Le positionnement en intérieur Comment proposer une vraie continuité de la fonction de localisation? Nel SAMAMA Groupe Navigation INSTITUT Mines-Telecom
Les nouveaux utilisateurs Omniprésence du GPS et de GLONASS?
Il reste cependant des limitations Canyons Urbains Intérieur NLOS LOS Reflected paths
Les systèmes satellitaires Limitations des GNSS Besoin de 4 satellites Mesures de temps de parcours Niveaux de réception très faibles (-130 dbm) Des difficultés vont ainsi apparaître dès qu'il y aura des atténuations du signal (indoor) qu'il y aura des obstacles (bâtiments, indoor) qu'il y aura des réflexions multiples (ville, indoor)
La fonction localisation Quelques détails par «domaines» DOMAINES PRECISION INTERIEUR EXTERIEUR Assistance 100 m Pas Obligatoire Confort < 100 m Pas Obligatoire Utile Déplacements 1 m 100 m Utile Jeux 1 m 100 m Pas Obligatoire Utile Santé 1 m 100 m Important Important Services 1 m 100 m Utile Tourisme 1 m 100 m Utile Utile Transports 1 m 10 m Important Urgences 1 m............
La fonction localisation Quelques détails par «lieux» LIEUX PRECISION INTERIEUR EXTERIEUR Aéroport / Gare 10 m Campagne / Montagne < 100 m Pas Obligatoire Utile Centre Commercial < quelques m Pas Obligatoire Centre de Conférence < quelques m Pas Obligatoire Entrepôt 1 m Utile Mer / Port 1 m 100 m - Musée < quelques m Utile - Hôpitaux < 10 m Utile Utile Parc d attraction 10 m Utile Utile Route 10 m - Rue 10 m - Zone de stockage < 10 m Pas Obligatoire............
Les solutions GNSS Le positionnement en milieux contraints Développements en cours GNSS Récepteurs Haute Sensibilité (HS-GNSS) Récepteurs Aidés (Assisted-GNSS) GPS Satellites GPS Signal BS1 Assistance data Mobile BS2 rover point (start & end) A-GPS server double brick exterior walls GLONASS, BEIDOU et Galileo North (metres) rooms with double brick interior walls Iron roof over ~1.5m entire building Générateurs "locaux" (Pseudolites, Transmetteurs) Hybridation East (metres)
Les contraintes Brève discussion Beaucoup de critères de classement sont possibles: Infrastructure locale requise ou pas GSM/UMTS, HS-GNSS, A-GNSS, WLAN, Inertiel, etc., Réseaux de capteurs, Pseudolites, Répéteurs, etc. Précision de positionnement 100 m : GSM/UMTS, quelques mètres, voire moins : les autres! Technique GNSS ou pas HS-GNSS, A-GNSS, Pseudolites, Répéteurs, GSM/UMTS, Réseaux de capteurs, WLAN, Inertiel, etc. Cas idéaux : 1/ technique GNSS sans infrastructure locale! 2/ pas d infrastructure locale additionnelle! avec une précision métrique.
Les nombreuses solutions De nombreuses solutions ont été proposées Source: Global Positioning, Wiley Techniques Indoors Outdoors Network of sensors 1 cm to few meters Not Suitable* Vision based few cm < 1m QR Code / Bar Code few cm to 1 m few cm to 1 m RF ID < 1 m < 1 m WLAN few m Not Suitable* UWB 10 cm Not Suitable* Cell-Id 500 m to 10 km 100 m to 10 km Radar few cm few cm to few m E-OTD (2G) / TDOA (3G) >> 200 m < 100 m GNSS Not Available few m A-GNSS few m to Not Available few m Pseudolites 10 cm few m Transmitters few dm to few m few m Inertial < 1 m (time dependent) < 1 m (time dependent).........
