UN CAPTEUR DE MOUVEMENT LIE EN MOUVEMENT

L'invention porte sur un procédé de détermination de l'orientation de la trajectoire suivie par un piéton, associée à un repère trajectoire, par rapport à un repère de référence, le piéton étant muni d'un boîtier capteur comprenant un ensemble capteur comprenant au moins un capteur de mouvement.

Un procédé de détermination de l'orientation de la trajectoire suivie par un piéton, associée à un repère trajectoire, par rapport à un repère de référence, au moyen d'un ensemble capteur comprenant au moins un capteur de mouvement, dont le piéton est muni, peut être utile dans diverses applications telle la navigation piéton, qu'elle soit en intérieur ou en extérieur, pour laquelle il est nécessaire de localiser le piéton et/ou déterminer sa trajectoire. Le piéton peut pratiquer une activité de marche ou de course. Plusieurs techniques sont connues pour localiser un piéton de manière absolue sur un plan. On peut par exemple se reporter à l'article de Robert Harle, "A Survey of Indoor Inertial Positioning Systems for Pedestrians" publié sous la référence IEEE COMMUNICATIONS SURVEYS & TUTORIALS, VOL. 15, NO. 3, THIRD QUARTER 2013 1281 .

Les techniques les plus communément utilisées en navigation sont les techniques GNSS (pour acronyme de "Global Navigation Satellite System" en langue anglaise). Dans les cas optimaux, ces techniques permettent d'atteindre des précisions de quelques mètres. Le porteur du récepteur GNNS est localisé de façon absolue, à chaque instant. Ces techniques sont cependant dépendantes de la capacité du porteur à recevoir les signaux des satellites. En milieu intérieur ou "Indoor" en langue anglaise, ou dans des environnements urbains où plusieurs satellites peuvent être cachés (effet dit de "urban canyon" en langue anglaise), les techniques GNSS peuvent s'avérer inopérantes ou défectueuses. Par ailleurs, elles présentent un bilan de consommation électrique peu avantageux.

L'usage des signaux radio (GSM, WIFI, ...) émis et reçus par un téléphone mobile peuvent également être exploités, y compris en indoor pour localiser des piétons de manière absolue par rapport aux points d'accès radio mais ils génèrent des positions peu précises ou bruitées (au mieux 100 mètres pour le signal radio GSM, des erreurs de plusieurs dizaines de mètres sont possibles pour le WIFI, avec notamment des sauts de position d'un instant à l'autre), elles sont dépendantes de l'équipement du lieu, et présentent un bilan de consommation défavorable.

L'usage d'un ensemble capteur dont est muni le piéton, comprenant au moins un capteur de mouvement, permet de pallier ces défauts, en remplaçant ou en complémentant les faiblesses des méthodes classiquement utilisées, en fournissant une trajectoire relative, fondée sur les estimations de vitesse et de cap instantanées. La trajectoire est alors calculée de proche en proche par accumulation de déplacements élémentaires (ces techniques sont connues sous le nom de "dead reckoning" en langue anglaise" ou de "navigation à l'estime"). Les applications peuvent aller du domaine grand public aux domaines de la sécurité civile ou de défense, dans toutes les situations notamment ou d'autres systèmes de localisation sont absent ou déficients. Le "dead reckoning" s'avère très complémentaire des solutions de localisation absolue. Ces dernièress fournissent des positions absolues bruitées, alors que le "dead reckoning" fournit un déplacement relatif.

Le problème de localisation en intérieur de personnes est, depuis plusieurs années, un sujet de recherche très actif tant les potentiels applicatifs sont nombreux. Parmi les technologies les plus prometteuses (localisation par technique radio Ultra Large Band (ULB), localisation par technique Wifi, ou localisation par technique de Vision par exemple), l'approche par mesure inertielle présente une attractivité importante pour des applications grand public car les moyens de mesure primaire (un ensemble capteur comprenant au moins un capteur de mouvement) sont d'ores et déjà disponibles auprès des utilisateurs au travers des téléphones portables et tablettes PC. D'autres dispositifs accessoires apparaissent sur le marché, également équipés de ces moyens de mesure du mouvement, comme des lunettes interactives ou des montres portées au poignet. L'approche de localisation par mesure du mouvement de la présente demande ne repose en effet que sur des capteurs de mouvement portés par l'utilisateur, et est donc indépendante de toute infrastructure. Les dispositifs grand public tels les téléphones portables ou autres tablettes, lunettes interactives, montres, ou autres accessoires incorporent d'ores et déjà les capteurs de base, à savoir accéléromètre (A), gyromètre (G), magnétomètre (M) et capteur de pression (P), et il est alors possible, sans recours à des cartographies spécifiques préalables et/ou des équipements du lieu d'exercice de la localisation (dont sont dépendantes les autres méthodes citées), de fournir les informations de déplacements au cours du temps et ainsi de tracer la trajectoire du piéton.

La technique couramment employée pour la localisation intérieure d'un piéton à l'aide de capteurs inertiels (dans lesquels on inclut souvent, en plus des capteurs gyrométriques (G) et accélérométrique (A) et par abus de langage le magnétomètre (M)) consiste à appliquer une méthode dite de "dead reckoning" en langue anglaise ou "navigation à l'estime", laquelle estime la position courante dans un repère de référence (généralement lié à un repère terrestre, souvent confondu avec lui, au sens Nord, Est, Vertical) à partir de la position précédente, à laquelle on ajoute un incrément de déplacement. Pour un cas très classique d'un déplacement sur un plan en deux dimensions (exemple d'un navire se déplaçant à la surface de la mer, ou d'un véhicule se déplaçant à la surface de la terre, ou d'un piéton se déplaçant sur une surface horizontale), l'incrément de déplacement est défini par un vecteur à deux dimensions, dont la norme est égale à la vitesse de déplacement multiplié par l'incrément temporel depuis l'instant de la position précédente, et l'angle est calculé par le cap du mobile qui se déplace.

Pour un bateau (on parle alors souvent de "navigation à l'estime"), il est possible d'estimer la vitesse de déplacement par exemple à partir d'instruments mesurant la vitesse relative du bateau par rapport à l'eau. Un tel instrument peut être constitué par exemple par une ancre flottante, qui s'immobilise par rapport à l'eau, et à laquelle on aura accroché un filin. L'ancre flottante est jetée dans l'eau par un opérateur, et l'opérateur compte alors la longueur de filin qui se déroule par unité de temps, afin de déduire la vitesse du bateau par rapport à l'eau. La longueur de filin déroulée peut être repérée grâce à un système de nœuds répartis sur le filin. L'opérateur compte alors le nombre de nœuds par unité de temps (d'où le fait que la vitesse soit exprimée en nœuds). Le cap peut être estimé par une boussole. Pour un véhicule terrestre, il sera possible d'estimer la vitesse à partir du nombre de tour de roues par seconde. Le cap pouvant être estimé par une méthode similaire au cas du navire éventuellement complémentée par l'information de direction donnée par le volant. Dans le cas d'un piéton portant un système de capteurs de mouvement, comme ceux présents dans un smartphone ou autre accessoire porté telles des montres (au poignet) ou les lunettes interactives (portées sur la tête), il est courant d'estimer le module du vecteur vitesse à partir de la mesure de la cadence de marche ou, ce qui est équivalent en comptant les pas effectués, que l'on peut obtenir à partir des signaux captés par des capteurs sensibles aux mouvements que le piéton imprime aux capteurs, et d'une fonction qui transforme ensuite la cadence en vitesse, ou le nombre de pas en distance, selon, par exemple, des modèles liés à la morphologie de la personne. Ces méthodes sont perfectibles mais, par exemple, si l'on dispose d'une calibration de la fonction réalisée à l'aide d'un jeu de test, il est possible d'obtenir des précisions de quelques pourcents. Cependant, dans le cas du piéton, le cap n'est pas facile à estimer, dans la mesure ou, si le système de capteurs permet effectivement de mesurer une orientation (et donc un cap) du système de capteur dans le repère de référence (ou pour fixer les idées du repère terrestre), il n'est pas possible de relier simplement cette orientation au cap suivi par le piéton. En effet, selon la façon dont le piéton porte le capteur, et on constate de multiples possibilités, pouvant en plus varier avec le temps, il apparaît a priori qu'il n'est pas possible d'établir de lien entre le cap de la trajectoire et l'orientation du capteur dans le repère terrestre. Une solution simple peut être de demander à l'utilisateur de porter son capteur, i.e. son terminal mobile ou son accessoire, car le capteur est lié en mouvement ou solidaire en mouvement du terminal mobile, de façon contrainte, par exemple en le pointant dans la direction de la marche, ou en fixant le capteur (i.e. le terminal mobile ou l'accessoire) d'une façon unique et connue sur le corps. On connaît alors le cap de la trajectoire car ce cap peut être déduit de l'orientation du terminal mobile. Cependant, cette méthode, contraignante, est un frein à l'adoption des solutions de localisation par principe de capteurs inertiels, et d'autre part, il n'est pas garanti que l'utilisateur soit capable de tenir la consigne. Par ailleurs, pour des dispositifs qui garantissent une position connue sur le corps, comme des lunettes interactives équipées de capteurs de mouvement placées sur la tête de manière connue, ou un accessoire porté à la ceinture, il faut encore faire face aux situations courantes dans lesquelles l'utilisateur tourne la tête dans un cap qui n'est pas celui de la trajectoire qu'il suit ou que la position de l'accessoire change d'un jour à l'autre ou même au cours d'un même exercice de navigation. En effet, la position de l'accessoire sur la ceinture ne permet pas à elle seule de garantir la relation entre l'orientation de cet accessoire et le cap du piéton. Pour des montres équipées de capteurs de mouvement, la façon dont la montre est portée reste variable d'un individu à l'autre, les mouvements imprimés au bras génèrent des variations temporelles du cap de la montre, et le port peut également varier avec le temps pour un même individu. Le cap de la trajectoire de l'utilisateur ne peut donc être déduit du cap de la montre.

Il apparaît donc un besoin important de proposer des méthodes d'estimation continue de cette orientation inconnue du capteur par rapport à la trajectoire suivie par le piéton. C'est l'objet de cette invention que de proposer un procédé d'estimation de cette orientation.

Ce problème consistant à déterminer le lien entre capteur et trajectoire, appelé par exemple "sensor-to-trajectory" ou "sensor-to-traj" ou "angle misalignment" en langue anglaise, (désalignement en angle) est très complexe. Ce problème complexe est peu étudié dans la littérature. La plupart des systèmes de navigation inertielle pour piétons supposent généralement que l'orientation du capteur par rapport à la trajectoire est connue (c'est le cas par exemple d'un capteur attaché au sternum ou au pied etc.). Cependant un certain nombre d'articles et documents de brevets, traitant du problème ont été identifiés, ci-après.

L'article "Which way am I facing : Inferring horizontal device orientation from an accelerometer signal", de Kunze K., Lukowicz P., Partridge K., et Begole, B., International symposium on wearable computers, 2009, suppose que les accélérations horizontales (p 149, 1 . Introduction, colonne de gauche) se font principalement dans la direction du mouvement.

Le signal est tout d'abord projeté dans le plan horizontal en utilisant les périodes de repos (variance minimale sur chacun des axes) pour calculer la direction verticale : en période de repos, le signal accélérométrique représente uniquement le champ de pesanteur, c'est-à-dire la direction verticale. Cette direction est ensuite utilisée pour projeter le signal accélérométrique dans le plan horizontal.

Une analyse en composantes principale (PCA), c'est-à-dire une décomposition en vecteurs propres et/ou valeurs propres, est ensuite effectuée sur le résultat de la projection afin de retrouver la direction du déplacement.

L'article donne peu d'éléments, mais annonce cinq degrés d'erreur sur un parcours de 30m, ce qui est important. Notons en commentaire de cet art antérieur que le principe selon lequel les accélérations horizontales sont principalement dirigées selon la direction d'avancement n'est pas vérifié car, comme cela est vu par la suite, un piéton en situation de marche ou de course génère également des accélérations perpendiculaires à la direction d'avancement. Selon la démarche de l'utilisateur, on a ainsi une superposition de composantes d'accélération dans la direction de la marche et dans la direction perpendiculaire à la marche. Un autre facteur de variabilité qui n'est pas pris en compte par l'article est la position du capteur. Par ailleurs, la direction verticale identifiée en période de repos n'est plus valide dès qu'un mouvement qui modifie substantiellement l'orientation du boîtier capteur est généré. Il convient ainsi de résoudre le problème d'estimation continue du cap du piéton sur un plan terrestre grâce aux données capteurs, et ce en continu.

L'article "Dead Reckoning from the pocket - An expérimental study"de Ulrich Steinhoff and Bernt Schiele, Pervasive Computing and Communications (PerCom), 2010 IEEE International Conférence on, 29/03/2010, porte sur une étude comparative et expérimentale de différentes approches pour l'estimation de la direction de déplacement, uniquement pour des capteurs dans la poche, en utilisant une base de données, comprenant 8 personnes et 23 traces. Les principes étudiés pour déterminer la direction de déplacement reposent sur deux principes :

- une approche rotationnelle : l'idée est que le capteur "tourne" autour d'un axe qui est orthogonal à la direction de déplacement, approche plutôt ciblée sur un capteur dans la poche du pantalon (l'axe de rotation est celui du fémur ou du bassin). Notons qu'ici, l'auteur recherche les axes de rotation du capteur plutôt que des directions d'accélération. Il propose une approche totalement différente de l'article précédent et cela souligne le manque de solution universelle pour le problème du piéton, qui porte un système de capteur de mouvement dont la position est inconnue par rapport au corps.

L'article souligne le manque de robustesse de l'approche qui est une approche par décomposition en valeurs propres : PCA ("principal component analysis" en langue anglaise) en 2D ou 3D, filtrée ou non-filtrée. L'idée est ici que les accélérations propres se font dans la direction de déplacement, les différentes méthodes étudiées diffèrent simplement dans la mise en œuvre de ce principe. L'approche 3D cherche les 3 composantes principales du signal capteur, puis retient la 3ème (c'est- à-dire celle associée à la plus petite des valeurs propres) comme étant celle qui indique le mouvement. Les approches à deux dimensions ou 2D (PCA2D et PCA2Df) projettent tout d'abord le signal dans le plan horizontal, puis effectuent une décomposition en vecteurs propres. Ici, c'est le vecteur propre le plus important (celui associé à la plus grande valeur propre) qui supposé indiquer la direction de la marche. L'article conclut que l'approche PCA2Df (projection dans le plan horizontal (2D) puis recherche de la composante principale) avec filtrage à 5Hz donne les meilleurs résultats à moins de 5° d'erreur. Encore ici, il faut noter qu'un piéton en situation de marche ou de course génère des accélérations dans plusieurs directions sur le plan horizontal, à la fois dans la direction de la marche mais aussi perpendiculairement. La combinaison des deux, selon la démarche de l'utilisateur, selon la position du capteur ne propose aucune garantie que cette accélération horizontale résultante soit toujours orientée dans la direction de la marche.

Le document US201 30030754 semble porter sur une autre approche. L'orientation RRS, décrite par l'équation 1 , est supposée connue grâce à l'utilisation d'accéléromètres et magnétomètres (éventuellement gyromètres).

La projection du repère capteur dans le plan horizontal donne lieu à un nouveau repère appelé p-frame, tel que z _p .f _rame pointe vers le haut, et les directions x _p -f _ra me et y _p- f _rame sont respectivement colinéaires à la projection de Xsensor ®t Ysensor dans le plan horizontal.

Dans ce repère l'accélération selon z _p-frame est négligée puisqu'elle ne peut pas discriminer une direction de déplacement selon le plan horizontal, bien qu'elle puisse être non nulle. Ensuite il est supposé que l'accélération horizontale vue par le capteur est uniquement liée au déplacement, et est donc, par définition, portée par la direction x _tra j.

Le critère utilisé consiste à chercher l'angle qui maximise l'accélération selon cette direction, ce qui revient (implicitement) à dire que l'accélération maximale est dans la direction du déplacement. Il faut cependant noter qu'un piéton en situation de marche ou de course génère des accélérations selon la direction de la trajectoire mais aussi selon des directions perpendiculaires à la trajectoire et que la combinaison des deux peut générer des résultantes dans toutes les directions et que le résultat est alors complètement incertain.

Ceci constitue le cœur du principe utilisé pour la détermination de l'orientation entre le capteur et la trajectoire . Il est également prévu de corréler les signaux accéléromètres (ou une combinaison de) avec des patterns attendus correspondants aux différentes positions possibles du capteur (poche, main etc.) La recherche du maximum de corrélation doit permettre de déterminer la position du capteur (poche, main etc.). Cependant, l'articulation de cette technique avec le principe précédent ne semble pas très claire. Sans doute l'auteur l'introduit-il puisqu'il constate que la méthode précédente ne se suffit pas à elle seule. Par ailleurs, il semble complexe de devoir d'abord classifier une position de capteur sur le corps pour ensuite appliquer la méthode. Enfin, les signaux des accéléromètres sont également utilisés pour détecter les pas, technique nécessaire et classique pour estimer le déplacement du piéton.

