Ca a l'air amusant! Et puis... J'ai bien une petite idée.

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Géolocalisation par ultrasons

Par gduhamel le 17 mars 2013 à 7:12

Si nos villes et nos campagnes sont admirablement couverte par la solution de géolocalisation par satellite, les solutions de localisation en intérieur sont rares. Certaines se focalisent sur les émissions WI-FI, d’autres sur des signaux RFID, pour une précision bien inférieure à celle du GPS. La recherche d’une solution de positionnement centimétrique en espace clos se transforme rapidement en parcours du combattant.

Besoin initial

Mon premier prototype s’appuyait sur une solution de vision stéréoscopique composée de deux camera et d’un marqueur visuel. Une telle solution est précise mais coûteuse, peu adaptée à plusieurs utilisateurs et requiert une grande puissance de calcul. Depuis plus d’une année, j’essaie de concevoir une technique de géolocalisation indoor par ultrasons répondant à des besoins spécifiques :

  • Localisation passive (l’élément récepteur n’interagit en aucune façon avec l’émetteur)
  • Précision d’ordre centimétrique
  • Peu couteuse (zone de couverture variable à moindres frais)
  • Intégrable dans nos environnements quotidiens

Résultat obtenus

Le système fonctionnel exploite un principe identique à celui du GPS :

  • Une constellation de plusieurs émetteurs dont la position est connue.
  • Chaque émetteur émet sur une fréquence différente.
  • Le récepteur calcule la distance à l’émetteur.
Chargement de la Vidéo…

Pour couvrir une pièce, il suffit de 3 émetteurs d’ultrasons et d’un canal radio. Les ultrasons sont émis tour à tour sur différentes fréquences tandis qu’un signal radio marque l’instant de l’émission.

Le récepteur connaissant l’instant de l’émission peut calculer, à réception, la distance le séparant de chaque émetteur. Dès que cette distance est connue pour les trois points de repère, une trilatération permet de calculer la position du récepteur dans l’espace.

Matériel

Le matériel employé est relativement simple :

  • Une carte son
    • Supportant le 5.1 : donc 6 sorties audio
    • Echantillonnage max 192kHz pour l’entrée audio
  • Quelques tweeters piézo-electriques
  • Un émetteur radio (Bande FM)
  • Récepteur radio
  • Microphone

En l’occurrence, le microphone est l’élément qui fait défaut. Un microphone traditionnel répond très mal aux ultrasons. Compte tenu des fréquences audibles par l’oreille humaine, un microphone de qualité “studio” écoutera entre 20Hz et 20 000Hz. Même un microphone de mesure répond mal aux ultra-fréquences.

Signal

Le signal devait pouvoir être diffusé sur plusieurs fréquence mais être capté très précisément (A la vitesse du son, une erreur d’une milliseconde représente 0.34cm). Les meilleurs résultats exploitent la modulation de fréquence, utilisant l’onde sonore comme une porteuse.

Répétés plusieurs fois par secondes, ces signaux sont captés par le récepteur qui analyse les bonnes fréquences pour déterminer sa position en temps réel.

Montage

Pour cette petite expérience, la carte son était branchée à un kit d’enceinte pour amplifier le signal. Chaque sortie est reliée à trois émetteurs disposés pour couvrir l’ensemble de la pièce.

Le signal radio est émis, lui aussi, depuis la carte son, reliée cette fois à un simple émetteur FM courte portée.

Le microphone est un micro de mesure à condensateur. Il requiert une alimentation et utilise une connectique spéciale.

Pour assembler les signaux transmis par ondes mécaniques et électromagnétiques, l’adaptateur du microphone et le récepteur radio sont connectés à un simple dédoubleur Jack.

 

 

 

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