Les techniques et technologies
Mesures d angles («triangulation») Les principales méthodes Mesures de distances («trilateration») N BS1 A z1 N «Cartographies» S4 S3 3 2 S2 S1 MSC N A z3 BS3 A z2 BS2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0,5 0 3 0,5 6,5 8,5 5 9,5 13 15,5 18 4,5 2,5 5,5 1,5 3,5 6 9 7 5,5 9,5 7 12 16 1 0 0 0 0 3,5 3,5 3,5 8,5 8 9 7,5 17,5 1,5 0 0 0,5 3 4 3,5 6 7,5 2 12,5 6 10 1 0,5 1,5 2,5 3,5 0,5 9 7 1,5 6,5 9,5 11 11 4 6,5 4,5 4,5 0 2,5 4,5 2,5 4,5 9 10,5 5 5,5 6 7 1,5 0,5 4,5 6,5 2 3,5 3 4 9,5 9,5 8,5 6,5 5 1,5 6,5 5,5 0 0,5 1,5 5,5 8 2 4,5 1 2 2 9,5 3 1,5 3 3,5 2,5 4 3,5 5,5 10 6 0 0 0 0 0 1,5 4,5 0,5 2 1,5 4,5 6 0 0 0,5 0 0 0 1,5 2 2,5 2,5 3,5 0,5 0 0 0 0 0 0 0 2 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 4 1 ( xr, yr, zr )
Les technologies Réclamant une forte infrastructure spécifique Active Badge, Bat System, Smart Floor,... Fondées sur l analyse d images Easy Living, SLAM,... Utilisant les réseaux locaux de communication Wi-Fi (802.11), BlueTooth, RADAR, UWB,... Mettant à profit l infrastructure des réseaux mobiles Cell-ID, E-OTD, AOA, E-TDOA,... Basées sur des techniques satellitaires A-GPS, HS-GPS, Pseudolites, Répéteurs, Venant en complément pour la navigation Gyroscopes, Accéléromètres, Odomètres, Altimètres,
Approche Capteurs Description technique Technologie Mode de localisation Suivi Environnement Type de localisation Ultra-Sons Infrastructure Continu Intérieur Relative Performances Précision quelques cm Rayon d action 10 m 2
Approches Vision Description technique Technologies Mode de localisation Suivi Environnement Type de localisation Performances Précision Rayon d action caméra Camera Mobile/Réseau Continu Ext/Int Absolu/relatif qq cm à 1 m visibilité Approche SLAM http://www-list.cea.fr/fr/vision-et-multimedia/303-3d-&%3b-mobilite
Approche WiFi PA1 PA2 Mobile PA3 Description technique Technologie Mode de localisation Suivi Environnement Type de localisation RF à 2,4 GHz Réseau Continu Intérieur Absolue Réseau IEEE 802.11 RADAR : signature électromagnétique Pinpoint s 3D-iD : temps de propagation Performances Précision Rayon d action quelques m réseau local
Approche Réseaux mobiles Cell-Id BS Description technique Technologie Mode de localisation Suivi Environnements Type de localisation Performances Précision Rayon d action RF à 0,9 et 2GHz Réseau Quasi-Continu Intérieur-Extérieur Symbolique taille de la cellule 100 m à 30 km
Approche RFID Description technique Technologie Mode de localisation Suivi Environnements Type de localisation RF Infrastructure Ponctuel Intérieur-Extérieur Symbolique Performances Précision Rayon d action < 1 m < 1 m
Approche Radar et tags actifs Principe du système de localisation en coordonnées polaires en 2D Duplexeur 6-7GHz 7.5-8.5 GHz BPF: filtre passe bande LPF: filtre passe bas
Approche UWB Description technique Technologie Mode de localisation Suivi Environnement Type de localisation RF Infrastructure Continu Intérieur Absolue Performances Précision Rayon d action quelques cm quelques m
Approche GNSS S4 4 S3 3 2 S2 1 S1 Description technique Technologie Mode de localisation Suivi Environnement Type de localisation RF Mobile Continu Extérieur Absolue ( xr, yr, zr ) i di c tu i 1 4 2 2 2 d x x y y z z i Si r Si r Si r c t u Performances Précision Rayon d action quelques m global
Approches A-GNSS Mobile Signal GPS Satellites GPS BS1 Infos assistance BS2 MSC Serveur A-GPS Description technique Technologie Mode de localisation Suivi Environnement Type de localisation Performances Précision Rayon d action GNSS et RF Réseau/Mobile Quasi-Continu Intérieur-Extérieur Absolue quelques 10 à 100 m réseau
Approches GNSS Indoor Les Pseudolites Description technique Technologie Mode de localisation Suivi Environnement Type de localisation GNSS/Pulsé Mobile Continu Intérieur-«Extérieur» «Absolue» Performances Précision Rayon d action «quelques cm» local
Approches inertielles Altimètre PNS Boussole Accéléromètres
Approches Hybrides Combinaison des techniques : TDOA et RSS TDOA et AOA A-FLT et A-GPS N E-OTD et A-GPS... d BS Az Mobile
Alors que penser de la continuité du positionnement?
Quelles solutions de réelle continuité? Les vraies contraintes Pour un déploiement à grande échelle pour le grand public pas d infrastructure spécifique (ou alors très légère) pas de problèmes dus à l environnement Sensibilité aux obstacles, propagation, une précision typiquement métrique une «certaine» fiabilité du positionnement des technologies matures (et standardisées) des technologies peu coûteuses à intégrer et à opérer Côté terminal principalement
Quelles solutions de réelle continuité? Les solutions Pour un déploiement à grande échelle pour le grand public Pas vraiment de solution qui satisfasse l ensemble des critères Un réel besoin clairement exprimé maintenant De très nombreuses pistes technologiques explorées Il semble manquer l analyse d un «socle» commun pour que les technologues s organisent pour trouver une réponse valable pour un ensemble d applications et de services minimal
Notre proposition de continuité globale CEA-LIST/LISA & IMT/Groupe Navigation Les techniques retenues pour l extérieur GNSS Inertiel Les techniques retenues pour l intérieur GNSS Indoor Inertiel Signal Generator cable 12 d2 23 34 d 3 d 4 Les grandes lignes PRI k PR j + cable + uw + d k d 1 Receiver Couvrir le large éventail des environnements indoor En combinant radio (larges espaces) et inertiel (milieux plus confinés) Ce qui permet un calibrage régulier de l inertiel en indoor Continuité globale entre extérieur (GNSS+Inertiel) et intérieur (GNSS+Inertiel)! Complément des systèmes actuels également pour l extérieur!!
Télécoms ambiantes Le positionnement n est plus obtenu par des systèmes dédiés