Brevet FR2691810A1 — publié le 19931203

i L'invention concerne un procédé pour corriger des mesures de vitesse d'un loch Doppler dans un véhicule, dans lequel lors d'une accélération du véhicule, les mesures de la vitesse apparaissent d'une manière retardée sur la sortie des signaux du loch Doppler en raison d'une constante de temps de mesure, propre au système, de ce loch et un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Il est nécessaire d'effectuer des mesures Doppler avec des sondes à échos à ultrasons pour déterminer la vitesse de véhicules, notamment de bateaux Avec de tels appareils désignés sous l'expression loch Doppler, on mesure le décalage de fréquence Doppler de signaux ultrasonores impulsionnels, qui sont rétrodiffusés soit par le fond de l'eau (Bottom Track), soit par des masses d'eau profondes (Water Track) Ces mesures sont par ailleurs très précises et conviennent très bien pour déterminer, lors de problèmes de navigation à l'estime à partir d'un emplacement connu la position actue-te respective du véhicule au moyen d'une intégration dans le temps du vecteur de vitesse L'intégration du vecteur vitesse conduit à des valeurs de position précises tant que le véhicule se déplace à une vitesse constante, c'est-à-dire exécute un déplacement non accéléré Dans le cas d'un déplacement accéléré du véhicule, la vitesse varie en fonction du temps de sorte que la position correcte du véhicule ne peut être indiquée que lorsque la variation de vitesse est prise en compte à chaque instant lors de l'in- tégration du vecteur vitesse, c'est-à-dire lors du calcul -de position. Mais étant donné que pour la mesure de la vitesse Doppler et également pour le filtrage des valeurs de mesure, on ne peut pas éviter un retard conditionné par le système, il existe, entre la vitesse instantanée vraie du véhicule et la mesure de vitesse disponible à la sortie du loch Doppler, un écart, à savoir ce qu'on appelle une erreur de poursuite, qui conduit à une erreur de position permanente, lorsqu'il n'apparaît aucune accélération opposée produisant une erreur de position opposée, qui serait susceptible d'introduire une compensation. En particulier dans le cas de bâtiments hydrographes et de véhicules spatiaux, il est nécessaire d'avoir des valeurs de position très précises, que l'on ne peut obtenir en partie que grâce à la mise en oeuvre de procédés très complexes de filtrage d'estimation, par exemple avec des filtres Kalman. D'après la demande de brevet allemand publiée sous le N 038 00 024, on connaît un loch Doppler, qui est destiné à mesurer la vitesse de bateaux Le loch Doppler connu est optimisé en particulier de manière à éliminer, avant la délivrance ou l'affichage de valeurs de mesure, différentes perturbations dues à des déplacements-du-bateau et à des dispersions des signaux ultrasonores A cet effet, les données brutes de mesure sont filtrées et leur moyenne- est formée sur plusieurs points de mesure de sorte que même dans le cas d'un déplacement accéléré, on obtient la forme lissée de la courbe vitesse-temps Cependant il n'est prévu aucune compensation du retard dû au traitement pendant le cycle de mesure complet. L'invention a pour but de fournir un procédé et un dispositif permettant d'améliorer les mesures Doppler afin que des erreurs permanentes soient évitées ou au moins fortement réduites lors de la détermination de la position. Ce problème est résolu conformément à l'invention à l'aide d'un procédé pour des mesures de vitesse d'un loch Doppler dans un véhicule, selon lequel lors d'une accélération du véhicule, les mesures de la vitesse apparaissent d'une manière retardée sur la sortie des signaux du loch Doppler en raison d'une constante de temps de mesure, propre au système, de ce loch, caractérisé en ce que les mesures de vitesse sont filtrées selon un filtrage passe-bas, qu'une différence est formée entre les mesures de vitesse filtrée et non filtrée, que la différence est pondérée avec un facteur de correction, qu'un signal de correction est formé et qu'un signal de vitesse corrigé est formé par addition des mesures de vitesse du loch Doppler et du signal de correction. Le procédé conforme à l'invention part des vitesses Doppler mesurées, qui sont présentes à la sortie du dispositif de mesure, en étant éventuellement retardées par le procédé de mesure par rapport