Synchronisation et positionnement simultanés d'un réseau ultra-large bande et applications en robotique mobile

Il est essentiel pour les robots mobiles de pouvoir se localiser précisément dans leur environ-nement. Pour créer des estimateurs de position précis, il est nécessaire de disposer de mesures externes au robot, l'exemple le plus populaire étant les mesures GPS. Pour des applications en intérieur, nous ne pouvons raisonnablement pas utiliser des mesures satellitaires, pour des raisons de précision et de réception du signal. Dans ce mémoire, nous nous intéressons à la technologie radio UWB (Ultra Wide Band, c'est-à-dire Ultra-Large Bande), permettant de mesurer des distances entre agents dans un espace rapproché avec une précision de l'ordre de la dizaine de centimètres. Les techniques de localisation TOF utilisent le temps de vol (Time Of Flight) des ondes afin de mesurer les distances, en supposant que leur vitesse, uniforme, est celle de la lumière dans le vide. La mesure de distance est donc obtenue en multipliant le TOF par cette cette dernière. Pour cette raison, il est nécessaire d'obtenir une mesure de TOF avec une haute précision, typiquement de l'ordre de la nanoseconde. Cette contrainte est à respecter pour créer des estimateurs de position précis, afin d'estimer de manière adéquate le phénomène de dérive des horloges des divers agents du réseau. Des techniques, dites de Two Way Ranging (TWR), font une compensation par soustraction de cette dérive, faisant émettre des messages aux agents présents sur les robots, appelés les «tags» et des balises à position fixes connues appelées «ancres». En vertu de cette compen-sation, ces techniques ne nécessitent pas la mise en œuvre d'algorithmes de synchronisation pour les tags. Toutefois, elles ne permettent la localisation que d'un nombre restreint de robots, en raison du fait que les tags émettent de l'information. Motivés par les applications de systèmes multi-robots, nous élaborons dans de ce mémoire un protocole où les tags ne seront que récepteurs afin de pouvoir en localiser un plus grand nombre. Ceci nécessite une synchronisation précise des horloges du réseau d'ancres. Notre principale contribution est d'intégrer simultanément la synchronisation des ancres et l'esti-mation de position des tags dans un protocole basé sur des estimateurs de Kalman. Nous évaluons expérimentalement la performance de notre protocole dans des implémenta-tions de ce dernier qui utilisent des microcontrôleurs, capteurs, robots et logiciels populaires en robotique. Nous abordons aussi des développements dans le rejet de valeurs erratiques sur les mesures pourvues par les agents UWB. Notre protocole est également intégré dans des estimateurs utilisant des techniques de fusion de données de capteurs.