EP2245476A2 - Systeme de positionnement dans un lieu opaque aux signaux d'un systeme de navigation par satellites - Google Patents

Systeme de positionnement dans un lieu opaque aux signaux d'un systeme de navigation par satellites

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Publication number
EP2245476A2
EP2245476A2 EP09722465A EP09722465A EP2245476A2 EP 2245476 A2 EP2245476 A2 EP 2245476A2 EP 09722465 A EP09722465 A EP 09722465A EP 09722465 A EP09722465 A EP 09722465A EP 2245476 A2 EP2245476 A2 EP 2245476A2
Authority
EP
European Patent Office
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beacons
positioning system
user
signals
equipment
Prior art date
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Ceased
Application number
EP09722465A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Robert André LAINE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Airbus Defence and Space SAS
Original Assignee
Astrium SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Astrium SAS filed Critical Astrium SAS
Publication of EP2245476A2 publication Critical patent/EP2245476A2/fr
Ceased legal-status Critical Current

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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
    • G01S5/0247—Determining attitude
    • 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
    • G01S1/00—Beacons or beacon systems transmitting signals having a characteristic or characteristics capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters; Receivers co-operating therewith
    • G01S1/02—Beacons or beacon systems transmitting signals having a characteristic or characteristics capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters; Receivers co-operating therewith using radio waves
    • G01S1/08—Systems for determining direction or position line
    • 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
    • G01S5/14—Determining absolute distances from a plurality of spaced points of known location

Definitions

  • Positioning system in a place opaque to the signals of a satellite navigation system.
  • the present invention relates to a terrestrial positioning system enabling a user to know his position and his orientation in a place opaque to the signals emitted by known satellite navigation systems. It is known that satellite navigation systems generally allow a terrestrial user to determine his position and, possibly, his altitude.
  • the present invention aims to overcome this disadvantage.
  • the system for the terrestrial positioning of a user in a place where the signals emitted by the satellite navigation systems can not be received is remarkable in that it comprises:
  • each beacon arranged around said place, outside of said place, and able to emit radio signals comprising information on their respective terrestrial positions, the transmission wavelength of each beacon being at less decametric;
  • At least one equipment associated with said user comprising at least: reception means able to receive said radioelectric signals emitted by said beacons, calculating means capable of calculating, from said radio-electric signals emitted by said beacons, the land position and orientation of said equipment, and indicating means able to inform said user of the land position and orientation of said equipment; equipment thus calculated.
  • the present invention is based on the observation that the cause of the opacity of said locations to the signals emitted by the satellite navigation systems lies in the small wavelength (of the order of 20 cm) of said signals. On the contrary, according to the invention, it implements significant wavelengths, at least HF and, preferably, MF and even Telec, able to transmit the beacon position information inside said opaque locations. microwave signals from satellite navigation systems.
  • the calculation means are able, by known calculation methods, to determine the position and the orientation of said equipment (that is to say of said user) relative to said beacons and, by following, the land position and orientation of that equipment.
  • the emission wavelengths of said beacons may be different from each other, each wavelength being specific to a beacon.
  • said receiving means can identify each beacon by its own transmission frequency and said beacons can transmit simultaneously.
  • said transmission wavelengths of said beacons may be identical, said radio signals emitted by said beacons then comprise identification codes specific to each of them and identifiable by said reception means.
  • said beacons must emit alternately.
  • said beacons may comprise input means, such as for example a keyboard, so that an operator can communicate said information to them on their positions. This information can be recorded by said operator using a geographical map or indications given by a satellite navigation system.
  • said beacons may comprise means for receiving and processing signals transmitted by a satellite navigation system.
  • each beacon comprises receiving and processing means able to listen to the electrical signals emitted by the other beacons.
  • the operation of the system according to the invention is done from a master beacon, installed first, the triggering of the other beacons taking place in cascade as and when they are installed .
  • the user can know his position and his orientation before the end of the deployment of all the beacons of the system.