à la vitesse réelle d'ur véhicule Par intégration du vecteur vitesse en vue de la détermination de la position du véhicule, ce retard est sans importance pour le calcul de la position dans la mesure o le véhicule n'est pas accéléré, c'est-à-dire se déplace à vitesse constante Dans le cas de manoeuvres du véhicule, c'est-à-dire dans le cas de modifications du cap ou de sections de parcours, des accélérations, qui entraînent des variations de la vitesse, agissent sur le bateau Étant donné que le système de mesure ne réagit qu'avec un certain retard à ces changements de vitesse et variations de vitesse, les positions déterminées au moyen d'un calcul par estimation sont affectées d'une erreur, qui ne pourrait être à nouveau compensée que par une accélération antagoniste du système formé par le véhicule. Grâce au procédé selon l'invention, dans le cas de l'accélération du véhicule, les mesures de vitesse sont pondérées par un terme correctif, qui agit en sens opposé de l'erreur de poursuite dans le cas d'une variation de la vitesse Le terme correctif doit être réglé en fonction du comportement dynanmique du véhicule. Le procédé conforme à l'invention présente l'avantage consistant en ce qu'on peut utiliser de façon simple les mesures de vitesse affectées d'une erreur sans avoir à intervenir dans le procédé de mesure existant En outre, le comportement dynamique de différents véhicules peut être pris en compte d'une manière particulièrement simple moyennant une modification-du facteur correctif. Selon une autre caractéristique de l'invention, la constante de temps du filtrage passe-bas est réglée approximativement à une valeur égale à la constante de temps de mesure du loch Doppler. Selon une autre caractéristique de l'invention, la valeur du facteur de correction est comprise entre O et , en fonction du type de bateau. Un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé est caractérisé par le fait qu'un filtre passe-bas est branché en aval d'une sortie du loch Doppler, qu'un circuit de formation de différence est branché entre la sortie du filtre passe-bas et la sortie du loch Doppler, qu'un dispositif multiplicateur réalisant une multiplication par un facteur de correction variable est branché en aval du circuit de formation de différence et qu'un circuit additionneur servant à produire un signal de vitesse corrigé est raccordé au dispositif multiplicateur et à la sortie du loch Doppler Ce dispositif se caractérise par une faible dépense du point de vue de la technique des circuits Grâce au réglage d'un petit nombre de coefficients dans le filtre passe-bas et dans le multiplicateur, on peut aisément adapter un tel circuit à différents comportements de retard du dispositif de mesure et à la dynamique de véhicules différents. En outre, en fonction de la prédétermination des signaux ou données de sortie du dispositif de mesure Doppler, il est possible d'obtenir une réalisation à l'aide de modules analogiques ou numériques, sans limitation. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 représente la variation dans le temps de signaux de vitesse; la figure 2 représente un schéma-bloc utilisé pour la correction de mesure de la vitesse Doppler; et la figure 3 représente un schéma-bloc pour un filtre passe-bas conforme à l'invention. Sur la figure 1, on a représenté, dans un système de coordonnées cartésien, un diagramme vitesse-temps, dans lequel, comme cela est usuel, on a marqué en abscisses l'axe des temps t et en ordonnées l'axe des vitesses v. Différents instants caractéristiques pour des variations importantes des allures de courbes sont repérés au moyen des instants to à t 5. La courbe 10 représente la variation de la vitesse vraie pour un véhicule, qui exécute un déplacement uniformément accéléré jusqu'à l'instant t 3, puis poursuit son déplacement conformément à la courbe 14 -avec une vitesse constante Ve Le comportement transitoire du véhicule à l'origine to et à l'instant t 3 sur la base de la dynamique propre au véhicule n'a pas été pris en compte. Le calcul à l'estime pour la détermination de la position du véhicule n'est précis que lorsque précisément cette variation de vitesse est intégrée conformément à la courbe 10 ou 14 pour la détermination du trajet par le véhicule et, à partir de là, le calcul de la position Par rapport à la vitesse vraie du véhicule