CH703352A1

CH703352A1 - Méthode de positionnement de balise souterraine.

Info

Publication number: CH703352A1
Application number: CH01067/10A
Authority: CH
Inventors: Michel Demierre; Vincent Schlageter
Original assignee: Infrasurvey Sarl
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2010-06-30
Publication date: 2011-12-30
Also published as: WO2012001062A1; CH703345A2

Abstract

Méthode de positionnement de balise souterraine (10) comprenant les étapes suivantes: installation à la surface de plusieurs balises (20); échange de premiers signaux radio (200) entre lesdites balises (20) afin de transmettre des données; déplacement d’une balise mobile (100) dans une cavité souterraine (1); envoi à travers le sol de deuxièmes signaux radio (100) entre ladite balise mobile (10) et lesdites balises en surface (20), au moins une dite balise (10; 20) comportant trois bobines non coplanaires pour émettre et/ou recevoir ledit deuxième signal radio (100); détermination de la position de ladite balise mobile (10) au moyen desdits deuxièmes signaux radio (100). L’invention concerne aussi un système de positionnement de balise souterraine. Selon un aspect indépendant de cette invention, la méthode et le système peuvent être utilisés pour la localisation de personnes dans des avalanches.

Description

Domaine technique

[0001] La présente invention concerne une méthode et un système de positionnement de balise souterraine.

Etat de la technique

[0002] La présente invention concerne un procédé permettant de localiser des personnes ou des objets dans une cavité souterraine, par exemple dans une grotte, dans une mine, etc.

[0003] Des systèmes de localisation souterraine connus sont basés sur un réseau d’émetteurs ZigBee ou sur un réseau fixe de relais montés à l’intérieur de la cavité souterraine et communiquant entre eux par une interface aérienne au travers de la cavité. Le document WO 09 118 762 décrit par exemple un système de localisation de mineurs basée sur un réseau ad hoc de dispositifs ZigBee portés par les mineurs et placés à des endroits stratégiques. De tels systèmes nécessitent une installation préalable complexe et ne sont que mal adaptés à la localisation de spéléologues dans une grotte, par exemple.

[0004] Le document EP 2 159 605 décrit une méthode de localisation d’un objet caché dans un milieu qui utilise une combinaison entre la méthode «Spread Spectrum» et la méthode «Sample-Hold».

[0005] Le document WO 09 023 008 décrit un système de localisation de mineurs basé sur des signaux acoustiques.

[0006] Le document US 2003 197 509 décrit un système pour localiser une cavité au-dessous de la surface de la terre comprenant un dispositif pour émettre un dipôle magnétique aligné avec cette cavité et un seul récepteur comprenant deux bobines. Le système est basé sur la détection de la phase des signaux induits dans les bobines par le champ magnétique émis quand les axes des deux bobines sont dans une position particulière par rapport aux axes du champ magnétique.

[0007] Les systèmes de localisation souterraine connus permettent de localiser une position souterraine à faible distance; la portée est en général inférieure à 40 m. La précision de cette mesure n’est pas toujours suffisante et peut être perturbée par des sols électriquement conducteurs ou par des fondations de bâtiments.

[0008] Le système le positionnement magnétique le plus utilisé en cavité souterraine pour par exemple un forage pour capter une rivière souterraine utilise une bobine générant un champ magnétique alternatif, placée dans la cavité, et une bobine réceptrice en surface. Un tel système ne permet pas de faire de la cartographie, mais seulement de trouver la position d’un point par itération successives en cherchant les maximums ou les minimums des signaux reçus.

[0009] En outre les systèmes existants ne permettent pas d’utiliser la connaissance du moment où un spéléologue est arrivé sur place pour commencer une mesure de position tout de suite. Il faut attendre que le spéléologue arrive sur place, par exemple dans une cavité, place une balise et ensuite remonte en surface pour communiquer le bon positionnement de la balise avant de commencer la mesure.

[0010] La localisation souterraine est aussi notamment employée lors de forages, par exemple pour chercher du pétrole. Cette localisation part cependant de la connaissance à priori de la position où le forage est réalisé. Des fils posés le long de l’outil de forage permettent en outre de réaliser un canal de communication pour transmettre des données en surface et pour relier la balise près de la tête de forage avec le module de calcul et d’affichage de position en surface. Ce fil permet aussi de connaître la distance parcourue dans le forage, et ainsi d’utiliser avantageusement des capteurs inertiels couplé à un magnétomètre. De tels dispositifs sont inadaptés à la localisation de personnes ou d’objets dans une grotte ou une mine, lorsqu’un câble ne peut pas être tiré facilement entre l’intérieur et l’extérieur. Les systèmes de localisation de tête de forage ne peuvent donc pas être utilisés pour par exemple cartographier une cavité ou pour localiser une personne ensevelie par une avalanche, parce qu’il n’est pas possible dans ce cas d’exploiter une connaissance à priori de la position qu’on veut au contraire mesurer.

[0011] Il existe aussi des Appareils de Recherche de Victimes ensevelies dans les Avalanches (ARVA) qui utilisent deux fréquences, l’une de travail et l’autre pour une mesure plus précise. Certains de ces dispositifs comportent trois bobines, une de transmission et les autres deux de réception, afin de déterminer la position d’une personne ensevelie par une avalanche. Ces dispositifs permettent uniquement de détecter la présence d’une personne en suivant les lignes de champ magnétique issues d’un dipôle. Par conséquent ces dispositifs ne donnent pas directement la position de la personne, ce qui rend complique et ralenti la recherche.

Bref résumé de l’invention

[0012] Un but de l’invention est de mettre au point une méthode et un système pour déterminer la position d’une balise souterraine avec une plus grande portée (par exemple plus de 40 mètres, de préférence de l’ordre de 200 mètres).

[0013] Il existe aussi un besoin pour une méthode et un système qui permettent une localisation précise de cette balise, même en présence de terrain conducteur et/ou de matériaux ferromagnétiques, par exemple de structures de bâtiments ou de tuyaux métalliques.

[0014] Il existe également un besoin pour un système qui permette de couvrir de grandes surfaces et qui soit flexible soit dans le temps, c’est-à-dire qui puisse être facilement reconfiguré, ou adapté à la nature du terrain.

[0015] Il existe aussi un besoin pour un système dans lequel la communication entre le sous-sol et la surface soit améliorée.

[0016] Il existe aussi un besoin pour un système amélioré de localisation de personnes dans des avalanches, qui puisse donner directement la position des personnes ensevelies, et non la direction de la ligne de champ magnétique (curviligne allant vers la victime). Un tel système serait beaucoup plus efficace dans la localisation que les dispositifs existants.

[0017] Un but de la présente invention est de proposer une méthode et un système de positionnement de balise souterraine exempts des limitations des méthodes et des dispositifs connus.

[0018] Selon l’invention, ces buts sont atteints notamment au moyen de la méthode de positionnement de balise souterraine selon la revendication 1. Ces buts sont atteints aussi au moyen du système de positionnement de balise souterraine selon la revendication 20.

[0019] Cette solution présente notamment l’avantage par rapport à l’art antérieur de pouvoir déterminer la position d’une balise souterraine, c’est-à-dire la direction, la distance et l’orientation de cette balise par rapport à l’une des balises en surface, à des profondeurs importantes, par exemple à des profondeurs supérieures à 40 m et une surface de plus de 10 hectares, en fonction de la puissance d’émission et de la taille des antennes. Cette portée accrue est obtenue notamment en exploitant avantageusement la redondance des balises en surface ainsi que la présence de trois bobines orthogonales, c’est-à-dire trois bobines avec les axes orthogonaux, dans au moins une des balises. D’une manière plus générale, il suffit que les bobines soient non coplanaires, c’est-à-dire que les axes des trois bobines soient non coplanaires.

[0020] Avantageusement, la méthode et le système selon l’invention permettent une localisation précise de la balise mobile, même en présence de terrain conducteur et/ou de matériaux ferromagnétiques, en utilisant la multilatération (trilatération sur plusieurs distances) grâce aux données obtenues depuis plusieurs balises en surface.

[0021] Dans une autre variante le système affiche des indicateurs de qualité de mesure qui tiennent en compte du bruit, de l’absorption par courant de Foucault, de la déformation magnétique par corps magnétiques, etc.

[0022] Pour améliorer la précision de la mesure il est possible de tourner au moins une des balises d’un angle connu, par exemple 90° ou 180°, entre deux cycles de mesures afin de faire une mesure différentielle. Dans une autre variante il est possible de mesurer la direction verticale par exemple avec un accéléromètre ou un inclinomètre, et ensuite de tourner automatiquement la bobine de la balise mobile avec un moteur pour l’aligner verticalement. Dans une autre variante, on peut émettre simultanément sur plusieurs bobines pour émettre un champ résultant dans des directions verticales et horizontales prédéterminées.

[0023] Avantageusement, chaque balise émettrice comporte trois bobines orthogonales qui émettent à tour de rôle. Dans le cas où chaque balise émettrice comporte un autre nombre de bobines orthogonales, ou en général de bobines non coplanaires, elles peuvent émettre aussi à tout de rôle. La ou les balises réceptrices comportent également trois bobines orthogonales. En mesurant les signaux reçus lors des trois émissions orthogonales de la balise émettrice avec les trois bobines réceptrices (neuf informations, provenant des trois vecteurs reçus lors de chaque émission), il est possible de déterminer la distance entre la balise émettrice et la balise réceptrice, les angles entre ces deux balises (direction de l’émetteur par rapport au récepteur), ainsi que l’orientation de la balise émettrice. Il est donc possible pour chaque balise réceptrice individuellement de déterminer la position ainsi que l’orientation de la balise mobile. Dans une autre variante il est possible de déterminer la position de la balise mobile par multilatération à partir des distances mesurées par au-moins trois balises en surface.

[0024] Après avoir installé à la surface plusieurs balises, elles échangent des premiers signaux radio afin de transmettre des données, par exemple des données de synchronisation ou des signaux utilisés pour déterminer la position de chaque balise en surface par multilatération (UWB ou autre) ou sur la base d’autres informations tirées par exemple d’un récepteur satellitaire (GPS ou autre), de capteurs inertiels (accéléromètre 3D utilisé comme clinomètre) et magnétiques (boussole 3D) ou d’une mesure de position par une autre méthode de positionnement.