Le document WO201214181 1 divulgue une estimation de la position basée sur une sélection parmi des positions possibles, pour chacune desquelles est calculée une vraisemblance. La vraisemblance est calculée à partir des données des accéléromètres, capteurs de lumière, et plus généralement tous les capteurs disponibles, par exemple :

- la situation marche/repos peut être détectée en utilisant la variance de la norme des accéléromètres;

- les angles de tangage et/ou roulis, calculés à partir des données accélérométriques moyennées, donnent des indications sur l'attitude du dispositif;

- l'angle Θ = direction of motion, peut être calculé par décomposition en valeurs propres (similaire au procédé de WO2012158751 A1 , sans tous les raffinements pour supprimer les accélérations transverses); - l'utilisation de coefficients MFCCs issus de la reconnaissance vocale peuvent aider à la classification; et

- l'utilisation du capteur optique permet de déterminer le nombre de faces occluses.

Cette fusion multicapteurs est complexe, elle nécessite un étage de classification elle-même sujette à erreur pour produire des résultats.

Le document WO2012158751 porte essentiellement sur une décomposition en vecteurs propres et/ou valeurs propres du signal accéléromètre sauf que les accélérations transverses sont supprimées par un prétraitement comprenant les étapes suivantes consistant à :

- séparer les accélérations en accélérations horizontales et verticales;

- supprimer les accélérations transverses en sommant les accélérations des pas "de gauche" et "de droite" pour obtenir une résultante nulle;

- si le capteur n'est pas centré, que la résultante est non-nulle, corréler les accélérations verticales avec les horizontales retardées/avancées car il a été remarqué que celles-ci sont déphasées de +/- ^π / ₂ . Le résultat est fort pour les accélérations dites "de déplacement" et faible pour les accélérations transverses qui sont cependant également des accélérations liées au déplacement, c'est-à-dire au mouvement du piéton en situation de marche ou course; et

- le désalignement en angle (MA) est finalement calculé par décomposition en valeurs propres.

Cette méthode ne se base que sur le principe que l'accélération principale mesurée est selon la direction de déplacement et propose un mode de sélection des accélérations selon la direction de la marche qui est sujette à erreur.

Le document WO20131 6875 propose une description d'un système complet de Navigation piéton, centrée sur la détection de la direction du mouvement. Il prévoie en plus l'utilisation de radio (WIFI, GPS), de cartes, de filtre à particules pour la fusion de données. La détermination de la direction du mouvement est proche du brevet US20130030754 et consiste à trouver la direction principale des accélérations. L'idée est d'extraire les composantes de hautes fréquences du signal qui sont réputées contenir les accélérations propres tandis que les composantes de basses fréquences contiennent le champ de pesanteur. Cette opération s'effectue par un simple filtrage passe-haut des signaux accéléromètres. A ce stade, les signaux contiennent les accélérations dans l'espace 3D, c'est-à-dire de dimension 3 x N, N étant le nombre de mesures collectées.

Il est ensuite dit, que les seules composantes intéressantes sont les accélérations horizontales, c'est-à-dire celles qui sont orthogonales à l'axe z du repère de référence, cependant il n'est pas dit comment ces composantes sont extraites (de nombreuses techniques sont possibles pour projeter les signaux dans le plan horizontal). Par ailleurs, par définition des composantes de basse fréquence, la méthode obtient une direction moyenne de la verticale, qui n'est pas applicable à l'ensemble du mouvement. L'extraction des composantes horizontale ne semble donc pas possible, dés que le mouvement comprend des rotations substantielles. L'extraction de des composantes horizontales conduit à une matrice 2 x N. A partir de cette matrice, on calcule l'énergie des composantes horizontales du signal d'accéléromètre, puis ce signal d'énergie est filtré. Il est ensuite supposé que l'énergie est maximale dans la direction du mouvement. Cette hypothèse est sujette à caution, car comme nous l'avons introduit précédemment, et comme cela sera exposé à nouveau avec plus de détails, un piéton en situation de marche ou de course génère à la fois des accélérations dans la direction de la trajectoire, mais aussi des accélérations dans la direction perpendiculaire à la trajectoire. Encore ici, l'hypothèse sur laquelle repose le procédé est fragile. On cherche ensuite la rotation d'angle qui maximise l'énergie selon la première direction, (ce qui revient à diagonaliser la matrice d'énergie, c'est-à-dire effectuer une décomposition en vecteurs propres) en résolvant un critère.

Il s'agit d'une solution analytique pour le calcul de l'angle. La principale faiblesse de toutes ces approches réside dans leur robustesse, en particulier dans l'hypothèse que les accélérations mesurées sont portées par la direction de déplacement, tandis que les accélérations générées par le mouvement d'un piéton en situation de marche ou course génèrent des accélérations autant transverses que longitudinales. Par ailleurs, la robustesse du traitement à la position du capteur n'est pas couverte, nous constatons que selon la position du capteur, notamment sur les membres comme les bras ou les jambes, les principes de calcul de la direction de la trajectoire ne sont pas les mêmes.

En effet, quelque soit la méthode employée ou le nom donnée à celle-ci, toutes ces approches s'appuient sur le fait que la composante d'accélération mesurée est colinéaire à la direction du mouvement. Cette hypothèse parait vraisemblable pour les mouvements des pieds du piéton.

Cependant, il est possible de s'interroger sur la façon dont cette accélération se propage des pieds aux autres positions possibles du capteur : mains, poches, poitrine il apparaît en effet que ces points du corps ont des directions d'accélérations beaucoup moins marquées que celles des pieds. Nous verrons en effet dans la suite de la présente demande que le mouvement du corps est caractérisé par des accélérations dans la direction de la marche mais aussi dans la direction perpendiculaire à la marche. La puissance de ces accélérations dépend notamment de la démarche de l'utilisateur et également de la position du système de capteurs de mouvement sur le corps.

De plus, d'autres positions du corps sont affectées par des mouvements non liés à la direction de déplacement et pouvant engendrer des accélérations relativement importantes, c'est par exemple le cas des mouvements de balancier du bras.

Enfin, toujours pour des raisons de robustesse, la mise en œuvre de ces principes, implique de traiter une durée de signal suffisamment longue afin d'atténuer l'effet des phénomènes parasites ponctuels et extraire un effet "moyen". Un problème est que la notion de durée est contradictoire avec celle de temps réel qui est centrale pour les applications envisagées. Les directions verticales sont parfois trouvées par filtrage passe-bas (afin d'extraire la valeur de la direction du champ de gravité), or dès que les mouvements imprimés au système de capteur comprennent des mouvements de rotation substantiels, cette direction moyenne ne peut plus être utilisée. Ceci est vrai pour des mouvements cycliques de marche. Par ailleurs, par exemple, si un utilisateur change le capteur de position, la nouvelle position ne pourra être déterminée avec précision qu'après une durée T telle que le signal d'accéléromètre collecté pendant cette durée contienne plusieurs cycles de pas. La durée d'un pas étant de l'ordre d'une seconde environ, on imagine que des durées de dix secondes sont facilement atteintes (analyse des accélérations propres sur dix pas) voir éventuellement plus, selon le compromis retenu entre la latence du système et la précision souhaitée.

La présente invention répond à ce problème par une approche innovante où l'orientation "sensor-to-traj" est estimée en continu, en identifiant l'orientation inconnue entre le capteur (ou ensemble de capteurs) et la trajectoire du piéton.

Aussi, il est proposé, un procédé de détermination de l'orientation de la trajectoire suivie par un piéton, associée à un repère trajectoire, par rapport à un repère de référence, ledit piéton étant muni d'un boîtier capteur comprenant un ensemble capteur comprenant au moins un capteur de mouvement, comprenant les étapes consistant à :

générer des données représentatives du mouvement du boîtier capteur à partir dudit ensemble capteur dans le repère de référence,

calculer la valeur d'un premier opérateur de transformation en rotation représentatif de l'orientation du repère de référence par rapport au repère trajectoire, de telle sorte que les données représentatives du mouvement ainsi obtenues à l'étape précédente, dans le repère de référence, et transformées par ledit premier opérateur, présentent au moins une caractéristique d'un ensemble de caractéristiques représentatives de signaux de mouvement de marche ou course d'un piéton, exprimées dans le repère piéton.

Dans un mode de réalisation, le repère de référence est un repère terrestre (lié à la Terre, au sol), et ladite génération des données représentatives du mouvement du boîtier capteur est obtenue à partir dudit ensemble capteur dans le repère de référence par application d'un deuxième opérateur de transformation en rotation, afin de déterminer l'orientation du repère trajectoire dans ledit repère Terrestre.

Ainsi l'invention permet, lorsque le repère de référence (R _R ) est lié à la Terre, de toujours connaître l'orientation du repère lié à la Terre par rapport au repère trajectoire (R _T ) de la trajectoire suivie par un piéton muni d'un boîtier capteur, et de pouvoir déterminer ainsi le cap du piéton dans le repère lié à la Terre, afin d'appliquer les techniques de "dead reckoning" en langue anglaise.

Dans un autre mode de réalisation de l'invention, lorsque le repère de référence est lié au boîtier capteur, l'invention permet de toujours connaître l'orientation d'un boîtier capteur par rapport au piéton (repère trajectoire) muni d'un terminal comprenant le boîtier capteur, et de pouvoir activer différemment le terminal, en fonction de cette orientation. Le terminal peut être un terminal mobile de type téléphone mobile ou tablette tactile, station de jeux, lunettes interactives, montre ou autre accessoire doté de capteurs de mouvement et porté par le piéton.

Aussi, on dispose des données issues de l'ensemble capteur représentées dans le repère de référence (terrestre) grâce au second opérateur de transformation en rotation, et ce à tout instant, et l'invention permet alors de déterminer l'orientation du repère de référence terrestre par rapport au repère de la trajectoire suivie par le piéton. Ceci permet d'alimenter des méthodes de type "dead reckoning" et ainsi fournir le cap de la trajectoire effectivement suivie par le piéton dans le repère terrestre. Le boîtier capteur porté par le piéton peut être orienté de n'importe quelle façon par rapport au piéton. On dispose ainsi d'une méthode capable de fournir le cap du piéton dans le repère terrestre, robuste à différentes positions du capteur sur le piéton, et capable de s'adapter à des changements de position.

Selon un mode de réalisation, le repère de référence et le repère trajectoire comprennent en outre un axe commun, de sorte que le premier opérateur de transformation en rotation se réduise à un opérateur de transformation en rotation selon l'axe commun.

Grâce à cet axe commun, il est plus simple de déterminer le premier opérateur, puisqu'il n'est alors plus nécessaire que d'estimer un seul angle inconnu entre les deux repères de référence et trajectoire autour de cet axe commun. Le premier opérateur est réduit à une rotation selon un seul axe. Les méthodes de calcul du cap du piéton s'en trouvent simplifiées.

Dans un mode de réalisation, l'axe commun est en outre orienté selon la direction de la gravité terrestre, de manière à ce que le premier opérateur de transformation en rotation est réduit à un opérateur de transformation en rotation selon un axe de direction de la gravité Terrestre.

Aussi, plusieurs avantages peuvent être décrits. En premier lieu, on se ramène à des repères classiquement utilisés par l'homme de l'art, c'est-à-dire des repères pour lesquels la direction verticale selon la gravité terrestre est utilisée comme l'un des axes des repères exploités dans l'invention. En second lieu, ces repères comportant un axe vertical sont directement conformes aux repères dans lesquels les caractéristiques des mouvements d'un piéton en situation de marche ou course sont classiquement décrits et il sera alors plus facile d'identifier la conformité des données représentatives du mouvement du piéton par rapport à ces caractéristiques, ce qui constitue le cœur de l'invention. En troisième point, un seul angle doit être déterminé afin de déterminer complètement la valeur du premier opérateur ce qui rend la méthode plus simple alors que dans le cas général trois angles ou trois paramètres selon le mode de représentation des opérateurs de rotation choisis doivent être déterminés. En quatrième point, cet angle sera directement celui de la trajectoire dans le repère terrestre, puisque les trajectoires et donc les caps recherchés dans la grande majorité des cas d'exploitation de l'invention, doivent être représentés sur des cartes ou des plans représentant les données géographiques selon un plan horizontal, l'axe vertical étant perpendiculaire à ces cartes ou à ces plans.

Selon un mode de réalisation, on détermine l'orientation du boîtier capteur dans le repère trajectoire (ou repère piéton) par composition du deuxième opérateur avec le premier opérateur.

Aussi, il est alors possible de déterminer l'orientation du boîtier dans le repère du piéton et activer des fonctions de manière automatique en fonction de cette orientation. On peut alors déterminer selon cette orientation si des fonctions d'un terminal mobile, de lunettes interactives doivent être activée ou non. Par exemple s'il est déterminé que l'utilisateur porteur de lunettes interactives regarde dans la direction de la marche, il peut être pertinent de lui restituer certaines informations alors que lorsqu'il regarde dans une direction différente, il convient de lui fournir d'autres informations. De la même manière, si l'écran d'un terminal comme un téléphone mobile est orienté avec une certaine orientation par rapport au piéton, certaines fonctions d'affichage peuvent être activées.

Dans un mode de réalisation, on réalise une fonction dite "centrale d'attitude" ou par abus de langage "Inertial Measurement Unit" en langue anglaise fournissant la valeur du deuxième opérateur qui permet de transformer les données directement issues des capteurs et donc repérées dans le repère du boîtier capteur, dans le repère de référence lié à la Terre. Aussi, le second opérateur est calculé directement à partir des données issues des capteurs de mouvement présents dans le boîtier capteur et il n'est pas nécessaire de faire appel à d'autres capteurs pour estimer la valeur du second opérateur. Le dispositif est ainsi complètement autonome. Selon un mode de réalisation, la fonction centrale d'attitude calcule le deuxième opérateur à partir d'une combinaison de données fournies par des capteurs de mouvement inertiels accéléromètriques et/ou gyromètriques et/ou magnétiques présents dans le boîtier capteur.

Aussi, on ne dépend d'aucun autre équipement externe et les mêmes capteurs de mouvement du boîtier capteurs peuvent être utilisés afin de déterminer le second opérateur et ce à chaque instant ce qui permet de déterminer les données de mouvement dans un repère de référence lié à la terre. Dans un mode de réalisation ledit ensemble de caractéristiques représentatives de signaux de mouvement du buste, thorax ou bassin du piéton représentés dans un repère piéton défini par les axes du piéton antéro-postérieur, médio-latéral, et vertical, ledit repère piéton étant alors lié au repère trajectoire comprend les caractéristiques suivantes : le signal dû au mouvement en translation selon l'axe médio-latéral présente essentiellement de la puissance à la cadence de foulée; le signal dû au mouvement en translation selon l'axe antéro-postérieur présente essentiellement de la puissance à la cadence du pas; le signal dû au mouvement en translation selon l'axe vertical présente essentiellement de la puissance à la cadence du pas; les signaux dus au mouvements en translation selon l'axe vertical et selon l'axe antéro-postérieur présentent un déphasage sensiblement constant; la cadence de pas est sensiblement double de la cadence de foulée; le signal dû au mouvement en rotation selon l'axe médio-latéral présente essentiellement de la puissance à la cadence du pas; le signal dû au mouvement en rotation selon l'axe antéro-postérieur présente essentiellement de la puissance à la cadence de la foulée ; et le signal dû au mouvement en rotation selon l'axe vertical présente essentiellement de la puissance à la cadence de la foulée. Aussi, pour des positions du boîtier capteur pour lesquelles les mouvements mesurés par les capteurs de mouvement sont liés à ceux du buste, du thorax ou du bassin du piéton, il est possible de concevoir des méthodes ou procédés combinant une ou plusieurs caractéristiques. L'exploitation d'une caractéristique parmi l'ensemble des caractéristiques permet de concevoir des méthodes simples d'estimation de l'opérateur de transformation en rotation inconnu, objet de l'invention, alors que la combinaison de plusieurs caractéristiques permet de concevoir des méthodes plus complexes et robustes car combinant plusieurs critères. Par ailleurs, il est possible de sélectionner un ou plusieurs critères selon la nature des capteurs de mouvement disponibles dans le boîtier capteur. Les méthodes peuvent notamment exploiter les accélérations antéro- postérieures, les accélérations médio-latérales, qui sont adaptées si le boîtier capteurs possède un accéléromètre, les rotations selon l'axe médio latéral, les rotations selon l'axe antéro-postérieur, qui sont adaptées si le boîtier capteur possède des capteurs de rotation tels des gyromètres. Parmi les caractéristiques, il est à noter également que ces caractéristiques de mouvement se produisent à des fréquences particulières (celles de la foulée ou celle du pas). Il est alors possible de sélectionner finement la ou les caractéristiques à exploiter afin de déterminer l'opérateur représentatif de l'orientation du repère de référence par rapport au repère piéton, qui est lui- même égal au repère trajectoire.