conformément à la courbe 10, la variation de la mesure de la vitesse du loch Doppler est cependant retardée et conduit à une variation de vitesse conformément à la courbe 12 On peut voir que la courbe 12 possède, entre les instant to et t 1, une allure transitoire caractérisée par les caractéristiques de filtrage passe-bas du loch Doppler, qu'ensuite elle aboutit, dans la zone entre t 1 et t 3 à une variation de vitesse proportionnelle au temps et qu'elle se poursuit avec la vitesse constante conformément à la courbe 14, après une autre zone de transition entre les instants t 3 et t 4. Si la variation de la vitesse Doppler conformément à la courbe 12 est soumise une nouvelle fois à un filtrage passe-bas, on obtient une variation de vitesse conformément à la courbe 13, qui possède également une forme courbe entre to et t 2, la partie proportionnelle entre t 2 et t 3 ainsi qu'une transition entre t 3 et t 5, et à partir de t 5, elle se poursuit également par la courbe 14 avec la vitesse constante Ve. L'intégrale, qui est déterminée lors du calcul à l'estime, de la variation de la courbe 12 présente, par rapport à l'intégrale de la variation de vitesse conformément à la courbe 10, une erreur qui est déterminée par la surface entre les deux courbes 10 et 12. Conformément à l'invention, une différence est formée entre le signal de vitesse correspondant à la courbe- 12 et le signal de vitesse, filtré selon un filtrage passe- bas conformément à la courbe 13, pondérée par un facteur et à nouveau ajoutée au signal de vitesse correspondant à la courbe 12 Grâce au choix approprié du coefficient de pondération et du comportement transitoire du filtre passe-bas pour l'obtention de la courbe 13, on adapte -alors dans une très large mesure la variation de vitesse de la mesure corrigée du loch Doppler à la variation vraie de la vitesse du véhicule correspondant à la courbe 10. Les signaux de vitesse sur la figure 1, qui correspondent aux courbes 10, 12, 13 et 14, sont ici représentés sous la forme de signaux discontinus. Cependant, dans le cas d'une réalisation numérique de l'invention, ils doivent être considérés comme étant les enveloppes de signaux d'échantillonnage périodiques discrets dans le temps. Sur la figure 2, on a représenté un dispositif de correction 30 branché en aval du loch Doppler 20 Le dispositif de correction 30 possède un filtre passe-bas 40 branché en aval du loch Doppler 20 Un circuit de différence 50 est raccordé côté entrée au filtre passe-bas et au loch Doppler 20, et côté sortie à un dispositif multiplicateur 60 Le circuit additionneur 70, qui délivre à sa sortie les valeurs de mesure Doppler corrigées, est raccordé au dispositif multiplicateur 60 et au loch Doppler 20. Le comportement du signal dans le schéma-bloc de la figure 2 peut être décrit par la relation VK(t) = vlo(t)*h DL(t) * ( 1 + K-K h Tp(t)) ( 1) v 12 (t) dans laquelle le symbole * représente le produit de convolution g(t) = f(t)*h(t) = f f(x) h(t- x)dx -00 Comparativement à la figure 1, le signal de vitesse vraie conforme à la courbe 10 représente le signal d'entrée v 10 (t) pour le loch Doppler 20 avec la fonction système h DL(t), dont le signal de sortie v 12 (t) est caractérisé par la variation de vitesse correspondant à la courbe 12, à savoir la mesure de vitesse Ce signal de sortie v 12 (t) est envoyé au filtre passe-bas 40 possédant la fonction système h Tp(t), et à la sortie duquel on obtient, en tant que signal passe-bas, une variation de vitesse correspondant à la courbe 13 Le signal de différence entre les courbes 12 et 13 est formé dans le circuit de formation de différence 50, est multiplié par le facteur moins K dans le dispositif multiplicateur 60, puis est à nouveau ajouté, dans le circuit additionneur 70, au signal de sortie v 12 (t) du loch Doppler 20, c'est-à-dire au signal de vitesse correspondant à la courbe 12, et fournit le signal de vitesse corrigé v K(t) ou, dans le cas d'une réalisation numérique, les valeurs de vitesse corrigées. La relation ( 1) est basée sur les signes indiqués sur la figure 2 pour le circuit de formation de différence , le dispositif multiplicateur 60 et le circuit additionneur 70 Il est évident qu'également d'autres combinaisons de signes conduisent à une relation ( 1) identique, et c'est pourquoi il n'est pas nécessaire d'en donner ici une autre