AOA

L'invention concerne un procédé de localisation en deux ou trois dimensions d'un émetteur en présence de multi trajets issus du trajet direct et d'une ou plusieurs réflexions sur des obstacles dont les positions sont connues. Les trajets sont reçus sur un unique système de réception multi voies, lui aussi de position connue. Le procédé selon l'invention est basé sur une méthode de traitement du signal. La figure 1 illustre un exemple de système de localisation comprenant une station de réception multi capteurs de position connue A qui reçoit un trajet direct et un trajet réfléchi sur un obstacle de position connue B. Les deux trajets reçus sont émis par une source E dont on cherche à localiser la position. La station de réception de position A reçoit le trajet direct de la source émettrice E sous une incidence ^ ₁ et Ie trajet réfléchi sur l'obstacle localisé en B sous une incidence 6> ₂ . La localisation de l'émetteur nécessite d'une part une estimation de la différence de temps d'arrivée T ₂ -T ₁ entre le trajet direct et le trajet réfléchi et d'autre part une estimation de l'angle d'incidence O ₁ du trajet direct. Ces deux problématiques sont couvertes d'une part par le domaine de l'estimation de différence de temps d'arrivée plus connue sous le terme anglo-saxon Time Différence Of Arrivai (TDOA) et d'autre part le domaine de la goniométhe ou estimation d'angle d'arrivée, connue en anglais par l'expression Angle of Arhval(AOA). Dans la suite du texte, on parlera d'estimation TDOA et AOA. L'émetteur, les réflecteurs et le récepteur pouvant être fixes ou en mouvement, il est également nécessaire d'effectuer une estimation de la différence de fréquence d'arrivée des trajets ou en anglais Frequency Différence Of Arrivai (FDOA). La figure 2 montre qu'en présence d'un trajet réfléchi, la localisation AOA/TDOA/FDOA d'un émetteur en E consiste tout d'abord à estimer les différences de temps d'arrivée Δτ ₁₂ entre le trajet direct et le trajet réfléchi pour former une hyperbole puis à estimer la direction ^ ₁ du trajet direct pour former une droite. L'émetteur se trouve alors à l'intersection de la droite de direction O ₁ et de l'hyperbole associée à AT ₁₂ . En présence de plusieurs trajets réfléchis, l'émetteur se situe à l'intersection de plusieurs hyperboles et de la droite, rendant ainsi l'estimation AOA facultative.

Sachant que la station de réception mise en œuvre est composée de plusieurs capteurs, l'invention concerne également le domaine du traitement d'antenne. Dans un contexte électromagnétique les capteurs sont des antennes et les sources radio-électriques se propagent suivant une polarisation. Dans un contexte acoustique, les capteurs sont des microphones et les sources sont sonores. L'invention concerne, plus particulièrement, le domaine de la goniométhe ou estimation AOA qui consiste à estimer les angles d'arrivée des sources, une source faisant référence soit au trajet direct provenant de l'émetteur soit à un trajet réfléchi sur un obstacle. Les capteurs élémentaires du réseau reçoivent les sources avec une phase et une amplitude dépendant en particulier de leurs angles d'incidences et de la position des capteurs. La figure 3 représente un réseau de capteurs particulier de coordonnées respectives (x _n ,yn)- Les angles d'incidence sont paramétrés par l'azimut θ _m et l'élévation Δ _m . Les techniques de traitement d'antenne ont pour principal objectif d'exploiter la diversité spatiale des signaux reçus sur le réseau d'antennes.

Le domaine de la localisation passive par des techniques TDOA est très vaste, on peut citer en particulier la méthode proposée par [1 ]. Cette dernière propose une mesure qui est effectuée à partir de signaux issus de plusieurs stations mono-voie. La source d'intérêt peut alors être localisée en deux dimensions par intersection d'hyperboles à l'aide d'au minimum trois récepteurs mono-voie. Cette technique fait appel à la résolution de systèmes d'équations non linéaires et recourt à une méthode de moindres carrés linéarisés nécessitant une initialisation proche de la position réelle de l'émetteur pour ne pas diverger. De plus, une synchronisation en temps de tous les récepteurs est nécessaire ainsi que l'utilisation d'un centre de fusion de données. Enfin cette technique est peu robuste en situation de multi trajets et en présence d'interférences. Les articles [2][3] proposent des techniques TDOA permettant de séparer les sources à partir d'une connaissance a priori de leurs caractéristiques cycliques.

