pas de coordonnées selon l'axe Z), le système d'équations à résoudre est le suivant :
Figure imgf000024_0001
Afin d'intégrer les différences entre les distances parcourues par le signal de la balise T à chacune des bornes A, B, C dans ces équations, on définit une borne de référence, par exemple la borne A, et :
Figure imgf000024_0006
qui représente la différence entre la distance entre la balise T et la borne A et la distance entre la balise T et la borne B,
qui représente la différence entre la distance entre la
Figure imgf000024_0007
balise T et la borne A et la distance entre la balise T et la borne C. Cette définition permet de réduire le système d'équations [1 ] au système d'équations [2] suivant de trois équations à trois inconnues
Figure imgf000025_0002
Figure imgf000025_0001
Afin de résoudre un tel système [2], on le réduit tout d'abord au système [3] suivant :
Figure imgf000025_0003
Que l'on combine en l'unique équation suivante :
Figure imgf000025_0004
Ce système est un système de trois équations à trois inconnues que l'on peut résoudre analytiquement de manière connue.
Pour une localisation en trois dimensions, le système d'équations à résoudre est le suivant :
Figure imgf000025_0005
c'est-à-dire un système de quatre équations à quatre inconnues
Figure imgf000025_0006
Ce système peut être résolu numériquement de manière connue, par exemple en utilisant une méthode dite des moindres carrées ou tout autre méthode adaptée. Dans cet exemple préféré, le serveur de géolocalisation 30 comprend en outre un module d'émission 350 configuré pour émettre ou mettre à disposition la position géographique de la balise 10 déterminée par le module de localisation 340, par exemple afin qu'un opérateur puisse trouver rapidement l'objet 3 sur lequel la balise 10 est placée.
L'invention va maintenant être décrite pour un mode préféré de mise en œuvre en référence aux figures 4 à 6, ce mode n'étant aucunement limitatif de la portée de la présente invention. II. Mise en œuvre de l'invention
Toujours pour des raisons de clarté, la mise en œuvre de l'invention va être décrite en référence aux figures 4 à 6 pour un système à trois bornes d'horodatage A, B et C mais peut être transposée à un système comportant plus ou moins de trois bornes.
Tout d'abord, dans une étape préliminaire E0 optionnelle, la balise 10 produit et stocke, de l'énergie électrique, par exemple à partir d'un champ électromagnétique généré par les bornes d'horodatage A, B, C et dans lequel la balise de géolocalisation 10 baigne ou bien d'énergie lumineuse ou cinétique.
Dans une étape E1 , la balise 10 émet un signal comportant un message de localisation comprenant l'identifiant de la balise 10. La période d'émission de ce signal peut être de l'ordre de quelques secondes. Cette période peut être variable en étant déterminée par l'atteinte d'un niveau d'énergie suffisant de la balise 10 pour émettre le signal. Ce signal est reçu par chacune des bornes d'horodatage A, B, C, dans une étape E2.
A réception, chacune des bornes A, B, C horodate, dans une étape E3, le message de localisation compris dans le signal reçu puis envoie, dans une étape E4, le message de localisation ainsi horodaté au serveur de géolocalisation 30.
Le module de réception 310 du serveur de géolocalisation 30 reçoit, dans une étape E5, de chacune des trois bornes d'horodatage A, B, C, un message de localisation horodaté, correspondant à un même message de localisation envoyé par la balise 10, comprenant l'identifiant de la balise 10.
Le module de localisation 340 du serveur de géolocalisation 30 détermine ensuite, dans une étape E6, par trilatération selon le principe expliqué précédemment, la localisation de la balise 10 à partir de la pluralité de messages horodatés reçus de chacune des trois bornes d'horodatage A, B, C, dont la position fixe dans l'espace fermé 5 est connue. Dans une étape optionnelle E7, le serveur de géolocalisation 30 peut mettre à disposition ou envoyer, par exemple à un terminal de type smartphone d'un opérateur qui recherche l'objet 3, l'information de localisation de la balise 10.