  • said means for receiving said equipment associated with the user comprise at least three loop-type antennas whose planes are not coplanar. Preferably, these planes are two to two orthogonal.
  • the user of the system according to the invention can be of any kind, for example it can be a robot or a human being.
  • said antennas are arranged on a headset, able to be worn by the head of said user.
  • a portable housing by said user.
  • Such a housing can be sealed to allow use in water or in the presence of an aggressive medium.
  • said indicating means it is advantageous for said indicating means to be able to represent the position and orientation of said user, human or not, on a map, a map of said place or any other similar geographical reference. It will be noted that the system according to the invention has the advantage of requiring no equipment, other than that associated with the user, within said location. Its implementation can therefore be particularly discreet.
  • Figure 1 is a schematic plan view showing a plurality of beacons arranged around a place opaque to the signals of the satellite navigation systems.
  • FIG. 2 shows the block diagram of an exemplary beacon implemented by the invention.
  • Figures 3 and 4 are views, respectively from the side and from above, of a helmet equipped with loop type receiving antennas.
  • FIG. 5 shows the block diagram of an example of equipment associated with said user and adapted to the helmet of FIGS. 3 and 4.
  • Figures 6 and 7 are views respectively similar to Figures 3 and 4, a helmet variant used by the present invention. '
  • FIG. 1 there is shown a user 1 (for example a human operator) located in a place 2 (for example a building, a forest, an underground structure, etc.) inside which the signals emitted by a satellite navigation system can not be received.
  • a place 2 for example a building, a forest, an underground structure, etc.
  • a plurality of beacons 3 designated respectively by the references 3.1, 3.2, 3.3, ..., 3.n (n being an integer at least equal to 3), able to emit on a carrier of wavelength at least decametric, but preferably hectometric or kilometer.
  • each tag 3.1, 3.2,..., 3.n comprises:
  • a transmitter 4 capable of transmitting on such a wavelength and provided with a transmitting antenna 5, of the magnetic loop type, of axis x-x;
  • Such means 6 may comprise equipment 6A receiving position signals 7 of a satellite navigation system and / or a keyboard 6B (or any other similar means) capable of manually entering position information, for example recorded on a map ; a receiver 8 enabling each beacon 3.1, 3.2, ... to listen to the transmissions of the other beacons, thanks to a receiving antenna 9, also of the magnetic loop type; and
  • each beacon can, thanks to its transmitter 4 and its antenna 5, send to the user 1 located in said location 2, a radio signal 11 constituted by a decametric, hectometric or Telec carrier modulated by the information of its own position.
  • each beacon 3.1, 3.2, ... receives the radio signal emitted by the other beacons: in FIG. 2, the signal thus received by a beacon is symbolized by the arrow 12.
  • the carriers of the different tags 3.1, 3.2, ..., 3.n can have different frequencies, to identify them. However, for the purpose of simplification, all tags preferably use the same carrier frequency. It is then essential that the transmitter 4 of each beacon incorporates the radio signal 1 1 it emits an identification code of the corresponding beacon.
  • each transmitter 4 can incorporate further information in its radio signal 11.
  • the processors 1 0 of each of them control the corresponding transmitter 4 so that, at each moment, only one of said tags emits its signal radio 1 1.
  • an advantageous sequencing mode allowing a gradual deployment of the n tags 3.1, 3.2, 3.3 ... around the zone 2, while ensuring a service to the user 1 during this deployment, is the following (considering by example that n is equal to 7 and that a sequencing cycle is divided into n + 1 ⁇ 8 phases):
  • the first beacon 3.1 installed around zone 2, serves as master to initialize the sequence: it transmits its radio signal 11 for one-eighth of the time, repeats it to occupy the 7 eighths of the following time and listens during the last eighth of the time;
  • the second beacon 3.2 to be installed listens to the first beacon 3.1 (radio signal 1 2), deduces that its code is 2 and transmits its signal 1 1 during the silence of said first beacon 3.1: the latter having heard the second beacon 3.2 delays its transmission recovery by one-eighth cycle and also reduces its transmission time by one-eighth cycle;
  • the third tag 3.3 to be installed listens to the first tag 3.1, then the second tag 3.2, and deduces that its code is 3; she emits her radio signal 1 1, immediately after the transmission of the signal 1 1 of the second beacon 3.2;
  • the first beacon 3.1 which listens to the beacons 3.2 and 3.3, delays its resumption of transmission by one eighth cycle and, in addition, reduces its transmission duration by also one eighth of a cycle;
  • the user 1 is equipped with reception means 20 able to receive the radio signals 11 emitted by the beacons 3.1 to 3.n, means 21 for processing said signals.