Des techniques de localisation par mesures TDOA/FDOA ont été développées, en particulier celle citée dans [4] dans le cas où l'émetteur et/ou les récepteurs sont en mouvement. Cette méthode permet de réduire le nombre utile de récepteurs, mais nécessite toujours une synchronisation.

Le domaine de l'estimation et de la localisation AOA en présence de multi-trajets à partir d'une station de réception multi-voies est très vaste, on peut citer en particulier [5].

L'estimation conjointe AOA/TDOA a généré un grand nombre de références, on peut citer par exemple [6]. Contrairement aux méthodes d'estimation TDOA seul, les traitements effectués ici le sont avec des stations de réceptions multi-voies. Toutefois :

• l'objectif est de réaliser l'analyse paramétrique d'un canal à multi- trajets d'un seul émetteur E ₁ vers une station de réception multi- voies en A ₁ . Les paramètres estimés conjointement sont alors les angles d'arrivées θ _nj et les écarts en temps τ _nj -τ _ny entre les trajets de ce même émetteur du à des réflecteurs en R ₁ et R ₁ '.

• l'estimation conjointe des paramètres { θ _nj , τ _Uj -τ _ny ) est très souvent envisagée à partir de la connaissance d'un signal pilote. Ainsi dans [6], les auteurs proposent une méthode pour estimer les angles d'arrivée et les retards des multi trajets corrélés d'une source reçus sur un réseau d'antennes. Le problème est modélisé par une matrice spatiotemporelle paramétrée par les angles et les retards recherchés. Le canal de propagation est tout d'abord estimé en aveugle ou à l'aide de séquence de référence, puis, les paramètres sont estimés. Cette technique a cependant l'inconvénient de faire des hypothèses sur le signal émis ; on suppose ainsi que le signal est numérique et modulé par une forme d'onde connue. D'autre part, il s'agit d'une méthode d'estimation de canal qui n'effectue pas la localisation de source. L'état de l'art le plus proche de l'invention concerne les techniques de localisation à station unique (LSU) utilisées dans le cadre de transmissions Hautes Fréquences (HF). Le domaine de la LSU HF est très vaste, on peut citer par exemple la référence [7]. La localisation se fait à l'aide d'une seule station de réception multi-voie. La réception d'un trajet réfléchi sur la ionosphère, couplée à la connaissance du modèle de la ionosphère (altitudes des couches), permet de calculer la position de l'émetteur... Dans certaines approches, des retards de propagation sont estimés entre plusieurs trajets réfléchis sur les différentes couches de la ionosphère, s'affranchissant ainsi de la nécessité de connaître parfaitement le modèle de la ionosphère pour effectuer la localisation. Cependant, ces méthodes supposent alors que les réflexions sur les couches se font au milieu de la distance émetteur/récepteur. De plus l'inconvénient de ces méthodes est qu'elles supposent une connaissance a priori de la ionosphère.

L'invention propose de pallier aux restrictions de l'art antérieur en introduisant une solution de localisation d'une source à l'aide d'un unique système de réception multi voies ce qui a pour avantage d'éliminer les problèmes de synchronisation lorsque plusieurs récepteurs sont utilisés. De plus, le procédé mis en œuvre selon l'invention se base sur l'utilisation de multi trajets réfléchis sur des obstacles de positions connues, maitrisables et situés sur la Terre et ne nécessite pas de connaissance particulière sur les caractéristiques du signal reçu par le système de réception. Enfin l'invention permet également de traiter le cas de la localisation en présence de signaux cyclo-stationnaires. A cet effet, un des objets de la présente invention est d'offrir un procédé de localisation d'un émetteur E transmettant un signal vers un récepteur A comportant N voies (N>1 ), les caractéristiques dudit signal étant inconnues du récepteur et ledit signal étant réfléchi sur P réflecteurs Bj (P>1 ) de positions connues caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes :

> Etape 1 : une étape d'estimation/détection conjointe multi-voies des différences de temps d'arrivée ou TDOA η et des différences de fréquence d'arrivée ou FDOA fi de chaque trajet réfléchi comprenant au moins les sous-étapes suivantes : o Etape 1.1 : estimation de la matrice d'auto corrélation R _xt ( ^τ '/) du signal reçu par le récepteur A, en fonction des paramètres de temps τ et de fréquence f, o Etape 1.2 : construction d'un critère normalisé c _≈ (τ,/) = l-det(l _JV -R _≈ (0,0) ^"1 R _β (τ,/)R _Jcι (0,0) ^"1 R _≈ (τ,/) ^iï )

