Brevet FR3007129A1 — publié le 20141219

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL ET CONTEXTE DE L'INVENTION L'invention concerne la navigation inertielle dans un porteur. Plus précisément, elle concerne un procédé et un système de navigation inertielle configuré pour mettre en oeuvre le procédé, de détermination de paramètres de navigation inertielle d'un porteur. Le porteur est par exemple un navire de surface, qui communique des paramètres de navigation à un aéronef. Un système de navigation inertielle embarqué sur un porteur, tel qu'une centrale inertielle, comprend de manière connue des accéléromètres - généralement trois mesurant chacun l'accélération du porteur selon un axe, et des gyromètres - généralement 10 trois - mesurant chacun la vitesse angulaire du porteur autour d'un axe. A partir de ces mesures inertielles, on estime, par résolution d'un système différentiel donné par une représentation d'état connue de l'état de la technique, un état comprenant les paramètres de navigation du porteur : coordonnées de vitesse et de position dans un repère prédéterminé, et orientation et vitesse angulaire par rapport à une référence. 15 La résolution du système différentiel met en oeuvre des étapes d'intégration des mesures inertielles. Les mesures inertielles comportent des erreurs qui, si elles ne sont pas corrigées, se retrouvent dans les paramètres de navigation. De plus, ces erreurs tendent à s'accumuler au cours du temps. On parle alors de dérive inertielle. En particulier, les coordonnées de position du porteur estimées à partir de mesures inertielles peuvent être 20 très éloignées de la réalité après un certain temps d'intégration. Il est connu d'utiliser une hybridation entre l'état estimé et des données auxiliaires pour la détermination de paramètres de navigation inertielle du porteur. On compare pour ce faire tout ou partie de l'état estimé avec des données auxiliaires provenant d'une source auxiliaire au système de navigation inertielle. L'hybridation permet ainsi d'estimer les 25 erreurs inertielles et de recaler les paramètres de navigation, ce qui diminue la dérive inertielle et améliore la performance du système. La comparaison et le recalage sont connus de l'homme du métier, et réalisables par exemple à l'aide d'un filtre de Kalman. Les données auxiliaires peuvent être obtenues par des systèmes auxiliaires tels que des dispositifs GNSS (acronyme de l'anglais Global 30 Navigation Satellite System pour système de navigation par satellites), des baro-altimètres, des lochs... Si une navigation optimale hybridée par un filtre de Kalman permet a priori de borner le niveau des erreurs inertielles, sous réserve de la qualité et de la disponibilité des données auxiliaires, les paramètres de navigation inertielle subissent nécessairement des discontinuités à chaque mise à jour du vecteur d'état du filtre de Kalman, et lors du rebouclage avec les paramètres de navigation. A l'opposé, une navigation dite inertie pure (abrégée en IP) permet de fournir des 5 paramètres de navigation inertielle exempts de discontinuité, mais au détriment d'une augmentation de la dérive inertielle. PRESENTATION DE L'INVENTION L'invention a pour objet de fournir des paramètres de navigation pour lesquels 10 l'influence de la dérive inertielle est limitée, et qui soient exempts de discontinuités, de sorte que ces paramètres de navigation puissent être transmis à un véhicule ne tolérant pas ces discontinuités, par exemple un aéronef qui utilise ces paramètres de navigation. A cet effet, il est proposé un procédé de détermination de paramètres de navigation d'un porteur d'un système de navigation inertielle, ledit système de navigation inertielle 15 comprenant un ensemble de capteurs pour acquérir des mesures relatives à la navigation dudit porteur et comprenant des moyens informatiques de traitement, dans lequel les moyens informatiques de traitement informatique dudit système de navigation inertielle: - acquièrent des mesures de navigation relatives à la navigation dudit porteur issues dudit ensemble de capteurs, 20 - déterminent au moins deux ensembles de paramètres représentatifs chacun de la navigation dudit porteur à partir desdites mesures de navigation et d'au moins deux ensembles d'informations, lesdits au moins deux ensembles d'information étant chacun mis à jour à des instants de recalage différents au moyen d'informations de référence communiquées au porteur, 25 - déterminent les paramètres de navigation du porteur en sommant lesdits au moins deux ensembles de paramètres avec des coefficients de pondération variant périodiquement, chaque coefficient de pondération étant nul à l'instant de recalage de l'ensemble d'informations à partir duquel est déterminé l'ensemble de paramètres auquel ledit coefficient de pondération s'applique. 