  • receivers comprising calculation means 22 able to calculate, from said signals, the land position and orientation of said equipment, and indicating means 23 able to inform said user of the land position and orientation of said equipment.
  • the means 20 to 23 are made so as to be easily carried by said user 1.
  • the means 21, 22 and 23 are incorporated in a portable box B, while, as represented by FIG. 3, the reception means 20 allowing directional reception of the radio signals 11 emitted by the beacons 3.1 to 3. n have three antennas 24, 25 and 26 incorporated in a helmet 27 adapted to be worn by the head of the user 1.
  • the antennas 24, 25 and 26 are of the loop type and they are arranged so that their respective axes X, Y and Z form a three-dimensional orthogonal axis system serving as a geometric reference for the user 1, that is to say to say that the planes of said antennas are two to two orthogonal.
  • the processing means 21 comprise, for each antenna 24, 25, 26 (see FIG. 4), a band-pass filter 28, an amplifier 29 and a sampler 30, carrying out the filtering, the amplification and the sampling. simultaneous transmission of the signals received from the three antennas 24, 25 and 26.
  • the processing means 21 further comprise an analog-digital converter 31 receiving the signals from the three samplers 30 and addressing them to the calculation means 22. These control the three samplers 30 and, as needed, adjust the gain of the three amplifiers 29.
  • the calculation means 22 calculate, for each tag 3.1 to 3.n (by known mathematical methods):
  • the computing means 22 calculate the apparent angles between said beacons, then (by the known method of the able arcs) the position and the orientation of the user 1 with respect to the beacons 3.1 to 3.4. Since the terrestrial positions of the latter are known (by the means 6), the calculation means 22 derive from them the position and the earth orientation of said user 1. These are transmitted to the indication means 23, which may include a system for displaying this position and this orientation on a map or a plan of said place 2.
  • FIGS 6 and 7 there is shown a helmet 40, similar to the helmet 27, provided with four loop antennas 41 to 44 arranged in a tetrahedron.
  • the previous calculations must take into account the angles between said antennas to deduce the directions of the tags in the geometric reference of the user.
  • Such an embodiment with four antennas has the advantage that, whatever the direction of the beacons, it is safe to have at least three non-zero signals, which allows an excellent resolution of the equations, even in the presence of noise electric.
  • the present invention is not limited to determining the position and orientation of a single user 1: on the contrary, what has been explained above can be applied to a plurality of users 1 lying in the place 2.
  • one of the advantages of the present invention resides in the fact that it does not require any preinstalled equipment inside the locus 2, so that its implementation can be particularly discrete.
  • possibly some users may themselves be equipped with a transmitter also working at low frequency to transmit their calculated position from the external tags, thus acting as a complementary tag and thereby allowing other users 1 to include this information in the calculation of their own positioning.
  • these complementary beacons can be listened from outside to know the position of the complementary beacon carriers.

Landscapes

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Abstract

Système de positionnement dans un lieu opaque aux signaux d'un système de navigation par satellites. Selon l'invention, ledit système comporte : au moins trois balises de position (3) disposées autour dudit lieu (2) et émettant en grandes ondes, et un équipement associé à l'utilisateur (1) et comportant des moyens de réception, de traitement et d'affichage des informations émises par lesdites balises (3).

Description

Système de positionnement dans un lieu opaque aux signaux d'un système de navigation par satellites.
