Tout sur la géolocalisation non-satellitaire
Découvrez comment localiser un équipement grâce aux réseaux radio
Lorsqu’on parle de géolocalisation, le premier réflexe est souvent de penser au GPS et, plus largement, aux systèmes GNSS. Ces technologies permettent d’obtenir une position précise dans de très nombreuses situations, mais montrent leurs limites lorsque les signaux satellitaires sont difficiles à recevoir, notamment à l’intérieur des bâtiments ou dans certains environnements industriels. L’intégration d’un récepteur GNSS peut également représenter une contrainte en matière de coût, d’intégration et de consommation pour certains objets IoT. Il existe heureusement d’autres solutions : les technologies de géolocalisation RF exploitent les signaux radio pour déterminer la proximité ou la position d’un équipement sans dépendre directement d’un signal satellitaire.
Comment fonctionne la géolocalisation sans satellite ?
La géolocalisation par radiofréquence consiste à exploiter certaines caractéristiques d’un signal radio afin d’obtenir des informations sur la position de son émetteur. Contrairement au GNSS, qui utilise des signaux provenant de satellites, ces techniques peuvent s’appuyer sur une infrastructure terrestre composée de plusieurs points de réception dont la position est connue. Selon la technologie, le système analyse la puissance reçue, le temps de propagation ou encore la direction d’arrivée du signal. En combinant les informations provenant de plusieurs récepteurs, il devient alors possible d’estimer une proximité, une distance ou une position.
Plusieurs méthodes permettent de déterminer la position d’un équipement à partir d’un simple signal radio. Lorsqu’une onde se propage, différentes caractéristiques peuvent être observées. Ces informations permettent d’estimer une proximité, une distance ou une position.
Cette diversité permet à la géolocalisation RF de s’adapter à de nombreux environnements et besoins. Le RSSI (Received Signal Strength Indicator) exploite la puissance du signal reçu, le Time of Flight (ToF) son temps de propagation, tandis que le TDoA (Time Difference of Arrival) compare son instant d’arrivée sur plusieurs récepteurs.
Il existe ainsi plusieurs façons d’exploiter un même signal radio, avec des contraintes, des infrastructures et des niveaux de précision différents.
À retenir
| Méthode | Que mesure-t-elle ? | Principe |
|---|---|---|
| RSSI ( Received Signal Strength Indicator) | Puissance du signal reçu | Estimer la proximité ou la distance sans grande précision |
| ToF (Time of Flight) | Temps de propagation | Estimer la distance entre deux équipements |
| TDoA ( Time Difference of Arrival) | Différence des temps d’arrivée | Estimer une position avec plusieurs récepteurs |
Les technologies en détail
Ces différentes méthodes exploitent donc chacune une caractéristique spécifique du signal radio pour obtenir une information de distance ou de position. Voyons maintenant plus en détail le fonctionnement du RSSI, du ToF et du TDoA, ainsi que leurs principales particularités.
RSSI : utiliser la puissance du signal
Le RSSI indique le niveau de puissance avec lequel un signal radio est reçu. Ainsi, la puissance reçue tend à diminuer lorsque la distance entre l’émetteur et le récepteur augmente. Plusieurs récepteurs peuvent donc comparer leurs niveaux RSSI afin d’obtenir une indication sur la zone dans laquelle se trouve un équipement. Cette méthode reste toutefois très dépendante de l’environnement : murs, structures métalliques, machines, etc peuvent modifier considérablement la puissance reçue. Le RSSI est ainsi particulièrement intéressant pour déterminer une proximité ou une zone de présence, mais il est plus difficile de l’utiliser seul lorsqu’une localisation très précise est nécessaire.
| RSSI | Qualité indicative |
|---|---|
| -30 à -60 dBm | Excellent |
| -60 à -80 dBm | Bon |
| -80 à -100 dBm | Moyen |
| < -100 dBm | Faible / Mauvais |
ToF : mesurer le temps de propagation
Le Time of Flight (ToF) utilise le temps nécessaire à une onde radio pour parcourir la distance entre deux équipements. Le principe repose sur la formule distance = vitesse × temps : puisque la vitesse de propagation des ondes électromagnétiques est connue, une mesure suffisamment précise du temps permet d’estimer la distance parcourue. La difficulté vient justement de cette vitesse très élevée : une onde radio parcourt environ 300 mètres en une microseconde, ce qui nécessite une mesure temporelle extrêmement précise. Certaines techniques comme le Two-Way Ranging (TWR) utilisent un échange aller-retour entre deux équipements afin d’estimer cette distance. Pour déterminer ensuite une position et non plus seulement une distance, plusieurs points de référence peuvent être nécessaires.
TDoA : comparer les temps d’arrivée
Le TDoA (Time Difference of Arrival) utilise le temps de propagation en comparant l’instant auquel un même signal atteint plusieurs récepteurs situés à des endroits différents. Comme le signal parcourt une distance différente pour atteindre chacun d’eux, il arrive avec de légers décalages temporels. En croisant ces écarts, le système peut estimer la position de l’équipement par multilatération. Cette méthode nécessite donc une synchronisation temporelle très précise des différents points de réception.
Le TDoA présente un intérêt particulier avec le LoRaWAN : lorsqu’un capteur émet un message, celui-ci peut être reçu par plusieurs gateways, dont les temps de réception sont comparés pour déterminer sa position. Cette approche permet ainsi d’exploiter les transmissions LoRaWAN pour la géolocalisation, sans faire systématiquement appel à un récepteur GNSS embarqué. Ses performances dépendent toutefois du nombre et de la répartition des gateways, de leur synchronisation et des conditions de propagation radio.
Les cas d’usage de la géolocalisation sans GNSS ?
Suivi d’actifs et logistique
L’asset tracking est l’un des principaux cas d’usage de la géolocalisation par radiofréquence. Dans une usine, un entrepôt ou une plateforme logistique, elle peut permettre de retrouver des outils, machines, conteneurs, palettes ou équipements mobiles. Une position extrêmement précise n’est d’ailleurs pas toujours nécessaire : savoir qu’un équipement se trouve dans un bâtiment, un atelier ou une zone de stockage peut suffire à répondre au besoin métier.
Industrie et Smart Building
Les technologies de géolocalisation RF présentent également un intérêt dans les environnements indoor, où la réception des signaux GNSS peut être dégradée. Elles peuvent servir à localiser du matériel dans un bâtiment, suivre des équipements mobiles ou détecter leur présence dans certaines zones. Les environnements industriels restent toutefois complexes pour les communications radio en raison des murs, structures métalliques, machines et phénomènes de réflexion : le choix de la technologie et le dimensionnement de l’infrastructure doivent donc tenir compte des conditions réelles de propagation.
IoT, LoRaWAN et infrastructures étendues
La géolocalisation RF peut enfin compléter les réseaux IoT déployés sur des sites industriels, des campus, des infrastructures logistiques ou certaines applications Smart City. Avec le TDoA appliqué au LoRaWAN, la transmission radio utilisée par l’objet pour communiquer peut également fournir les informations nécessaires à une infrastructure compatible pour estimer sa position. Cette approche est particulièrement intéressante lorsque le besoin de localisation doit être concilié avec les contraintes d’autonomie et de simplicité des objets connectés.
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