Dans un mode de mise en œuvre préféré, afin de compenser la dérive des horloges des bornes A, B, C, le serveur 30 va recevoir de chaque bornes A, B, C de manière périodique, par exemple environ toutes les 1000 secondes, des impulsions de référence horodatées permettant de compenser les différences de temps apparaissant entre les horloges d'horodatage des bornes A, B, C, comme cela va être expliqué ci-après.
On définit tout d'abord :
- le délai de transmission du signal entre la borne A et la borne B,
Figure imgf000027_0001
- le délai de transmission du signal entre la borne B et la borne C,
- le délai de transmission du signal entre la borne A et la borne C,
- l'erreur locale de l'oscillateur de la borne A,
- l'erreur locale de l'oscillateur de la borne B,
- l'erreur locale de l'oscillateur de la borne C,
- la différence d'horloge entre la borne A et la borne B,
- la différence d'horloge entre la borne B et la borne C,
- la différence d'horloge entre la borne A et la borne C,
Figure imgf000028_0001
Tout d'abord, chaque borne A, B, C diffuse dans un signal radio, sous la forme d'une impulsion dite de référence, à destination des deux autres bornes (respectivement B, C ; A, C ; A, B), son identifiant de manière périodique, par exemple toutes les 1000 secondes. Chaque borne A, B, C reçoit alors les impulsions de référence émises par les autres bornes A, B, C. En d'autres termes, la borne A reçoit l'impulsion de référence envoyée par la borne B et l'impulsion de référence envoyée par la borne C, la borne B reçoit l'impulsion de référence envoyée par la borne A et l'impulsion de référence envoyée par la borne C et la borne C reçoit l'impulsion de référence envoyée par la borne A et l'impulsion de référence envoyée par la borne B.
A chaque réception d'une impulsion de référence, le module d'horodatage 220 de chaque borne A, B, C horodate les deux impulsions de référence qu'elle reçoit des deux autres bornes (respectivement B, C ; A, C ; A, B) et insère son identifiant puis transmet ces informations au serveur de géolocalisation 30 qui les reçoit.
Le serveur de géolocalisation 30 calcule, alors les différences d'horloge entre les bornes A, B, C à partir des impulsions de référence horodatées reçues. De manière détaillée, partant de la borne A, on considère que la borne A envoi une impulsion de référence à l'instant qui est reçue par la borne B à l'instant
TB et par la borne C à l'instant
Figure imgf000029_0001
L'horodatage dépend à la fois de la distance entre la borne A et la borne B et de la différence d'horloge entre la borne A et la borne B :
Figure imgf000029_0002
De même, l'horodatage dépend à la fois de la distance entre la borne A et la borne C et de la différence d'horloge entre la borne A et la borne B :
Figure imgf000029_0003
En soustrayant ces deux équations [6] et [7], on obtient :
soit :
Figure imgf000029_0004
De la même manière, on peut définir :
et
Figure imgf000029_0005
Dès lors que les calculs de trilatération nécessitent de soustraire les différences entre les temps de réception, l'ajout de ces équations [9], [10] et [1 1 ] éliminera les différences d'horloge entre les bornes A, B, C. Comme mentionné précédemment, les oscillateurs d'horloge des bornes A, B, C dérivent avec le temps voire avec la température, entraînant ainsi une dérive des décalages temporels entre les horloges.
On note :
- la différence d'horloge entre la borne A et la borne B calculée par le
Figure imgf000030_0002
serveur à un instant t1 ,
- la différence d'horloge entre la borne A et la borne B calculée par le
Figure imgf000030_0003
serveur à un instant t2, postérieur à l'instant t1 ,
- t3 est un instant compris entre l'instant t1 et l'instant t2.
En utilisant la borne A comme référence, la différence d'horloge entre la
Figure imgf000030_0004
borne A et la borne B au temps t3 est donnée par l'équation suivante :
Figure imgf000030_0001
Cette différence d'horloge peut être calculée de manière similaire entre la borne A et la borne C et entre la borne B et la borne C par le serveur de géolocalisation 30. On notera que l'équation [12] est une interpolation linéaire. Cependant, si les dérives des horloges des bornes A, B, C suivent une autre courbe, il est préférable d'utiliser une interpolation d'un ordre plus élevé, par exemple quadratique, ou bien encore en augmentant la fréquence d'émission des impulsions de référence, afin d'améliorer la correction de ces différences d'horloge.