[0025] Dans ce texte, l’expression «signal radio» indique soit un signal magnétique pur, soit un signal électromagnétique.

[0026] Dans une autre variante, le système choisit automatiquement l’algorithme le plus adapté (multilatération et/ou moyenne pondérée des positions calculées par chaque balise individuellement) pour trouver la position de la balise mobile. La multilatération seule ne donne pas directement son orientation, mais seulement sa position (direction et distance). Cependant une unité de calcul peut utiliser les informations disponibles pour calculer également l’orientation. La sélection du ou des algorithmes utilisés se fait automatiquement en fonction de l’un des paramètres suivants: nombre de balises à disposition; nature du terrain; qualité des mesures issues des différentes balises; position relative des différentes balises.

[0027] Dans une variante préférentielle la balise mobile est une balise émettrice et les balises en surface sont réceptrices.

[0028] Avantageusement le système selon l’invention peut être permuté de façon à ce que les balises de réception en surface deviennent émettrices et la balise d’émission sous le sol devienne réceptrice. De cette façon on peut par exemple utiliser le système pour la navigation dans les mines, en obtenant directement sous terre l’information sur la position. L’utilisation de la balise mobile comme balise de réception permet aussi de réduire la consommation d’énergie de la balise mobile. La permutation peut être décidée par l’utilisateur, par exemple au moyen d’une option dans les commandes du système, sans remplacer de pièces, chaque balise pouvant être émettrice ou réceptrice.

[0029] Dans une autre variante il est possible d’établir, à partir de plusieurs mesures, un modèle géologique du terrain en mettant en évidence la présence de structures ferromagnétiques et/ou plus ou moins conductrices. Ce modèle peut être utilisé soit comme résultat de mesure, soit pour corriger/compenser les erreurs de mesures de positionnement dans la même région. Le système donc peut trouver la position correcte d’une balise souterraine même en présence de strates ferromagnétiques ou conductrices.

[0030] Dans une variante préférentielle le système comprend une liaison radio de données bidirectionnelle entre les balises en surface et la balise souterraine; cette liaison radio bidirectionnelle peut être avantageusement utilisée pour: indiquer aux balises en surface que la balise souterraine est en position et que l’on peut commencer la mesure; transmettre d’autres paramètres utiles à la mesure, par exemple des paramètres déterminés par une boussole, un GPS en surface, un inclinomètre etc.; transmettre à la balise mobile la position calculée en surface; transmettre d’autres données ou de la voix.

[0031] La présence de cette liaison permet aussi de rendre la méthode plus efficace: une fois le spéléologue arrivé sur place, il peut appuyer sur un bouton de la balise mobile pour communiquer à travers cette liaison radio aux balises en surface que la balise souterraine est bien placée et qu’il est donc possible de commencer à faire des mesures. Dans une variante, il peut aussi utiliser cette liaison bidirectionnelle pour communiquer des messages ou des données oralement.

[0032] En outre la position calculée en surface par un algorithme exécuté dans une unité de calcul peut être transmise toujours à travers cette liaison radio à la balise mobile qui peut afficher le résultat sur un écran. Le spéléologue ou mineur peut ainsi connaître tout de suite la position calculée.

[0033] Dans une variante préférentielle la liaison radio bidirectionnelle utilise les mêmes bobines que la localisation et n’a pas besoin d’antenne ou de bobine additionnelles. Dans une autre variante cette liaison radio bidirectionnelle utilises de bobines différentes mais qui sont enroulées autour du même noyau des bobines déjà présentes, donc chaque axe contient une paire de bobines, pour un total de six bobines, c’est-à-dire trois paires de bobines. En outre elle peut utiliser une modulation du signal échangé entre la balise mobile et les balises en surface. Dans une variante, un autre signal, éventuellement à une autre fréquence, est employé pour cette communication bidirectionnelle.

[0034] Avantageusement la balise souterraine est «mobile» dans le sens qu’elle peut être contenue dans un sac-à dos porté par un promeneur, par exemple un mineur ou spéléologue. Dans une autre variante elle peut être déplacée par véhicule ou robot ou aussi par un dispositif flottant ou nageant dans une rivière souterraine ou une galerie noyée.

[0035] La balise mobile peut être couplée à un scanner 2D ou à un scanner 3D de façon à ce qu’il soit possible, par exemple, de cartographier une grotte. Comme on discutera plus loin, le scanner 3D permet des mesures plus rapides; cependant il est plus volumineux, plus cher et plus fragile qu’un scanner 2D.

[0036] Les balises en surface peuvent disposer d’un GPS pour se localiser avant la mesure. Il est ainsi possible de connaître la distance précise entre les balises en surface, qui est par exemple supérieure à 50 m pour pouvoir couvrir de grandes surfaces. Pour des questions de précision, l’utilisation d’une technique de GPS différentielle est privilégiée, afin d’obtenir une précision locale bien meilleure qu’un mètre. Dans une variante, la position relative des balises en surface est déterminée par multilatération à partir des signaux échangés directement entre ces balises. Avec des coordonnées globales et non locales, les balises de surface peuvent être localisées automatiquement dans un système de coordonnées officielles: les points souterrains positionnés par le système sont alors aussi situés directement dans le système de coordonnées officielles (globales).

[0037] Le système peut mesurer la profondeur d’une cavité jusqu’à 400 m de distance avec une précision de l’ordre de 1%. Il peut aussi mesurer la distance entre deux points de mesure.

[0038] Avec une seule balise en surface, qui dans une variante préférentielle est une balise réceptrice, le système calcule deux réponses possibles aux équations générées par l’algorithme de calcul. Pour éliminer la solution erronée, l’utilisateur peut introduire une condition évidente, par exemple que la coordonnée verticale Z est négative. Lorsque les deux solutions possibles au système d’équation ne peuvent pas être départagées facilement, par exemple si les deux résultats sont plausibles, on peut aussi effectuer une deuxième mesure en déplaçant la balise mobile ou la balise fixe. Le système affiche des instructions à cet effet, puis calcule la position de la balise mobile sur la base des deux cycles de mesure (avant et après le déplacement).

[0039] Le calcul de la position est affiché graphiquement et numériquement sur une unité de calcul, par exemple un ordinateur, reliée ou intégrée aux balises en surface ou à la balise mobile. Si nécessaire, les informations permettant d’afficher la position sont transmises au moyen de signaux radio (101 ou 300) à l’unité de calcul.

[0040] Selon un aspect indépendant de l’invention, le système peut aussi être utilisé pour une localisation de personnes dans des avalanches, afin de déterminer la position de personnes à des distances qui peuvent aussi dépasser 30 mètres. Grâce à l’emploi de trois bobines orthogonales dans la ou les balises émettrices et dans la ou les balises réceptrices, ce système est plus précis que les dispositifs existants parce qu’il permet de visualiser la direction entre une balise émettrice et une balise réceptrice et non la direction des lignes de champ comme dans les appareils existants. En outre la mesure de distance ne dépend pas de l’orientation des balises et correspond à la distance à vol d’oiseau ou à la distance projetée dans un plan privilégié de la balise en surface (par exemple la distance parallèle au sol) ainsi que la distance mesurée perpendiculaire à ce même plan (par exemple la profondeur d’ensevelissement). Dans une variante le système utilisé pour la localisation de personnes dans des avalanches emploie seulement une balise en surface. Même si le système permet de détecter la position d’une personne à des distances supérieures à 30 m, normalement les profondeurs d’ensevelissement sont de l’ordre de grandeur du mètre. En plus en général il n’y a pas de structures ferromagnétiques qui peuvent déranger la mesure, mais la personne est ensevelie sous de la neige.

[0041] Dans une variante les balises en surface formant un réseau ad hoc, et la méthode de positionnement de balise souterraine comprend la détection automatique du nombre de balises en surface.

[0042] Dans une autre variante la méthode de positionnement de balise souterraine mobile comprend le calcul de deux positions possibles de ladite balise mobile; l’élimination d’une desdites positions possibles grâce à des conditions mathématiques ou grâce à une deuxième mesure effectuée après avoir déplacé ladite balise mobile ou une balise en surface; l’affichage sur une unité de calcul d’instructions permettant d’effectuer ladite élimination.

[0043] Dans une autre variante la méthode de positionnement de balise souterraine comprend le calcul de la position de ladite balise mobile par ladite unité de calcul; la transmission de ladite position à ladite balise mobile; l’affichage de ladite position sur ladite unité de calcul et/ou sur ladite balise mobile.

[0044] Dans une autre variante l’unité de calcul est intégrée dans un module avec une desdites balises en surface.

Brève description des figures

[0045] Des exemples de mise en œuvre de l’invention sont indiqués dans la description illustrée par les figures annexées dans lesquelles: <tb>La fig. 1<sep>illustre un système de positionnement de balise souterraine selon un aspect de l’invention. <tb>La fig. 2<sep>illustre un schéma bloc d’une balise émettrice selon un aspect de l’invention. <tb>La fig. 3<sep>illustre un schéma bloc d’une balise réceptrice ainsi que de l’unité de calcul selon un aspect de l’invention.

Exemple(s) de mode de réalisation de l’invention

[0046] Dans la plupart des exemples qui suivent, les balises en surfaces sont réceptrices et les balises mobiles émettrices. D’autres exemples peuvent être construits avec un système inversé, c’est-à-dire avec des balises en surface émettrices et les balises mobiles réceptrices.

[0047] Un exemple de système de positionnement de balise souterraine objet de l’invention est montré sur la fig. 1. Ce système permet la mesure de la position d’une balise mobile souterraine 10 placée dans une cavité 1, dans le but par exemple de cartographier cette cavité ou de déterminer la position d’une personne ou d’un objet, grâce à une ou plusieurs balises en surface 20 et à une unité de calcul 30.