La présente invention a pour objet un système de positionnement terrestre permettant à un utilisateur de connaître sa position et son orientation dans un lieu opaque aux signaux émis par les systèmes connus de navigation par satellites. On sait que les systèmes de navigation par satellites permettent généralement à un utilisateur terrestre de déterminer sa position et, éventuellement, son altitude.
Toutefois, lorsque l'utilisateur se trouve dans certains lieux, tels que souterrains, tunnels, bâtiments, forêts denses, etc ..., il peut se faire que les signaux émis par lesdits systèmes de navigation par satellites ne puissent atteindre ledit utilisateur, qui, de ce fait, ne peut connaître ni sa position, ni son orientation.
La présente invention a pour objet de remédier à cet inconvénient.
A cette fin, selon l'invention, le système pour le positionnement terrestre d'un utilisateur dans un lieu dans lequel les signaux émis par les systèmes de navigation par satellites ne peuvent être reçus, est remarquable en ce qu'il comporte :
- au moins trois balises, disposées autour dudit lieu, à l'extérieur de celui- ci, et aptes à émettre des signaux radioélectriques comportant des in- formations sur leurs positions terrestres respectives, la longueur d'onde de transmission de chaque balise étant au moins décamétrique ; et
- au moins un équipement associé audit utilisateur et comportant au moins : des moyens de réception aptes à recevoir lesdits signaux radioélectriques émis par lesdites balises, des moyens de calcul aptes à calculer, à partir desdits signaux ra- dioélectriques émis par lesdites balises, la position et l'orientation terrestres dudit équipement, et des moyens d'indication aptes à faire connaître audit utilisateur la position et l'orientation terrestres dudit équipement ainsi calculées.
La présente invention est basée sur l'observation que la cause de l'opacité desdits lieux aux signaux émis par les systèmes de navigation par satellites réside dans la faible longueur d'onde (de l'ordre de 20 cm) desdits signaux. Au contraire, selon l'invention, on met en œuvre des lon- gueurs d'onde importantes, au moins décamétriques et, de préférence, hectométriques et même kilométriques, aptes à transmettre les informations de positions des balises à l'intérieur desdits lieux opaques aux micro ondes des signaux des systèmes de navigation par satellites.
A partir des informations reçues desdites balises, les moyens de calcul sont aptes, par des méthodes de calcul connues, à déterminer la position et l'orientation dudit équipement (c'est-à-dire dudit utilisateur) par rapport auxdites balises et, par suite, la position et l'orientation terrestres dudit équipement.
Les longueurs d'ondes d'émission desdites balises peuvent être différentes les unes des autres, chaque longueur d'onde étant spécifique à une balise. Dans ce cas, lesdits moyens de réception peuvent identifier chaque balise par sa fréquence d'émission propre et lesdites balises peuvent émettre simultanément.
Au contraire, lesdites longueurs d'ondes d'émission desdites bali- ses peuvent être identiques, lesdits signaux radioélectriques émis par lesdites balises comportant alors des codes d'identification spécifiques à chacune d'elles et identifiables par lesdits moyens de réception. Dans ce cas, lesdites balises doivent émettre alternativement. Par ailleurs, lesdites balises peuvent comporter des moyens d'entrée, tels que par exemple un clavier, pour qu'un opérateur puisse leur communiquer lesdites informations sur leurs positions. Ces informations peuvent être relevées par ledit opérateur à l'aide d'une carte géographique ou d'indications données par un système de navigation par satellites.
En variante, pour connaître leur positionnement et pouvoir engendrer lesdits signaux radioélectriques comportant des informations de position, lesdites balises peuvent comporter des moyens de réception et de traitement des signaux émis par un système de navigation par satellites. De préférence, chaque balise comporte des moyens de réception et de traitement aptes à écouter les signaux électriques émis par les autres balises. Dans ce cas, il est avantageux que la mise en fonctionnement du système selon l'invention se fasse à partir d'une balise-maître, installée en premier, le déclenchement des autres balises ayant lieu en cascade au fur et à mesure de leur installation. Ainsi, l'utilisateur peut connaître sa position et son orientation avant la fin du déploiement de toutes les balises du système.
