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.
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Architectures d’hybridation
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2. Pourquoi le couplage GPS/IRS
Le plus souvent, le but de cette intégration est d'estimer les erreurs de l'IRS, qui sont les erreurs sur la position, la vitesse et les angles d'attitude, les erreurs des capteurs provenant de plusieurs sources (biais des accéléromètres et dérives des gyromètres), ainsi que les termes d'erreurs du GPS (biais d'horloge et dérive de biais d'horloge du récepteur GPS, par exemple) en utilisant le GPS comme référence pour les mesures.
Le schéma de la figure 7 présente le principe de l'hybridation classique GPS/IRS dans lequel l'information fournie par le GPS représente la trajectoire exacte. Cette intégration fait donc l'hypothèse que les informations fournies par le GPS ne sont pas entachées d'erreur.
La figure 7 illustre plus particulièrement une intégration en boucle fermée puisque les sorties du filtre d'intégration sont utilisées pour venir réinitialiser et recalibrer la plateforme IRS. Nous reviendrons sur cette boucle par la suite.
2.1 Rappel sur la navigation GPS
Ce paragraphe est une brève description du principe de la navigation GPS. Il permet d'introduire les notions et les notations qui seront utilisées dans la suite de cet article. Pour le lecteur intéressé, plus de détails sur le système GPS pourront être trouvés dans l'article , par exemple.
GPS est un système de navigation par satellites qui permet à un utilisateur équipé du récepteur approprié, d'obtenir où qu'il soit des informations sur sa position, éventuellement sa vitesse, et sur le décalage de l'horloge de son récepteur par rapport à la référence de temps GPS.
Ce système est basé sur des mesures de distances entre le récepteur et un certain nombre de satellites dont les positions sont connues à tout instant. Ces distances sont déduites du temps de propagation du signal radioélectrique sur un trajet simple, entre le point de référence du satellite émetteur et le récepteur. Afin de calculer ce temps de propagation, le récepteur utilise les mesures de pseudo-distance de code, et éventuellement aussi, de phase de la porteuse.
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Pourquoi le couplage GPS/IRS
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BARTH (J.A.), FARRELL (M.) - The global positioning system and inertial navigation - Mc Graw Hill (1999).
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(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).
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(4) - BONIN (G.) - Système GPS de positionnement par satellite - Techniques de l'ingénieur (2001).
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(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).
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(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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