Bibliographie & annexes
Présentation
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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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Exemple d’application : positionnement GPSIRS à bord des avions commerciaux
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4. Développement d'un cas : l'hybridation serrée par filtrage de Kalman linéarisé
L'objectif de ce paragraphe est de montrer un exemple de la façon dont les informations GPS et IRS sont utilisées dans le cadre d'un couplage serré. Rappelons que dans ce type d'architecture le filtre d'intégration fournit à l'utilisateur une estimation des erreurs inertielles (position, vitesse, attitude et sources d'erreur affectant les capteurs) en observant les mesures de pseudo-distance de code fournies par le récepteur GPS. Le filtre d'intégration qui sera développé ici est un filtre de Kalman.
4.1 Description par modélisation d'état
La description du problème par modélisation d'état est donnée par les deux équations – dynamique et d'observation – non linéaires à temps continu ci-après :
où :
-
le vecteur x(t) consiste en la position, la vitesse, l'attitude et les mesures des capteurs telles qu'elles seraient fournies par une plateforme IRS idéale ;
-
le vecteur y(t) est la mesure de la source « aidante » : ici, la mesure de pseudo-distance de code notée PR dans l'équation (53) ;
-
les vecteurs w(t) et v(t) sont des bruits blancs centrés gaussiens.
Dans ce cas, d'après l'équation ...
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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).
-
(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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