[0048] Les balises de surface 20, à différence de la balise souterraine mobile 10, sont en position fixe. Le mot «fixe» dans cette invention indique que leur position ne change pas pendant la durée de la mesure. La durée de la mesure est comprise entre quelques minutes et plusieurs heures. Dans les cas de recherche de la verticale d’un point et de personne ensevelie, le récepteur est bougé après chaque mesure. Le système est donc temporaire: après avoir déterminé les mesures nécessaires, par exemple après avoir cartographie une cavité, toutes les balises peuvent être déplacées pour, par exemple, faire d’autres mesures. Même les balises fixes sont donc de préférence transportables et autonomes électriquement.

[0049] Selon un aspect indépendant de l’invention, le système permet la localisation de personnes dans des avalanches. Dans ce cas la localisation est performée sous une surface, par exemple une surface de neige, et non sous la terre.

[0050] Le système utilise un principe de mesure magnétique (induction) avec une ou plusieurs balises mobiles qui dans une variante préférentielle sont émettrices et une ou plusieurs balises en surface qui dans une variante préférentielle sont réceptrices contenant chacune trois bobines. Dans une variante la balise mobile souterraine 10 émet des deuxièmes signaux 100 qui sont reçus par les balises en surface 20. Dans une autre variante les deuxièmes signaux 100 sont émis par les balises en surface 20 et sont reçus par la balise mobile souterraine 10. Un même système peut être reconfiguré automatiquement ou suite à une commande de l’utilisateur pour fonctionner soit selon la première variante, soit selon la seconde variante.

[0051] Dans une variante, le système permet la détermination de la position d’une balise mobile souterraine 10. Dans une autre variante, il permet de déterminer aussi son orientation.

[0052] Le mot «souterrain» dans cette invention signifie sous de la roche, de la terre, du béton, de l’eau, de la neige ou sous toutes autres matières solides ou liquides.

[0053] Le système est composé de trois parties: Une balise souterraine mobile 10. Dans une variante préférentielle la balise mobile 10 émet des deuxièmes signaux 100. Le système permet ainsi de déterminer sa position. Comme on verra plus loin, cette balise mobile 10 peut comprendre trois bobines orthogonales pouvant générer successivement trois moments magnétiques orthogonaux. Dans une variante il est possible d’utiliser plusieurs balises mobiles 10 dans un même système, et de déterminer la position de chacune de ces balises mobiles, par exemple afin de localiser plusieurs personnes ou objets dans une cavité souterraine. Une ou plusieurs balises placées en surface 20. Dans une variante préférentielle ces balises en surface 20 mesurent le champ magnétique émis par la balise souterraine mobile 10. Comme on verra plus loin, chaque balise en surface 20 peut aussi comprendre trois bobines orthogonales sur lesquelles sont mesurées successivement les tensions induites par les deuxièmes signaux 100 émis successivement par la balise mobile 10. Une unité de calcul 30. Cette unité 30 permet le calcul de la position et de l’orientation de la balise mobile 10, l’affichage numérique et graphique (plan, coupe et 3D) et l’enregistrement des mesures à partir des données obtenues par les balises réceptrices qui, dans une variante préférentielle, sont les balises placées en surface 20. Dans une variante cette unité de calcul 30 peut être intégrée à une balise en surface 20.

[0054] Comme discuté, dans une variante préférentielle la balise mobile 10 est émettrice et les balises 20 en surface sont réceptrices. Dans une autre variante il est possible de permuter les balises émettrices et réceptrices: les balises émettrices se trouvent alors en surface et la balise réceptrice sous terre. Il est aussi possible de placer toutes les balises sous terre, toutes les balises en surface ou toutes dispositions intermédiaires.

[0055] Après avoir installé à la surface plusieurs balises, elles échangent des premiers signaux radio 200 afin de transmettre des données. Les données échangées peuvent par exemple comporter l’identifiant des balises réceptrices et des données de synchronisation afin de synchroniser temporellement les balises fixes. Il est aussi possible d’échanger par ce canal des données permettant de localiser les balises fixes, par exemple des coordonnées déterminées par un GPS dans chaque balise fixe, ou introduites par un opérateur, ou encore des signaux permettant de déterminer par multilatération ou triangulation, mesure de temps de vol, etc., la position relative de chaque balise mobile organisées selon un réseau ad hoc. Les données échangées peuvent également comporter des signaux utiles aux opérateurs, par exemple des signaux pour indiquer à différents opérateurs que la mesure est prête, des signaux de maintenance comme le niveau de charge des batteries ou d’alarme, etc. Lors de la mesure, ce canal est utilisé pour communiquer à l’unité de calcul des données provenant des signaux reçus par chaque balise réceptrice.

[0056] Comme discuté, dans une variante préférentielle la balise mobile 10 est une balise émettrice. Comme illustré sur la fig. 2, une balise émettrice peut comprendre: trois bobines orthogonales 11A, 11B et 11C, formant une bobine 3D et permettant de générer successivement trois champs magnétiques orthogonaux; trois capacités de résonance 12A, 12B et 12C placées en série avec les trois bobines 11A, 11B et 11C; trois amplificateurs de puissance 13A, 13B et 13C; dans une variante ces trois amplificateurs comprennent des transistors de puissances placés en pont en H; une électronique de commande 14, comportant de préférence un microcontrôleur 15; une référence de fréquence 17, qui dans une variante est constituée par un oscillateur à quartz; une source d’énergie 18, par exemple un accumulateur au Pb ou Liions; un poussoir 16 permettant de déclencher manuellement l’émission.

[0057] Les trois bobines 11A, 11B et 11C sont selon les cas des bobines à air ou à noyaux ferromagnétiques. Les bobines à air sont utilisées pour réaliser de grandes bobines de taille décimétrique. Inversement, les bobines à noyaux ferromagnétiques sont utilisées pour des petites bobines. Dans une variante, une balise émettrice comprend une combinaison des deux types de bobines, c’est-à-dire deux bobines à noyau et une bobine à air, pour obtenir une forme aplatie. Dans une variante préférentielle les trois bobines sont imbriquées.

[0058] Grâce à la balise mobile 10, composée par les trois bobines orthogonales 11A, 11B et 11C, trois dipôles orthogonaux sont générés. En utilisant au moins deux balises réceptrices en surface ayant chacune au moins une bobine, il est possible alors de calculer la position et l’orientation de la balise mobile, ainsi que la distance entre les balises en surface et la balise mobile. Les mêmes considérations sont valables en utilisant plusieurs balises réceptrices en surface 20, composées par les trois bobines orthogonales 21A, 21B et 21C, et une balise émettrice mobile ayant au moins une bobine. Les mêmes considérations sont valables dans le cas du système inversé, c’est-à-dire avec une balise réceptrice mobile et plusieurs balises émettrices en surface.

[0059] Dans une variante chaque balise en surface permet à l’unité de calucl de calculer indépendamment la position de la balise mobile, au moyen de deuxièmes signaux radio, avec une des configurations suivantes: la balise mobile comprend deux bobines orthogonales et les balises en surface trois bobines orthogonales; la balise mobile comprend trois bobines orthogonales et les balises en surface au moins deux bobines orthogonales.

[0060] Si toutes les balises sont composées de trois bobines orthogonales 11A, 11B, 11C, 21 A, 21B et 21C, chaque balise fixe mesure neuf signaux pour le calcul de la position de la balise mobile. Cette configuration optimale améliore sensiblement la convergence de l’algorithme pour l’extraction de la position exécuté dans l’unité de calcul 30, améliore la précision et la rend indépendante de l’orientation des balises.

[0061] Les trois bobines orthogonales 11A, 11B et 11C sont alimentées par une référence de tension, ou de courant, modulée par un signal généré par l’électronique. Ce signal est de préférence un signal carré ou sinusoïdal.

[0062] Chaque bobines 11A, 11B et 11C est de préférence connectée à une capacité 12A, 12B et 12C pour former un circuit résonant série, dont la fréquence de résonance est la fréquence de travail. La fréquence de travail est déterminée par l’élément 17, qui peut être un oscillateur à quartz, un oscillateur LC (incluant la bobine 3D), un circuit RC, par exemple un circuit interne au microcontrôleur 15. Il est impératif de connaître la phase entre les trois différentes émissions, afin que lors de la démodulation, les signes (phase variante de 180° à la réception) des moments magnétiques puissent être obtenus.

[0063] Le moment magnétique généré par la bobine 3D est alternatif, de préférence sinusoïdal. Dans une variante, pour économiser l’énergie, ce signal n’est pas émis en continu mais par intermittence avec un rapport cyclique faible, et uniquement pendant une durée limitée après la demande d’émission introduite de préférence manuellement au moyen du poussoir, ou à intervalles cycliques. Outre l’économie d’énergie, il est préférable d’émettre avec une bobine 11A pendant un court instant avant de commuter immédiatement sur les autres bobines 11B et 11C afin de garantir que la bobine émettrice reste immobile pendant tout le cycle d’émission, notamment si la balise n’est pas fixe, par exemple si elle est dans un sac à dos porté par un promeneur 8, ou dans un véhicule en mouvement.

[0064] La balise d’émission, par exemple la balise mobile, est de préférence munie d’indicateurs, par exemple sonores et/ou lumineux, pour: Indiquer son fonctionnement, par exemple indiquer qu’elle est en émission, ou qu’elle va être en émission. Indiquer qu’elle doit rester immobile. Référencer l’émission en cours, avec par exemple un compteur d’émission. Indiquer la réception d’un signal provenant des balises réceptrices, par exemples les balises de surface 20, ou de l’unité de calcul 30. Indiquer le niveau de la batterie 18.

[0065] Une balise d’émission, par exemple une balise mobile, peut émettre soit à des intervalles prédéfinis, par exemple durant une seconde toutes les cinq secondes, soit sur demande, soit après un événement. Dans ce dernier cas l’événement peut être: Appuyer sur le bouton 16. Dans une variante ce bouton 16 est un dispositif flexible permettant d’éviter de faire bouger la balise lors de l’appui et permettant au mineur ou au spéléologue 8 de s’éloigner pour i limiter son exposition au champ magnétique. Une commande vocale émise par le mineur ou le spéléologue 8. Une commande provenant d’un autre dispositif couplé à la balise émettrice, qui dans une variante est la balise mobile, par exemple un robot qui lui permette de se déplacer de manière autonome, un scanner 2-D ou 3-i D pour reconstituer par exemple la géométrie d’une cavité 1 ou un ordinateur couplé au microprocesseur 15. Un signal transmis à travers la liaison radio 101 par les balises réceptrices, par exemple les balises en surface 20, ou par un autre dispositif. Un changement de position ou d’orientation de la balise mobile, détecté par exemple par un ou plusieurs accéléromètres couplés à cette balise. Une longue période d’immobilité de la balise mobile, détectée par exemple par un ou plusieurs accéléromètres ou par un capteur de vibration, couplés à cette balise. Une alarme déclenchée par un des moyens de mesure qui seront décrits plus loin.