Selon un mode de réalisation ledit ensemble de caractéristiques représentatives de signaux de mouvement d'un membre libre du piéton (comme les bras ou les jambes) représentés dans un repère piéton défini par les axes du piéton antéro-postérieur, médio-latéral, et vertical, ledit repère piéton étant lié au repère trajectoire comprend les caractéristiques suivantes : le signal du au mouvement en translation selon l'axe Antéro-Postérieur présente essentiellement de la puissance à la cadence de foulée; le signal dû au mouvement en translation selon l'axe vertical présente essentiellement de la puissance à la cadence du pas; le signal dû au mouvement en rotation selon l'axe médio-latéral présente essentiellement de la puissance à la cadence de la foulée ; le signal de rotation dû au mouvement en rotation selon l'axe vertical présente essentiellement de la puissance à la cadence de la foulée.

Ainsi, pour des positions de l'ensemble capteur pour lesquelles les mouvement captés sont liés à ceux d'un membre libre du piéton, notamment ses bras ou ses jambes, il est possible de concevoir des méthodes d'estimation de l'opérateur de transformation en rotation représentatif de l'orientation du repère de référence par rapport au repère du piéton, c'est-à-dire, du repère trajectoire, en combinant une ou plusieurs des caractéristiques listées. La combinaison de plusieurs critères permet de rendre la méthode d'estimation de la trajectoire plus robuste. Ces méthodes peuvent notamment exploiter les accélérations antéro-postérieures, particulièrement adaptées lorsqu'on dispose de la mesure d'accélération, les rotations selon l'axe médio latéral, particulièrement adaptées lorsqu'on dispose d'un capteur de rotation, tel un gyromètre, sachant également en sus à quelle fréquences ces mouvements sont situés et/ou des combinaisons simultanées de l'ensemble de ces propriétés.

Dans un mode de réalisation, ladite ou lesdites caractéristiques sont sélectionnées dans l'ensemble des caractéristiques des mouvements du buste du piéton tel que décrit précédemment ou dans l'ensemble des caractéristiques des mouvements d'un membre libre du piéton tel que décrit précédemment, à partir d'un indicateur caractérisant la nature de la liaison mécanique entre le boîtier capteur et le piéton.

Ainsi, il est possible de mettre en œuvre le bon ensemble de caractéristiques correspondant à l'indicateur et de retrouver la trajectoire du piéton. Lorsque le boîtier capteur est uniquement solidaire du buste, comme par exemple les lunettes interactives, on utilisera exclusivement des caractéristiques liées aux mouvements du buste du piéton. Lorsque le boîtier capteur est uniquement solidaire du bras en balancier, comme pour une montre équipée de capteurs de mouvement, on utilisera exclusivement des caractéristiques liées au bras du piéton. Dans le cas où les deux situations sont possibles on utilisera l'un ou l'autre ensemble de caractéristiques, selon un indicateur représentatif du port du boîtier capteur. Selon un mode de réalisation, lesdites données représentatives du mouvement du boîtier capteur dans le repère de référence sont générées à partir d'au moins un accéléromètre à au moins deux axes de mesure, et ladite caractéristique est que le signal d'accélération dû à la marche/course selon la direction principale de la trajectoire ou selon l'axe antéro-postérieur présente essentiellement un pic de puissance à la cadence du pas. En d'autres termes, un opérateur de transformation en rotation selon l'axe vertical Q _RT est calculé de façon à ce que l'accélération ainsi donnée dans le plan horizontal du repère de référence et transformée par ledit opérateur de rotation selon l'axe vertical, présente essentiellement un pic de puissance à la cadence du pas selon l'axe principal de la trajectoire.

Ainsi, on exploite une seule caractéristique remarquable du signal de marche du piéton, le signal analysé est restreint à la fréquence du pas et rend la méthode plus précise, car on sait que le signal d'accélération d'un piéton, à la fréquence du pas est essentiellement dans la direction de la trajectoire, et la méthode reste simple à mettre en œuvre.

En variante, lesdites données représentatives du mouvement du boîtier capteur dans le repère de référence sont générées à partir d'au moins un accéléromètre à au moins deux axes de mesure, et ladite caractéristique est que le signal d'accélération dû à la marche/course selon la direction perpendiculaire et horizontale à la direction principale de la trajectoire ou autrement dit selon l'axe médio-latéral présente essentiellement un pic de puissance à la cadence de la foulée.

En d'autres termes, l'opérateur de transformation en rotation selon l'axe vertical Q _RT est calculé de sorte que l'accélération ainsi donnée dans le plan horizontal du repère de référence et transformée par ledit opérateur de rotation selon l'axe vertical présente essentiellement un pic de puissance à la cadence de la foulée selon l'axe médio latéral du piéton (c'est à dire perpendiculaire et horizontal à l'axe principal de la trajectoire).

Ainsi, on exploite une seule caractéristique remarquable du signal de marche du piéton, le signal analysé est restreint à la fréquence de la foulée et rend la méthode plus précise, car on sait que le signal d'accélération d'un piéton, à la fréquence de la foulée est essentiellement dans la direction médio-latérale et la méthode reste simple à mettre en œuvre. Dans un mode de réalisation, l'opérateur de transformation en rotation selon l'axe vertical est déterminé de sorte que le déphasage entre l'accélération due à la marche/course mesurée selon l'axe vertical et l'accélération due à la marche/course et transformée par ledit opérateur selon l'axe AP est compris entre 0 et ττ, et vaut particulièrement ττ/2.

Ainsi, il est possible de déterminer le sens de la marche et pas seulement la direction de la marche. Selon un mode de réalisation, l'opérateur de transformation en rotation selon l'axe vertical est déterminé à partir des amplitudes, à la fréquence du pas, des deux composantes horizontales du signal d'accélération dans le repère de référence. Aussi, on détermine l'angle de l'opérateur de transformation en rotation à partir des deux composantes horizontales du signal d'accélération dans le repère de référence, ce qui permet d'une part de trouver un angle qui maximise l'amplitude de l'accélération à la fréquence du pas dans la direction de la marche et minimise l'amplitude de l'accélération à la fréquence du pas dans la direction perpendiculaire à la marche. Il est également possible de fournir un facteur de confiance, en déterminant par exemple un ratio entre l'amplitude d'accélération ainsi trouvée dans la direction de la marche et l'amplitude d'accélération ainsi trouvée dans la direction perpendiculaire à la marche. Lorsque ce ratio est grand par rapport à 1 , le facteur de confiance dans l'angle estimé est grand, lorsqu'il est proche de 1 (et à fortiori plus petit que 1 ) le facteur de confiance est petit. Il est possible de constituer d'autres facteurs de confiance, selon les amplitudes trouvées dans les directions AP et ML. Pour l'analyse des signaux à la fréquence du pas, plus la puissance ou l'amplitude des signaux transformés par l'opérateur de transformation en rotation du repère de référence au repère piéton sera intégralement trouvée selon l'axe AP (et donc peu d'amplitude ou de puissance selon l'axe ML), meilleure sera la confiance.

Dans un mode de réalisation, l'opérateur de transformation en rotation selon l'axe vertical est déterminé à partir des amplitudes, à la fréquence de la foulée, des deux composantes horizontales du signal d'accélération dans le repère de référence.

Ainsi, on détermine l'angle de l'opérateur de transformation en rotation à partir des deux composantes horizontales du signal d'accélération dans le repère de référence, ce qui permet d'une part de trouver un angle qui maximise l'amplitude de l'accélération à la fréquence de la foulée dans la direction perpendiculaire à la marche et minimise l'amplitude de l'accélération à la fréquence de la foulée dans la direction de la marche. Il est également possible de fournir un facteur de confiance, en déterminant par exemple un ratio entre l'amplitude d'accélération ainsi trouvée dans la direction perpendiculaire de la marche et l'amplitude d'accélération ainsi trouvée dans la direction de la marche. Lorsque ce ratio est grand par rapport à 1 , le facteur de confiance dans l'angle estimé est grand, lorsqu'il est proche de 1 (et à fortiori plus petit que 1 ) le facteur de confiance est petit. Il est possible de constituer d'autres facteurs de confiance, selon les amplitudes trouvées dans les directions AP et ML. Dans le cas où l'on analyse les signaux à la fréquence de la foulée, plus la puissance ou l'amplitude des signaux transformés par l'opérateur de transformation en rotation du repère de référence au repère piéton est intégralement trouvée selon l'axe ML (et donc peut d'amplitude ou de puissance selon l'axe AP), meilleure sera la confiance.

Selon un mode de réalisation, lesdites données représentatives du mouvement du boîtier capteur dans le repère de référence sont générées à partir d'au moins un accéléromètre à au moins deux axes de mesure, et on combine les deux caractéristiques précédente : (i) le signal d'accélération dû à la marche/course selon la direction principale de la trajectoire (ou selon l'axe antéro-postérieur) présente essentiellement un pic de puissance à la cadence du pas, et (ii) le signal d'accélération dû à la marche/course selon la direction perpendiculaire et horizontale à la direction principale de la trajectoire ou autrement dit selon l'axe médio-latéral présente essentiellement un pic de puissance à la cadence de la foulée. Il est naturellement possible et avantageux, d'exploiter simultanément les deux amplitudes des accélérations dans le plan horizontal à la fréquence de la foulée et à la fréquence de la marche, en combinant les critères précédemment établis pour l'une et l'autre caractéristique des mouvements à la fréquence de la foulée et à la fréquence de la marche. L'angle optimal est trouvé lorsque les 2 accélérations horizontales à la fréquence du pas (AccX(Pas) et AccY(Pas)) et les 2 accélérations horizontales à la fréquence de la foulée (AccX(foulée) et AccY(foulée)), transformées par l'opérateur de transformation en rotation selon l'axe vertical sont transformées respectivement pour (AccX(Pas) et AccY(Pas)) en 2 composantes horizontales à la fréquence du pas (AccAP(Pas) et AccML(Pas)) telle que la première présente une amplitude maximum selon l'axe Antéro-Postérieur et la seconde une amplitude minimum selon l'axe Médio Latéral et pour (AccX(foulée) et AccY(foulée)), en 2 composantes horizontales à la fréquence de la foulée (AccAP(Foulée), AccML(Foulée)) telle que la première présente une amplitude minimum selon l'axe Antéro- Postérieur et la seconde une amplitude maximum selon l'axe Médio-Latéral.

Il est également possible de former des critères de confiance en calculant par exemple des ratios entre les amplitudes AccAP(pas) et AccML(pas) qui doit être grand devant 1 pour une confiance élevée dans l'angle estimé, et les amplitudes AccML(Foulée) et AccAP(foulée) qui doit être grand devant 1 pour une confiance élevée dans l'angle estimé. D'autres critères de confiance peuvent être bâtis, qui mesurent le respect des caractéristiques remarquables qui sont exploitées. Plus la caractéristique est respectée, meilleure est la confiance dans l'estimation de l'opérateur en rotation. Dans la suite de la description, d'autres critères sont présentés.

En d'autres termes, l'opérateur de transformation en rotation selon l'axe vertical Q _RT est calculé de façon à ce que les deux caractéristiques sont exploitées à savoir : (i) l'accélération ainsi donnée dans le plan horizontal du repère de référence et transformée par ledit opérateur de rotation selon l'axe vertical présente essentiellement un pic de puissance à la cadence du pas selon l'axe antéro-postérieur du piéton (c'est-à-dire selon l'axe principal de la trajectoire) et (ii) l'accélération ainsi donnée dans le plan horizontal du repère de référence et transformée par ledit opérateur de rotation selon l'axe vertical présente essentiellement un pic de puissance à la cadence de la foulée selon l'axe médio latéral du piéton (c'est à dire perpendiculaire et horizontal à l'axe principal de la trajectoire)

Selon un mode de réalisation, la fréquence des pas ou de la foulée est déterminée à partir du signal d'accélération selon l'axe vertical.

Ainsi, indépendamment de la position et de l'orientation du boîtier capteur et donc du port du boîtier capteur par le piéton, il est possible de déterminer la fréquence des pas, car le signal d'accélération selon la verticale est essentiellement caractérisé par de la puissance à la fréquence des pas. Dans un mode de réalisation, l'amplitude du signal d'accélération à la fréquence des pas dans le plan horizontal du repère de référence est déterminée par filtrage du signal d'accélération dans le plan horizontal du repère de référence, ledit filtrage étant caractérisé par sa réponse impulsionnelle prise égale au signal d'accélération selon la direction verticale dans le repère de référence. Cette technique est appelée filtrage adapté, intercorrélation, ou détection synchrone. Aussi, ce mode de réalisation permet de calculer parfaitement l'amplitude du signal d'accélération dans le plan horizontal à la fréquence des pas et fournit le déphasage entre le signal d'accélération selon la verticale (qui présente essentiellement de la puissance à la fréquence des pas) et selon l'horizontale à la fréquence des pas.

Dans un mode de réalisation, lesdites données représentatives du mouvement du boîtier capteur dans le repère de référence sont générées à partir d'au moins un gyromètre à au moins deux axes de mesure, et pour lequel au moins une caractéristique parmi ladite ou lesdites caractéristiques est que le signal de vitesse de rotation dû à la marche/course selon l'axe médio latéral présente essentiellement un pic de puissance à la cadence de la foulée. Dans un mode de réalisation, on utilise, lorsque les mouvements imprimés audit ensemble capteur sont essentiellement dus au mouvement de l'ensemble buste-thorax-bassin du piéton, au moins la caractéristique selon laquelle le signal de mouvement en translation à la fréquence du pas présente essentiellement de la puissance selon l'axe antéro-postérieur, et on utilise, lorsque les mouvements imprimés audit ensemble capteur sont essentiellement dus au mouvement d'un membre libre du piéton, au moins la caractéristique selon laquelle le signal de mouvement en rotation à la fréquence de la foulée présente essentiellement de la puissance selon médio latéral.

L'invention sera mieux comprise à l'étude de quelques modes de réalisation décrits à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels :

- la figure 1 illustre schématiquement le système piéton, avec les différents repère, pour mieux comprendre le procédé selon un aspect de l'invention;

- la figure 2 illustre schématiquement les différents repères utilisés; - la figure 3 illustre schématiquement un piéton et son repère piéton associé;

- la figure 4 illustre schématiquement les différentes positions du boîtier capteur;

- la figure 5 illustre schématiquement une période de la marche ou foulée, une foulée étant composée de deux pas;

- la figure 6 illustre schématiquement un mode de réalisation de l'invention;

- la figure 7 illustre schématiquement un angle de rotation inconnu, entre le repère 2D formé des axes XR et YR et le repère formé des axes ML et AP;

- la figure 8 représente les signaux temporels de l'angle inconnu, selon l'étape 2, selon un aspect de l'invention;

- la figure 9, représente les signaux temporels de l'angle inconnu, selon l'étape 3, selon un aspect de l'invention;

- la figure 10 illustre un parcours de forme rectangulaire, selon un aspect de l'invention; - la figure 1 1 illustre un exemple de signaux temporels pour un parcours de la figure 10;

- la figure 12 illustre quelques périodes du signal d'accélération, estimées dans le repère piéton, selon un aspect de l'invention;

- la figure 13 illustre un résultat selon le même formalisme que celui de la figure 1 1 , avec une réalisation du parcours dans laquelle le capteur est tenu en mode "landscape"; et

- la figure 14 représente, selon le même formalisme que celui de la figure 12, quelques périodes du signal d'accélération dans le repère piéton.

Sur l'ensemble de figures, les éléments ayant les mêmes références sont similaires. La figure 1 illustre schématiquement un système piéton et son fonctionnement selon un aspect de l'invention, et notamment les différents repères utilisés et leurs relations.

Un boîtier capteur BC comprend un ensemble capteur EC muni d'au moins un capteur de mouvement. Un repère boîtier R _B est associé au boîtier capteur BC.

Un repère de référence R _R est également déterminé. Un opérateur de transformation en rotation entre le repère boîtier R _B et le repère de référence R _R est noté Q _B R. Cet opérateur est susceptible d'évoluer dans le temps.

Un piéton P est muni d'un repère piéton R _P . On associe un repère trajectoire R _T à la trajectoire suivie par le piéton P. On définit un opérateur QPT entre le repère trajectoire et le repère piéton. Cet opérateur est défini par convention des repères piéton R _P et trajectoire R _T .

Le piéton P et le boîtier capteur BC sont bien entendu liés par un couplage mécanique. La présente invention permet de déterminer l'orientation de la trajectoire suivie par le piéton P, associée au repère trajectoire R _T , par rapport au repère de référence R _R . Cette orientation est notée Q _RT et est susceptible d'évoluer dans le temps.

Selon le choix du repère de référence R _R , les applications de l'invention peuvent être différentes.

Lorsque le repère de référence R _R est lié au boîtier capteur BC, l'invention permet de toujours connaître l'orientation du boîtier capteur BC par rapport au piéton P (repère trajectoire R _T ) muni d'un terminal comprenant le boîtier capteur BC, et de pouvoir activer différemment le terminal, en fonction de cette orientation. Le terminal peut être un terminal mobile de type téléphone mobile ou tablette tactile, station de jeux, lunettes interactives, ou bracelet porté au poignet, ...