Ensuite, lorsque le serveur de géolocalisation 30 reçoit trois messages de localisation horodatés suite à l'émission d'un message par la balise 10 (chacun des trois messages ayant été horodaté et envoyé par l'une des bornes A, B, C), il compense les instants d'horodatage des messages reçus à partir des différences de temps calculées entre les horloges des bornes A, B et C puis localiser la balise 10 en utilisant les instants corrigés afin d'améliorer la précision de la localisation.
Chaque message de localisation horodaté reçu d'une borne est compensé avec la différence de temps, positive ou négative, calculée pour la borne associée.
Tous les messages de localisation horodatés reçus par le serveur 30, par exemple toutes les 10 secondes, sont compensés en utilisant les différences ainsi calculées jusqu'à ce que de nouvelles impulsions de référence horodatées soient reçues par le serveur 30 qui calculera alors de nouvelles différences (par exemple toutes les 1000 secondes) et les utilisera pour compenser les messages de localisation horodatés ultérieurs et ainsi de suite. Le système selon l'invention permet de déterminer la position géographique d'un dispositif de manière peu onéreuse, fiable, rapide et précise, notamment dans une pièce ou un entrepôt.
Il est à noter que la présente invention n'est pas limitée aux exemples décrits ci-dessus et est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art. Notamment, les formes et dimensions de l'objet 3, de l'espace 5, de la balise 10, des bornes d'horodatage 20-1 , 20-2, 20-3, 20-4, A, B, C tels que représentés sur les figures de façon à illustrer un exemple de réalisation et de mise en œuvre de l'invention, ne sauraient être interprétés comme limitatifs.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Balise (10) de géolocalisation associée à un identifiant, ladite balise (10) étant configurée pour produire et stocker de l'énergie électrique et pour diffuser sur un lien de communication radio ultra large bande (K1 ), à partir de l'énergie stockée, à destination d'une pluralité de bornes d'horodatage (20-1 , 20-2, 20-3, 20-4, A, B, C) un signal comportant un message de localisation comprenant ledit identifiant. 2 - Balise (10) selon la revendication 1 , dans laquelle le lien de communication radio ultra large bande (K1 ) est de type à modulation d'impulsions radio.
3 - Balise (10) selon la revendication 2, dans laquelle le lien de communication radio ultra large bande (K1 ) utilise une modulation d'impulsions radio en tout ou rien.
4 - Balise (10) selon l'une des revendications 2 à 3, dans laquelle le message de localisation est formé de symboles d'information, et ladite balise est configurée pour moduler une même séquence d'étalement prédéfinie par chaque symbole d'information de sorte à obtenir, pour chaque symbole d'information, une séquence de symboles d'étalement utilisée pour la modulation d'impulsions radio.
5 - Balise (10) selon l'une des revendications 1 à 4, configurée pour produire de l'énergie électrique à partir d'un champ électromagnétique dans lequel baigne ladite balise.