[0066] Dans une variante les trois signaux magnétiques générés par les trois bobines 11 A, 11B et 11C dans les trois directions orthogonales sont multiplexes temporellement. Dans une autre variante ils peuvent être multiplexes en fréquence, en alimentant chaque bobine 11A, 11B et 11C avec une fréquence différente et en séparant les trois signaux par traitement du signal.

[0067] Comme discuté, dans une variante préférentielle la balise émettrice est la balise mobile 10. Elle transmet des deuxièmes signaux radio 100 à des balises réceptrices qui, dans cette variante préférentielle, sont les balises en surface 20. Comme indiqué sur la fig. 1par les flèches 100 qui sont bidirectionnelles, la communication entre la balise mobile 10 et les balises en surface 20 peut être bidirectionnelle. Afin de permettre ce type de communication, les bobines d’émission 11A, 11B, et 11C peuvent également être utilisées comme bobines de réception. Cette communication bidirectionnelle peut permettre aussi de synchroniser les balises émettrices dans le cas où il y en a plusieurs.

[0068] La fréquence d’émission dépend des milieux des applications: pour des applications souterraines dans des terrains contenant du calcaire ou du granit, elle se situe dans la bande ULF (300 Hz - 3 kHz) ou éventuellement au début des VLF (< 10 kHz). Pour des applications dans des milieux moins conducteurs, comme la neige, la fréquence d’émission est de préférence supérieure à 100 kHz. Dans la variante de la localisation des personnes dans les avalanches, pour des raisons de compatibilité, l’émission peut être effectuée dans une unique direction à la fréquence normalisée de 457 kHz. Les changements de fréquence peuvent être effectués en ajoutant ou en supprimant une capacité du réseau LC (11A-12A, 11B-12B, 11C-12C), par exemple avec un ou plusieurs multiplexeurs, ou avec un interrupteur, soit analogique soit plus simplement un relais.

[0069] La fréquence d’émission peut donc être modifiée en fonction du type de terrain qui sépare la balise d’émission, par exemple la balise mobile 10, des balises de réception, par exemple les balises en surface 20. Dans le cas d’un terrain contenant de l’argile, puisque le terrain est plutôt conducteur, la fréquence d’émission doit être faible, en tout cas < 10 kHz, ou même inférieure à 1 kHz. Dans le cas d’un terrain plutôt isolant comme le granit, une fréquence plus élevée doit être utilisée, par exemple > 10 kHz. Cette modification de la fréquence d’émission peut être automatique ou manuelle.

[0070] Dans une variante il est possible d’utiliser plusieurs fréquences pour une même mesure pour mettre en évidence les limites provenant du terrain ou d’objets conducteurs interférant dans la mesure, comme par exemple des bancs marneux ou argileux très conducteurs indiqués par la référence 3 sur la fig. 1. Dans une variante la balise mobile, qui dans une variante est émettrice, émet un signal magnétique contenant des harmoniques parce que, par exemple, les bobines d’émission 11A, 11B et 11C sont alimentées avec un courant triangulaire, c’est-à-dire un signal carré de tension, ou avec un courant triangulaire trapézoïdale. La démodulation dans les balises de réception est donc effectuée soit sur la fréquence fondamentale soit sur les harmoniques, pour obtenir les signaux aux différentes fréquences. Ces mesures multifréquences peuvent en particulier être utilisées pour faire des mesures géophysiques afin de déterminer la conductivité ou d’autres paramètres du terrain.

[0071] La fréquence d’émission est choisie entre les harmoniques des réseaux électriques et ferroviaires, qui sont les multiples entiers de 50 Hz, 60 Hz et 162/3 Hz. Les fréquences idéales peuvent par conséquent être de 325 Hz, 625 Hz, 925 Hz, 1225 Hz, 1525 Hz, 1825 Hz, 2125 Hz, 2425 Hz ou 2725 Hz.

[0072] Pour des applications souterraines, la fréquence de 1225 Hz est préférée parce qu’elle représente un bon compromis entre le temps de latence pour mesurer le signal d’une bobine (typiquement 100 cycles), l’absorption du signal dans le terrain et le bruit magnétique d’origine humaine.

[0073] Le champ magnétique généré par une balise d’émission, par exemple une balise mobile, est régulé, afin d’émettre un moment magnétique précis. Deux possibilités permettent de réaliser ce type de régulation: Mesure du courant traversant les bobines 11A, 11B et 11C par un capteur à effet Hall ou un capteur inductif. Mesure du champ émis par chaque bobine 11A, 11B et 11C par un magnétomètre qui peut être constitué par un ou plusieurs capteurs à effet Hall, un ou plusieurs capteurs magnéto-résistifs ou une autre bobine.

[0074] Dans le cas d’une balise d’émission de grande dimension, l’utilisation d’un magnétomètre est privilégiée, parce qu’elle permet aussi de compenser des couplages ou des effets parasites. L’utilisation d’un magnétomètre 3D permet aussi de compenser la non-orthogonalité du champ magnétique émis, qui est une combinaison des trois champs émis simultanément par les trois bobines émettrices 11A, 11B et 11C.

[0075] La valeur de consigne du champ magnétique généré par une balise d’émission, par exemple par la balise mobile, peut-être: Constante. Réglée manuellement en fonction de la distance entre la balise d’émission et celles de réception. Réglée automatiquement en fonction du niveau de bruit mesuré par la balise d’émission elle-même ou par les balises de réception.

[0076] Dans une variante une balise d’émission peut être combinée à: Des capteurs d’inclinaisons ou de mouvements, par exemple accéléromètres et gyroscopes. Des boussoles électroniques (boussoles 3D), comme par exemple des capteurs fluxgate, AMR, GMR, GMI ou à effet Hall. Des capteurs de vibrations.

[0077] Grâce aux accéléromètres et/ou aux boussoles, il est possible de générer des dipôles dont l’orientation est connue et maintenue identique. Il est ainsi possible de superposer les champs magnétiques émis par les trois bobines 11A, 11B et 11C de la balise d’émission pour obtenir un champ qui a une orientation connue, par exemple un champ vertical (direction Z sur la figure 1) ou orienté au nord magnétique. De cette façon le nombre de degrés de liberté du système est réduit et donc sa précision est augmentée.

[0078] Dans une variante, une fois mesurée la direction verticale par exemple avec un accéléromètre, les bobines d’émission peuvent être ensuite tournées pour obtenir un champ magnétique aligné verticalement selon la direction déterminée. Cet alignement peut être automatique en utilisant un moteur pour faire tourner la balise, ou effectuée manuellement par un utilisateur en suivant de préférence des instructions visuelles ou auditives restituées par la balise. Dans une autre variante, une fois mesurée la direction verticale et celle horizontale, l’émission des trois bobines 11A, 11B et 11C peut être effectuée dans des directions verticales et horizontales connues. De cette façon la précision de la mesure est augmentée.

[0079] Les informations supplémentaires provenant des capteurs d’inclinaisons ou de mouvements, des boussoles électroniques ou des capteurs de vibrations peuvent être utilisées par l’algorithme de calcul exécuté dans l’unité de calcul 30 qui détermine la position de la balise d’émission. Ces informations supplémentaires sont de préférence transmises en «temps réel», c’est-à-dire dans un lapse de temps inférieur à 10 secondes. Dans une variante ces données utiles à la mesure peuvent être transmises en utilisant une troisième liaison radio bidirectionnelle, indiquée par les flèches pointillées 101 de la fig. 1. Dans le cas d’une localisation de personnes dans des avalanches, ces informations peuvent aussi être de préférence transmises par radiofréquence en utilisant une fréquence ISM, par exemple la fréquence de 433 MHz qui traverse la neige en étant peu ou pas absorbée.

[0080] Comme discuté, ces informations supplémentaires permettent d’augmenter la précision des calculs: par exemple l’utilisation d’un capteur d’inclinaison et d’une boussole permet de supprimer les trois degrés de liberté de rotation et de cette façon l’algorithme de calcul ne doit plus tenir en compte de ces trois degrés de liberté.

[0081] Certaines de ces données supplémentaires peuvent aussi être utilisées afin de déterminer les périodes d’émission. Par exemple une émission ne peut avoir lieu qu’après un déplacement de la balise mobile ou seulement pendant ses périodes d’immobilité. A ces propos la troisième liaison radio bidirectionnelle 101 peut être utilisée pour transmettre l’indication aux balises de réception, par exemple les balises en surface 20, que la balise d’émission, par exemple la balise mobile 10, est en position.

[0082] Dans une autre variante ces informations supplémentaires peuvent être mémorisées dans la balise d’émission pour un transfert ultérieur.

[0083] La troisième liaison radio 101 peut utiliser une modulation du champ magnétique généré par les bobines 11A, 11B et 11C. Il est possible d’en moduler: l’amplitude; la durée; la fréquence; la phase; le délai entre des émissions.

[0084] La troisième liaison radio 101 peut être bidirectionnelle. Dans ce cas, une ou plusieurs bobines des balises sont utilisées comme antenne d’émission et une ou plusieurs bobines comme antenne de réception. Dans une variante préférentielle la troisième liaison radio bidirectionnelle 101 utilise les mêmes bobines que celles utilisées pour le positionnement de la balise mobile et il n’y a pas besoin d’une antenne ou d’une ou plusieurs bobines additionnelles. Dans une deuxième variante cette liaison radio bidirectionnelle utilises de bobines différentes mais qui sont enroulées autour du même noyau des bobines déjà présentes, donc chaque axe contient une paire de bobines, pour un total de six bobines, c’est-à-dire trois paires de bobines. Dans une autre variante des électrodes placées dans le sol à plusieurs mètres de distance, comme pour certaines radios utilisées dans les communications souterraines, peuvent être utilisés comme antenne d’émission en surface et une ou plusieurs bobines sur la balise d’émission peuvent être utilisées comme antenne de réception.