L'invention permet également, lorsque le repère de référence R _R est lié à la Terre, de connaître l'orientation du repère lié à la Terre dans le repère trajectoire R _T et de pouvoir déterminer ainsi le cap du piéton, composante essentielle pour pouvoir appliquer les techniques de "dead reckoning" en langue anglaise.

Le procédé comprend les étapes consistant à :

générer des données représentatives du mouvement du boîtier capteur BC à partir dudit ensemble capteur dans le repère de référence R _R , calculer la valeur d'un premier opérateur de transformation en rotation Q _RT représentatif de l'orientation du repère de référence R _R par rapport au repère trajectoire R _T , de telle sorte que les données représentatives du mouvement ainsi obtenues à l'étape précédente, dans le repère de référence R _R , et transformées par ledit premier opérateur Q _RT , présentent au moins une caractéristique d'un ensemble de caractéristiques représentatives de signaux de mouvement d'un piéton, exprimées dans le repère piéton.

L'objectif général est de déterminer la direction de la trajectoire suivie par un piéton, à chaque instant, la dite trajectoire étant caractérisée par un repère trajectoire à l'instant courant noté R _T (cf figure 1 ), dans un repère de référence (repère R _R , souvent le repère Terrestre). La direction recherchée est fournie par l'orientation du repère trajectoire dans le repère de référence pour l'instant courant, c'est-à-dire par la donnée d'un opérateur de transformation en rotation Q _RT entre les deux repères. La donnée des opérateurs Q _RT successifs dans le temps, associée à la donnée des vitesses successives dans le temps du piéton, permet par exemple de tracer la trajectoire du piéton. Cette technique d'estimation de trajectoire par la donnée d'un cap et d'une vitesse est couramment appelée "Dead Reckoning" ou "Deduced Reckoning" an langue anglaise, souvent notée DR. On s'intéresse ici au problème d'estimation du cap du piéton à chaque instant, sans s'intéresser à la vitesse.

La complexité du problème posé vient du fait qu'on ne dispose pas d'une mesure directe du cap du piéton dans le repère de référence R _R , mais plus indirectement de mesures issues de capteurs de mouvement d'un boîtier BC porté par le piéton. En effet, la position et l'orientation du boîtier BC sur le piéton ne sont pas connues. Ainsi, même si l'on peut considérer que l'orientation du boîtier BC par rapport au repère de référence R _R est connue, ou plus probablement ou pratiquement, peut être obtenue à partir des capteurs de mouvement présents dans le boîtier, il n'est pas possible de déterminer l'orientation du piéton (et donc de sa trajectoire) dans le repère de référence R _R .

On considère que le piéton est muni d'un boîtier capteur BC comprenant des capteurs de mouvement et qu'il se déplace en marchant ou en courant avec le boîtier. Le boîtier BC comprend par exemple, des capteurs de type accéléromètres et/ou magnétomètres et/ou gyromètres, qui sont disponibles couramment avec trois axes de mesure. Ainsi un accéléromètre A fournit directement le champ d'accélération qui peut être représenté par un vecteur à trois composantes. Il en va de même pour un magnétomètre M, qui fournit directement le champ magnétique, représentable par un vecteur à trois composantes. De même, un gyromètre G fournit les vitesses de rotation selon ses trois axes, la vitesse de rotation est également représentable par un vecteur à trois dimensions. Ces trois capteurs sont couramment disponibles et équipent maintenant couramment les téléphones mobiles ou smartphones, ou tablettes tactiles. Les capteurs fournissent leurs mesures dans le repère du capteur ou repère du boîtier BC.

Le dispositif portable le plus emblématique est un téléphone mobile ou une tablette, voire un ordinateur portable. Il peut également être tout autre objet équipé de capteurs de mouvement, telles des lunettes interactives, ou des accessoires portés par l'utilisateur. Les téléphones mobiles, tablettes ou ordinateurs embarquent maintenant couramment de tels capteurs. Les lunettes interactives peuvent être facilement équipées de tels capteurs. Les accessoires électroniques portés par une personne sont également couramment équipés de capteurs de mouvement, notamment ceux qui sont destinés au monitoring de l'activité physique des personnes. Des terminaux radio spécialisés pour les travailleurs isolés font également partie des dispositifs susceptibles d'embarquer de tels capteurs. L'invention s'applique à tout dispositif électronique porté par une personne et équipé d'au moins un capteur de mouvement. L'ensemble des dispositifs électroniques cités sont par ailleurs dotés de moyens de calcul, de moyens de connexion et de communication de données à des réseaux informatiques. Le calcul implémentant l'invention peut entièrement être réalisé à bord du dispositif électronique, sans avoir besoin de communication avec un réseau. C'est un des avantages de l'invention de pouvoir ainsi à chaque instant estimer, uniquement à partir des mesures de capteurs de mouvement embarqués dans le dispositif, le cap de la personne qui le porte pour estimer sa trajectoire. On est ainsi indépendant de toute infrastucture.

Pour se fixer les idées on peut imaginer un scénario emblématique de la présente invention, dans lequel le piéton est muni d'un téléphone mobile ou smartphone comprenant ou étant considéré comme un boîtier capteur BC, équipé de capteurs de mouvement, et que l'objectif consiste à estimer la trajectoire du piéton à l'aide des seuls capteurs de mouvements présents à bord du boîtier capteur BC ou smartphone. La donnée, à chaque instant, du vecteur vitesse du piéton dans le repère de référence permet d'appliquer la technique de Dead Reckoning. Le vecteur vitesse peut se décomposer en un module (la vitesse de déplacement du piéton dans le repère de référence) et la donnée de son orientation dans le repère de référence R _R . On s'intéresse principalement à la détermination de cette information d'orientation qui est très complexe, dans la mesure où le piéton est libre de porter son téléphone mobile de différentes façons et qu'ainsi l'orientation du téléphone mobile ne détermine pas le cap de la trajectoire. Dans la majorité des cas industriellement intéressants, le piéton se déplace sur des plans horizontaux par rapport à un repère terrestre. Dans ce type de scénario, fournir l'orientation du vecteur vitesse du piéton dans le repère de référence R _R se limite alors à la fourniture d'un seul angle de cap de sa trajectoire sur le plan horizontal de déplacement.

Les capteurs de mouvements principalement considérés (A, G et M) fournissent des vecteurs de mesure à trois dimensions. Les capteurs sont rigidement liés au boîtier capteur BC. On peut donc considérer que les capteurs délivrent ainsi leurs mesures vectorielles dans un même repère, lié à ce boîtier capteur BC. L'homme de l'art connaît les méthodes qui permettent de corriger, si nécessaire, les éventuels désalignements entre les axes des capteurs proprement dits et ainsi qui fournissent les mesures des capteurs dans ce même et unique repère boîtier R _B . Pour de petits désalignements, l'invention peut tout de même s'appliquer.

Comme il a été mentionné précédemment, des techniques sont connues pour fournir l'orientation du boîtier BC dans le repère de référence R _R , lorsque ce repère de référence est défini comme lié à la Terre II faut en effet par exemple noter que les capteurs A, G, M, classiquement présents dans les smartphones permettent de constituer une centrale d'attitude ou "Inertial Measurement Unit" d'acronyme IMU en langue anglaise, qui, par exemple, par technique de fusion de données capteurs, fournit l'orientation du repère boîtier R _B par rapport à un repère de référence lié à la Terre, c'est- à-dire l'opérateur de transformation en rotation Q _B R. De nombreuses combinaisons sont possibles entre les capteurs A, G, M afin de parvenir à une estimation satisfaisante de Q _B R. Si le boîtier est doté de capteurs très performants, par exemple un gyromètre à faible dérive et de très bonne calibration, il est possible d'estimer à chaque instant cette orientation par rapport à un repère Terrestre uniquement sur la base du gyromètre sur un horizon de plusieurs dizaines de minutes, voire d'heures. Notons toutefois que le problème d'inconnue du cap du piéton demeure, car l'orientation du boîtier capteur, même précise, ne détermine aucunement le cap de la trajectoire. Un opérateur de transformation en rotation peut être représenté sous différentes formes, une matrice de rotation, un quaternion, plusieurs matrices de rotation opérées en série, par exemple suivant les conventions d'Euler ou de Cardan. Sur les figures 1 et 2, une vue des différents repères et des opérateurs de transformation entre les repères. La donnée d'un opérateur de transformation en rotation entre deux repères permet de transformer un vecteur d'un repère à l'autre, dans un sens et dans le sens contraire. L'homme de l'art peut utiliser le formalisme adapté afin de représenter ces opérateurs de transformation en rotation. Un opérateur de transformation en rotation est complètement défini par la donnée de l'axe de rotation (donné par un vecteur unitaire à deux paramètres indépendants) et l'angle de la rotation soit trois paramètres indépendants.

Pour compléter les conventions de repères et de notations, on considère que le piéton est muni d'un repère piéton R _P selon la figure 3. Tout autre repère est naturellement possible, et ne restreint pas la généralité de la présente description. Il est cependant simple et nous utiliserons avantageusement un tel formalisme d'exploiter un repère piéton particulier, mais couramment utilisé. Le piéton est muni d'un repère piéton noté R _P défini par un premier axe Antéro-Postérieur AP, un second axe Médio-Latéral ML et un troisième axe Vertical VT (comme illustré en figure 3). Le triaxe (ML, AP, VT) forme le repère piéton R _P . Lors d'une activité de marche ou course "normale", on peut considérer que l'axe Antéro-Postérieur AP est dirigé dans le sens de la trajectoire (cf figure 2). Ainsi, par exemple, le fait de connaître l'orientation du repère trajectoire R _T dans le repère de référence R _R est équivalent à connaître l'orientation du repère piéton R _P dans le repère de référence R _R , puisque naturellement, le piéton a une trajectoire dirigée selon l'axe Antéro-Postérieur AP. Les deux repères : repère piéton R _P et repère trajectoire R _T sont par conséquent équivalents, éventuellement à une opération de rotation constante près. On note cet opérateur de transformation en rotation Q _PT . L'opérateur de transformation en rotation Q _PT est constant et connu. Par exemple, selon les notations et conventions de la figure 2, il est égal à l'identité : (AP, ML, VT) = (X _T , Y _T , Z _T ). On pourra se référer à la Figure 1 qui présente, sous forme de schéma bloc, les différents repères et les liens entre les différents repères utiles à la compréhension de la présente invention.

Pour la résolution du problème de détermination de l'orientation de la trajectoire du piéton P, si le couplage mécanique entre le boîtier capteur BC et le piéton P était connu (par la donnée d'un opérateur de rotation entre le repère boîtier RB et le repère piéton RP que l'on note Q _PB ), nous pourrions facilement trouver l'orientation Q _RT de la trajectoire par composition de l'orientation Q _B R du boîtier BC dans le repère terrestre R _R avec cet opérateur de rotation Q _PB . Cependant, on suppose que cette orientation est inconnue, car le piéton peut porter son boîtier (par exemple son smartphone) de différentes façons inconnues a priori, et il peut par ailleurs changer de mode de portage en cours d'usage.

L'opérateur de rotation Q _RT se calcule par composition de l'opérateur de rotation Q _PB avec l'opérateur de rotation Q _BR

Comme précisé au paragraphe précédent et rappelé encore par la suite, des méthodes bien connues de l'homme de l'art permettent d'estimer l'orientation Q _BR du boîtier capteur BC dans le repère de référence R _R . Le problème d'estimation de l'orientation Q _RT de la trajectoire dans le repère de référence R _R est donc équivalent à celui de la détermination de l'orientation du boîtier BC par rapport à la trajectoire (ou au repère piéton R _P , qui sont équivalents), Q _PB . Si on sait déterminer l'opérateur de rotation Q _RT alors on peut calculer l'opérateur de rotation Q _PB , et vice versa. La présente invention permet de résoudre les deux problèmes. La détermination de la trajectoire du piéton P présente toutes sortes d'utilités pour le localiser à chaque instant, par application des techniques de dead reckoning.

L'invention présente donc un intérêt majeur, notamment pour les cas dans lesquels les principes classiques de localisation ne sont pas opérationnels. Le système classique le plus répandu est le GPS ("Global Positioning System" en langue anglaise) basé sur l'exploitation du principe dit GNSS ou GLONASS (pour "global navigation satellite System" en langue anglaise). Le GPS permet de fournir une localisation absolue à chaque instant à partir de la réception de signaux générés par des satellites en orbite autour de la Terre. Il permet de localiser des véhicules, des piétons, .... Cependant pour les situations dans lesquelles le signal GPS n'est pas satisfaisant, ou absent, la localisation satellitaire n'est pas correcte ou non disponible. Ainsi les situations en ville pour lesquelles la présence de bâtiments gène la réception GPS sont qualifiées d'effet canyon ou "Canyon Effect" en langue anglaise. Le mobile à localiser n'est plus en vue directe d'un nombre suffisant de satellites et sa localisation n'est alors plus satisfaisante. Pire, dans les situations en intérieur ou "indoor" en langue anglaise, les signaux GPS ne sont pas disponibles et aucune localisation n'est possible.

L'invention permet d'alimenter ou fournir des données d'entrée un estimateur de la trajectoire suivie par le piéton P par méthode de Dead Reckoning, en fournissant le cap du piéton indépendamment du port du boîtier capteur. L'invention permet de se baser uniquement sur les données de capteurs de mouvement d'un boîtier BC porté par le piéton P et fonctionnant même en Indoor ou intérieur, sans aucune instrumentation de l'environnement. Notons également que la technique de dead reckoning proposée permet de compléter une localisation absolue imprécise ou disponible de temps à autre en interpolant entre les mesures de positions absolues fournies par d'autres systèmes. Il est alors également possible, par exemple, de limiter les appels aux techniques de positionnement absolues et ainsi de réduire la consommation électrique de systèmes de positionnement en utilisant la présente invention. La présente invention peut donc, par exemple, participer à une gamme de technologies dites GPS assisté ou "Assisted GPS" en langue anglaise où la solution de localisation GPS est assistée par des données de trajectoire instantanée. La présente invention constitue également un complément important aux techniques de localisation par radio de type WIFI par exemple qui sont imprécises par nature. Une hypothèse est que les capteurs sont portés par un être humain, et que son activité est ici la marche (ou course), on peut s'attendre à un peu plus d'informations induites par le schéma de marche (ou "marche"), et donc des mouvements spécifiques et des mesures de mouvement sont induites sur les capteurs de mouvement du boîtier. En d'autres termes, les mouvements imprimés au boîtier capteur BC, dus au port du boîtier capteur BC par le piéton, et dus à l'activité de marche ou de course du piéton P, ne sont pas aléatoires et présentent des caractéristiques remarquables. Ces mouvements particuliers sont imprimés au boîtier capteur BC et sont donc mesurés par les capteurs de mouvement qu'il embarque.

Dans ce qui suit, cette hypothèse est considérée comme réalisée (les capteurs sont portés par le piéton, qui marche ou court). Comme première conséquence, et conformément à ce qui précède, i.e. que le piéton est un être humain qui marche (ou court), il y a donc une relation directe naturelle entre son orientation du corps dans le cadre de référence et la trajectoire qu'il suit. Comme le montre la figure 3 ou la figure 2, en raison de la morphologie humaine, on peut supposer que le cap de la trajectoire est assuré par la direction Antero-Postérieure AP de son corps.

Donc, le problème à résoudre pour déterminer l'opérateur de rotation inconnu Q _RT revient à résoudre le problème pour l'opérateur de rotation inconnu qui lie le repère trajectoire R _T et le repère du corps de l'utilisateur ou repère piéton R _P , car on suppose que l'orientation du repère piéton fournit le cap de la trajectoire.

La solution proposée fonctionne sous cette hypothèse (le cap de la trajectoire est égal ou équivalent au cap de l'axe antéro-postérieur), qui n'est pas une limitation pour un cas normal de marche ou course. Le repère boîtier R _B peut être lié au repère de référence R _R par l'opérateur de transformation en rotation Q _B R, car on considère que le boîtier capteur BC est en mesure de fournir son orientation dans le repère de référence R _R en passant par le calcul classique de l'attitude IMU, connu de l'homme de l'art. On considère un piéton porteur d'un boîtier capteur BC de mouvement et effectuant une activité de marche ou de course. Le boîtier capteur BC peut être porté à la main, par exemple pour un smartphone ou une tablette, en mode consultation (usage typique d'un smartphone ou d'une tablette), ou porté à la main en balancier, ou être placé dans une poche liée au thorax, dans une poche de pantalon, dans un sac porté en bandoulière, ou dans un sac à dos. Il peut également être porté à la main en mode téléphone, alors proche de l'oreille. Ces positions sont des exemples non limitatifs. Elles restent valides pour d'autres dispositifs électroniques comme des lunettes interactives (alors le port est lié à la tête de l'utilisateur), des accessoires électroniques. Ces différents cas sont illustrés sur la figure 4. Sans restreindre la liste des positions possibles à la liste précédente, cette liste montre l'étendue des positions généralement constatées. En outre, au cours du temps, le port du boîtier capteur BC peut varier.