Par ailleurs, lesdits moyens de réception dudit équipement associé à l'utilisateur comportent au moins trois antennes, du type boucle, dont les plans ne sont pas coplanaires. De préférence, ces plans sont deux à deux orthogonaux.
L'utilisateur du système selon l'invention peut être de toute nature, par exemple il peut être un robot ou un être humain. Dans ce deuxième cas, il est avantageux que lesdites antennes soient disposées sur un casque, apte à être porté par la tête dudit utilisateur.
De plus, avantageusement, la totalité dudit équipement est enfermé dans un boîtier portable par ledit utilisateur. Un tel boîtier peut être étanche afin de permettre une utilisation dans l'eau ou en présence d'un milieu agressif. II est avantageux que lesdits moyens d'indication soient aptes à représenter la position et l'orientation dudit utilisateur, humain ou non, sur une carte, un plan dudit lieu ou toute autre référence géographique analogue. On remarquera que le système selon l'invention présente l'avantage de ne nécessiter aucun équipement, autre que celui associé à l'utilisateur, à l'intérieur dudit lieu. Sa mise en oeuvre peut donc être particulièrement discrète.
Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables.
La figure 1 est une vue en plan schématique montrant une pluralité de balises disposées autour d'un lieu opaque aux signaux des systèmes de navigation par satellites. La figure 2 montre le schéma synoptique d'un exemple de balise mis en œuvre par l'invention.
Les figures 3 et 4 sont des vues, respectivement de côté et du dessus, d'un casque équipé d'antennes de réception du type boucle.
La figure 5 montre le schéma synoptique d'un exemple d'équipe- ment associé audit utilisateur et adapté au casque des figures 3 et 4.
Les figures 6 et 7 sont des vues, respectivement semblables aux figures 3 et 4, d'une variante de casque utilisable par la présente invention. '
Sur la figure 1 , on a représenté un utilisateur 1 (par exemple un opérateur humain) se trouvant dans un lieu 2 (par exemple un bâtiment, une forêt, un ouvrage souterrain, etc ...) à l'intérieur duquel les signaux émis par un système de navigation par satellites ne peuvent être reçus. Autour dudit lieu 2, à l'extérieur de celui-ci, sont disposées une pluralité de balises 3, désignées respectivement par les références 3.1 , 3.2, 3.3, ..., 3.n (n étant un nombre entier au moins égal à 3), aptes à émettre sur une porteuse de longueur d'onde au moins décamétrique, mais de préférence hectométrique ou kilométrique.
Dans l'exemple de réalisation 3 de la figure 2, chaque balise 3.1 , 3.2, ..., 3.n comporte :
- un émetteur 4 apte à émettre sur une telle longueur d'onde et pourvu d'une antenne émettrice 5, du type boucle magnétique, d'axe x-x ;
- des moyens 6 permettant d'entrer dans ledit émetteur 4 des informations sur la position terrestre de la balise 3.1 , 3.2, ..., 3.n corres- pondante. De tels moyens 6 peuvent comprendre un équipement 6A recevant des signaux de position 7 d'un système de navigation par satellites et/ou un clavier 6B (ou tout autre moyen analogue) apte à entrer manuellement des informations de position, par exemple relevées sur une carte ; - un récepteur 8 permettant à chaque balise 3.1 , 3.2, ... d'écouter les émissions des autres balises, grâce à une antenne réceptrice 9, également du type boucle magnétique ; et
- un processeur 10, recevant les signaux reçus par le récepteur 8 et pilotant l'émetteur 4. Autour du lieu 2, les balises extérieures 3.1 , 3.2, 3.3, ... sont disposées de façon que l'axe x-x de l'antenne 2 de chacune d'elles soit pointé vers ledit lieu 2. Ainsi, chaque balise peut, grâce à son émetteur 4 et à son antenne 5, adresser à l'utilisateur 1 se trouvant dans ledit lieu 2, un signal radioélectrique 1 1 constitué par une porteuse décamétrique, hectométrique ou kilométrique modulée par les informations de sa propre position. Par ailleurs, par son antenne 9, chaque balise 3.1 , 3.2, ... reçoit le signal radioélectrique émis par les autres balises : sur la figure 2, le signal ainsi reçu par une balise est symbolisé par la flèche 12. Les porteuses des différentes balises 3.1 , 3.2, ..., 3.n peuvent présenter des fréquences différentes, permettant de les identifier. Cependant, à des fins de simplification, toutes les balises utilisent de préférence la même fréquence de porteuse. Il est alors indispensable que l'émetteur 4 de chaque balise incorpore au signal radioélectrique 1 1 qu'il émet un code d'identification de la balise correspondante.