justification. La réalisation numérique du schéma-bloc de la figure 2 traite des valeurs de sortie discrètes dans le temps des mesures de vitesse du loch Doppler en étant d'une manière commandée dans le temps en général par une cadence de transfert A cet effet, sur la figure 3, on a représenté l'agencement du filtre passe-bas 40 sous la forme d'un filtre récursif En aval de l'entrée 41 du filtre passe-bas est branché un multiplicateur de coefficient 42, auquel le coefficient ( 1-B) est envoyé par la mémoire de calcul 43 Une seconde entrée 44 du filtre passe-bas est raccordée à la mémoire de calcul 43 et au multiplicateur 45, qui est également raccordé à une mémoire 47 pour des valeurs de vitesse Le filtre passe-bas 40 possède un additionneur 46, qui est raccordé côté entrée au multiplicateur à coefficient 42 et au multiplicateur 45 et qui côté sortie d'une part commande la mémoire 47 et d'autre part est raccordé à la sortie 48 du filtre passe-bas 40 Les valeurs de vitesse filtrées selon un filtrage passe-bas et dont l'enveloppe est représentée par la courbe 13 sur la figure 1, sont alors appliquées au filtre passe-bas 40 en tant que signal de filtrage passe-bas. Le filtre passe-bas 40 agencé en tant que filtre IIR numérique (Infinite Impulse Response) est décrit par la relation v 13 (t)=( 1-B)-v 12 (t)+B- v 13 (t-n T) ( 2) T étant la durée de la période de la cadence de transfert du loch Doppler, N la variable de calcul et B le coefficient de filtrage passe-bas qui détermine le comportement de retardement produit par le filtre passe-bas A partir du retard T de l'instant de mesure du loch Doppler, de la cadence de transfert T et de la constante K caractérisant la dynamique du véhicule, on obtient le coefficient de filtrage passe-bas B B = exp(-T K -), ( 3) T des valeurs comprises entre O et 10 devant être utilisées pour K Comme valeurs particulières, il est recommandé par exemple K 4 pour des véhicules rapides maniables. Sans que ceci soit représenté d'une manière plus détaillée, dans un autre exemple de réalisation de l'invention selon une technique de circuits purement analogiques, on pourrait simplifier notamment le schéma- bloc de la figure 2 étant donné qu'on réunirait le circuit de formation de différence 50 et le multiplicateur 60 pour former un amplificateur différentiel présentant une amplification réglable Il faudrait alors régler l'amplification de manière qu'elle soit proportionnelle au facteur de pondération K. REVENDICATIONS 1 Procédé pour corriger des mesures de vitesse d'un loch Doppler ( 20) dans un véhicule, g 1 ats lequel lors d'une accélération du véhicule, les mesures de la vitesse apparaissent d'une manière retardée sur la sortie des signaux du loch Doppler en raison d'une constante de temps de mesure, propre au système, de ce loch, caractérisé en ce que les mesures de vitesse sont filtrées selon un filtrage passe-bas (en 40), qu'une différence est formée (en 50) entre les mesures de vitesse filtrée et non filtrée, que la différence est pondérée (en 60) par un facteur de correction, qu'un signal de correction est formé et qu'un signal de vitesse corrigé est formé par addition (en 70) des mesures de vitesse du loch Doppler ( 20) et du signal de correction. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la constante de temps du filtrage passe-bas est réglée approximativement à une valeur égale à la constante de temps de mesure du loch Doppler. 3 Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la valeur du facteur de correction K est comprise entre O et 10, en fonction du type de bateau. 4 Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un filtre passe-bas ( 40) est branché en aval d'une sortie du loch Doppler ( 20), qu'un circuit de formation de différence ( 50) est branché entre la sortie ( 48) du filtre passe-bas ( 40) et la sortie du loch Doppler ( 20), qu'un dispositif multiplicateur ( 60) réalisant une multiplication par un facteur de correction variable K est branché en aval du circuit de formation de différence ( 50) et qu'un circuit additionneur ( 70) servant à produire un signal de vitesse corrigé est raccordé au dispositif multiplicateur ( 60) et à la sortie du loch Doppler ( 20).35 5 Dispositif suivant la revendication 4, il caractérisé par le fait qu'on utilise corame filtre passe- bas ( 40) un filtre récursif numérique du premier ordre.