30 Le procédé est avantageusement complété par les différentes caractéristiques suivantes prises seules ou selon leurs différentes combinaisons possibles : - la somme des coefficients de pondération est constante; - la somme des coefficients de pondération est égale à 1; - les coefficients de pondération varient selon une loi continue; - les coefficients de pondération varient selon une loi sinusoïdale; - la nullité d'un coefficient de pondération coïncide avec l'instant de recalage de l'ensemble d'informations de navigation à partir duquel est déterminé le vecteur d'état auquel ledit coefficient de pondération s'applique; - au moins trois ensembles de paramètres sont déterminés à partir d'au moins trois ensembles d'informations de navigation, lesdits au moins trois ensembles d'information étant chacun mis à jour à des instants de recalage différents au moyen d'informations de référence communiquées au porteur; Il est également proposé un produit programme d'ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l'exécution du procédé décrit ci-dessus, lorsque ledit programme est exécuté par des moyens informatiques de traitement. Il est également proposé un système de navigation inertielle pour un porteur, comprenant: - un ensemble de capteurs adaptés pour acquérir des mesures relatives à la navigation du porteur, - des moyens informatiques de traitement adaptés pour traiter ces mesures et configurés pour déterminer la navigation dudit porteur au moyen du procédé décrit ci-dessus. PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est un schéma illustrant le fonctionnement d'un système de navigation inertielle dans le cadre de l'invention; - les figures 2 et 3 sont des graphiques illustrant des exemples de variations des valeurs des coefficients de pondération appliqués aux vecteurs d'état dérivés des représentations d'état, respectivement dans les cas à deux et trois vecteurs d'état; - la figure 4 est un graphique présentant des courbes illustrant des exemples de mise en oeuvre de l'invention en comparaison avec l'état de la technique. DESCRIPTION DETAILLEE Il est fait référence au schéma de la figure 1, sur lequel est représenté un système de navigation inertielle pour un porteur, par exemple un navire de surface qui communique des paramètres de navigation à un aéronef. Le système de navigation inertielle comprend un ensemble de capteurs 2 adaptés pour acquérir des mesures relatives à la navigation du porteur, ainsi que des moyens informatiques de traitement 3 adaptés pour traiter ces mesures. Les moyens informatiques de traitement 3 sont typiquement un ou plusieurs ordinateurs ou calculateurs munis de processeurs, et sont configurés pour mettre en oeuvre la détermination de paramètres de navigation du porteur du système de navigation inertielle 1 décrite ci-après. Ces moyens informatiques de traitement 3 sont configurés pour acquérir des mesures de navigation relatives à la navigation dudit porteur issues de l'ensemble de capteurs 2, et pour déterminer au moins deux ensembles de paramètres Vi représentatifs chacun de la navigation du porteur à partir desdites mesures de navigation et d'au moins deux ensembles d'informations de navigation, lesdits au moins deux ensembles d'information de navigation étant chacun mis à jour à des instants de recalage différents au moyen d'informations de référence REF communiquées au porteur. La description qui suit fait référence à des modes de réalisations de l'invention dans lesquels les ensembles d'informations de navigation correspondent à des représentations d'états courantes REi représentatives chacune de la navigation du porteur. Les informations de référence sont alors constituées par des variables d'état d'une représentation de référence REF communiquées au porteur, et la mise à jour