Bien entendu, chaque émetteur 4 peut incorporer encore d'autres informations dans son signal radioélectrique 1 1 .
Dans le cas où les balises 3.1 , 3.2, ... transmettent toutes à la même fréquence, les processeurs 1 0 de chacune d'elles commandent l'émetteur 4 correspondant de façon que, à chaque instant, une seule desdites balises émette son signal radioélectrique 1 1 . Par exemple, un mode de séquencement avantageux permettant un déploiement progressif des n balises 3.1 , 3.2, 3.3 ... autour de la zone 2, tout en assurant un service à l'utilisateur 1 pendant ce déploiement, est le suivant (en considérant par exemple que n est égal à 7 et qu'un cycle de séquencement est divisé en n + 1 ≈ 8 phases) :
- la première balise 3.1 , installée autour de la zone 2 sert de maître pour initialiser la séquence : elle transmet son signal radioélectrique 1 1 pen- dant un huitième du temps, le répète pour occuper les 7 huitièmes du temps suivant et écoute pendant le dernier huitième du temps ;
- la deuxième balise 3.2 à être installée écoute la première balise 3.1 (signal radioélectrique 1 2), en déduit que son code est 2 et transmet son signal 1 1 pendant le silence de ladite première balise 3.1 : celle-ci ayant entendu la deuxième balise 3.2 retarde sa reprise de transmission de 1 huitième de cycle et réduit également sa durée de transmission de 1 huitième de cycle ;
- la troisième balise 3.3 à être installée écoute la première balise 3.1 , puis la deuxième balise 3.2, et en déduit que son code est 3 ; elle émet son signal radioélectrique 1 1 , immédiatement après l'émission du signal 1 1 de la deuxième balise 3.2 ;
- la première balise 3.1 , qui a écouté les balises 3.2 et 3.3 retarde sa reprise de transmission de 1 huitième de cycle et, de plus, réduit sa durée de transmission également de 1 huitième de cycle ;
- etc ... la séquence d'initialisation de chaque balise suivante 3.4 à 3.n se répétant jusqu'à l'installation de la dernière balise 3.n.
Par ailleurs, comme représenté sur les figures 3, 4 et 5, l'utilisateur 1 est équipé de moyens de réception 20 aptes à recevoir les signaux radioélectriques 1 1 émis par les balises 3.1 à 3.n, de moyens 21 de traitement desdits signaux reçus comportant des moyens de calcul 22 aptes à calculer, à partir desdits signaux, la position et l'orientation terrestres dudit équipement, et de moyens d'indication 23 aptes à faire connaître audit utilisateur la position et l'orientation terrestres dudit équipement. De préférence, les moyens 20 à 23 sont réalisés de façon à être aisément portés par ledit utilisateur 1 . Par exemple, les moyens 21 , 22 et 23 sont incorporés dans un boîtier portable B, tandis que, comme représenté par la figure 3, les moyens de réception 20 permettant une réception directionnelle des signaux radioélectriques 1 1 émis par les balises 3.1 à 3.n comportent trois antennes 24, 25 et 26 incorporées dans un casque 27 apte à être porté par la tête de l'utilisateur 1 .