Comme le divulgue le brevet FR2942388, l'activité de marche génère des mouvements dont certaines caractéristiques sont remarquables. Une foulée est la période de base de la marche (ou course) reproduite sensiblement à l'identique au cours du temps. Chaque foulée comprend le mouvement du pied gauche, puis du pied droit (ou dans l'ordre inverse, selon convention). On parlera de foulée pour désigner la période de base de la marche (ou course) et de pas pour décrire la période du signal correspondant au poser alternatif du pied droit et du pied gauche. La cadence de pas est double de la cadence de foulée comme illustré sur la figure 5.

La fréquence généralement constatée pour une activité de marche est réduite à la bande de fréquences de 0,5 à 2 Hz. La fréquence haute est plus élevée si l'on souhaite inclure les activités de course. Il sera donc courant et utile de réduire les signaux de mouvement étudiés (pour la marche/course) à cette bande de fréquences, par exemple par un filtre passe-bande.

Il est donc intéressant de constater que les signaux de mouvement captés par un capteur sensiblement solidaire du thorax ou du bassin d'un piéton présentent alors deux pics de puissance à deux fréquences remarquables, l'une liée à la cadence de la foulée, l'autre liée aux mouvements de chaque jambe, la cadence du pas. Pour des marches non pathologiques, symétriques, ces deux fréquences sont liées dans un rapport environ égal à deux.

Il est donc connu que l'activité de marche induit des mouvements aux caractéristiques remarquables. Nous proposons d'en donner une description dans le repère piéton R _P tel que défini à la figure 3. En effet, par exemple selon FR2942388, on constate que les mouvements du thorax en translation selon l'axe Médio Latéral ML sont essentiellement marqués par des mouvements à la fréquence de la foulée, que les mouvements du thorax dans les directions des axes Vertical VT et Antéro-Postérieur AP sont essentiellement marqués des mouvements à la cadence des pas. Ainsi, (i) les signaux de mouvement de translation dus à la marche/course selon l'axe Médio Latéral ML présentent essentiellement un pic de puissance à la cadence de la foulée (ils présentent peu de puissance à la fréquence du pas), (ii) Les signaux de mouvement de translation dus à la marche/course selon les axes Vertical VT et Antéro-Postérieur AP présentent essentiellement un pic de puissance à la cadence du pas (ils présentent peu de puissance à la cadence de la foulée), (iii) Le pic de puissance des signaux dus au mouvement de translation selon l'axe Médio Latéral ML se situe à une fréquence deux fois inférieure au pic de puissance du signal du mouvement de translation selon les axes Antéro-Posterieur AP ou Vertical VT. Enfin, notons également que les signaux de mouvement en translation selon l'axe VT et AP (tous deux comportant essentiellement de la puissance à la fréquence des pas) présentent un déphasage constant d'un angle d'environ ττ/2. II est ainsi constaté qu'il existe une information liée à l'orientation du corps, qui est présente sur des signaux de mouvement induits par les mouvements du corps du piéton. Ainsi, lorsque les signaux de mouvement captés par les capteurs de mouvement sont exprimés dans le repère boîtier RB, on dispose d'informations liées à l'orientation du corps par rapport au boîtier capteur BC. De même, si les signaux de mouvement captés par les capteurs de mouvement sont exprimés dans un autre repère (par exemple le repère de référence R _R ), alors on dispose d'informations liées à l'orientation du corps du piéton par rapport au repère de référence R _R . Ainsi, plus concrètement, et pour fixer les idées en utilisant un cas canonique, lorsqu'un boîtier équipé d'un capteur de mouvement de translation à trois axes (Χ,Υ,Ζ), tel qu'un accéléromètre qui est couramment employé comme capteur des mouvements liés à des translations, est fixé ou solidaire du le thorax ou du bassin, et que le repère du boîtier BC dans lequel le capteur délivre ses signaux est aligné avec le repère piéton R _P (ML, AP, VT), le signal du capteur de mouvement selon l'axe X présente toutes les propriétés remarquables du signal de mouvement selon l'axe Medio-Latéral ML (i.e. essentiellement un pic de puissance à la fréquence de la foulée), le signal du capteur de mouvement selon l'axe Y présente toutes les propriétés remarquables du signal de mouvement selon l'axe Antero-Posterieur AP (i.e. essentiellement un pic de puissance à la fréquence du pas), le signal du capteur de mouvement selon l'axe Z présente toutes les propriétés remarquables du signal de mouvement selon l'axe Vertical VT (i.e. essentiellement un pic de puissance à la fréquence du pas). Les signaux de mouvement délivrés par le boîtier BC présentent donc des caractéristiques remarquables dues à l'alignement du boîtier BC avec le repère piéton R _P (ML, AP, VT). Enfin les propriétés remarquables de déphasage entre signaux de mouvement en translation selon AP et VT se retrouvent sur les signaux des capteurs de mouvement entre Y et Z. Pour les mouvements de rotations, il conviendrait par exemple d'exploiter un capteur de rotation, comme un gyromètre. De manière similaire aux caractéristiques de translations explicitées ci-dessus, lorsque le repère du boîtier capteur est identique au repère piéton, on retrouve sur les signaux de mouvements de rotation toutes les caractéristiques remarquables des mouvements de rotation du piéton (les signaux de rotation selon l'axe ML présentent essentiellement de la puissance à la fréquence du pas, selon l'axe AP, ils présentent essentiellement de la puissance à la fréquence de la foulée, comme listées ci-dessus.

Lorsque l'orientation du boîtier capteur BC est alignée avec le repère Piéton R _P (donc le repère trajectoire R _T ), on retrouve est donc nécessairement ces propriétés remarquables sur chacun des axes de mesure. Il est maintenant possible de décrire le principe fondamental de l'invention. En effet, suivant ce qui précède, lorsque cette orientation est quelconque, c'est-à-dire lorsque l'opérateur de transformation Q _PB n'est pas réduit à l'identité comme décrit précédemment (l'orientation du boîtier capteur BC n'est pas "identique" à celle du piéton ou de la trajectoire), mais inconnue, on en déduit donc qu'un bon estimateur de Q _PB doit permettre de retrouver ces propriétés remarquables, sur les signaux de mouvement issus du boîtier capteur BC et transformés par l'opérateur Q _PB . En effet, les signaux de mouvement du piéton bruts issus du boîtier capteur BC, présentent alors des mélanges des propriétés remarquables (parce qu'ils sont chacun des combinaisons des signaux selon ML, AP, VT), mais leur transformée par application de l'opérateur Q _PB fournit les signaux dans le repère piéton R _P (ou trajectoire R _T ) et ces transformées doivent alors à nouveau présenter les propriétés remarquables identifiées sur les axes du repère piéton R _P (ML, AP, VT). C'est ainsi l'objet de l'invention que d'exploiter ces propriétés remarquables afin d'estimer les opérateurs inconnus Q _PB (ou Q _RT ). L'exemple concret du cas dans lequel les signaux de mouvement sont exprimés dans le repère boîtier R _B propose d'exploiter les caractéristiques remarquables des signaux de mouvement de la marche d'un piéton pour estimer l'opérateur de rotation inconnu Q _PB entre le repère boîtier R _B et le repère piéton R _P . D'ailleurs, le même principe s'applique simplement entre le repère piéton R _P et tout repère dans lequel il est possible d'exprimer les signaux de mouvement. Ainsi, en connaissant l'orientation du boîtier capteur BC dans un repère de référence R _R (tel le repère Terrestre), alors il est possible d'exprimer les signaux de mouvement bruts mesurés par le boîtier capteur dans le repère de référence R _R et ensuite d'appliquer le même principe que précédemment afin d'estimer l'opérateur de rotation Q _RP ou Q _RT entre le repère de référence R _R et le repère piéton R _P . On peut alors estimer cet opérateur inconnu Q _RT , comme nous avons proposé d'estimer l'opérateur inconnu Q _PB . L'homme de l'art connaît de nombreuses méthodes qui peuvent implémenter en pratique le principe de l'invention. En effet, notre invention part du principe qu'un bon estimateur de l'orientation inconnue (par exemple Q _PB ) doit transformer les signaux du repère dans lequel ils sont exprimés (par exemple repère boîtier ou autre repère de référence, par exemple lié à la Terre) de telle manière qu'ils présentent à nouveau (tout ou partie) les caractéristiques remarquables des signaux de mouvement du piéton dans le repère piéton. Selon la sophistication de la méthode, les capteurs de mouvement disponibles, et la puissance de calcul disponible, il est possible d'exploiter tout ou partie des caractéristiques remarquables des signaux de mouvement du piéton. L'homme de l'art peut exploiter des méthodes de recherche des paramètres de l'opérateur de transformation en rotation (trois paramètres indépendants) par exemple par technique de minimisation (ou maximisation) de critères bâtis sur le respect des caractéristiques remarquables.

Il est en effet possible de bâtir des critères qui sont représentatifs de l'écart entre les caractéristiques des signaux de mouvement transformés par un opérateur d'orientation candidat et les caractéristiques remarquables des signaux de mouvement dans le repère piéton, et de prendre comme meilleur estimateur de l'orientation inconnue celui qui génère le meilleur critère. Dans le cas d'un critère d'écart (le critère est d'autant plus grand que les caractéristiques des signaux transformé par l'opérateur de rotation candidat ne respectent pas les caractéristiques des mouvements dans le repère piéton), le meilleur estimateur sera celui qui génère les plus petits écarts. Ainsi, par exemple, tant que les signaux de mouvement en translation mesurés (qui sont éventuellement transformés à partir des signaux issus du boîtier dans un repère de référence choisi) et transformés par l'opérateur candidat et représentant ainsi potentiellement les signaux selon l'axe Antéro- Postérieur AP du piéton ainsi prédit par l'opérateur candidat ne présentent pas une puissance essentiellement à la fréquence du pas, alors l'écart reste grand et l'opérateur candidat n'est pas retenu. En effet, l'opérateur candidat n'est pas le bon tant qu'on ne retrouve pas cette caractéristique remarquable des signaux de mouvement en translation selon l'axe Antéro-Postérieur AP. II est possible de bâtir des méthodes de recherche du meilleur opérateur candidat par itération par exemple, en proposant des opérateurs candidats successifs et en retenant celui qui possède les meilleurs critères. On peut parcourir tout l'espace des opérateurs de transformation en rotation et choisir celui qui fournit le meilleur critère comme solution. On peut avantageusement utiliser des méthodes de recherche de minimum ou maximum plus performantes, comme les descentes de gradient par exemple. Il s'agit de parcourir un paysage dont les coordonnées sont les paramètres d'un opérateur de transformation en rotation (soit trois paramètres indépendants), calculer la valeur du critère de respect des caractéristiques remarquables après avoir transformé les signaux de mouvements dans le repère du piéton prédit par l'opérateur candidat.

Outre ces méthodes de recherche automatiques par optimisation de critère, il est également possible d'analyser un critère particulier et de proposer une solution analytique directe qui fournit en un seul calcul le meilleur estimateur de l'opérateur en rotation inconnu. Il est également possible de fournir des solutions mixtes en combinant des résolutions analytiques directes lorsque cela est possible et des méthodes d'optimisation lorsqu'une expression directe n'est pas possible.

On peut par exemple concevoir un procédé d'estimation de l'opérateur Q _PB , qui présente des opérateurs candidats (pris dans l'ensemble des opérateurs de transformation en rotation possibles), le ou les meilleurs candidats qui est ou sont retenus comme estimateur de rotation Q _PB est ou sont celui ou ceux transformant les signaux de mouvement mesurés dans le repère du boîtier en des signaux qui présentent (tout ou partie) des caractéristiques remarquables des signaux de mouvements du repère piéton R _P (ML, AP, VT). La meilleure solution (le meilleur opérateur candidat, le "lauréat") est alors celle pour laquelle la correspondance entre les propriétés des signaux transformés par cette meilleure solution et les propriétés remarquables des signaux de marche/course dans le repère piéton est la meilleure. On voit qu'il est potentiellement utile de combiner plusieurs propriétés remarquables, de manière à estimer le mieux l'opérateur inconnu, limiter l'indétermination, et fournir un estimateur le plus insensible au bruit. Notons que certaines caractéristiques remarquables peuvent être plus difficiles à observer que d'autres. Elles ne sont alors pas pertinentes à retenir dans le critère. En effet selon la nature et la performance des capteurs, le type de marche analysé, certaines caractéristiques remarquables seront plus ou moins faciles à identifier sur les signaux, il convient donc à l'homme de l'art de les choisir dans la liste, afin de bâtir un estimateur efficace.

Il apparaît donc, qu'il n'est pas du tout évident, comme l'art antérieur le laisse penser que la direction de la trajectoire du piéton soit donnée automatiquement par la seule détection de la direction d'un signal de mouvement de translation "puissant". De façon illustrative, nous montrons que certains signaux de puissance importante se produisent selon l'axe medio-latéral ML du piéton, perpendiculaire à la direction de déplacement du piéton. On peut se référer aux figures 12 et 14. Dans un mode d'implémentation de l'invention, on utilise ces caractéristiques remarquables des mouvements liés au thorax ou au bassin du piéton :

- les signaux des mouvements en translation effectués par le thorax ou le bassin du piéton durant une activité de marche (généralisable à la course) selon l'axe Vertical VT présentent essentiellement de la puissance à la période des pas ("step cadency" en langue anglaise),

- les signaux des mouvements en translation effectués par le thorax ou le bassin du piéton durant une activité de marche (généralisable à la course) selon l'axe Antéro-Postérieur AP présentent essentiellement de la puissance à la période des pas ("step cadency" en langue anglaise), et

- les signaux des mouvements en translation effectués par le thorax ou le bassin du piéton durant une activité de marche (généralisable à la course) selon l'axe Médio-Latéral ML présentent essentiellement de la puissance à la fréquence de la foulée ("stride cadency" en langue anglaise), et

- La fréquence de la foulée est deux fois inférieure à la fréquence des pas et correspond à la fréquence de la foulée D'autre part, il est également constaté que le décalage de phase entre les signaux de mouvement en translation du piéton selon les axes Vertical VT et Antéro-Postérieur AP (tous deux présentant une même caractéristique de puissance essentiellement présente à la fréquence du pas) est proche de ττ/2. Ce déphasage est donc également une caractéristique remarquable que nous pouvons introduire dans la liste des propriétés remarquables et donc dans un estimateur ou dans une séquence de calcul de l'opérateur de rotation inconnu. Notons l'élément suivant très important également. Il n'est pas nécessaire que les capteurs de mouvements soient directement placés sur le buste, thorax ou bassin du piéton. Il est uniquement nécessaire, que, par un moyen mécanique, une part suffisante (mesurable par des capteurs) de ces signaux de mouvements soient transmis au boîtier. Ainsi, on constatera que les mouvements de translation du buste d'un piéton se transmettent à un boîtier capteur porté à la main par le piéton en mode consultation par exemple. Dans ce mode de portage, le bras constitue un élément mécanique qui transmet les mouvements du buste jusqu'à la main et ces mouvements peuvent alors être mesurés. La tête est également une position sur laquelle ces propriétés sont bien transmises. Le cas des membres pendulant (bras en balancier pour la marche par exemple), jambes constituent des exceptions et les propriétés remarquables des mouvements du bassin buste doivent alors être révisées. Lorsque le piéton pratique une activité de marche ou de course, l'ensemble de caractéristiques représentatives de signaux de mouvement en translation du buste du piéton représentés dans un repère piéton R _P = (AP, ML, VT) défini par les axes du piéton Antéro-Postérieur AP, Médio-Latéral ML, et Vertical VT comprend : le signal dû au mouvement en translation selon l'axe Médio-Latéral ML présente essentiellement de la puissance à la cadence de foulée ;

le signal du au mouvement en translation selon l'axe Antéro-Postérieur AP présente essentiellement de la puissance à la cadence du pas ; le signal du au mouvement en translation selon l'axe Vertical VT présente essentiellement de la puissance à la cadence du pas ;

les signaux dus aux mouvements en translation selon l'axe Vertical VT et selon l'axe Antéro-Postérieur AP présentent un déphasage sensiblement constant et proche de ττ/2 ; et

la cadence de pas est sensiblement double de la cadence de foulée.

Par ailleurs, d'autres caractéristiques remarquables des signaux de mouvement du buste du piéton P, cette fois en rotation peuvent être exploitées. Tout comme l'accéléromètre constitue un premier choix simple et potentiellement à bas coût pour capter les mouvements en translation d'un piéton, un gyromètre est alors par exemple un bon choix de capteur de signaux de mouvement en rotation. Des gyromètres à bas coût permettent de mesurer des vitesses de rotation instantanées et sont adaptés à capter les mouvements de rotation du boîtier dans lequel ils sont insérés.

On a alors la liste complémentaire des propriétés remarquables sur les mouvements de rotation du buste ou thorax ou bassin suivante :

le signal dû au mouvement en rotation selon l'axe Médio-Latéral ML présente essentiellement de la puissance à la cadence du pas ;

le signal dû au mouvement en rotation selon l'axe Antéro-Postérieur AP présente essentiellement de la puissance à la cadence de la foulée ; et le signal du au mouvement en rotation selon l'axe Vertical VT présente essentiellement de la puissance à la cadence de la foulée.