d'un ensemble d'informations de navigation à un instant de recalage correspond alors à une réinitialisation à un instant de réinitialisation de la représentation d'état courante REi constituant ledit ensemble d'information de navigation, par recopie des variables d'état de la représentation d'état de référence REF. De même, un ensemble de paramètres est ici constitué par un vecteur d'état Vi, dont les composantes forment lesdits paramètres. Ainsi, les moyens informatiques de traitement 3 illustrés par la figure 1 disposent d'au moins deux représentations d'état courantes représentatives chacune de la navigation du porteur, qui peuvent par exemple être entretenues dans des modules d'état 4 desdits moyens informatiques de traitement, ces modules d'état 4 étant typiquement des modules logiciels. Dans le système de la figure 1, il y a trois modules d'état 4 référencés respectivement 41, 42 et 43, qui entretiennent chacun une représentation d'état courante REI, RE2, RE3. A partir des mesures de navigation et de ces représentations d'état constituant les ensembles d'informations, des vecteurs d'état VI, V2, V3 constituant les ensembles de paramètres sont déterminés par les moyens informatiques de traitement 3 du système de navigation inertielle 1. Les vecteurs d'état VI, V2, V3 déterminés à partir des représentations d'état courantes RE, entretenues par ces modules d'état 4 sont ensuite chacun respectivement pondéré par un coefficient de pondération al, a2, a3 avant d'être additionnés ensemble au niveau d'un additionneur 5. Les paramètres de navigation PN du porteur correspondent alors à cette somme pondérée des vecteurs V, déterminés à partir des représentations d'état courantes. Ainsi, dans le cas de n vecteurs d'état dérivés de n représentations d'état, n étant un entier naturel non nul : n PN = ixt. i=1 Les représentations d'état courantes RE, sont réinitialisées périodiquement par recopie de variables d'état d'une représentation d'état de référence REF. Typiquement, une telle représentation d'état de référence REF est entretenue par un système extérieur au système de navigation inertielle, et transmise à celle-ci pour recaler ses paramètres de navigation qui subissent nécessairement une dérive inertielle, comme évoqué plus haut. Par exemple, une représentation d'état de référence REF est entretenue au niveau d'un système informatique alimenté en données extérieures par des moyens de communications. Comme indiqué plus haut, la réinitialisation d'une représentation d'état courante RE, implique une discontinuité de celle-ci, susceptible d'engendrer des problèmes pour l'exploitation des paramètres de navigation engendrés par le vecteur d'état V, dérivé de ladite représentation d'état courante RE,. Afin d'éviter des discontinuités pour l'ensemble des vecteurs d'état à partir desquels sont déterminés les paramètres de navigation, les instants de recalage de chacune des représentations d'état courantes RE, sont différents. Ces instants de recalage sont de préférence choisis suffisamment espacés dans le temps pour ne pas que les discontinuités engendrées par les réinitialisations n'interfèrent entre elles , et sont idéalement intercalés régulièrement entre eux. Les coefficients de pondération a, appliqués aux vecteurs d'état varient périodiquement, chaque coefficient de pondération a, étant nul à l'instant de recalage de la représentation d'état courante Ei de laquelle est dérivé le vecteur d'état Vi auquel ledit coefficient de pondération ai s'applique. Les lois de variation des coefficients de pondération a, peuvent être des lois périodiques quelconques, mais la somme des coefficients de pondération doit à tout instant être constante, afin de ne pas distordre l'amplitude des variables d'état qui constituent les paramètres de navigation et qui résultent de la somme pondérée des vecteurs d'état V. On pourrait cependant prévoir un filtre en aval de la sommation afin de corriger cette amplitude. Les lois de variation sont définies par le choix d'une période de réinitialisation, dont la période desdites lois doit être un multiple entier, et par le nombre de vecteurs d'état V; à sommer. L'utilisation d'une loi de variation quelconque est susceptible de faire apparaître un nombre important d'harmoniques. De préférence, les coefficients de pondération