, où det est le déterminant d'une matrice, I _N est la matrice identité à N lignes et N colonnes et R _11x (T,/) est une estimée de la matrice d'auto corrélation R _1x (T, /) aux points τ et f, o Etape 1 .3 : calcul d'un seuil de détection

η(T,B) = ^a ^ ^Pfa ^ ^N ' avec K = B _brmt T , où a( _Pfa ,2N ² ) est

ZK déterminé par une table de la loi du chi-2 pour une probabilité p _fa et un nombre de degrés de libertés égal à 2N ² . o Etape 1 .4 : détermination des P couples TDOA/FDOA

(T ₁ , /) qui vérifient les conditions suivantes :

- L(T ₁ J ₁ ) ^(T, B) • Cx _x (T ₁ J ₁ ) est un maximum local du critère c _xx (τ,f) ,

> Etape 2 : une étape d'estimation angulaire de la direction θi du trajet direct du signal émis par une méthode de goniométrie,

> Etape 3 : une étape de localisation dans le plan de la position (x,y) de l'émetteur E à partir, au moins, des couples (τ _h fi) ou des couples (η, fi) et de la direction θ-i, ladite étape 3 comportant au moins les sous -étapes suivantes : o Etape 3.1 : tracé des P branches d'hyperboles à partir de la connaissance des P couples TDOA/FDOA estimés [T ₁ J ₁ ) de chaque trajet réfléchi, o Etape 3.2 : tracé d'une droite passant par le récepteur A et ayant pour incidence l'angle θ-i, o Etape 3.3 : détermination des coordonnées (x,y) de l'émetteur E par intersection d'au moins deux courbes parmi la ou les branches d'hyperboles déterminées à l'étape 3.1 et la droite déterminée à l'étape 3.2.

Selon un mode de réalisation la méthode de goniométrie de l'étape 2 s'applique à l'une des P matrices relative au trajet réfléchi sur le réflecteur Bi et l'angle θi est l'angle formé par les droites (ABi) et (AE). Selon un mode de réalisation la méthode de goniométrie de l'étape 2 met en œuvre une diagonalisation conjointe des P matrices R _X ^T ₁ J ₁ ) et l'angle θi est l'angle entre la droite (AE) et une droite de référence.

Selon un mode de réalisation la méthode de goniométrie de l'étape 2 est une méthode de type MUSIC. Selon un mode de réalisation le procédé de localisation comporte une étape supplémentaire d'estimation de la coordonnée d'altitude z de l'émetteur E, ladite altitude z étant déterminée en fonction, au moins, d'une estimation de l'élévation A ₁ de l'émetteur E fournit par la méthode de goniométrie mise en œuvre à l'étape 2. Selon un mode de réalisation le nombre de trajets réfléchis P est supérieur ou égal à 3 et une étape supplémentaire d'estimation de la coordonnée d'altitude z de l'émetteur E est effectuée, ladite altitude z étant déterminée, au moins, par intersection des P hyperboloïdes déterminés à partir des P branches d'hyperboles obtenues à l'étape 3.1.

Selon un mode de réalisation le signal émis par l'émetteur est un signal cyclo stationnaire et l'étape 1 du procédé comporte en plus les étapes suivantes :

> Etape 1.5 : construction d'un gabarit de filtrage g(f) à partir de la coupe du critère c _xx (τ , f ) en τ = 0 ,

> Etape 1.6 : suppression des lobes secondaires du critère en comparant, en chaque point de détection (t,f) du critère, la valeur de c _xx (τ ,/ ) avec ledit gabarit g(f) centré en τ et en supprimant toute détection (t, f) telle que la valeur du critère C _n (Y,/ ') est inférieure à g(f).

L'invention a également pour objet un système de localisation comprenant au moins un émetteur E, un ou plusieurs réflecteurs Bj et une station de réception A, la dite station comportant plusieurs capteurs adaptés à recevoir un signal émis et une unité de traitement comportant des moyens pour exécuter les étapes du procédé tel que décrit précédemment.