Ainsi, l'ensemble des caractéristiques remarquables des signaux de mouvement du buste du piéton est plus vaste que l'ensemble des caractéristiques remarquables des signaux de mouvement de seule translation. On peut y ajouter un ensemble de caractéristiques liées aux mouvements de rotation. On pourra donc inclure dans la procédure de calcul de l'opérateur d'orientation inconnu une combinaison des caractéristiques remarquables de translation et/ou de rotation, afin par exemple d'améliorer la robustesse de l'estimateur ou sa sensibilité au bruit, lever des indéterminations. Notons également qu'il est également possible d'exploiter un ensemble de caractéristiques remarquables des mouvements d'un piéton qui seraient liés à un bras ballant, par exemple. Si le capteur de mouvement est plutôt sensible au mouvement de balancier du bras, e.g. dans le cas du port du capteur dans la main et le bras étant utilisé en balancier lors de la marche ou de la course, alors on peut exploiter les caractéristiques qui suivent.

Lorsque le piéton pratique une activité de marche ou de course, l'ensemble de caractéristiques représentatives de signaux de mouvement du bras du piéton représentés dans un repère piéton (RP = (AP, ML, VT)) défini par les axes du piéton antéro-postérieur AP, médio-latéral ML, et vertical VT, comprend :

le signal du au mouvement en translation selon l'axe Antéro-Postérieur AP présente essentiellement de la puissance à la cadence de foulée; - le signal du au mouvement en translation selon l'axe vertical VT présente essentiellement de la puissance à la cadence du pas;

le signal du au mouvement en translation selon l'axe ML présente essentiellement de la puissance à la cadence de la foulée;

le signal du au mouvement en rotation selon l'axe médio-latéral ML présente essentiellement de la puissance à la cadence de la foulée ; et le signal de rotation du au mouvement en rotation selon l'axe vertical VT présente essentiellement de la puissance à la cadence de la foulée, cette propriété étant caractéristique d'un mouvement de balancier du bras.

D'autres caractéristiques remarquables peuvent être ajoutées aux listes précédentes, pour tenir compte des spécificités des mouvements d'autres parties du corps d'un piéton. Si le capteur de mouvement est essentiellement marqué par les mouvements du buste ou d'un membre du piéton, selon la nature de sa mesure (par exemple rotation ou translation), il est nécessaire d'exploiter tout ou partie du sous-ensemble des caractéristiques remarquables correspondant.

Le principe de l'invention d'exploiter l'existence de caractéristiques remarquables des mouvements d'un piéton en situation de marche/course a été exposé. Il permet d'estimer l'opérateur de rotation inconnu entre le repère dans lequel les signaux de mouvement sont générés (à partir des capteurs d'un boîtier porté par le piéton) et le repère du piéton R _P . Le repère du piéton R _P étant équivalent au repère trajectoire R _T , l'opérateur de rotation estimé par l'invention relie donc le repère dans lequel les signaux de mouvement sont générés, au repère trajectoire R _T . Le principe d'estimation de l'opérateur inconnu consiste à calculer, pour un opérateur candidat, un critère comparant les caractéristiques des signaux de mouvement transformés par cet opérateur candidat, et les caractéristiques remarquables des mouvements du piéton dans le repère piéton R _P . Pour un ensemble d'opérateur candidats, le meilleur estimateur sera celui qui présente le meilleur critère, i.e. qui permet bien de retrouver les caractéristiques remarquables des mouvements d'un piéton dans le repère piéton R _P . Le calcul peut être mené analytiquement et/ou par un calculateur qui implémente une méthode de minimisation de critère.

Par ailleurs l'ensemble des caractéristiques remarquables des mouvements d'un piéton peut être composé de plusieurs éléments et qu'ainsi, il était possible d'introduire plus d'information dans notre estimateur. Une plus grande quantité d'information permet de mieux estimer l'opérateur de rotation inconnu, avec un coût de calcul sans doute plus élevé et potentiellement la nécessité d'intégrer plusieurs types de capteurs dans le boîtier. Notons également que plusieurs boîtiers répartis à différents endroits du corps du piéton peuvent collaborer et consolider l'estimateur d'orientation de la trajectoire du piéton. En effet, une configuration que l'on peut couramment envisager est que le piéton est doté d'une part de son smartphone d'une part et d'un accessoire supplémentaire connecté au smartphone, comme des lunettes interactives et/ou un accessoire porté au poignet, l'un et/ou l'autre étant équipé de capteurs de mouvement. Ainsi, l'invention peut s'appliquer aux deux équipements et délivrer leur orientation estimée de la trajectoire du piéton, par le procédé de l'invention. Le principe s'applique à de multiples équipements. Cette configuration multiple est en soi intéressante, car la redondance d'information permet de bâtir un meilleur estimateur d'orientation en fusionnant les multiples estimations. La méthode de fusion peut être simple et par exemple combiner les multiples estimées ou estimations en une moyenne. Il est également possible de pondérer les multiples estimées par exemple considérant a priori leur fiabilité selon leur position sur le corps. Ainsi, pour un équipement de position a priori fixe sur le piéton, comme les lunettes placées sur la tête ou un bracelet placé au poignet, l'estimateur pourra être considéré comme fournissant une fiabilité supérieure à celui d'un équipement qui, est a priori susceptible de changer de position sur le corps du piéton, comme un smartphone. La pondération des différents estimateurs est alors fixée a priori. Notons également que la pondération peut être dynamique, c'est-à-dire non fixée dans le temps. En effet, comme c'est l'objet le la demande de brevet français FR 135361 6, déposée, mais non publiée en appliquant un détecteur de changement de position du boîtier capteur sur le piéton, par exemple en détectant des variations d'horizontalité du boîtier capteur, il est possible de pondérer l'estimation dynamiquement dans le temps. En effet, pendant les transitions, l'estimateur d'orientation de trajectoire est réputé moins fiable, puisque l'estimateur met un certain temps pour converger. Nous proposons ici un mode particulier de réalisation intéressant dans de nombreux cas usuellement rencontrés en pratique.

Un opérateur de rotation est complètement déterminé par trois paramètres. Dans un paragraphe précédent nous avons cité comme paramètres déterminants un axe de rotation (donc un vecteur unitaire à deux paramètres indépendants) et un angle de rotation autour de cet axe. C'est ainsi que sont représentés les opérateurs de transformation en rotation selon le formalisme des Quaternions. Selon le formalisme équivalent des angles d'Euler ou de Cardan, l'opérateur de transformation en rotation est déterminé par trois angles de rotation. Il possède donc trois degrés de liberté. Dans toutes les nombreuses représentations possibles d'un opérateur de transformation en rotation, trois paramètres indépendants sont nécessaires pour fixer l'opérateur. Il est alors nécessaire d'utiliser un nombre suffisant de caractéristiques remarquables pour déterminer correctement, et de façon unique ces trois degrés de liberté. Le juste ensemble de caractéristiques remarquables n'est pas toujours simple à déterminer. Pour simplifier cette estimation, on propose d'exploiter un repère de référence horizontal lié à la Terre, et on exprime les signaux issus du boîtier capteur BC dans ce repère de référence R _R , avant d'estimer l'opérateur de rotation Q _RT . Le repère de référence présente alors un axe vertical, et deux axes horizontaux. Comme le repère piéton le plus courant est (ML, AP, VT) qui présente également un axe vertical et deux axes horizontaux, l'opérateur de transformation inconnu entre le repère de référence et le repère piéton est limité à une rotation d'axe vertical. Le problème est alors équivalent à un problème à un seul angle inconnu, au lieu de trois angles ou trois paramètres dans le cas général. Ce mode d'implémentation est adapté à un grand nombre de situations usuellement rencontrées, comme celles d'un utilisateur de smartphone, de lunettes interactives ou d'un accessoire porté par l'utilisateur, équipés des capteurs usuellement rencontrés dans ce type d'appareil.

Par définition du repère lié au corps humain tel que défini sur la figure 3, l'axe Vertical VT du piéton est dirigé selon la verticale, c'est-à-dire selon l'axe de la gravité. Les axes Medio-Latéral ML et Antéro-Posterieur AP forment donc à chaque instant un plan horizontal.

Ainsi, le problème à résoudre pour déterminer l'orientation inconnue entre le repère dans lequel sont exprimés les signaux de mouvement et le repère piéton R _P est de trouver l'opérateur de transformation en rotation Q _RT qui transforme le repère des signaux dans le repère piéton R _P . Il est d'ores et déjà aisé de constater que cet opérateur de transformation doit déjà transformer le plan du repère des signaux en un plan horizontal, puisque le repère piéton possède un tel plan horizontal, ce qui détermine deux des trois inconnues de l'opérateur de transformation en rotation. Il est donc pratique d'exprimer immédiatement les signaux de mouvement dans un repère horizontal, grâce à un opérateur de transformation en rotation fourni ou estimé à l'aide des capteurs de mouvements. L'opérateur inconnu restant n'est plus alors qu'un opérateur de transformation en rotation selon le seul axe vertical (soit un angle de cap) et il pourra alors être plus aisément estimé par le principe de l'invention. On pourra ainsi limiter les caractéristiques remarquables à exploiter, réduire l'incertitude de l'estimateur.

Dans un grand nombre de situations, il est possible, à partir des capteurs présents dans le boîtier BC porté par le piéton, d'estimer le premier opérateur qui transforme le repère boîtier R _B en un repère de référence horizontal et d'y exprimer les signaux de mouvement mesuré par les capteurs du boîtier BC. En effet des capteurs inertiels couramment présents dans les smartphones permettent de calculer l'orientation du boîtier BC dans le repère terrestre R _R .

La dernière inconnue est alors liée à l'orientation en cap du corps du piéton. C'est précisément une des applications de l'invention, exploitant les caractéristiques remarquables des mouvements du corps, consistant à retrouver ce dernier angle inconnu.

Il est donc avantageux de choisir un repère de référence lié à la Terre, dans lequel on exprime les signaux de mouvement mesurés par les capteurs du boîtier BC.

Les capteurs de mouvements principalement considérés (tels Accéléromètres, Gyromètres et Magnétomètres) fournissent des vecteurs de mesure à trois dimensions. Les capteurs sont rigidement liés au boîtier capteur BC. On peut donc considérer que les capteurs délivrent ainsi leurs mesures vectorielles dans un même repère R _B , lié à ce boîtier BC, que l'on note R _B . L'homme de l'art connaît les méthodes qui permettent de corriger les éventuels désalignements entre les axes des capteurs proprement dits et ainsi qui fournissent les mesures des capteurs dans ce même et unique repère boîtier R _B .

Comme mentionné précédemment, des techniques sont également connues pour fournir l'orientation du boîtier BC dans le repère de référence R _R ainsi déterminé, fixe par rapport à la Terre et présentant un plan horizontal et un cap donné. Il faut en effet noter que les capteurs A, G, M, classiquement présents dans les smartphones permettent de constituer une centrale d'attitude (ou "Inertial Measurement Unit" en langue anglaise) qui, par exemple par technique de fusion de données de capteurs, fournit l'orientation du repère boîtier R _B par rapport à un repère de référence R _R lié à la Terre, c'est-à-dire l'opérateur de transformation en rotation Q _B R. De nombreuses combinaisons sont possibles entre les capteurs A, G, M afin de parvenir à une estimation satisfaisante de Q _B R.

L'opérateur restant à estimer est alors l'opérateur Q _RT qui se réduit à un opérateur de rotation selon l'axe Vertical VT. Il est déterminé par un seul angle, ce qui réduit considérablement la dimension de l'espace des solutions possibles. En effet, même dans le cas d'une recherche peu optimisée, il suffira de parcourir l'espace des angles possibles, cet espace étant réduit à une seule dimension, de former l'opérateur de rotation selon Z correspondant, calculer l'écart aux caractéristiques remarquables. Le plus petit écart permet de sélectionner l'angle inconnu. On réduit ainsi la dimension de l'espace de recherche de trois à une dimension.

Nous présentons ensuite de façon détaillée un mode d'implémentation particulier de l'invention, qui exploite cette particularité.

La présente invention peut s'appliquer à n'importe quel problème de localisation, que ce soit en intérieur ou en extérieur. Pour certains cas particuliers, pour lesquels on chercherait une solution de localisation dans des endroits en mouvement par rapport au repère terrestre, tel un navire, la présente invention s'appliquerait toujours, un homme de l'art serait en mesure d'appliquer un angle de correction afin de réorienter la carte de l'endroit se déplaçant dans le repère terrestre de référence en cas de besoin.

L'entrée du procédé est un signal de mouvement à trois axes fourni par un accéléromètre à trois axes, un magnétomètre à trois axes, ou un gyromètre à trois axes. L'invention peut être appliquée à chacun de ces trois capteurs, ou à une combinaison de ces capteurs. Lorsqu'on cherche un signal de mouvement lié à l'accélération d'un corps, le meilleur capteur à choisir est un capteur d'accélération. Lorsqu'on cherche un signal de mouvement liée à la rotation d'un corps, on peut choisir un gyromètre ou un magnétomètre. Le procédé de l'invention s'applique quel que soit le choix fait. Afin de mieux évaluer l'angle de rotation inconnu, on peut envisager d'utiliser une combinaison de capteurs A, G, M. A partir des signaux du boîtier capteur BC, on estime l'orientation

QBR du boîtier capteur BC dans le repère de référence R _R terrestre, par exemple par un procédé de type centrale inertielle. Le repère de référence ainsi choisi est lié à la Terre. Il présente un plan horizontal formé par les axes XR et YR, l'axe ZR étant vertical. L'opérateur de transformation inconnu Q _RT entre un tel repère de référence R _R et le repère trajectoire R _T (que l'on rappelle équivalent au repère piéton R _P et pris ici égal au repère piéton R _P ) est alors restreint un opérateur de rotation selon l'axe vertical. Des techniques connues de l'état de l'art permettent d'estimer l'orientation du boîtier capteur BC dans un repère de référence R _R à partir d'une combinaison de capteurs inertiels, comme des accéléromètres qui fournissent facilement des informations liées aux angles de roulis et de tangage ("Roll" et "Pitch" en langue anglaise) dans le repère de référence terrestre, des Gyromètres qui fournissent les vitesses de rotation du boitier capteur, des magnétomètres qui mesurent le champ magnétique de la Terre et permettent de déterminer un cap du boitier capteur par rapport au Nord de la Terre. Selon la classe des capteurs utilisés, on pourra avantageusement mettre en œuvre des solutions Gyromètres seules, des solutions Accéléromètre-Gyromètre ou Accéléromètre-Gyromètre-Magnétomètre. Notons que la définition du cap du repère de référence R _R peut être choisie selon convenance. L'estimateur d'orientation de la trajectoire objet de l'invention fournira alors le cap de la trajectoire par rapport au repère de référence. Ainsi, un repère de référence dont le cap est connu par rapport aux conventions des cartes classiquement utilisées pour le repérage géographique sera avantageux. Les cartes sont classiquement repérées par rapport au Nord géographique, aussi un repère de référence ayant une convention similaire sera avantageusement utilisé.

Dans l'exemple d'un smartphone, d'un accessoire, de lunettes interactives, les capteurs présents permettent d'estimer cet opérateur d'orientation Q _BR du boîtier dans le repère de référence terrestre. Les solutions logicielles de calcul de l'opérateur sont souvent également embarquées. Comme bien connu pour un homme de l'art, se fonder uniquement sur un accéléromètre fournit une estimation bruitée pour cet opérateur car les accéléromètres fournissent la somme des signaux de gravité, qui contiennent les signaux utiles pour estimer les angles de roulis et de tangage, et l'accélération propre du boîtier capteur, en raison de la trajectoire de l'ensemble capteur, cette composante d'accélération étant considérée comme un bruit pour la meilleure estimation des angles de roulis et de tangage. Par ailleurs, l'angle de cap du repère de référence ne peut être déterminé par une solution seulement basé sur l'accéléromètre.

Toutefois, lorsque le mouvement est périodique, on peut réduire l'effet de l'accélération propre en appliquant un filtre passe-bas sur les données de l'accéléromètre et ainsi obtenir une meilleure estimation des angles de roulis et de tangage. De toute façon, une solution basée uniquement sur un accéléromètre ne fournit aucune information sur l'angle de lacet, qui reste inconnu. D'autres méthodes combinant des accéléromètres et des magnétomètres offrent la possibilité d'estimer l'angle de lacet, toujours au détriment de la sensibilité à l'accélération propre et nécessitant donc un certain nettoyage par des filtres précédemment cités.