a-, varient selon une loi continue afin de limiter les harmoniques. Encore préférentiellement, les coefficients de pondération ai varient selon une loi sinusoïdale. L'utilisation d'une loi de variation sinusoïdale permet de limiter la pollution harmonique. De même, le choix de la période de réinitialisation permet de concentrer les harmoniques dans une zone de fréquences qui ne soit pas préjudiciable à la disponibilité des paramètres de navigation pour le système de navigation inertielle. Typiquement, la période de réinitialisation est de quelques heures. De préférence, les instants nuls des coefficients de pondération sont répartis régulièrement dans le temps, de sorte que dans le cas de variation sinusoïdales, les coefficients de pondération ai suivent des lois sinusoïdales décalées les unes des autres de 2x7t/n, n étant le nombre de vecteurs d'état yi à sommer, et donc le nombre de coefficients de pondération ai. Les figures 2 et 3 illustrent des exemples de variations des valeurs des coefficients de pondération appliqués aux vecteurs d'état dérivés des représentations d'état courantes, respectivement dans les cas à deux et trois vecteurs d'état. Ces exemples montrent des modes de réalisation qui, bien que préférentiels, ne sont 30 pas limitatifs. Dans ceux-ci, la somme des coefficients de pondération a, est égale à 1, de sorte que la somme pondérée des vecteurs d'état V, présente directement une amplitude correspondant aux variables d'état constituant les paramètres de navigation, afin de pouvoir directement les exploiter. Les coefficients de pondération suivent une loi de variation sinusoïdale. L'exemple de la figure 2 présente ainsi les variations en fonction du temps de deux coefficients de variation al (en tiret) et a2 (en trait plein), dont les variations sont 5 respectivement définies par les formules suivantes (sans prise en compte d'un décalage temporel global): f1 ai (t) = 2 (1 + sin (T 2n)) a2 (t) = 21(1 + sin(( 2n + 7r)) avec T la période correspondant à la durée entre deux annulations consécutives d'un coefficient de pondération. On constate que la somme de al et de a2 est constante et égale à 10 1. L'exemple de la figure 3 présente les variations en fonction du temps de trois coefficients de variation al (en tiret), a2 (en pointillés) et a3 (en trait plein), dont les variations sont respectivement définies par les formules suivantes: ai (0 = 1(1 + sin (T 27r)) a2 (t) = -3 1 + sin (-T 27r + -3 27r)) 1 t 3 t 47r a3 (t) =- 1 -F sin -T 2n- + -3) 15 avec T la période correspondant à la durée entre deux annulations consécutives d'un coefficient de pondération. On constate que la somme de al, a2 et a3 est constante et égale à 1. On peut établir sur ce modèle une généralisation à n coefficients de pondération, suivant la formule générale: t 2n ai (t) = n- 1 + sin ( 27r + (i. - 1) -n 20 La figure 4 montre des courbes illustrant l'évolution des écarts-types des paramètres de navigation obtenus selon plusieurs configurations, révélant les dérives inertielles engendrées par celles-ci. Il est à noter que dans les différentes configurations, les représentations d'état sont réinitialisées avec une même période, les instants d'initialisation 25 étant décalés entre les représentations d'état courantes d'une même configuration. La courbe 10 du bas, en tirets, représente l'évolution de l'écart-type des variables d'état de la représentation d'état de référence REF. La courbe en trait épais 11 représente l'évolution de l'écart-type des paramètres de navigation du porteur issus d'un seul vecteur d'état dérivé d'une unique représentation d'état. On constate qu'à l'instant to de réinitialisation par recopie des variables d'état de la représentation d'état de référence REF, d'où la jonction des courbes 10 et 11, une forte discontinuité apparaît. La courbe 12 en pointillés représente l'évolution de l'écart-type des paramètres de navigation du porteur issus de deux vecteurs d'état dérivés de deux représentations d'état courantes comme décrit plus haut. On constate que l'amplitude de la dérive inertielle a été sensiblement diminuée par rapport à la configuration de la courbe 11, et qu'il n'y a pas de discontinuité dans les paramètres de navigation. Les autres courbes représentées par des traits fins correspondent à des configurations à trois