Choisir entre deux méthodes de positionnement

Un système RTLS basé sur l'UWB peut effectuer ses mesures selon deux méthodes : le time-of-flight (ToF) ou le time-difference-of-arrival (TDoA). Elles reposent toutes deux sur la mesure du temps nécessaire aux ondes radio, qui se déplacent à la vitesse de la lumière, pour parcourir une certaine distance.

Avec le ToF, c'est le tag qui mesure le temps nécessaire au signal radio pour faire l'aller-retour jusqu'à l'ancre. La distance entre le tag et chaque ancre est calculée et, avec les distances connues d'au moins quatre ancres, la trilatération permet de calculer les coordonnées tridimensionnelles du tag.

Pour le TDoA, le tag émet des paquets et toutes les ancres proches captent ce message sans répondre. Comme les ancres sont situées à des distances différentes, le message ne les atteint pas exactement au même moment. Ces différences de temps de réception permettent un calcul de multilatération qui détermine les coordonnées tridimensionnelles du tag. Le TDoA exige cependant un matériel plus sophistiqué et coûteux - il permet de tracker plus de tags simultanément mais son déploiement est complexe. C'est pourquoi le ToF reste la méthode préférée pour les RTLS devant être robustes avec une précision garantie.

Les techniques d'estimation de la position

Il existe quatre techniques principales pour le calcul et l'estimation de la localisation :

  • Calcul à l'estime - estimation de l'emplacement sur la base du dernier emplacement connu, avec direction et vitesse ou distance parcourue
  • Proximité - position déterminée vis-à-vis de la proximité par rapport à des objets connus
  • Triangulation - utilise la géométrie triangulaire en mesurant des distances (latération) ou des angles (angulation)
  • Analyse de scène - examine et fait correspondre à des valeurs connues des caractéristiques vidéo, d'image ou électromagnétiques

La trilatération mesure la distance, pas les angles

Le système GNSS identifie les positions grâce à la trilatération. Les satellites GPS, dont la position est connue dans l'espace, émettent un signal capté par le récepteur à une heure et une distance précises. Lorsqu'un premier satellite diffuse un signal qui atteint le récepteur, la distance est établie - elle forme un cercle égal dans toutes les directions. Avec un deuxième signal, deux distances de deux satellites sont connues. Avec un troisième satellite, la localisation réelle et précise est révélée à l'intersection des trois cercles. Il faut donc avoir 3 satellites visibles à tout moment pour la trilatération, et au moins 24 satellites en orbite pour couvrir toute la surface terrestre.

La précision de la localisation est affectée par plusieurs facteurs

Certains facteurs tels que la dilution géométrique de la précision (GDOP) et l'atmosphère peuvent affecter la précision du GNSS. La GDOP est un indicateur de positionnement des satellites : plus le volume formé par l'utilisateur et les satellites visibles est important, plus la GDOP sera faible et la précision meilleure. Les erreurs atmosphériques sont les sources d'erreurs les plus fréquentes - les signaux des satellites orbitant à 20 000 km doivent percer l'ionosphère et la troposphère pour atteindre le récepteur.

La mesure par trilatération peut être améliorée

Pour améliorer la précision GNSS, il faut utiliser un récepteur de précision qui exploite plusieurs signaux sur plusieurs fréquences et utilise les corrections GNSS différentielles. Ces corrections optimisent la précision en tirant parti de stations de référence dont la position est connue. La station compare son emplacement mesuré à sa position connue, et la différence est utilisée pour corriger le récepteur mobile. C'est précisément le principe du RTK (Real-Time Kinematic).