Une solution basée sur un gyromètre est également possible. L'homme de l'art connaît les procédés de calculs d'une orientation à partir d'un signal de gyromètre qui délivre des vitesses de rotation. Ce capteur permet, par une méthode d'intégration de retrouver l'orientation parcourue depuis le premier instant considéré dans le calcul d'intégration. Si l'orientation est connue au premier instant d'intégration, alors on connaît à chaque instant l'orientation absolue du boîtier capteur. Outre la nécessité de connaître à un instant donné une orientation absolue, ce procédé présente également des limitations liées à la classe du capteur gyrométrique. En effet, un capteur présentant des défauts de biais ou de sensibilité peut générer des erreurs importantes en sortie du procédé d'intégration. On observera par exemple une dérive d'autant plus rapide que le biais est mal connu. Les capteurs de classe "consumer" actuels présentent des dérives de l'ordre de quelques degrés par minute, ce qui limite les procédés basés sur les seuls gyromètres à des scénarios d'utilisation très courts. Des capteurs de meilleure classe, dont on peut présager qu'ils seront disponibles à des coûts toujours plus réduits, présentent des dérives de l'ordre de quelques degrés pour des scénarios de l'ordre de l'heure. Lorsque l'on dispose d'un gyromètre à haute performance, il permet à lui seul, selon ses performances, de calculer l'opérateur Q _B R à chaque instant, à partir d'une donnée initiale de l'orientation du boîtier. On dispose ainsi de centrales d'attitudes performances, indépendantes de signaux magnétiques, de fortes accélérations, et peu dérivantes pour des périodes de temps allant de plusieurs dizaines de minutes à quelques heures.

La meilleure combinaison comprend une combinaison d'un accéléromètre, d'un magnétomètre et d'un gyromètre, qui permet de fournir l'orientation complète du boîtier capteur dans le repère de référence terrestre. Non seulement elle fournit une information complète d'orientation, mais elle n'est pas sensible à l'accélération propre ni à l'effet de la dérive angulaire du gyromètre.

De nombreuses techniques, telles que celles décrites dans les documents FR2934043, ou FR2930335, ou FR 1 154915 peuvent être appliquées pour obtenir l'opérateur Q _B R, et cette invention peut donc être appliquée.

On considère maintenant qu'on possède suffisamment d'informations sur l'opérateur de rotation Q _B R reliant le boîtier capteur au repère terrestre de référence. Cet opérateur est complètement défini. Comme décrit précédemment, les techniques connues de l'homme de l'art sont capables de fournir cet opérateur de rotation Q _B R. Par souci de clarté, on considère dans cette partie que les informations de mouvement du corps, sont fournies par l'accéléromètre du boîtier capteur. Comme décrit précédemment, on peut appliquer la méthode qui suit aux signaux de gyromètre ou aux signaux de magnétomètre ou à une combinaison de signaux A, G, M. Comme mentionné ci-dessus, et utilisé dans ce mode, le signal de mouvement peut être exprimé dans un repère terrestre de référence grâce à l'application de l'opérateur Q _BR et seul un angle de rotation autour de l'axe vertical est inconnu et doit être déterminé pour passer du repère de référence au repère piéton (ou trajectoire puisqu'ils sont équivalents). On est donc en mesure d'utiliser uniquement un sous-ensemble limité de caractéristiques de mouvement de la marche du piétonpour fournir l'angle de cap inconnu du piéton dans le repère de référence terrestre, qui est l'inconnu que nous recherchons.

Dans ce qui suit, on présente un mode qui ne compte que sur quelques caractéristiques des mouvements en translation du buste du corps d'un piéton qui pratique une activité de marche ou de course.

Notons au passage que lorsque le piéton est à l'arrêt, il n'est plus possible d'estimer son cap dans la mesure où les caractéristiques remarquables des mouvements du piéton ne sont plus visibles. Ceci ne constitue pas un problème dans la mesure où précisément, le piéton ne se déplace pas. L'information de cap n'a alors plus aucun sens.

A partir des signaux d'accéléromètre à trois axes de mesures 3A prévus dans le boîtier capteur, et de la connaissance de l'opérateur de transformation en rotation Q _B R qui fournit la rotation entre le repère du boîtier capteur R _B et le repère de référence terrestre R _R , on peut facilement calculer les signaux de mouvement captés par l'accéléromètre dans le repère de référence R _R , dont l'un des axes est vertical nommé Z _R (i.e. colinéaire à la gravité), les autres axes X _R et Y _R étant donc dans le plan horizontal. Un repère de référence naturel est le repère terrestre, Nord, Est, Vertical. L'axe Z _R étant l'axe vertical, l'axe Y _R peut être considéré comme la direction Nord. L' axe X _R est sélectionné pour définir une base orthonormée (on dit alors pointant vers l'Est). On a donc défini notre repère terrestre de référence, dont l'axe Z _R est vertical, et l'axe X _R peut être le Nord, l'axe Y _R étant alors l'Est. On est alors en mesure de fournir les signaux d'accélération initialement fournis dans le repère R _B du boîtier capteur BC dans ce repère terrestre, c'est à dire qu'on obtient l'accélération AccX selon l'axe X _R , l'accélération AccY selon l'axe Y _R , et l'accélération AccV selon l'axe Z _R qui est égal à l'axe vertical VT. Dans un mode de réalisation préféré, ce repère de référence intermédiaire peut être le repère terrestre de référence, défini par un axe "vertical", un axe "Nord" et un axe "Est". L'étape intéressante consiste à obtenir des informations de mouvement (en l'espèce les signaux d'accélération) dans un repère dont l'un des axes est vertical, donc égal à l'axe VT du repère piéton R _P . On envisage alors les étapes inventives qui fournissent l'angle inconnu restant qui permet d'obtenir l'opérateur de rotation Q _RT restant du repère de référence R _R au repère piéton R _P . On considère donc des signaux de capteurs qui sont fournis dans le repère terrestre, dont l'un des axes est aligné avec gravité Z _R . Une fois de plus, on considère que le repère piéton R _P et le repère trajectoire R _T sont égaux, et donc que les opérateurs Q _RT et Q _RP sont égaux. Une rotation selon un axe unique reliant le repère piéton R _P au repère terrestre de référence R _R est maintenant inconnue mais nous savons que c'est une rotation autour de l'axe vertical avec un angle inconnu que nous noterons Θ. Cet angle Θ est l'angle de cap du piéton dans le repère de référence terrestre. Aussi, trouver Θ permet de résoudre le problème de cap de trajectoire, qui est un but de l'invention. Le but de l'invention est maintenant de fournir une estimation de cet angle inconnu Θ, de sorte qu'on définit complètement l'opérateur de rotation liant le repère terrestre de référence et le repère piéton. Pour rappel, le procédé selon l'invention est divisé en trois étapes principales et utilise les caractéristiques remarquables du mouvement du corps humain, comme précédemment décrit.

On présente un procédé de calcul complet, comprenant également l'estimation de la cadence de la marche du piéton. Cette information peut être obtenue de manière différente à celle présentée ici selon des modes différents connus de l'homme de l'art. La première étape a pour but de déterminer la cadence de pas de la marche. Dans cette première étape, on a, comme une étape intermédiaire, la délivrance de la fréquence principale de la marche (c'est-à-dire, pour préciser, la fréquence de pas) de l'activité marche ou course. Un mode de réalisation préféré consiste à estimer la fréquence de pas utilisant le signal de mouvement selon l'axe vertical et présentant la puissance maximale. Comme le but est ici d'estimer la fréquence de pas, toute autre méthode est adaptée aux étapes suivantes, tant qu'ils fournissent la fréquence de pas. L'homme de l'art connaît de nombreuses méthodes différentes pour calculer la fréquence de pas.

Calculer la fréquence de pas à partir du signal de mouvement de l'axe vertical est un mode de réalisation préféré. On peut estimer la fréquence de pas par un autre procédé, en utilisant un autre capteur de mouvement, et/ou en utilisant la norme de l'accélération, ou à l'aide d'un autre axe de détection, pour effectuer l'estimation de la fréquence de pas en utilisant des signaux dans le repère capteur. Comme vu précédemment, l'exploitation de l'axe vertical est avantageux, car lorsqu'on considère des mouvements de translation, l'une des caractéristiques importantes listées est que le signal de translation selon l'axe vertical présente essentiellement de la puissance à la fréquence du pas, ce qui est ce que nous recherchons dans cette première étape. Comme l'activité de marche fournit une fréquence de pas généralement dans une largeur de bande passante limitée, il est possible d'améliorer tout procédé par un filtrage passe-haut, un filtrage passe-bas ou un filtrage passe-bande filtrant le signal de mouvement dans la bande passante de la fréquence de pas. Les valeurs classiques pour une activité de marche sont 1 ,0 Hz à 2,5 Hz. Un homme de l'art sait qu'il y a plusieurs techniques pour estimer la fréquence de pas d'un piéton à partir des signaux de mouvement. Il est par exemple possible d'appliquer par exemple la technique du brevet FR2942388. Des techniques, du domaine temporel ou du domaine fréquenciel peuvent être appliquées.

L'avantage d'une méthode basée sur le signal de mouvement selon l'axe vertical que nous décrivons en exemple, est que le signal de mouvement présente la propriété intéressante d'avoir un pic maximum d'énergie centré autour de la fréquence de pas et, par exemple, de ne pas être soumis au problème de mélange de la fréquence de pas et de la fréquence de foulée, ce qui facilite le traitement pour obtenir une estimation fiable et précise de la fréquence de pas.

Dans cette première étape, une fois que l'on a estimé la fréquence de pas, la deuxième sous-étape de la première étape est de fournir l'amplitude, l'énergie ou la puissance des signaux de mouvement selon l'axe X _R et l'axe Y _R (i.e. les signaux d'accélération AccX et AccY) pour la fréquence de pas. On peut facilement comprendre que le but de cette estimation de puissance est d'être en mesure de faire correspondre les caractéristiques remarquables de la démarche humaine qui sont que selon l'axe Antéro-Postérieur AP du repère piéton R _P , le signal d'un mouvement de translation présente un picde puissance à la fréquence du pas, alors que sur l'axe Medio-Latéral, il ne présente pas de pic notable à cette même fréquence. Pour une telle estimation de puissance, on peut utiliser, par exemple, la sortie de la transformée de Fourier des signaux AccX et AccY pour la fréquence de pas. D'autres techniques peuvent être appliquées, dans le domaine temporel par exemple. Un homme de l'art sait comment évaluer l'amplitude, l'énergie ou la puissance des signaux AccX et AccY pour la fréquence du pas. Un filtre étroit centré autour de la fréquence de cadence du pas peut être appliquée aux signaux AccX et AccY, et l'amplitude du signal filtré peut être calculée pour fournir le résultat.

Dans les nombreuses variantes destinées à estimer la puissance du signal sur AccX et AccY à la cadence du pas, il est également possible d'appliquer un filtre adapté (ou "matched filter" en langue anglaise) sur les signaux AccX et AccY pour estimer la puissance du signal à la fréquence du pas. Cette méthode vaut une courte description car elle est adaptée à notre cas d'un piéton. Pour cette application, on peut choisir comme réponse impulsionnelle du filtre adapté le signal temporel selon AccV (c'est-à-dire selon la verticale). En effet, on sait, comme cela est listé dans la liste des caractéristiques remarquables des signaux de mouvement d'un piéton en situation de marche, que le signal d'accélération selon la composante verticale présente essentiellement de la puissance à la fréquence du pas. On sait également que le signal selon l'axe AP est essentiellement marqué par de la puissance à la fréquence du pas, et, fait intéressant, que ce signal est déphasé de AccV d'une valeur constante (environ ττ/2). Par conséquent, prendre comme réponse impulsionnelle d'un filtre adapté le signal d'accélération selon la direction verticale permet, en appliquant ce filtre aux signaux AccX et AccY, d'extraire de ces deux composantes, le signal qui est le mieux corrélé à AccV et ainsi d'estimer la puissance, sur AccX et AccY du signal à la cadence du pas.

Une fois la puissance du signal à la fréquence du pas extraite de AccX et AccY, la deuxième étape fournit l'angle de rotation restant inconnu entre le repère à deux dimensions ou 2D (X _R , Y _R ), X _R et Y _R étant les axes horizontaux du repère de référence et les axes Medio-Lateral ML et Antero- Posterieur AP du repère piéton R _P . Cette étape est basée sur des caractéristiques remarquables des fréquences de l'activité de marche humaine, qui est que le mouvement selon l'axe Medio-Lateral ML ne présente pas de fréquence de pas (mais un signal de fréquence de foulée), tandis que le mouvement selon l'axe Antero-Posterieur AP présente un signal de fréquence de pas (et non signal de fréquence de foulée). Ainsi l'angle inconnu permet de transformer AccX et AccY en les signaux d'accélération selon les axes AP et ML. Cette transformation en rotation selon la verticale d'angle Θ doit donc être telle, qu'après transformation, toute la puissance de signaux d'accélération à la cadence de la marche se retrouve uniquement selon l'axe AP.

On pourrait appliquer la même logique que dans les étapes 1 et 2 en se focalisant sur la fréquence de la foulée. On chercherait alors d'abord, à partir d'une estimée de la cadence de la foulée (ou fréquence de la foulée) la puissance des signaux selon AccX et AccY à cette fréquence. Cette fréquence pourrait simplement être déduite de la fréquence du pas en divisant cette dernière par un facteur 2, puisque la fréquence de la foulée est moitié de la fréquence du pas. On pourrait ensuite rechercher la puissance du signal à la fréquence de la foulée ainsi déterminée par exemple par une technique de transformée en fréquence. Puis à partir des valeurs de puissance des signaux AccX et AccY, retrouver l'angle qui transforme AccX et AccY en AP et ML, en recherchant cette fois à ce que le pic de puissance du signal après transformation se retrouve essentiellement selon l'axe ML obtenu avec l'angle candidat, dans la mesure ou l'on sait que la puissance du signal d'accélération à la fréquence de la foulée se retrouve essentiellement selon l'axe ML d'un piéton. Comme constaté, cette deuxième étape fournit l'angle de cap de rotation inconnu modulo ττ. Nous obtenons donc la direction de l'axe AP, ou direction de la marche du piéton. Nous ne pouvons pas encore à l'issue de la deuxième étape trouver le sens de l'axe Antero-Posterieur AP, qui est positive ou négative, ce qui signifie que nous ne savons pas le sens dans lequel se déplace le piéton. Ainsi on ne peut déterminer si le piéton se dirige dans un sens ou son opposé, ce qui laisse deux solutions possibles. Avec cette seule caractéristique remarquable du mouvement de la marche, on a toujours une solution de cap sous-déterminée à π prés. Avec cette seule caractéristique remarquable du mouvement de marche humaine, on a toujours une solution sous-déterminée.

La troisième étape fournit la sélection du sens et lève l'indétermination du modulo ττ, du passage du repère (ML, AP) au repère (X _R , Y _r ) à partir de l'analyse de la caractéristique remarquable de déphasage entre les signaux de l'accéléromètre selon les axes Antero-Posterieur AP et vertical VT qui est de ττ/2.

Le diagramme bloc global d'un mode de réalisation de l'invention est représenté sur la figure 6.

On remarque que l'on peut facilement modifier la solution présentée ici de manière détaillée pour tirer profit des autres caractéristiques remarquables de la marche humaine, telles que la présence d'un pic de puissance sur l'axe Medio-Lateral ML à la fréquence de la foulée et aucun pic de puissance à la fréquence de foulée sur l'axe Antero-Posterieur AP. Ceci est une extension directe de la solution détaillée présentée ici. Il est également possible d'utiliser les mêmes caractéristiques, dans un ordre différent ou selon des méthodes équivalentes à celle décrite. La figure 6 présente en mode schéma bloc un procédé de calcul qui implémente un mode de réalisation de l'invention. (AccX, AccY, AccV) sont les signaux de mouvement 3D délivrés dans le repère de référence (XR,YR,Z _R ), Z _r étant vertical, and (XR,YR) formant un plan horizontal. Le repère de référence peut être un repère terrestre. La première étape de ce mode de réalisation (i) calcule la fréquence du pas (indiquée par l'index idx) de l'activité de marche à partir de AccV. Cette première étape délivre également la magnitude du mouvement vertical AccV autour de la cadence du pas, soit DFTv(idx) (c'est ici concrètement un nombre complexe avec un module et une phase). Dans ce mode de réalisation, on utilise une transformée de Fourier, la fréquence du pas est estimée à partir du signal AccV dans le domaine fréquentiel. Puis on (ii) calcule la magnitude des signaux AccX et AccY autour de la fréquence du pas donnée par l'index idx. Dans ce mode de réalisation ces magnitudes DFTx(idx), DFTy(idx) sont calculées par une transformée de Fourier autour de la fréquence du pas donnée par l'index idx. Dans une seconde étape de ce mode de réalisation, on exploite la caractéristique remarquable des signaux de mouvement selon les axes AP et ML (le premier, AP, présente une puissance majoritaire autour de la fréquence du pas, le second une puissance majoritaire à la fréquence de la foulée). Dans cette seconde étape, les valeurs DFTx and DFTy sont exploitées afin de calculer l'angle de rotation inconnu entre l'axe vertical qui transforme le repère de référence dans le repère du piéton. A l'issue de cette étape l'angle inconnu est déterminé à module Pi prés. On dispose de la direction de l'axe de la trajectoire, mais pas du sens. La troisième étape prend en considération la propriété remarquable qui dit que les signaux selon AP et VT présente un déphasage connu constant (proche de ττ/2). Cette troisième étape permet donc de déterminer l'angle unique et résout l'indétermination à Pi prés. Cette étape fourni ainsi finalement l'angle recherché qui détermine la transformation entre le repère de référence et le repère piéton, ce qui détermine le cap du piéton dans le repère de référence.

