Bibliographie & annexes
Présentation
English
RÉSUMÉ
Les signaux émis par les satellites GPS (Global Positioning System) permettent à tout utilisateur équipé du récepteur adéquat de se positionner, n'importe où, sur le globe. Cette navigation ne peut cependant être maintenue quel que soit l'environnement. Les systèmes de navigation inertielle (IRS) permettent eux un positionnement autonome et très précis du porteur, mais cette précision se dégrade en fonction de la qualité des capteurs utilisés. L'intégration des systèmes de navigation GPS et des systèmes de navigation IRS présentent deux intérêts. Elle permet tout d’abord d'améliorer la précision du positionnement, et ensuite, lorsque les signaux GPS ne sont plus disponibles, d’assurer la continuité du positionnement par l'inertie. L’article présente les trois différents types d’architectures de ce couplage, ainsi que des applications.
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Anne-Christine ESCHER : Enseignant-chercheur, laboratoire Traitement du signal pour les télécommunications aéronautiques, École nationale de l'aviation civile
INTRODUCTION
Les systèmes de navigation par satellite, tel le GPS (Global Positioning System), et les systèmes de navigation inertielle présentent de nombreuses complémentarités qui justifient leur intégration.
Les signaux émis par les satellites de la constellation GPS permettent à tout utilisateur équipé du récepteur adéquat de se positionner et de connaître son temps, n'importe où à la surface du globe pourvu qu'il puisse recevoir 4 signaux avec une puissance suffisante. Les avancées en traitement du signal GPS – solutions A-GPS (Assisted GPS) et HSGPS (High Sensitivity GPS) – favorisent l'utilisation du GPS dans des environnements de plus en plus contraints, comme le cœur des villes. Toutefois, elles ne permettent pas d'assurer la continuité de la navigation quel que soit l'environnement.
Les systèmes de navigation inertielle permettent un positionnement autonome du porteur, très précis à court terme. Mais cette précision va se dégrader de plus en plus au cours du temps : la vitesse de cette dérive dépend de la qualité des capteurs utilisés.
Immédiatement nous voyons deux intérêts de l'intégration de ces deux systèmes : elle permet d'améliorer tout d'abord la précision du positionnement, ensuite, lorsque les signaux GPS ne sont plus disponibles, la continuité du positionnement peut être assurée par l'inertie qui aura été recalée.
L'expertise technique et scientifique de référence
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Développement d'un cas : l'hybridation serrée par filtrage de Kalman linéarisé
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3. Architectures d’hybridation
Il existe trois façons de coupler les systèmes de navigation GPS et inertiel : couplage lâche, serré ou très serré, selon le type d’information GPS utilisée pour l’intégration.
Tous ces processus sont composés de trois parties.
Dans la première, l’IRS fournit les données inertielles au processus d’intégration, c'est-à-dire les position, vitesse, attitude calculées et les mesures accélérométriques. On l’utilise comme le système de référence.
Le GPS fournira une information différente selon le type d’intégration dans la deuxième partie :
-
la position et la vitesse estimées par le récepteur, pour une hybridation lâche (figure 11). L’inconvénient de ce processus est que lorsque le nombre de satellites poursuivis tombe en dessous de 4, l’intégration n’est plus possible ;
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les mesures de pseudo-distance de code, et parfois de phase de la porteuse, ainsi que la position calculée des satellites utilisés pour le positionnement, pour un couplage serré (figure 12) ;
-
la sortie des voies I&Q des corrélateurs et la position des satellites poursuivis, pour une hybridation très serrée (figure 13). Dans ce dernier cas, la solution hybridée est utilisée pour améliorer les performances de l’acquisition et des boucles de poursuite du récepteur. C’est le processus le plus complexe.
Le processus d’intégration représente la troisième partie : le plus souvent il s’agit d’un filtre de Kalman, mais d’autres processus peuvent être envisagés comme le filtrage particulaire, par exemple.
Un exemple d’intégration par filtrage de Kalman sera développé dans le paragraphe 4. Le lecteur intéressé par d’autres processus d’intégration pourra, par exemple, se reporter aux travaux de la thèse qui traite de l’intérêt des techniques de filtrage particulaire pour l’hybridation du GPS et des systèmes de navigation inertielle.
3.1 Couplage...
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Architectures d’hybridation
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BARTH (J.A.), FARRELL (M.) - The global positioning system and inertial navigation - Mc Graw Hill (1999).
-
(2) - RADIX (J.C.) - Systèmes inertiels à composants liés « strap-down » - Cépaduès-éditions (1991).
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(3) - SIOURIS (G.M) - Aerospace avionics systems A modern synthesis - Academic Press (1993).
-
(4) - BONIN (G.) - Système GPS de positionnement par satellite - Techniques de l'ingénieur (2001).
-
(5) - Van DYKE (K.L.) - Use of standalone GPS for approach with vertical Guidance - Proceedings of ION NTM 2001, 22-24 Jan 2001, Long Beach, pp. 301-309 (2001).
-
(6) - RTCA - Minimum operational performance standards for global positioning system/Wide area augmentation system airborne equipment - DO229-D (2007).
- ...
ANNEXES
Articles – livres
KUBRAK (D.) - Vehicular navigation using a tight integration of aided-GPS and low-cost MEMS sensors - Proceedings of ION NTM 2006, Monterey, CA (18-20 jan 2006).
SPANGENBERG (M.), JULIEN (O.), CALMETTES (V.), DUCHATEAU (G.) - Urban navigation system for automotive applications using HSGPS, inertial and wheel speed sensors - Proceedings of ENC'GNSS 2008, Toulouse, France (23-25 avril 2008).
GREWAL (M.S.), ANDREWS (A.P.) - Kalman filtering – Theory and practice - Pentice Hall (1993).
TITTERTON (D.H.), WESTON (J.L.) - Strapdown inertial navigation Technology - 2nd edition, AIAA & IEE (2004).
BRUCKNER (J.M), HWANG (P.Y) - Method and apparatus for achieving sole means navigation from global navigation satellites systems - United States Patent #6,317,688 B1, http://www.uspto.gov (nov. 13, 2001).
DIESEL (J.W.) - Integrated inertial/GPS navigation system - United States Patent #6,417,802 B1, http://www.uspto.gov (jul. 9, 2002).
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Inertial Navigation System Toolbox for Matlab, GPSoft
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