Les antennes 24, 25 et 26 sont du type boucle et elles sont disposées de façon que leurs axes X, Y et Z respectifs forment un système d'axes orthogonaux tridimensionnel servant de référentiel géométrique pour l'utilisateur 1 , c'est-à-dire que les plans desdites antennes sont deux à deux orthogonaux.
Les moyens de traitement 21 comportent, pour chaque antenne 24, 25, 26 (voir la figure 4), un filtre passe-bande 28, un amplificateur 29 et un échantillonneur 30, réalisant le filtrage, l'amplification et l'échantil- lonnage simultanés des signaux reçus des trois antennes 24, 25 et 26. Les moyens de traitement 21 comportent de plus un convertisseur analogique-digital 31 recevant les signaux issus des trois échantillonneurs 30 et les adressant aux moyens de calcul 22. Ces derniers pilotent les trois échantillonneurs 30 et, selon le besoin, ajustent le gain des trois amplificateurs 29.
A partir des signaux reçus des antennes 24, 25, 26, par l'intermédiaire des filtres 28, des amplificateurs 29, des échantillonneurs 30 et du convertisseur 31 , les moyens de calcul 22 calculent, pour chaque balise 3.1 à 3.n (par des méthodes mathématiques connues) :
- l'amplitude totale du signal reçu de ladite balise par les trois antennes ; et
- les trois cosinus directeurs du signal reçu de ladite balise.
Des résultats de ces calculs, effectués pour chaque balise, les moyens de calcul 22 calculent les angles apparents entre lesdites balises, puis (par la méthode connue des arcs capables) la position et l'orientation de l'utilisateur 1 par rapport aux balises 3.1 à 3.4. Les positions terrestres de ces dernières étant connues (par les moyens 6), les moyens de calcul 22 en déduisent les position et orientation terrestres dudit utilisateur 1 . Ces dernières sont transmises aux moyens d'indication 23, qui peuvent comprendre un système d'affichage de cette position et de cette orientation sur une carte ou un plan dudit lieu 2.
On notera que les calculs précédents se font sur la valeur instantanée des signaux 1 1 et sont donc indépendants de l'instant d'échantil- lonnage de ceux-ci. Cette propriété présente l'avantage de permettre de faire la sommation des signaux digitaux de toutes les voies, somme qui peut être ensuite utilisée comme mesure du signal total reçu et utilisé pour la commande automatique de gain, afin que le convertisseur analogique- digital 31 travaille dans sa zone linéaire. Le même signal somme est aussi traité pour en extraire le message porté par la modulation de chaque balise, ce message comportant la position de la balise, son code d'identification et, éventuellement, des données auxiliaires pour les utilisateurs.
Sur les figures 6 et 7, on a représenté un casque 40, analogue au casque 27, pourvu de quatre antennes boucles 41 à 44 disposées en tétraèdre. Dans ce cas, les calculs précédents doivent prendre en compte les angles entre lesdites antennes pour en déduire les directions des balises dans le référentiel géométrique de l'utilisateur. Un tel mode de réalisation à quatre antennes présente l'avantage que, quelle que soit la direction des balises, on est sûr de disposer d'au moins trois signaux non nuls, ce qui permet une excellente résolution des équations, même en présence de bruit électrique.
On remarquera que la présente invention n'est pas limitée à la détermination de la position et de l'orientation d'un seul utilisateur 1 : au contraire, ce qui a été expliqué ci-dessus peut être appliqué à une pluralité d'utilisateurs 1 se trouvant dans le lieu 2.