Dans la suite de la description, on présente des détails d'implémentation de la solution présentée précédemment, suivant le schéma bloc des traitements présentés en figure 6. Ci-suit la description détaillée de la première étape (analyse de fréquence).

Comme présenté précédemment, on se concentre sur la caractéristique des signaux de translation (mesurés ici avec un accéléromètre) qui présentent, selon les axes Vertical VT et Antero- Posterieur AP, essentiellement de la puissance à la fréquence du pas, alors que cette fréquence est absente selon l'axe Medio-Lateral ML. On présente un mode détaillé d'obtention de la fréquence du pas à partir du signal d'accélération selon l'axe Vertical VT, et on présente le calcul de la puissance du signal selon les axes horizontaux AccX et AccY.

On calcule d'abord la fréquence principale des signaux de mouvement selon les axes Vertical VT (R _z ). Pour calculer cette fréquence, on peut calculer la DFT (transformée de Fourier discrète) sur les signaux de mouvement selon l'axe Vertical VT dans la plage de fréquence correspondant à la plage de fréquences de la marche (par exemple 1 Hz-2.5 Hz). On obtient un index correspondant à la fréquence de puissance (ou d'amplitude maximum). Ensuite, pour cet index, on calcule la DFT des signaux d'accélération AccX et AccY, qui représentent l'amplitude à la fréquence de marche (ici celle du pas). Pour calculer ces transformées de Fourier discrètes ou DFT, il faut d'abord choisir la taille de la fenêtre de temps et de la fréquence d'échantillonnage des signaux. L'homme de l'art sait sélectionner la taille de la fenêtre temporelle, la fréquence d'échantillonnage des signaux, le mode précis calculatoire. Toutefois nous présentons à titre d'exemple un procédé appliqué, ce qui permettra à l'homme de l'art d'appliquer des variantes avec une base de comparaison solide. Pour ce faire, la fréquence maximale considérée est 2.5 Hz, et le théorème de Shannon donne une fréquence d'échantillonnage minimale de 5 Hz. Dans la pratique, on choisit une fréquence d'échantillonnage supérieure à cette fréquence, par exemple une période d'échantillonnage de 20Hz. F _e =20 Hz (1 ) La fréquence minimale que l'on veut distinguer est la moitié de la fréquence de pas minimum (0,5 Hz), correspondant à la fréquence minimale du signal d'accélération selon l'axe Medio-Lateral ML. Ainsi, la fenêtre de temps utilisée pour l'analyse de la fréquence doit contenir au moins une période de signal de cette fréquence minimale.

Window = 2s (2) On met en œuvre les calculs de transformées de Fourier, pour extraire en premier lieu la valeur de la fréquence du pas à partir du signal d'accélération selon l'axe vertical, puis en second lieu, la puissance (ou amplitude) des signaux d'accélération selon les axes horizontaux pour cette fréquence du pas. Notons que la méthode proposée est l'une des nombreuses méthodes possibles. L'illustration mettant en œuvre une transformée de Fourier est particulièrement simple à comprendre, car c'est un opérateur connu de l'homme de l'art. D'autres techniques, par exemple par modèle AutoRégréssif (AR) du signal, ou par filtrage adapté permet d'arriver aux mêmes fins. L'objectif est d'extraire les deux puissances des signaux d'accélération horizontaux à la fréquence du pas, afin d'appliquer ensuite la caractéristique remarquable des mouvements en translation du buste, thorax, ou bassin d'un piéton, selon les axes Antéro-Postérieur AP et Médio- Latéral ML. Les transformées de Fourier ou DFT n'ont pas besoin d'être calculées pour toutes les fréquences ce qui allège considérablement les calculs.

On présente ici une méthode qui permet de calculer de manière récursive un élément particulier de la DFT, qui est donnée par la formule suivante:

DFT _j =∑ ₀ ¹ x _k e-- ^]k (3) dans laquelle : x _k représente les échantillons du signal à analyser; n représente le nombre d'échantillons dans un fenêtre temporelle (en l'espèce 40); et

j représente un indice de fréquence discrète défini par: Fj = F _e ^ (4) Le calcul direct d'un élément de DFT nécessite n-1 produits complexes et n additions complexes. En outre, on calcule la DFT sur une fenêtre glissante, en proposant le calcul récursif de DFT:

2ni . , - 2πί .

DFTj (t + 1) = (DFTj Çt) - xÇt - n - l))e ^{~~J n~v} + x(t)e ^~~] (5) Cette version récursive de la DFT nécessite deux produits complexes et de deux sommes complexes. C'est plus optimisé que l'algorithme FFT lorsque le calcul se fait sur une fenêtre glissante et pour un petit nombre d'indices de fréquences.

Sur l'axe Vertical VT, il faut calculer DFTj pour j variant de 2 à 5, correspondant à l'intervalle de fréquence de 1 Hz à 2,5 Hz (équation (4)). Ensuite, on trouve le maximum de ces 4 valeurs de DFT pour avoir l'indice jw correspondant à la fréquence de marche.

Pour les axes X et Y, on doit seulement calculer DFTj _w . On propose deux manières de calculer cette DFT:

1 . Calculer récursivement DFTj pour j=2,...,5 au moyen de l'équation (5) puis sélectionner la valeur correpondant à jw.

2. Calculer récursivement DFTj _w au moyen de l'équation (5) chaque lorsque j _w (t+1 )=jw(t) ou calculer DFTj _w au moyen de l'équation (3) lorsque j _w (t+1 )≠ j _w (t).

Le choix de la méthode dépend de la variation de j _w , si j _w varie beaucoup (plus d'une fois par seconde), il faut choisir la première méthode de calcul, sinon la seconde. En l'espèce, on choisit la seconde.

Dans un mode de réalisation préféré de la seconde étape de calcul de l'angle de rotation inconnu, on utilise le fait qu'une fois que sont calculées les puissances ou amplitudes des signaux d'accélération AccX et AccY selon les deux axes horizontaux, à la fréquence du pas, i.e. soit DFTx(idx) et DFTy(idx), il faut appliquer le principe de l'invention de façon à retrouver l'angle par lequel il est nécessaire d'opérer une rotation du repère d'axes XR,YR de manière à retrouver le repère piéton défini par les axes ML et AP dans lequel la caractéristique remarquable est exprimée.

Pour exprimer l'angle de rotation inconnu, l'étape suivante du procédé consiste à calculer l'angle de rotation entre le repère 2D formé des axes X _R et Y _R et le repère formé des axes ML et AP. Ces deux repères sont représentés sur la figure 7.

L'équation (6) fournit la transformation en rotation selon l'axe vertical des valeurs d'amplitude des signaux d'accélération à partir du repère de référence dans lequel on obtient l'estimation de l'amplitude dans le repère piéton. On peut dire que la matrice de rotation ainsi formée avec l'angle Θ représente l'opérateur candidat. Si l'opérateur candidat est bon alors : En ffet, pour appliquer la caractéristique remarquable due au mouvement de marche du piéton, il faut retrouver, par la transformation (6) appliquée au doublet (DFTx(idx), DFTy(idx)), aussi noté (DFTx _jw , DFTy _jw ) avec j _w correspondant à la fréquence du pas, que DFT _A p est maximum, alors que DFTML est minimum. Dans l'exemple détaillé, il est proposé de rechercher l'angle de rotation qui maximise la valeur de DFT _A p. On montre ensuite que la recherche de cet angle est possible avec des équations directes, aussi, il n'est pas nécessaire de déployer des méthodes de recherche itératives de l'angle.

Aussi, on recherche la rotation qui maximise le module de DFT _APjw ce qui est équivalent à résoudre le problème d'optimisation suivant :

max ₉ F(e) = max \\D FT Xj _w sm(0) + DFTyj _w cos(0) \\ (7)

Il est possible de trouver une solution analytique à l'équation (7). D'autres méthodes sont néanmoins possibles. Nous présentons un mode de calcul. On peut prendre les notations suivantes :

DFTx _jw = a ₁ + ib _x , DFTy _jw = a ₂ + ib ₂ (8)

On insère l'équation (8) dans l'équation (7), et on obtient: (0) = ( _αι sin(0) + a ₂ cos(0)) ² + b ₁ sin(0) + b ₂ cos(0)) ² (9) Résoudre l'équation (7) est équivalent à trouver la solution de l'équation suivante:

F ^' (0) = Acos(9) sin(0) + 5(cos ² (0) - sin ² (0)) = 0 (10) dans lequel :

A = - b ₂ , B = a ₁ a ₂ + b _x b (1 1 )

L'équation (10) est équivalente à : ytan ² (e) + 2 tan(e) - y = 0 (12)

Cette équation a deux solutions pour tan(9) définies dans l'équation (13) correspondant aux minimum et maximum de l'équation (9) :

Aussi, les deux solutions possibles de l'équation (7) sont : θ ₁ = atanCSi) , or θ ₂ = atan (S ₂ ) (14)

Pour trouver la bonne solution, on évalue DFT _AP . _w pour les deux solutions et trouver celui qui maximise DFT _APjw .

En plus du cap de marche, on peut calculer une valeur de "confiance" du calcul de cap ainsi déterminé. En effet, pour calculer le cap, on maximise la puissance à la fréquence de pas selon l'axe AP. On peut également calculer la puissance résiduelle selon l'axe ML. Si la différence entre ces deux valeurs est grande, i.e. supérieure à un seuil, on a confiance en le cap calculé. _WU ,(|DFT _A p | -|DFT _ML |)

W ^H confidence = |DFTAP I ' '

Ainsi, on bâtit une valeur comprise entre 0 et 1 qui tend vers 1 si toute la puissance se retrouve bien sur l'axe AP et qui tend vers 0 si les puissances se répartissent entre l'axe AP et l'axe ML.

La figure 8 présente les signaux temporels de l'angle inconnu comme déterminé par un mode d'implémentation de l'invention, tels qu'issus de l'étape 2. La valeur de l'angle inconnu est représentée par Θ. La vérité, estimée ou fournie par un autre moyen, est représentée par 0 _ref . On présente deux valeurs intermédiaires du calcul de l'angle inconnu par θι et 0 ₂ . Ces deux angles sont des solutions qui annulent la dérivée du critère qui doit être maximisé. La solution qui maximise le critère et donc issue de l'étape 2 est représentée par 0 _max. A l'issue de cette étape, l'angle est déterminé à modulo π prés. La figure 8 présente les résultats du calcul de l'angle de rotation, et illustre les deux solutions θι et θ ₂ , e _max , et 9 _ref l'angle réel. On peut voir que la solution choisie est la bonne et est proche de l'angle réel. A l'issue de cette étape, l'angle de cap est déterminé à modulo π prés. On connaît la direction de la marche du piéton, c'est-à-dire l'axe le long duquel il se déplace, mais on ne peut pas donner le sens de sa marche dans cette direction.

Dans un mode de réalisation préféré de la troisième étape, cette indétermination est levée. A l'issue de l'étape précédence, qui utilise la caractéristique remarquable des mouvements en translation du buste à la fréquence du pas, on estime l'angle de cap à modulo π prés. Il subsiste donc une indétermination sur le sens du repère piéton R _P par rapport au repère de référence R _R (i.e. entre la marche avant et la marche arrière). Pour lever cette indétermination, on peut introduire une caractéristique supplémentaire, liant l'écart de phase (ou retard) des signaux d'accélération selon l'axe vertical VT et selon l'axe Antéro-Postérieur AP. Selon cette caractéristique remarquable, due au mouvement d'un piéton en situation de marche ou course, le déphasage doit être proche de ττ/2.

L'angle de cap final est égal à l'angle calculé à l'étape précédente e modulo π prés. Pour lever cette incertitude, on calcule le décalage de phase φ entre la DFT de l'axe VT et de l'axe AP. φ = angle (DFT _AP . _W ) - angle (DFT _VJW ) (1 6)

Si le décalage de phase calculée est proche de ττ/2, on n'applique pas la correction à l'angle, si elle est proche de 3π/2, on applique une correction de π sur l'angle. Dans la pratique, on compare φ à π pour prendre la décision.

La figure 9 présente les signaux temporels de l'angle inconnu comme déterminés par un mode d'implémentation de l'invention, tels qu'issus de l'étape 3. Cette étape permet de lever l'indétermination de modulo Pi existant après l'étape 2. La propriété remarquable exploitée est l'angle de déphasage entre le signal de mouvement selon AP et VT. Ce déphasage est théoriquement proche de Pi/2. La figure 10 montre un angle tel qu'issu de l'étape 2 (avant correction) qui présente un écart de Pi par rapport à l'angle réel. Le critère de phase compare le déphasage entre les axes VT et AP. Si ce déphasage est plus grand qu'un seuil (ici fixé à Pi) alors on opère une correction de Pi sur l'angle avant correction. Dans les exemples qui suivent, la position du capteur considéré dans les expériences, on présente les résultats pour lesquels l'orientation du boîtier capteur lié à la position de la trajectoire est connue: - main, en mode consultation,

- orientation portrait, pour lequel l'orientation du capteur est approximativement égale au cap de la trajectoire,

- orientation paysage, pour lequel l'orientation du capteur a un écart constant de 90° avec le cap de la trajectoire.

La trajectoire utilisée pour l'expérimentation est un chemin rectangulaire comme représenté dans la figure 10 qui présente un parcours de forme rectangulaire, avec 4 segments AB, BC, CD, DA de cap respectifs 17°, 107°, -1 63°, -73°. Le point de départ appartient au segment AB et est matérialisé par un rond plein. Pour le premier test, l'utilisateur marche avec son smartphone en orientation portrait. Aussi, l'utilisateur marche dans la direction du cap de la trajectoire. Comme illustré sur la figure 1 1 , le cap du piéton calculé grâce au procédé de l'invention et le cap réel sont très proches. Le délai est d'environ une seconde, ce qui correspond à la moitié de la fenêtre glissante utilisée pour le calcul de la transformée de Fourier discrète. Tant que l'utilisateur est en mode marche, le résultat est bon.

En d'autres termes, la figure 1 1 présente différents signaux temporels illustrant le résultat tel qu'issu d'un mode particulier de l'invention appliqué au parcours représenté en Figure 1 1 . Le premier graphe montre la composante d'accélération verticale. Le second graphe montre (i) l'angle Θ de la trajectoire tel qu'estimé par un mode particulier de l'invention (ii) ainsi que l'angle de cap du boîtier capteur, noté Cap. Dans cet exemple, le boîtier capteur est porté de façon à ce que l'angle de cap du boîtier capteur coïncide avec le cap de la trajectoire. Cette valeur est donc la valeur d'angle avec laquelle on doit comparer l'angle de trajectoire estimée par l'invention. Le 3ème graphe présente l'écart entre l'angle Cap et l'angle Θ.

La Figure 12 présente pour illustration quelques périodes du signal d'accélération, estimées dans le repère piéton. On constate ainsi expérimentalement la tenue des caractéristiques remarquables des mouvements de translation d'un piéton, notamment le signal d'accélération selon l'axe ML présente essentiellement de la puissance à la fréquence de la foulée, le signal d'accélération selon l'axe AP présente essentiellement de la puissance à la fréquence du pas, le signal d'accélération selon l'axe VT présente essentiellement de la puissance à la fréquence du pas et présente un déphasage constant d'environ ττ/2 par rapport au signal selon AP.

La figurel 2 montre la décomposition des signaux d'accélération dans le repère du corps humain. Les fréquences selon les axes VT et AP sont identiques et deux fois plus faible selon l'axe ML. Dans le test suivant, l'utilisateur tient son smartphone en orientation paysage. Le smartphone se dirige vers la droite. Ainsi, le décalage entre la trajectoire smartphone et le cap de la trajectoire fourni par l'invention doit être de 90 degrés, ce qui est correct, comme illustré sur les figures 13 et 14. On présente un résultat selon le même formalisme que la figure 1 1 , pour cette fois une réalisation du parcours ou le capteur est tenu en mode "landscape". L'angle Cap n'est alors plus confondu avec le Cap de la trajectoire mais écarté d'environ ττ/2. L'angle Θ tel qu'estimé par l'invention estime correctement le cap de la trajectoire. La figure 14 présente, selon le même formalisme que la figure 12, quelques périodes du signal d'accélération dans le repère piéton.

Les étapes du procédé décrit ci-dessus peuvent être réalisées par un ou plusieurs processeurs programmables exécutant un programme informatique pour réaliser les fonctions de l'invention en agissant sur des données d'entrée et en générant des données de sortie, dans le dispositif selon l'invention. Un programme informatique peut être écrit dans n'importe quel langage de programmation, tels les langages compilés ou interprétés, et le programme informatique peut être déployé sous n'importe quelle forme, y compris en tant que programme autonome ou comme un sous-programme ou fonction, ou tout autre forme appropriée pour une utilisation dans un environnement informatique.

Un programme d'ordinateur peut être déployé pour être exécuté sur un ordinateur ou sur plusieurs ordinateurs sur un seul site ou sur plusieurs sites répartis et reliés entre eux par un réseau de communication.