D'autres caractéristiques et avantages du procédé et du dispositif selon l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit d'un exemple de réalisation donné à titre illustratif et nullement limitatif annexé des figures qui représentent :

> La figure 1 un système de localisation comprenant un système de réception en A, une source émettrice en E et un obstacle réflecteur en B, > La figure 2 une illustration d'une technique de localisation d'une source en E par interception d'une hyperbole et d'une droite,

> La figure 3 un exemple d'un réseau de capteurs de positions

(Xmjym)j > La figure 4 un exemple d'une fonction d'auto-corrélation à support temporel borné,

> La figure 5 un exemple de critère TDOA/FDOA en présence d'un trajet direct et d'un trajet réfléchi d'un signal stationnaire de fonction d'auto corrélation à support temporel borné, > La figure 6 une illustration du procédé selon l'invention d'estimation TDOA/FDOA multi-voies par auto-corrélation,

> La figure 7 un schéma du principe de localisation d'un émetteur en E par une technique d'estimation TDOA,

> La figure 8 une illustration d'une technique de localisation d'une source en E par interception de deux hyperboles et d'une droite,

> La figure 9 un exemple de critère TDOA/FDOA en présence d'un trajet direct et de deux trajets réfléchis d'un signal de fonction d'auto corrélation à support temporel borné, > La figure 10 un exemple de critère TDOA/FDOA en présence d'un trajet direct et de deux trajets réfléchis pour un signal cyclo-stationnaire de fonction d'auto corrélation à support temporel borné,

> La figure 1 1 un exemple de gabarit pour la suppression de détections secondaires dans le cas de signaux cyclostation n aires.

Modélisation

Le procédé selon l'invention concerne la localisation d'une source en présence d'un trajet direct et de P >1 trajets décorrélés temporellement à l'aide d'un réseau de N capteurs élémentaires. Lesdits trajets proviennent d'une réflexion sur P obstacles de positions connues. La figure 1 illustre le cas d'un réseau de N=6 capteurs recevant le trajet direct et un trajet réfléchi d'une source. P=1 dans ce cas.

En présence d'une source avec P-1 trajets réfléchis, l'expression des signaux reçus par le réseau de capteurs s'écrit :

X(O = s _p {t) = s{t)exp(j2πf _p t)

Où :

> x _n (t) est le signal en sortie du n-ième capteur,

> s(t) correspond au signal temporel émis par la source. Ce signal peut être stationnaire ou cyclo-stationnaire et sa fonction d'auto corrélation est à support temporel borné tel qu'illustré sur la figure 4.

> p _P , θ _p , τ _p sont respectivement l'atténuation, la direction et le retard du p-ième trajet provenant de la source.

> a{Û) est le vecteur directeur représentant la réponse du réseau de capteurs à une source de direction θ

> n(0 est le bruit additif, les composantes de bruit sont indépendantes entre voies de réception et ont pour puissanceσ ² . Le bruit comporte également des interférences éventuelles. On suppose que n(t) suit une loi Gaussienne.

> Sp{t-τ _P )] ^T est un vecteur comprenant le signal temporel du trajet direct et celui des trajets réfléchis.

> A est la matrice des vecteurs directeurs, A=[ a(#i)... a{θ _P )]

Le terme TDOA fait référence à la différence de temps d'arrivée Aτ _p entre un trajet réfléchi et le trajet direct. Le terme FDOA fait référence à la différence de fréquence Δ/ _p entre le trajet réfléchi et le trajet direct. Δτ _p = τ _p -τ _x et Af _p = f _p -J ₁ sont les TDOA et FDOA que l'invention propose d'estimer, avec τi et fi le temps d'arrivée et la fréquence du trajet direct.

Le vecteur directeur a(0) dépend des positions (x _n ,y _n ) des capteurs, tel que décrit à la figure 3, et s'écrit :

a(θ) =

Le vecteur directeur a(θ) est normalisé à VÏV : a(θ).a(θ) ^H = N.

Un des objectifs du procédé selon l'invention est de localiser la source à l'aide d'un réseau de N capteurs. L'estimation multi-voie des TDOA permet de construire des hyperboles sur lesquelles se situe la source. D'autre part, la direction d'arrivée du trajet direct de la source peut être estimée par des techniques de goniométrie. L'intersection des hyperboles et de la direction d'arrivée du trajet direct conduit à la localisation de la source tel qu'illustré à la figure 2.

Dans un mode de réalisation, le procédé permet une localisation en deux dimensions en prenant en compte un trajet direct et un trajet réfléchi pour des signaux stationnaires décorrélés présentant une fonction d'auto corrélation à support temporel borné.

Dans un autre mode de réalisation, le procédé permet également une localisation en trois dimensions, sous réserve de disposer de capteurs adaptés pour évaluer la direction d'arrivée du signal en azimut et en élévation.