6 - Borne (20-1 , 20-2, 20-3, 20-4, A, B, C) d'horodatage d'un système (1 ) de géolocalisation d'une balise (10), ladite borne (20-1 , 20-2, 20-3, 20-4, A, B, C) comprenant :
- un module (210) de réception configuré pour recevoir un signal sur un lien de communication radio ultra large bande (K1 ), émis par une balise (10), comportant un message de localisation comprenant un identifiant de ladite balise (10),
- un module (220) d'horodatage configuré pour horodater un message de localisation contenu dans un signal reçu par le module de réception (210), et
- un module (230) d'émission d'un message de localisation, horodaté par le module d'horodatage (220), vers un serveur de géolocalisation (30). 7 - Borne (20-1 , 20-2, 20-3, 20-4, A, B, C) selon la revendication 6, dans laquelle le lien de communication radio ultra large bande (K1 ) est de type à modulation d'impulsions radio. 8 - Borne (20-1 , 20-2, 20-3, 20-4, A, B, C) selon la revendication 7, dans laquelle le lien de communication radio ultra large bande (K1 ) utilise une modulation d'impulsions radio en tout ou rien. 9 - Borne (20-1 , 20-2, 20-3, 20-4, A, B, C) selon l'une des revendications 7 à 8, dans laquelle le signal que le module de réception est configuré pour recevoir comporte des séquences de symboles d'étalement, chaque séquence de symboles d'étalement correspondant à une même séquence d'étalement prédéfinie modulée par un symbole d'information du message de localisation. 10 - Borne (20-1 , 20-2, 20-3, 20-4, A, B, C) selon l'une des revendications 6 à 9, configurée pour générer un champ électromagnétique pour la production d'énergie électrique par la balise (10). 11 - Système (1 ) de géolocalisation d'une balise (10) comprenant au moins une balise (10) selon l'une des revendications 1 à 5, une pluralité de bornes d'horodatage (20-1 , 20-2, 20-3, 20-4, A, B, C) selon l'une des revendications 6 à 10, et un serveur (30) de géolocalisation, ledit serveur (30) comprenant :
- un module (310) de réception configuré pour recevoir une pluralité de messages de localisation horodatés, chaque message de localisation horodaté reçu correspondant à un même message de localisation diffusé préalablement par la balise (10) qui a été horodaté et envoyé par l'une des bornes d'horodatage (20-1 , 20-2, 20-3, 20-4, A, B, C),
- un module (340) de localisation de la balise (10) par trilatération à partir des messages horodatés reçus. 12- Système (1 ) selon la revendication 1 1 , dans lequel le serveur (30) de géolocalisation comporte en outre un module d'émission (350) configuré pour émettre ou mettre à disposition la position géographique de la balise (10) déterminée par le module de localisation (340). 13 - Procédé de géolocalisation d'une balise (10) comprenant les étapes de :
- diffusion (E1 ), par la balise (10) sur un lien de communication radio ultra large bande (K1 ), d'un signal comportant un message de localisation comprenant un identifiant de ladite balise,
réception (E2), par une pluralité de bornes d'horodatage (20-1 , 20-2, 20-3, 20-4, A, B, C), du signal émis par la balise (10),
- horodatage (E3) par chaque borne de la pluralité de bornes d'horodatage (20-1 , 20-2, 20-3, 20-4, A, B, C) du message de localisation contenu dans le signal reçu,
- émission (E4) par chaque borne de la pluralité de bornes d'horodatage (20-1 , 20-2, 20-3, 20-4, A, B, C) d'un message de localisation horodaté vers un serveur de géolocalisation (30),
- réception (E5) par le serveur de géolocalisation (30) des messages de localisation horodatés émis par les bornes d'horodatage,
- localisation (E6) de la balise (10) par trilatération à partir des messages de localisation horodatés reçus. 14 - Procédé selon la revendication 13 comprenant en outre une étape (E0) de production et de stockage d'énergie électrique par la balise (10) à partir d'un champ électromagnétique généré par au moins une borne de la pluralité de bornes d'horodatage (20-1 , 20-2, 20-3, 20-4, A, B, C). 15 - Procédé selon l'une des revendications 13 à 14 comprenant en outre une étape (E7) de mise à disposition par le serveur de géolocalisation (30) de la position géographique de la balise (10). 16 - Procédé selon l'une des revendications 13 à 15, dans lequel le lien de communication radio ultra large bande (K1 ) est de type à modulation d'impulsions radio.
17 - Procédé selon la revendication 16, dans lequel le lien de communication radio ultra large bande (K1 ) utilise une modulation d'impulsions radio en tout ou rien.
18 - Procédé selon l'une des revendications 16 à 17, dans lequel le message de localisation est formé de symboles d'information, et ladite balise est configurée pour moduler une même séquence d'étalement prédéfinie par chaque symbole d'information de sorte à obtenir, pour chaque symbole d'information, une séquence de symboles d'étalement utilisée pour la modulation d'impulsions radio.
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