[0085] Ces moyens de communication bidirectionnels sont particulièrement utiles pour les applications de cartographies. Ils peuvent en particulier permettre la transmission de messages entre la surface et la balise mobile.

[0086] La mesure de la position et de l’orientation de la balise d’émission est un complément utile à des nombreuses mesures. Dans une variante il est possible de combiner la balise d’émission à des dispositifs de mesure, dont une liste non exhaustive suit ci-après: Un appareil photographique ou une caméra, par exemple pour détecter et positionner des fuites d’eau, des éboulements ou des bouchons (chaque prise de vue souterraine est alors directement positionnée et orientée). Un scanner 2-D: chaque profil d’une cavité ou d’une galerie 1 peut ainsi être scanné et directement positionné et orienté, permettant la reconstitution 3-D des galeries grâce à une série de mesures 2-D successives. Le scanner 2D capture une tranche d’une cavité ou d’une grotte 1, puis avance d’une distance comprise dans la plage 10 cm - 10 m, s’arrête et capture une autre tranche. Ce dispositif permet une reconstitution 3-D efficace et rapide des cavités ou galeries. Une variante serait de mesurer avec un scanner 2-D en avançant en continu. Le profil deviendrait alors un hélicoïde. Un scanner 3-D ou une caméra 3-D: dans ce cas chaque prise de vue est directement positionnée et orientée permettant une reconstitution 3-D des cavités ou galeries souterraines en seul coup et avec un temps de mesure totale réduit par rapport au scanner 2D. Cependant un scanner 3-D est plus cher, plus volumineux et plus fragile. De plus, pour des galeries de petites dimensions, la mesure effectuées par un scanner 2-D donne de meilleures résultats, vu les zones d’ombres lors des mesures hors du profil pour un scanner 3-D. Un hydrophone permettant d’écouter le bruit de l’eau, afin de détecter le bruit provenant des turbulences autour d’un obstacle ou celui de l’eau s’écoulant dans une fissure. Un détecteur de pollution (gaz toxiques, hydrocarbures, radioactivité, etc.) permettant de savoir instantanément si et où il y a de la pollution. Un détecteur de traceurs utilisés en hydrogéologie (spectrofluorimètre), par exemple une substance fluorescente comme l’uranine, pour trouver la position où une canalisation rejoint un collecteur. La balise peut aussi libérer ce même traceur à un endroit défini. Des capteurs, par exemple des capteurs de pression, de radioactivité, d’hydrocarbures, de turbidité, de température ou d’autres capteurs utilisés en géophysique.

[0087] Grâce aux informations de position et d’orientation de la balise d’émission obtenues par le système de la fig. 1, il est ensuite possible de géo-référencer les mesures obtenues par les dispositifs de mesure ci-dessus.

[0088] La balise mobile peut-être déplacée en la fixant à: un véhicule téléguidé, par exemple un robot pour l’inspection des tuyaux ou un sous-marin; un véhicule autonome; un véhicule transporté par l’eau, par exemple par le courant d’une rivière, flottant ou de densité égale à l’eau; une corde ou un câble.

[0089] Les bobines émettrices 11A, 11B et 11C sont suspendues comme un pendule. De ce fait, elles s’orientent naturellement selon le champ de gravitation. Pour amortir les oscillations de ce pendule, un système pour absorber l’énergie mécanique, par exemple un bain d’huile, peut être utilisé.

[0090] Dans une variante plusieurs balises d’émission mobiles peuvent être utilisées. Dans ce cas, pour séparer les signaux provenant des différentes balises émettrices, un multiplexage, soit fréquentiel (FDMA- Frequency Division Multiple Access), soit temporel (TDMA - Time Division Multiple Access), soit par codes orthogonaux (CDMA - Code Division Multiple Access) peut être utilisé.

[0091] Dans le cas du TDMA, le multiplexage peut être soit contrôlé en programmant des délais de réponse par rapport au signal de synchronisation 17, soit à l’aide d’un protocole plus évolué permettant d’accéder séparément à chaque balise, les balises étant par exemple identifiées individuellement lors de la production. Dans une autre variante, le signal de synchronisation 17 n’est pas utilisé et les balises émettent à des intervalles de temps aléatoires. Dans ce dernier cas il y a la possibilité de perdre quelques données lorsqu’il y a superposition d’émissions. Une balise émettrice, par exemple une balise mobile, peut aussi se synchroniser (auto-synchronisation) en analysant les signaux magnétiques émis par les autres balises et en choisissant l’instant adéquat pour sa propre émission.

[0092] Comme discuté, dans une variante préférentielle les balises en surface 20 sont des balises réceptrices. Dans une variante préférentielle la distance minimale entre deux balises de réception est supérieure à 50 m, de façon à ce qu’il soit possible de couvrir une grande surface. Dans une autre variante une seule balise de réception est utilisée, par exemple pour trouver la verticale d’un point souterrain ou pour localiser une personne ensevelie dans une avalanche.

[0093] Comme illustré sur la fig. 3, une balise réceptrice, par exemple une balise en surface, peut comprendre: trois bobines orthogonales 21A, 21B et 21C qui permettent de recevoir le signal magnétique émis par couplage inductif; dans une variante préférentielle les trois bobines 21A, 21B et 21C sont imbriquées; pour ces bobines les considérations faites pour les bobines 11A, 11B et 11C restent toujours valables; trois capacités 22A, 22B et 22C pour former avec les bobines 21A, 21B et 21C un circuit LC parallèle; trois amplificateurs faible bruit (LNA - Low Noise Amplifier) 23A, 23B et 23C, un par bobine; trois circuits de démodulation 25A, 25B et 25C, un par bobine, par exemple des rectificateurs, en particulier par détection lock-in; des filtres passe-bande (24A, 24B, 24C) et passe-bas (26A, 26B, 26C), ces derniers pour supprimer en particulier les harmoniques des réseaux électriques et ferroviaires qui, après démodulation, deviennent 25 Hz, 35 Hz et 81/3 Hz; trois convertisseurs analogique-digital 27A, 27B et 27C, un par bobine; un microcontrôleur ayant une puissance de calcul suffisante pour l’analyse des signaux (Digital Signal Processing) 28; d’une référence de fréquence 40 qui est de préférence un oscillateur à quartz; une source d’énergie 42, par exemple un accumulateur au Pb ou Liions; une transmission radiofréquence 29 pour communiquer avec l’unité de calcul 30; un interrupteur non représenté pour la mise en route.

[0094] Dans une variante soit la balise en surface soit la balise mobile contient seulement une bobine. Le système de positionnement, comme illustré sur la fig. 1, comprendra alors plusieurs balises en surface pour augmenter la qualité de la mesure, qui dans le cas d’une seule bobine par balise est inférieure par rapport au cas de deux ou trois bobines.

[0095] La fréquence de démodulation est la même que celle de l’émission. Elle est générée depuis la référence de fréquence 40.

[0096] Des corrélations entre les signaux reçus et les signaux idéaux permettent de synchroniser la balise mobile à celles en surface, et ainsi de mesurer l’amplitude des tensions de ces signaux pour les successives selon X, Y et Z. Ces corrélations sont effectuées de préférence après la démodulation (par exemple par détection synchrone ou par utilisation d’une PLL - Phase Locked Loop).

[0097] Comme discuté les amplitudes des tensions induites après démodulation sont filtrées avec les filtres 26A, 26B et 26C pour supprimer les harmoniques des réseaux électriques 50 Hz et 60 Hz et ferroviaires 50 Hz, 60 Hz et 162/3 Hz. Dans une variante un filtrage numérique peut être utilisé, par exemple une moyenne mobile ou un filtre FIR ou IIR plus élaboré. La période d’une moyenne mobile ou d’un filtre FIR ou IIR est de préférence: un multiple de 120 ms (par exemple 360 ms) pour supprimer les harmoniques de 25 Hz et de 81/3 Hz; un multiple de 1/35 s pour supprimer les harmoniques de 35 Hz.

[0098] Une fréquence d’échantillonnage de 175 Hz ou un multiple de 175 Hz est idéale, car elle permet de filtrer à la fois les harmoniques des fréquences de 35 Hz, de 25 Hz et de 81/3 Hz avec un nombre entier d’échantillons. La fréquence d’émission préférée est encore de 1225 Hz, qui est un multiple de la fréquence d’échantillonnage de 175 Hz.

[0099] Les données obtenues par les balises en surface, qui sont fixes dans le sens défini auparavant et qui dans une variante préférentielle sont réceptrices, sont transmises à l’unité de calcul 30 par transmission à radiofréquence (RF) en utilisant des quatrièmes signaux radio 300. Dans une variante préférentielle, une balise de réception détectant un signal magnétique reçu par la balise d’émission envoie par RF cette information à l’unité de calcul 30 qui, alors, demande à toutes les balises de réception de lui transmettre les données recueillies, typiquement durant les 2 dernières secondes. Un signal est aussi transmis régulièrement aux balises de réception pour les synchroniser.

[0100] Si la balise d’émission peut être connectée à des balises réceptrices pour communiquer des informations à travers une troisième liaison radio bidirectionnelle 101, des signaux de synchronisation, comme en particulier le signal de modulation/démodulation, sont transmis en utilisant cette liaison radio. La connexion radio 101 est en particulier facile à mettre en œuvre dans le cas d’une localisation de personnes dans des avalanches, car la neige est perméable aux ondes jusqu’à des fréquences élevées comme 433 MHz ou 868 MHz. Dans une autre variante cette connexion peut être réalisée par fils ou fibres optiques.

[0101] Afin d’améliorer la précision de mesure, une technique efficace consiste à faire tourner une balise, par exemple une balise en surface, d’un angle connu, en particulier 180° ou 90°, afin de combiner la mesure avant et après rotation. Dans le cas d’une rotation de 180° dans le plan horizontal, afin de mesurer avec grande précision il suffit de soustraire les deux mesures obtenues en les divisant par deux. Ceci est particulièrement utile pour chercher la verticale d’un point souterrain. Avec cette technique, la plupart des erreurs de mesures sont supprimées une fois la balise en surface positionnée à la verticale du point cherché. Cette position est trouvée par itération, en faisant des mesures déterminant à chaque fois un point plus précis.