Le cas où P>1 trajets réfléchis sont utilisés est également pris en compte par le procédé, ainsi que le cas où les signaux sont cyclostation n aires. Localisation en présence d'un signal stationnaire comportant un trajet direct et un trajet réfléchi décorrélés

Dans une première réalisation, le signal s(t) émis par la source est supposé stationnaire et de fonction d'auto corrélation à support temporel borné. Le réseau de capteurs reçoit deux trajets décorrélés temporellement (le trajet direct et un trajet réfléchi) présentant un décalage temporel Δr et un décalage fréquentiel Δ/ .Le procédé de localisation de la source comporte les étapes suivantes :

Etape 1 : une phase d'estimation et de détection multi-voies des TDOA et FDOA,

Etape 2 : une phase d'estimation angulaire du trajet direct, Etape 3 : une phase de localisation de la source.

Etape 1 : Estimation multi-voies des TDOA et FDOA Les paramètres à estimer sont le TDOA Aτ ainsi que le FDOA AJ = Z ₂ -J ₁ .

Pour ce faire, il faut tout d'abord estimer la matrice d'auto corrélation suivante de dimensions (N, N) :

La méthode consiste à rechercher le maximum de cette fonction et à comparer ce dernier à un seuil. En effet, en supposant que la forme d'onde du signal émis n'est pas ambiguë et que les deux trajets sont non corrélés, c'est-à-dire que les supports temporels de leurs fonctions d'auto corrélation sont disjoints, R _^ (T,/) présente un maximum local en τ = Aτ et Z = Z ₂ -J ₁ .

La recherche et la détection du maximum de la fonction d'auto corrélation est équivalente à la recherche de la présence d'une source commune entre le trajet direct et le trajet réfléchi en (Aτ,f ₂ -Z ₁ ) -

La méthode d'estimation multi-voies du TDOA et du FDOA comporte les quatre sous-étapes suivantes :

Etape 1.1 : Estimation de la matrice d'auto corrélation La première étape du procédé d'estimation TDOA/FDOA selon l'invention consiste à estimer la matrice d'auto-corrélation R _1x (Tj) . Le signal x(t) étant observé sur une durée T=KT _e finie où T _e est la période d'échantillonnage dudit signal et K un entier positif, on peut estimer la matrice de la façon suivante :

K {τ,f) =^-∑x{kT _e )x{kT _e -τ) ^H eχp{-j2πjkT _e ) (4) .

Etape 1.2 : Construction du critère normalisé

Le critère normalisé suivant est construit à partir de l'estimée calculée à l'étape précédente :

£jt,f) RjT,/) ¹¹ ) (5) . Le procédé consiste à évaluer ce critère bidimensionnel sur les couples de paramètres (T ₁ J ₁ ) avec où inc_Δτ et inc_Δf sont des incréments dont la valeur est prédéfinie, et à le comparer à un seu\\η(T,B) .

La figure 5 illustre une représentation dans le plan (τ,f) d'une coupe, pour une valeur de seuil donné, du critère CX _X (AT, Af)

Etape 1.3 : Calcul du seuil

Le seuil η{T,B) est basé sur la connaissance de la statistique du rapport de vraisemblance suivant :

Ce dernier suit une loi du chi-2 à 2N ² degrés de liberté en présence de bruit gaussien seul. En conséquence on considère que l'on a détecté un trajet réfléchi en [T ₁ J ₁ ) lorsque : -2K\n(l-c _≈ (τ,, f _J )) > a(p _fa ,2N ² ) (1) . a(pwba,d) est déterminé par une table du chi-2 pour une probabilité de proba et un nombre de degrés de libertés de d. Le seuil η{T,B) tel que c _xx (τj) ≤ ou ≥ η(T,B) a donc l'expression suivante :

η(T,B) = l-exp K = B _bπαt T (8)

Avec pfa, une probabilité de fausse alarme donnée. En supposant que le produit K = B _brmt T est suffisamment grand, le seuil précédent devient :

Etape 1.4 : Détection/Estimation La présence d'un trajet réfléchi en (T ₁ J ₁ ) est détectée lorsque :

> Cx _x (T ₁ J ₁ ) présente un maximum local

La figure 6 schématise le procédé mis en œuvre pour déterminer les estimées de TDOA/FDOA à partir du calcul du critère normalisé et du seuil de détection. Dans une variante de réalisation, l'estimation du couple TDOA/FDOA (T, , /; ) peut être affinée par interpolation parabolique du critère c^τj) .