représentations d'état courantes, comme décrit plus haut, et à six représentations d'état courantes. Ainsi qu'il peut être constaté, ces courbes peuvent difficilement être distinguées les unes des autres, de sorte qu'il peut en être conclu qu'il n'est pas avantageux de prévoir plus de trois représentations d'état courantes à partir desquelles sont déterminés les paramètres de navigation du porteur. En effet, chaque représentation d'état courante augmente la puissance de calcul nécessaire. Cependant, tandis que la configuration à deux représentations d'état permet en régime permanent d'obtenir un taux d'ondulation de l'ordre de 20 à 30% autour d'une valeur moyenne stable, la configuration à trois représentations d'état permet d'atteindre un niveau d'ondulation inférieur à 5% autour de cette même valeur moyenne. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit et représenté aux figures annexées. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la réalisation concrète des caractéristiques techniques, ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. REVENDICATIONS1. Procédé de détermination de paramètres de navigation d'un porteur d'un système de navigation inertielle (1), ledit système de navigation inertielle (1) comprenant un ensemble de capteurs (2) pour acquérir des mesures relatives à la navigation dudit porteur et comprenant des moyens informatiques de traitement (3), caractérisé en ce que les moyens informatiques de traitement (3) dudit système de navigation inertielle (1): - acquièrent des mesures de navigation relatives à la navigation dudit porteur issues dudit ensemble de capteurs (2), - déterminent au moins deux ensembles de paramètres (Vi) représentatifs chacun de la navigation dudit porteur à partir desdites mesures de navigation et d'au moins deux ensembles d'informations, lesdits au moins deux ensembles d'information étant chacun mis à jour à des instants de recalage différents au moyen d'informations de référence (REF) communiquées au porteur, - déterminent les paramètres de navigation (PN) du porteur en sommant lesdits au moins deux ensembles de paramètres (Vi) avec des coefficients de pondération (ai) variant périodiquement, chaque coefficient de pondération (ai) étant nul à l'instant de recalage de l'ensemble d'informations au moyen duquel est déterminé l'ensemble de paramètres (Vi) auquel ledit coefficient de pondération (ai) s'applique. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la somme des coefficients de pondération (ai) est constante. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la somme des coefficients de pondération (ai) est égale à 1. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel les coefficients de variation (ai) varient selon une loi continue. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel les coefficients de pondération (ai) varient selon une loi sinusoïdale. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel la nullité d'un coefficient de pondération (a1) coïncide avec l'instant de recalage de l'ensemble d'information à partir duquel est déterminé l'ensemble de paramètres (V,) auquel ledit coefficient de pondération (ai) s'applique. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel les moyens informatiques de traitement déterminent au moins trois ensembles de paramètres (Vi) représentatifs chacun de la navigation dudit porteur à partir desdites mesures de navigation et d'au moins trois ensembles d'informations, lesdits au moins trois ensembles d'information étant chacun mis à jour à des instants de recalage différents au moyen d'informations de référence (REF) communiquées au porteur, 8. Produit programme d'ordinateur comprenant des instructions de code de programme 15 pour l'exécution du procédé selon l'une des revendications 1 à 7, lorsque ledit programme est exécuté par des moyens informatiques de traitement. 9. Système de navigation inertielle pour un porteur, comprenant: - un ensemble de capteurs (2) adaptés pour acquérir des mesures relatives à la 20 navigation du porteur, - des moyens informatiques de traitement (3) adaptés pour traiter ces mesures, caractérisée en ce que les moyens informatiques de traitement sont configurés pour déterminer des paramètres de navigation dudit porteur au moyen du procédé selon l'une des revendications 1 à 7.