[0102] Ce changement d’orientation est soit manuel, par exemple en se basant sur un rapporteur d’angle disposé sur le plan où a lieu la rotation, soit éventuellement automatisée. Afin de garantir l’horizontalité de ce plan de rotation, des capteurs angulaires peuvent être installés dans les balises en surface, en particulier deux niveaux à bulle orthogonaux. De préférence, la balise mobile doit tourner du même angle, afin d’obtenir le maximum de symétrie lors de la mesure.

[0103] Les balises en surface peuvent être combinées à un récepteur GPS ou GPS différentiel, qui transmettra la position de ces balises à l’unité de calcul 30. Il est possible ainsi de localiser les balises de réception avant la mesure et aussi de les déplacer durant la mesure sans avoir à refaire leur positionnement.

[0104] Une balise de réception, par exemple une balise en surface, peut être combinée à: un capteur d’inclinaison, par exemple un accéléromètre; une boussole électronique, par exemple des capteurs fluxgate ou des capteurs à effet Hall.Ces capteurs permettent de compenser automatiquement l’orientation de la balise réceptrice.

[0105] Souvent le but de la mesure avec ce système de positionnement est de trouver un point en surface, par exemple la verticale de la balise d’émission. Il est donc nécessaire de pouvoir déplacer les balises réceptrices en fonction d’indications données par le système, afin de s’approcher du point cherché. En outre cette position à proximité est très avantageuse d’un point de vue de la précision, en particulier dans le cas d’un terrain au pendage horizontal. Dans cette configuration, les effets de l’absorption par courants de Foucault sont minimaux, voir nuls.

[0106] Une fois que la balise de réception est à la verticale de celle d’émission, la profondeur est calculée en utilisant successivement les trois bobines d’émission 11 A, 11B et 11C. Il y a donc une redondance, parce qu’on utilise trois informations pour une inconnue. Un indicateur de la précision est généré à partir de ces données.

[0107] Un affichage peut se trouver sur une balise en surface; il peut indiquer: la direction; la distance rectiligne à la balise mobile; la distance dans le plan horizontal, c’est-à-dire le plan du terrain ou le plan de l’affichage; la profondeur, c’est-à-dire la distance verticale ou la distance mesurée par rapport au terrain.

[0108] Dans une autre variante cet affichage peut se trouver sur l’unité de calcul 30.

[0109] Les balises de réception sont positionnées en surface en utilisant les techniques classiques d’un géomètre, comme le théodolite ou la boussole/clinomètre ou le GPS décrit ci-dessus. L’orientation des balises est plus délicate, parce qu’elle consiste à mesurer les deux inclinaisons et l’azimut de chaque balise constituée par les trois bobines 21A, 21B et 21C.

[0110] Une variante privilégiée consiste à placer la balise mobile à des points de coordonnées connues, afin de calculer l’orientation des balises réceptrices en utilisant le système de positionnement ci-dessus; un algorithme exécuté dans l’unité de calcul 30 donne alors ces trois valeurs d’orientation (par exemple deux pentes et un azimut) au lieu des coordonnées. Cette orientation peut aussi être mesurée grâce à des capteurs, comme des inclinomètres ou une boussole électronique. Une matrice de rotation peut être calculée grâce aux mesures ci-dessus. Elle permet de combiner les signaux reçus par les trois bobines de réception 21A, 21B et 21C afin d’obtenir une rotation du repère.

[0111] Les positions qui ont pu être calculées précisément par multilatération peuvent servir de référence pour calibrer l’orientation des récepteurs, ce qui sera utile pour d’autres points. En effet la position obtenue par multilatération est indépendante de l’orientation des balises réceptrices, mais nécessite au moins trois récepteurs bien positionnés. A noter qu’en utilisant la multilatération, il n’est pas nécessaire d’orienter les balises en surface pour mesurer la position de la balise mobile.

[0112] La mesure de distance peut être calibrée en calculant le rapport k entre la distance indiquée par l’algorithme à la distance réelle entre la balise mobile et une balise en surface. Le moment magnétique ou la sensibilité peut être ainsi multipliée par k élevé au cube.

[0113] Les structures ferromagnétiques à proximité des balises en surface et mobiles, représentées par la référence 3 sur la fig. 1, peuvent dévier les lignes de champ magnétique et introduire une erreur de la mesure de position. Il est possible de compenser cette erreur par une calibration. La calibration consiste en placer les balises en surface et la balise mobile à des points de coordonnées connues: il est ainsi possible de comparer les signaux mesurés aux signaux théoriques, et enfin calculer une matrice de compensation.

[0114] Les balises en surface peuvent être munies de bobines d’émission permettant ainsi de les utiliser comme balises émettrices et de mesurer leur position. Ces bobines émettrices peuvent être les mêmes que celles de réception. Dans ce cas les balises en surface peuvent se positionner mutuellement et automatiquement.

[0115] L’orientation automatique par pendule ou par moteurs décrite pour la balise mobile est aussi valable pour les balises en surface.

[0116] Comme illustré sur la fig. 3, l’unité de calcul 30 est de préférence composée par: un module de communication 304, de préférence une communication radiofréquence; un module de calcul 302, par exemple un ordinateur, un PDA, un téléphone portable (Smartphone) ou un dispositif équivalent avec des capacités de calcul numérique et avec des interfaces, par exemple un écran pour l’affichage etc.

[0117] L’unité de calcul 30 peut être reliée aux balises en surface 20. Dans ce cas elle peut comprendre un écran tactile. Dans une autre variante elle est intégrée dans une des balises 20.

[0118] Pour chaque moment magnétique orthogonal émis, les balises réceptrices, par exemple les balises en surface, mesurent le vecteur du champ d’induction magnétique et calculent trois informations par moment magnétique, soit neuf informations au total. Le calcul de la position et de l’orientation de la balise mobile, qui comprend six degrés de liberté, est ensuite réalisé à partir de ces données par un algorithme exécuté dans l’unité de calcul 30 et qui se base sur le modèle des champs magnétiques générés par trois dipôles magnétiques idéaux orthogonaux. Cet algorithme donne une solution, c’est-à-dire la position, l’orientation et la distance entre une balise mobile et une balise en surface, mais il donne aussi une solution symétrique virtuelle, comme déjà mentionné précédemment.

[0119] Les données de position ainsi recueillies permettent de calculer, puis d’afficher ou d’enregistrer sur l’unité de calcul 30: Une représentation 3-D, par exemple la projection de Monge. Une représentation 3-D superposée avec un modèle numérique de terrain. Une représentation 2-D superposable avec des «ortho-photos» ou de la cartographie, par exemple les cartes nationales 1: 25 ́000, les plans cadastraux, les plans anciens ou jugées partiellement incomplets afin de les compléter et de les référencer dans le même système de coordonnées que la surface. En particulier, les mesures de position obtenues avec la technique décrite sont superposées en temps réel à une de ces cartes. Des photographies, des scans 2D, 3D ou toutes autres mesures qui ont été géo-référencées (position et orientation) par le système. Une représentation polaire, avec le rayon affiché de manière non linéaire, par exemple selon un logarithme pour afficher graphiquement à la fois la position et la distance des balises proches et éloignées dans le cas de la localisation de personnes dans des avalanches. Une liste de points avec coordonnées compatibles pour les systèmes d’information géographique, le format des logiciels de cartographie ou le format GPS. La liste des balises détectées.

[0120] Comme discuté précédemment, l’algorithme donne comme résultat une première solution et une deuxième solution symétrique. Dans le cas de la topographie souterraine, comme discuté pour éliminer la solution symétrique calculée des conditions mathématiques sont utilisée: par exemple pour trouver la «vraie» solution il suffit de placer la condition mathématique Z < 0, c’est-à-dire que la balise mobile est sous la balise surface ou sous le sol.

[0121] Dans le cas de la localisation de personnes dans des avalanches, avec la ou les balises réceptrices qui se déplacent, il suffit d’observer si la distance entre les balises trouvées par l’algorithme augmente ou diminue: dans le cas de la solution réelle cette distance diminue en s’approchant et augmente en s’éloignant. Basé sur ce principe, l’unité de calcul 30 peut restituer des signaux pour demander à l’utilisateur 8 de déplacer la balise utilisée pour la recherche (en surface), par exemple avancer d’une certaine distance, par exemple une dizaine de pas, obtenir une deuxième mesure et lever ainsi cette ambiguïté en tenant compte des mesures avant et après le déplacement. Ce déplacement peut aussi être une rotation de la balise. Pour d’autres applications, ces déplacements peuvent être connus ou facilement mesurés, comme dans le cas d’un véhicule relié à la balise mobile 10, grâce à des accéléromètres et à des mesures sur ses roues.

[0122] Avec plusieurs balises réceptrices dont la position est connue, l’ambiguïté sur la solution symétrique peut être levée en comparant les positions obtenues par les différentes balises réceptrices. En effet, la solution réelle sera la même pour les différentes balises réceptrices, alors que les solutions virtuelles seront différentes. Dans le cas de localisation de personnes dans des avalanches, ces positions peuvent être communiquées par radio, en particulier en utilisant une fréquence ISM comme 433 MHz ou 868 MHz. Si la position des balises en surface n’est pas connue, des émissions depuis plusieurs positions différentes (de la même ou de plusieurs balises mobiles) permettent de trouver les solutions réelles en comparant les positions réelles et virtuelles obtenues.