On a mentionné ci-dessus que l'un des avantages de la présente invention résidait dans le fait qu'elle n'exige aucun équipement préinstallé à l'intérieur du lieu 2, de sorte que sa mise en œuvre peut être particuliè- rement discrète. Cependant, éventuellement, certains utilisateurs peuvent être eux-mêmes équipés d'un émetteur travaillant également à fréquence basse pour transmettre leur position calculée à partir des balises externes, agissant ainsi comme balise complémentaire et permettant de ce fait aux autres utilisateurs 1 d'inclure cette information dans le calcul de leur pro- pre positionnement. De plus, ces balises complémentaires peuvent être écoutées de l'extérieur pour connaître la position des porteurs de balise complémentaire.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Système pour le positionnement terrestre d'un utilisateur (1 ) dans un lieu (2) dans lequel les signaux (7) émis par les systèmes de navigation par satellites ne peuvent être reçus, ledit système comportant : - au moins trois balises (3), disposées autour dudit lieu (2), à l'extérieur de celui-ci, et aptes à émettre des signaux radioélectriques (1 1 ), la longueur d'onde de transmission de chaque balise (3) étant au moins dé- camétrique ; et
- au moins un équipement (20 à 30) associé audit utilisateur (1 ) et comportant au moins des moyens de réception (20, 24 à 30) aptes à recevoir lesdits signaux radioélectriques (1 1 ) émis par lesdites balises (3) et des moyens de calcul (22), caractérisé en ce que :
- lesdites balises (3) sont aptes à émettre des signaux radioélectriques (1 1 ) qui comportent des informations sur leurs positions terrestres respectives ;
- lesdits moyens de calcul (22) sorit aptes à calculer :
. à partir des signaux radioélectriques (1 1 ) reçus desdites balises (3), la position et l'orientation dudit équipement (20 à 30) par rapport auxdites balises (3) ; et
. à partir de cette position et de cette orientation, ainsi que des informations sur les positions terrestres des balises (3), comprises dans lesdits signaux radioélectriques (1 1 ), la position et l'orientation terrestres dudit équipement (20 à 30) ; et - ledit équipement (20 à 23) comporte, de plus, des moyens d'indication (23) aptes à faire connaître audit utilisateur (1 ) la position et l'orientation terrestres dudit équipement ainsi calculées.
2. Système de positionnement selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la longueur d'onde de chaque balise (3) est au moins hectométrique.
3. Système de positionnement selon la revendication 2, caractérisé en ce que la longueur d'onde de chaque balise (3) est kilométrique.
4. Système de positionnement selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les longueurs d'onde desdites balises (3) sont différentes les unes des autres, chaque longueur d'onde étant spécifique à une balise (3).
5. Système de positionnement selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les longueurs d'ondes desdites balises (3) sont identiques et en ce que lesdits signaux radioélectriques (1 1 ) émis par lesdites balises (3) comportent des codes d'identification spécifiques à chacune d'elles.
6. Système de positionnement selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lesdites balises (3) comportent des moyens d'entrée (6B) pour leur communiquer les informations sur leurs positions respectives.
7. Système de positionnement selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdites balises (3) comportent des moyens de réception et de traitement (6A) des signaux (7) émis par un système de navigation par satellites.
8. Système de positionnement selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que chaque balise (3) comporte des moyens de réception et de traitement (8, 9) aptes à écouter lesdits signaux radioélectriques (1 1 ) émis par les autres balises (3).
9. Système de positionnement selon la revendication 8, caractérisé en ce que le déclenchement de l'émission desdites balises se produit en cascade à partir d'une balise-maître installée en premier.
10. Système de positionnement selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que lesdits moyens de réception dudit équipement (20 à 30) associé à l'utilisateur (1 ) comportent au moins trois antennes (24, 25, 26), du type boucle, dont les plans ne sont pas coplanaires.
1 1 . Système de positionnement selon la revendication 10, caractérisé en ce que les plans desdites antennes (24, 25, 26) sont deux à deux orthogonaux.
12. Système de positionnement selon l'une des revendications 10 ou 1 1 , destiné à un utilisateur humain, caractérisé en ce que lesdites antennes sont disposées sur un casque (27) apte à être porté par la tête dudit utilisateur.
13. Système de positionnement selon la revendication 12, caractérisé en ce que la totalité dudit équipement est enfermée dans un boîtier (B) portable par ledit utilisateur.
14. Système de positionnement selon l'une des revendications 1 à 1 3, caractérisé en ce que lesdits moyens d'indication (23) représentent la position et l'orientation dudit utilisateur sur une carte, un plan dudit lieu (2) ou autre référence géographique analogue.
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