L'étape suivante du procédé consiste à estimer l'angle d'arrivée du trajet direct. Etape 2 : Estimation angulaire (AOA) A l'issue de l'étape 1 , on dispose des estimées de TDOA et FDOA (T ₁ J ₁ ) du trajet réfléchi. Etant donné que les positions du récepteur et du réflecteur sont connues, et que les antennes ont été pré calibrées, le vecteur directeur a(θ ₂ ) du trajet réfléchi est également connu. L'estimation angulaire consiste alors à estimer la direction d'arrivée θ _γ du trajet direct (azimut de la source). Dans une variante de réalisation, si les antennes de la station de réception sont adaptées à traiter des signaux en trois dimensions, l'étape 2 du procédé consistera également à estimer l'élévation Δi de la source qui émet le trajet direct.

Etape 2.1 : Estimation de la direction d'arrivée du trajet direct

Le procédé consiste à utiliser une méthode de goniométhe pour estimer la direction d'arrivée du trajet direct. Une méthode connue de l'Homme du métier, pouvant s'appliquer ici est la méthode MUSIC ,telle que décrite dans

[8], qui utilise la matrice d'auto corrélation R _^ (r,/) au point de détection précédemment déterminé (^ ₁ , Z ₁ ) - Sachant que la matrice est modélisée par :

^ (^, /: ) = a(θ ₁ ) r (0,0)a(θ ₂ ) ^H , où r _s {τ,f) est la fonction d'auto corrélation du signal s(t). Il suffit d'appliquer la méthode MUSIC sur R ₂ = R _;Π (Î; , / _I )R _Π (T _I , / _I ) ^H en supposant la présence d'une seule source.

D'autres méthodes de goniométhe peuvent, bien entendu, être envisagées.

Dans le cas où les antennes du récepteur sont adaptées à traiter des signaux en trois dimensions, on peut utiliser une méthode de goniométrie permettant également d'estimer l'élévation du trajet direct.

La dernière étape du procédé selon l'invention consiste à utiliser les estimées des TDOA, FDOA et AOA (azimut et éventuellement élévation) afin de localiser la source. Etape 3 : Localisation de la source Dans le cas où les traitements sont faits en deux dimensions, la source est localisée par l'interception d'une hyperbole avec une droite. L'hyperbole est construite à partir de l'estimée de TDOA (Etape 1 ) tandis que la droite est obtenue à partir de l'estimation angulaire de la source (Etape 2). Etape 3.1 : Tracé de la branche d'hyperbole

La figure 7 schématise le principe de localisation d'un émetteur de position E via l'estimation du TDOA en présence d'un récepteur de position A et d'un réflecteur de position B. |BA| est la distance entre les points A et B. La distance D=Δτ ^* c, où c est la célérité, est calculée à partir de l'estimation de la différence de temps Δτ entre les deux trajets (TDOA). En conséquence le point E appartient à la courbe des points M(x,y) définie par l'équation suivante :

D = |MB|+|BA|-|MA| (îo)

Où le point M de coordonnées (x,y) est l'un des points de cette courbe. Lesdites coordonnées vérifient :

Où (XA,VA) sont les coordonnées du point A. La figure 2 donne un exemple d'hyperbole pour la localisation du point E dont les équations sont données en (10) et (1 1 ).

Dans le cas où l'on cherche à effectuer une localisation de la source en trois dimensions, l'étape 3.1 vise alors à construire une branche d'hyperboloïde et non plus d'hyperbole. Cette branche d'hyperboloïde peut s'obtenir de façon semblable au cas décrit pour la localisation en deux dimensions, et ce à partir de la seule valeur de l'estimée de TDOA. Etape 3.2 : Tracé de la droite

Cette sous étape consiste à tracer la droite passant par le récepteur et formant l'angle O ₁ avec la droite reliant le récepteur au réflecteur tel qu'illustré à la figure 2. Dans le cas de la localisation 3D, la droite est définie par les angles d'azimut O ₁ et d'élévation Δ-i.

Etape 3.3 : Localisation de la source

Cette dernière étape permet d'obtenir la position de la source par l'intersection entre l'hyperbole déterminée à l'étape 3.1 et la droite déterminée à l'étape 3.2.

Dans une variante de réalisation, lorsque la localisation est effectuée en trois dimensions, la position de la source est, en plus, définie par l'élévation déterminée à l'étape 2.2.

Localisation en présence d'un signal stationnaire comportant un trajet direct et P trajets réfléchis décorrélés

Le procédé décrit précédemment peut être étendu à un mode de réalisation où plusieurs (P) trajets réfléchis décorrélés sont reçus par la station de réception. Le signal considéré est toujours stationnaire et sa fonction d'auto corrélation est à support temporel borné.