[0123] Par exemple dans le cas de localisation de personnes dans des avalanches, une balise en surface qui est réceptrice est déplacée, en particulier pour trouver la verticale à la balise mobile qui est émettrice ou le point le plus proche. Le système disposera alors d’un affichage indiquant: Les directions des balises émettrices, ou plus particulièrement la balise sélectionnée, depuis la balise réceptrice. Avec les systèmes de localisation de personnes dans des avalanches actuels (ARVA), c’est la direction de la ligne de champ qui est indiquée. Les distances rectilignes. Avec les systèmes de localisation de personnes dans des avalanches actuels (ARVA) qui n’utilisent pas cette technologie la distance mesurée est très approximative car elle dépend de l’orientation de l’émetteur. La distance dans le plan horizontal ou dans le plan du terrain. La profondeur (distance verticale). Une représentation 2-D ou 3-D, de préférence orientée de telle sorte que ce que voit l’utilisateur corresponde à ce qui est indiqué sur l’affichage, à la manière d’un GPS équipé d’une boussole intégrée. Cette représentation est de préférence polaire avec rayon logarithmique, pour les raisons indiquées ci-dessus.

[0124] Lorsqu’au moins trois balises en surfaces sont utilisées, les distances mesurées depuis ces balises permettent de calculer la position de la balise mobile par multilatération, les distances variant peu en présence d’un terrain conducteur 3. L’algorithme exécuté par l’unité de calcul 30 calcule ainsi la position de la balise mobile de façon plus précise que celle obtenue par l’algorithme utilisé dans le cas d’une seule balise en surface, en particulier s’il y a de l’absorption du champ magnétique dans un terrain conducteur 3. Cependant la multilatération seule ne permet pas de déterminer directement l’orientation de la balise mobile. L’unité de calcul 30 qui utilise la multilatération pour calculer la position (X, Y et Z), peut utiliser les informations disponibles pour calculer également l’orientation.

[0125] Dans une variante l’algorithme exécuté dans l’unité de calcul le plus adapté est choisi de façon automatique en fonction de l’un des paramètres suivants: nombre de balises à disposition comme expliqué ci-dessus; nature du terrain: dans un milieu urbain et/ou si il y a beaucoup d’éléments ferromagnétiques abondants on utilise l’algorithme basé sur la multilatération, dans les autres cas celui qui utilise la direction du champ magnétique détecté. Qualité des signaux reçus par les différentes balises. La qualité des signaux étant en particulier la portée (bruit magnétique), l’absorption dans des matériaux conducteurs et la déformation par des matériaux ferromagnétiques

[0126] Comme discuté, l’utilisation de plusieurs fréquences d’émission/démodulation pour une même mesure est extrêmement intéressante pour mettre en évidence les limites provenant du terrain ou d’objets conducteurs. En effet, en l’absence d’absorption par courants de Foucault, les coordonnées mesurées à différentes fréquences seront les mêmes. Dans le cas contraire, c’est la preuve d’une absorption et aussi d’une mesure des propriétés du terrain (mesure géophysique). Une émission à plusieurs fréquences permet en particulier d’extrapoler la mesure des champs magnétiques pour une fréquence nulle, c’est-à-dire où il n’y a pas absorption. Ceci est particulièrement intéressant en présence de pièces ferromagnétiques 3 comme par exemple des structures de bâtiments, ou des tuyaux métalliques. Cette extrapolation peut par exemple être effectuée sur chaque mesure de tension induite en fonction de la fréquence. Il est aussi possible d’utiliser une courbe de tendance (régression) pour obtenir une prévision rétrospective. La mesure correcte est alors l’intersection de cette prévision avec l’ordonnée de cette courbe, équivalent à une fréquence nulle.

[0127] Basés sur des mesures sur plusieurs points connus, une transformation mathématique permet de déformer l’espace des résultats, afin que les coordonnées des points mesurés deviennent les coordonnées réelles. Cette transformation est de préférence optimale du point de vue des moindres carrés. Cette transformation peut aussi être obtenue avec un modèle mathématique du terrain incluant en particulier la conductivité des différents matériaux. Ce modèle peut par exemple être simulé par la méthode des éléments finis ou idéalement par une correction selon un modèle simplifié avec un nombre limité de paramètre.

[0128] Dans le cas où plusieurs émetteurs sont utilisés simultanément, par exemple plusieurs mineurs ou plusieurs personnes ensevelies dans une avalanche, un dispositif adapté permettra à l’utilisateur de sélectionner une balise émettrice. Dans une variante préférentielle les différentes balises sont sélectionnées successivement en fonction de leur distance au récepteur. Cette sélection est de préférence réalisée grâce à un écran tactile ou à des boutons. Cela permet par exemple d’optimiser les trajets pour la recherche de victimes ensevelies sous une avalanche.

[0129] Comme déjà mentionné, une balise en surface et l’unité de calcul 30 peuvent former un dispositif unique, sans nécessité de transmission radiofréquence avec des quatrièmes signaux radio 300. La balise en surface contient alors une unité de traitement permettant le calcul de la position avec six degrés de liberté. Les informations utiles sont affichées sur la balise grâce à un écran. Une alternative est de transmettre ces données à un PDA ou à un téléphone portable, en utilisant par exemple une communication RF.

[0130] Une balise en surface, une balise mobile et l’unité de calcul 30 peuvent former un dispositif unique. Ceci est en particulier le cas de la localisation de personnes dans des avalanches, car il permet l’émission (balise émettrice) et la recherche (balise réceptrice et unité de calcul).

[0131] Comme discuté, dans une variante les balises réceptrices et émettrices sont permutées: les balises réceptrices deviennent les émetteurs et la balise émettrice le récepteur, le même algorithme pouvant être utilisé pour le calcul de la position. Il y a en particulier moins de bruit magnétique sous terre, les parasites étant absorbés par le terrain par courants de Foucault.

[0132] La variante décrite ci-dessus, avec plusieurs balises d’émission à des endroits fixes et une balise de réception mobile et souterraine, par exemple contenue dans un sac-à-dos d’un mineur 8, peut être avantageusement exploitée pour réaliser un système de navigation dans des mines 1.

[0133] L’algorithme qui calcule la position est un algorithme itératif qui résout un système d’équations non-linéaires basé sur l’équation d’un dipôle idéal.

[0134] Le système de la fig. 1permet aussi de calculer des indicateurs de la qualité ou de la précision de mesure en se basant sur: -Le résidu (erreur) après la convergence de l’algorithme itératif exécuté dans l’unité de calcul 30. -Les données redondantes provenant des bobines de réceptions 21A, 21B et 21C, en comparant par exemple les signaux magnétiques mesurés avec les signaux théoriques. -Le bruit magnétique, mesuré de préférence hors des périodes d’émission des balises ou pendant les émissions en mesurant la variance avec des émissions répétées. -La mesure du déphasage, causé par les courants de Foucault, entre les signaux reçus ou de préférence avec l’oscillateur de référence 40 d’une balise réceptrice, par exemple la balise en surface. Il s’agit par exemple de la phase obtenue par un amplificateur lock-in ayant en entrée l’oscillateur de référence 40 et les tensions induites des bobines de réception 21A, 21B et 21C. -La mesure de la position à différentes fréquences d’émission, par exemple 1 kHz et 3 kHz, suivie par la comparaison des signaux obtenus. -La différence de position calculée par chacun des différents récepteurs.

[0135] Basée sur les indicateurs ci-dessus, il est possible d’obtenir des informations sur le site de mesure, par exemple la présence de matériaux conducteurs 3 comme des couches argileuses générant des courants de Foucault, ou d’émetteurs de champ magnétique comme des câbles électriques. En positionnant les balises en surface dans des points connus et en les orientant, les neuf informations reçues peuvent être utilisées pour faire par exemple une mesure géophysique de la conductivité et/ou de la perméabilité et/ou de la permittivité du terrain. Avec une matrice de balises en surface, il est possible d’obtenir la cartographie des propriétés électromagnétiques d’un terrain, qui est particulièrement intéressante si elle est effectuée à différentes fréquences.

[0136] Il est donc possible d’établir à partir de plusieurs mesures un modèle géologique du terrain afin de détecter la présence de structures ferromagnétiques et/ou conductrices. Ce modèle est utilisé soit comme résultat de mesure, soit pour corriger/compenser les erreurs de mesure de positionnement dans la même région.

[0137] Les mesures effectuées peuvent être confrontées à des simulations sur un modèle de terrain simplifié, par exemple un terrain au pendage horizontal constitué d’une couche peu conductrice (calcaire) sur une couche très conductrice (argile). Cela permet par exemple de calculer l’épaisseur de la couche isolante en modifiant ce paramètre de telle sorte que les mesures correspondent au mieux au modèle.

[0138] En fonction de ces indicateurs de qualité, l’émission est modifiée, par exemple en changeant: La durée de rémission ou de la mesure pour diminuer le bruit magnétique et augmenter la portée du système. L’intensité du moment magnétique pour diminuer le bruit magnétique et augmenter la portée du système. La fréquence d’émission pour diminuer l’absorption par courant de Foucault.

[0139] Dans une variante l’unité de calcul 30 est munie d’une alarme sonore ou visuelle. Cette alarme permet d’indiquer en particulier que: La distance entre la balise mobile et une balise en surface est trop élevée et que la balise en surface doit alors être déplacée. La distance entre la balise mobile et celle en surface est trop faible. La balise mobile a atteint ou est trop proche d’un point interdit ou d’une zone interdite définie par l’utilisateur. La balise mobile est à la verticale de la balise en surface ou soit sur l’axe perpendiculaire à son interface. Ceci est particulièrement intéressant pour la localisation des personnes dans des avalanches, car il s’agit tout simplement de l’endroit où il faut en général creuser pour trouver la ou les victimes. La balise d’émission, par exemple la balise mobile, a émis un signal particulier, par exemple déclenché en appuyant sur un bouton, par exemple le même bouton utilisé pour déclencher les mesures, mais en appuyant pendant une longue durée. Une qualité de mesure inadéquate.

[0140] L’alarme peut aussi se trouver sur une balise mobile ou en surface. Dans ce cas, l’information est soit transmise depuis l’unité de calcul 30, magnétiquement ou par radio, ou grâce à une mesure faite par la balise mobile elle-même.

[0141] Une balise, soit mobile soit en surface, est constituée d’un boîtier de dimensions d’environ de diamètre 25 cm x 45 cm et pesant 5 à 10 kg. La balise mobile peut être transportée par un utilisateur 8 dans un sac-à-dos. La distance typique entre deux balises en surface 20 est supérieure à 25 m. Dans une variante préférentielle, cette distance est supérieure à 50 m.

