Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
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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The signals emitted by GPS satellites (Global Positioning System) enable users equipped with the appropriate receiver to position themselves anywhere on the planet. This navigation cannot however be sustained in every environment. The inertial navigation systems (INSs), on their part, allow for an autonomous and extremely precise positioning of the bearer; however this precision is degraded by the quality of the used receivers. the integration of GPS and INS navigation systems present two advantages. It firstly allows for improving the precision of the positioning and then, where the GPS signals are not available, to ensure the continuity of the positioning via the INS. This article presents the three different types of architecture concerning this coupling, as well as applications.
Auteur(s)
-
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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Pourquoi le couplage GPS/IRS
En anglais
1. Principe de la navigation inertielle
1.1 Généralités
Le principe de la navigation inertielle consiste en l'exploitation de la mesure du mouvement absolu du véhicule en tenant compte de l'existence du champ de gravité local afin de déterminer la position et la vitesse du véhicule.
Simplement, la partie senseur d'un localisateur inertiel peut être assimilée à une masse ponctuelle m, maintenue à l'intérieur d'une boîte par une liaison, par exemple un ressort. Lorsque le véhicule est en mouvement ce ressort exerce sur m une force qui tend à ramener la masse m à son origine.
Soit : :
- γ m :
- l'accélération absolue du véhicule,
- g :
- l'accélération gravitationnelle,
la force de restauration est donc une mesure de (γm − g) ; on la note
:
est une mesure de l'accélération absolue non gravitationnelle ou force spécifique absolue du véhicule. Cette mesure est fournie par les accéléromètres.
Ainsi, en compensant la force spécifique mesurée par une estimée de l'accélération de pesanteur, on obtient une mesure de l'accélération absolue – principe fondamental de la dynamique :
( 1 )
On détermine alors une estimée de la position grâce à la connaissance de la position précédente, de la direction selon laquelle se déplace le mobile, et par intégration de sa vitesse déduite de cette mesure de son accélération.
Avant de présenter brièvement les caractéristiques des...
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Principe de la navigation inertielle
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).
- ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Thèse
ESCHER (A.-C.) - Apport de l'hybridation GPS/IRS au contrôle d'intégrité des mesures GNSS - Mémoire de thèse, Institut National Polytechnique de Toulouse (2003).
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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