Les étapes du procédé sont fonctionnellement identiques au cas décrit précédemment (un seul trajet réfléchi) :

Etape 1 : Estimation multi-voies des TDOA et FDOA des P trajets réfléchis En présence de P>1 trajets réfléchis décorrélés et un trajet direct, pour τ>0, f>0 la matrice R _^1 (V,/) présente des maximums locaux aux points (T ₁ , /, ),/€ [1, P] . La méthode précédemment explicitée pour un trajet réfléchi reste valable afin d'estimer les TDOA/FDOA de chacun des P trajets réfléchis. A cet effet les sous étapes 1.1 , 1.2, 1.3 et 1.4 sont mises en œuvre telles que décrites précédemment. La figure 9 illustre une représentation dans le plan (τ,f) d'une coupe, pour une valeur de seuil donné, du critère

CX _X (AT, Af) pour le cas ou P=2 trajets réfléchis sont considérés. Les maximums locaux déterminés aux points (AT ₁ , Af ₂ ) correspondent aux deux trajets réfléchis, alors que le trajet direct présente un maximum local à l'origine (0,0).

Etape 2 : Estimation angulaire du trajet direct.

A l'issue de l'étape 1 précédente, on dispose de P couples TDOA/FDOA (t'f, ) des trajets réfléchis pour i variant de 1 à P. Etant donné que les positions du récepteur et des réflecteurs sont connues, et que l'antenne a été calibrée au préalable, on dispose des vecteurs directeurs â(θ' _MT ) de tous les trajets réfléchis. L'estimation angulaire consiste alors à estimer la direction d'arrivée du trajet direct. Etape 2.1 bis : Estimation de la direction d'arrivée en azimut θi du trajet direct

Le procédé consiste à utiliser une méthode de goniométhe pour estimer la direction d'arrivée du trajet direct. Par exemple, la méthode MUSIC peut être mise en œuvre sur les P matrices R _x ^r,/) aux points de détection ^t ₁ , /, ) . Sachant que les matrices sont modélisées par :

^R χ _ï (^' ^ ) ^{= a} ( ^θ i) ^r _s ( ⁰ '°) ^a ( ^θ! _M τ) ^{H ou} a(θ ^! _MT ) est le vecteur directeur du i ^èmθ trajet réfléchi. La méthode MUSIC est appliquée sur chaque matrice R ₂ = R _M (T _I , / _I ) R _XI (T _I , / _I ) ^H en supposant la présence d'une seule source. L'estimation de la direction d'arrivée du trajet direct peut alors se faire sur une seule des P matrices R _^ h , / ) (rendant l'étape 2.1 bis identique à l'étape 2.1 précédemment décrite) ou alors en effectuant une diagonalisation conjointe sur l'ensemble de ces P matrices, ce qui présente comme avantage d'obtenir une meilleure précision de la direction d'arrivée. Dans ce dernier cas, l'estimation de la direction d'arrivée du trajet direct se fait via l'estimation de l'angle Θ _TD entre ledit trajet direct reliant la source au récepteur et un point de référence qui peut être, par exemple, le nord géographique. Etape 2.2 bis : Estimation de la direction d'arrivée en élévation du trajet direct

Dans le cas où les antennes du récepteur sont adaptées à traiter des signaux en trois dimensions, une méthode de goniométrie peut également être appliquée afin d'estimer l'élévation du trajet direct. La méthode de goniométrie peut être, par exemple, une méthode MUSIC.

Etape 3 : Localisation de la source

Afin de localiser la source (dans le plan ou l'espace), on dispose alors de P hyperboles à une branche correspondant aux P trajets réfléchis. De façon analogue au cas d'un seul trajet réfléchi, l'intersection de ces hyperboles et de la droite obtenue par estimation angulaire du trajet direct permet d'effectuer une localisation de la source dans le plan. En utilisant comme information supplémentaire, l'élévation de la source déterminée à l'étape 2.2, la localisation peut également se faire dans l'espace. Les sous étapes similaires à celle du cas d'un trajet réfléchi unique sont mises en œuvre :

Etape 3.1 bis : tracé des branches d'hyperboles pour une localisation en deux dimensions, ou des hyperboloïdes pour une localisation en trois dimensions. Etape 3.2 : tracé de la droite correspondant à la direction du trajet direct. Cette étape est identique au cas d'un seul trajet réfléchi.