[0142] Numéros de référence employés sur les figures <tb>1<sep>Cavité <tb>3<sep>Matériaux ferromagnétiques <tb>8<sep>Utilisateur <tb>10<sep>Balise mobile <tb>20<sep>Balise en surface <tb>30<sep>Unité de calcul <tb>100<sep>Deuxième signal radio <tb>200<sep>Premier signal radio <tb>300<sep>Quatrième signal radio <tb>101<sep>Troisième liaison radio bidirectionnelle <tb>11A<sep>Première bobine d’émission <tb>11B<sep>Deuxième bobine d’émission <tb>11C<sep>Troisième bobine d’émission <tb>12A<sep>Capacité <tb>12B<sep>Capacité <tb>12C<sep>Capacité <tb>13A<sep>Amplificateur de puissance <tb>13B<sep>Amplificateur de puissance <tb>13C<sep>Amplificateur de puissance <tb>14<sep>Processeur <tb>15<sep>Microcontrôleur <tb>16<sep>Bouton <tb>17<sep>Référence de fréquence <tb>18<sep>Alimentation <tb>21A<sep>Première bobine de réception <tb>21B<sep>Deuxième bobine de réception <tb>21C<sep>Troisième bobine de réception <tb>22A<sep>Capacité <tb>22B<sep>Capacité <tb>22C<sep>Capacité <tb>23A<sep>Amplificateur LNA <tb>23B<sep>Amplificateur LNA <tb>23C<sep>Amplificateur LNA <tb>24A<sep>Filtre passe-bande <tb>24B<sep>Filtre passe-bande <tb>24C<sep>Filtre passe-bande <tb>25A<sep>Rectificateur <tb>25B<sep>Rectificateur <tb>25C<sep>Rectificateur <tb>26A<sep>Filtre passe-bas <tb>26B<sep>Filtre passe-bas <tb>26C<sep>Filtre passe-bas <tb>27A<sep>ADC <tb>27B<sep>ADC <tb>27C<sep>ADC <tb>28<sep>Microcontrôleur + DSP <tb>29<sep>Module RF <tb>40<sep>Référence de fréquence <tb>302<sep>Module de calcul <tb>304<sep>Module RF

Claims

1. Méthode de positionnement de balise souterraine (10) comprenant les étapes suivantes: – installation à la surface de plusieurs balises (20); – échange de premiers signaux radio (200) entre lesdites balises (20) afin de transmettre des données; – déplacement d’une balise mobile (10) dans une cavité souterraine (1); – envoi à travers le sol de deuxièmes signaux radio (100) entre ladite balise mobile (10) et lesdites balises en surface (20), – au moins une dite balise (10; 20) comportant trois bobines non coplanaires (11A, 11B, 11C; 21 A, 21 B, 21C) pour émettre et/ou recevoir ledit deuxième signal radio (100); – détermination de la position de ladite balise mobile (10) au moyen desdits deuxièmes signaux radio (100).

2. La méthode de positionnement de balise souterraine selon la revendication 1, dans lequel lesdites trois bobines non coplanaires (11A, 11B, 11C; 21A, 21B, 21C) sont orthogonales.

3. La méthode de positionnement de balise souterraine selon l’une des revendications 1 ou 2, comprenant l’émission desdits deuxièmes signaux radio (100) par lesdites balises en surface (20) et la réception desdits deuxièmes signaux radio (100) par ladite balise mobile (10) sous le sol.

4. La méthode de positionnement de balise souterraine selon l’une des revendications 1 ou 2, comprenant l’émission desdits deuxièmes signaux radio (100) par ladite balise mobile (10) sous le sol et la réception desdits deuxièmes signaux radio (100) par lesdites balises en surface (20).

5. La méthode de positionnement de balise souterraine selon l’une des revendications 3 à 4, dans laquelle l’émission desdits deuxièmes signaux radio (100) est effectuée à tour de rôle par lesdites bobines non coplanaires (11A, 11B, 11C; 21A, 21B, 21C).

6. La méthode de positionnement de balise souterraine selon l’une des revendications 1 à 5, dans laquelle ladite détermination de la position de ladite balise mobile (10) comprend la détermination de la direction, de la distance et de l’orientation de ladite balise mobile (10) par rapport à une desdites balises en surface (20), au moyen desdits deuxièmes signaux radio (100).

7. La méthode de positionnement de balise souterraine selon l’une des revendications 2 à 6, dans laquelle chaque balise en surface (20) permet de calculer indépendamment la position de ladite balise mobile, au moyen desdits deuxièmes signaux radio (100), avec une des configurations suivantes: – la balise mobile (10) comprend deux bobines orthogonales et les balises en surface (20) trois bobines orthogonales; – la balise mobile (10) comprend trois bobines orthogonales et les balises en surface (20) au moins deux bobines orthogonales.

8. La méthode de positionnement de balise souterraine selon l’une des revendications 1 à 7, comprenant la rotation d’un angle connu d’au moins une balise (10; 20) entre deux cycles de mesures.

9. La méthode de positionnement de balise souterraine selon la revendication 7, dans laquelle le nombre de balises en surface (20) est au moins trois et comprenant: – la détermination de la position de ladite balise mobile (10) par multilatération, – la calibration de l’orientation desdites balises en surface (20) sur la base de ladite détermination de la position de ladite balise mobile (10) par multilatération.

10. La méthode de positionnement de balise souterraine selon l’une des revendications 7 à 9, comprenant le choix automatique entre la moyenne pondérée des positions de ladite balise mobile (10) calculées indépendamment par chaque balise en surface (20) ou ladite multilatération en fonction de l’un des paramètres suivants: – nombre de balises (10, 20) à disposition; – position relative des différentes balises (10; 20); – nature du terrain.

11. La méthode de positionnement de balise souterraine selon l’une des revendications 1 à 10, comprenant une troisième liaison radio bidirectionnelle (101) entre ladite balise mobile (10) et lesdites balises en surface (20) afin d’échanger des données ou de la voix.

12. La méthode de positionnement de balise souterraine selon la revendication 11, dans laquelle ladite troisième liaison radio (101) utilise les mêmes bobines orthogonales (11A, 11B, 11C; 21 A, 21B, 21C) que celles utilisées pour émettre et/ou recevoir lesdits deuxièmes signaux radio (100).

13. La méthode de positionnement de balise souterraine selon l’une des revendications 11 à 12, dans laquelle ladite troisième liaison radio (101) utilise une modulation desdits deuxièmes signaux radio (100).

14. La méthode de positionnement de balise souterraine selon l’une des revendications 1 à 13, comprenant – l’établissement à partir de plusieurs mesures d’un modèle géologique du terrain; – l’utilisation dudit modèle géologique soit comme résultat de mesure, soit pour corriger et/ou compenser les erreurs de mesures de localisation dans la même région.

15. La méthode de positionnement de balise souterraine selon l’une des revendications 1 à 14, comprenant l’affichage par une unité de calcul (30) des indicateurs de qualité de mesure.

16. La méthode de positionnement de balise souterraine selon l’une des revendications 1 à 15, comprenant la localisation de personnes sous des avalanches.

17. La méthode de positionnement de balise souterraine selon l’une des revendications 1 à 16, comprenant le déplacement de ladite balise mobile (10) dans ladite cavité souterraine (1) par un promeneur (8) et/ou un véhicule et/ou un robot et/ou par des courants de fluide.

18. La méthode de positionnement de balise souterraine selon l’une des revendications 1 à 17, comprenant le couplage de ladite balise mobile (10) à un laser scanner 2D ou à un laser scanner 3D ou à un système photogrammétrique.

19. La méthode de positionnement de balise souterraine selon l’une des revendications 1 à 18, comprenant la localisation d’au moins plusieurs balises en surface (20) par un GPS ou par un inclinomètre ou par une boussole dans lesdites balises en surface (20).

20. Système de positionnement de balise souterraine (10) comprenant – une balise mobile (10); – plusieurs balises en surface (20); – une unité de calcul (30); dans lequel – lesdites balises en surface (20) et ladite balise mobile (10) sont agencées pour échanger de premiers signaux radio (200) afin de transmettre des données; – lesdites balises en surface (20) et ladite balise mobile (10) sont agencées pour échanger à travers le sol de deuxièmes signaux radio (100); – au moins une desdites balises (10; 20) comporte trois bobines non coplanaires (11A, 11B, 11C; 21A, 21B, 21C) pour émettre et/ou recevoir lesdits deuxièmes signaux radio (100); – ladite unité de calcul (30) est agencée pour déterminer la position de ladite balise mobile (10) au moyen desdits deuxièmes signaux (100).

21. Le système de positionnement de balise souterraine selon la revendication 20, dans lequel lesdites trois bobines non coplanaires (11A, 11B, 11C; 21A, 21B, 21C) sont orthogonales.

22. Le système de positionnement de balise souterraine selon l’une des revendications 20 ou 21, dans lequel ladite balise mobile (10) sous le sol comprend des moyens (11A, 12A, 13A, 11B, 12B, 13B, 11C, 12C, 13C, 14, 15, 16, 17, 18) pour émettre lesdits deuxièmes signaux radio (100) et lesdites balises en surface (20) comprends des moyens (21A, 22A, 23A, 24A, 25A, 26A, 27A, 21 B, 22B, 23B, 24B, 25B, 26B, 27B, 21C, 22C, 23C, 24C, 25C, 26C, 27C, 28, 29, 40, 42) pour recevoir lesdits deuxièmes signaux radio (100).

23. Le système de positionnement de balise souterraine selon l’une des revendications 20 ou 21, dans lequel ladite balise mobile (10) sous le sol comprend des moyens (21A, 22A, 23A, 24A, 25A, 26A, 27A, 21B, 22B, 23B, 24B, 25B, 26B, 27B, 21C, 22C, 23C, 24C, 25C, 26C, 27C, 28, 29, 40, 42) pour recevoir lesdits deuxièmes signaux radio (100) et lesdites balises en surface (20) comprends des moyens (11A, 12A, 13A, 11B, 12B, 13B, 11C, 12C, 13C, 14, 15, 16, 17, 18) pour émettre lesdits deuxièmes signaux radio (100).