Etape 3.3 bis : Cette étape consiste à utiliser les différents éléments produits aux étapes précédentes pour estimer la position de la source dans le plan ou l'espace. Plusieurs variantes sont possibles : > La localisation dans le plan par intersection des P hyperboles et de la droite. La figure 8 illustre ce cas pour P=2.

> La localisation dans le plan par intersection d'au moins 2 hyperboles parmi les P disponibles. Dans ce cas, l'étape 3.2 est facultative.

> La localisation dans l'espace par intersection des P hyperboloïdes et de la droite définie par l'estimation de l'azimut et de l'élévation du trajet direct. > La localisation dans l'espace par intersection d'au moins 3 hyperboloïdes parmi les P disponibles(en supposant P>3). Dans ce cas l'étape 3.2 est également facultative.

Localisation en présence d'un signal cyclo stationnaire comportant un trajet direct et P trajets réfléchis décorrélés, P>0

Le procédé selon l'invention décrit précédemment prend comme hypothèse le cas de signaux stationnaires. Le procédé peut également être mis en œuvre sur des signaux cyclo stationnaires en introduisant deux étapes supplémentaires. De la même façon que précédemment, les trajets sont décorrélés et la fonction d'auto corrélation du signal est à support temporel borné. La première étape d'estimation multivoie des TDOA/FDOA du ou des trajets réfléchis est similaire à l'étape 1 décrite précédemment. Les signaux étant maintenant supposés cyclo-stationnaires, leur fonction d'auto corrélation R _x ^r, /) et par conséquent le critère c _^ {τ , / ) présente des valeurs non nulles au niveau des fréquences cycliques du signal. La figure 10 donne un exemple de critère pour un signal cyclo-stationnaire en présence de P=2 trajets réfléchis et un trajet direct. Les étapes 1 .1 à 1 .4 peuvent donc conduire à la détection non seulement des couples TDOA/FDOA cherchés (ξ, /, ) mais aussi des couples [T ₁ J ₁ -kf _a } et (£,, /, +&/ ^" „) , k entier positif, correspondant aux pics secondaires où f _α est la fréquence cyclique du signal. Le procédé selon l'invention consiste alors à utiliser un gabarit pour supprimer les détections secondaires. Les deux étapes supplémentaires sont donc mises en œuvre : Etape 1.5 : Construction du gabarit

La coupe du critère c _^ (τ , / ) en r = 0 permet de construire un gabarit de filtrage g(f) en fonction de la fréquence. Le gabarit correspond alors à cette coupe majorée d'un facteur multiplicatif. La figure 1 1 donne un exemple de gabarit. Etape 1.6 : Suppression des détections secondaires Le procédé selon l'invention consiste ensuite à comparer en chaque point de détection (τ, f ) du critère, et suivant l'axe fréquentiel, la valeur de c _^ {τ , f ) avec le gabarit g(f) centré en τ.Toute détection (t, f) telle que la valeur du critère C _n (Y, / ') est inférieure à g(f) est alors supprimée. Les étapes suivantes d'estimation angulaire (étape 2) et de localisation en deux ou trois dimensions (étape 3) sont identiques à celles décrites précédemment.

L'invention a notamment pour application les dispositifs ayant pour objectif de localiser des émetteurs dans un contexte de propagation maitrisé.

Par exemple, elle peut concerner la localisation d'émetteurs fixes ou portables en milieu urbain ou sub-urbain. L'invention peut également être mise en œuvre dans le cadre d'un traitement associé à un radar passif dans le but de localiser une cible à partir de la connaissance d'une source émettrice de position connue telle qu'une antenne de Télévision Numérique

Terrestre, par exemple. Dans ce cas, la cible joue le rôle de réflecteur, alors que l'émetteur a une position connue. Le procédé peut alors être appliqué en échangeant les rôles de l'émetteur et du réflecteur.

L'invention présente notamment les avantages suivants : > Une localisation 2D ou 3D d'un émetteur est possible en utilisant une seule station de réception multi voies. La solution proposée ne nécessite pas d'effectuer une synchronisation temporelle entre plusieurs récepteurs,

> Les traitements effectués ne nécessitent pas d'information a priori sur le signal émis,

> Une méthode de goniométrie n'est pas nécessaire lorsque deux réflecteurs (en 2D) ou trois (en 3D) sont présents, rendant inutile toute phase de calibration de l'antenne.

> Le cas des signaux cyclo stationnaires est également pris en compte Références

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