Brevet FR3003639A1 — publié le 20140926

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour améliorer la navigation inertielle d'un engin. Quoique non exclusivement, elle est particulièrement appropriée à être mise en oeuvre avec des missiles tactiques, par exemple du type antichar ou anti-bunker, dont la portée est de quelques kilomètres (moyenne portée). On sait que de tels missiles peuvent présenter une centrale inertielle leur permettant une navigation partiellement ou totalement inertielle. Cepen- dant, ces missiles étant détruits lorsqu'ils atteignent leur cible, les centrales inertielles qu'ils embarquent ne sont pas, pour des raisons de coûts, des centrales inertielles de haute performance, qui, de ce fait, présentent des biais accélérométriques et gyrométriques. Il va de soi que ces biais accélérométriques et gyrométriques engen- drent des erreurs de dérive de navigation, en position et en attitude, limitant la portée utile desdits missiles. Pour remédier à de tels inconvénients, on pourrait penser à utiliser une centrale inertielle de meilleure qualité, à prévoir un capteur complémen- taire (par exemple de type GPS) et/ou, dans le cas où le missile comporte un autodirecteur, à augmenter la portée ou la taille du champ de vision de cet autodirecteur. Toutefois, de telles mesures entraînent obligatoirement un coût supplémentaire pour les missiles. L'objet de la présente invention est de remédier à cet inconvénient en réduisant les erreurs dues aux biais des accéléromètres et des gyromètres de la centrale inertielle de qualité médiocre des missiles, et, donc, d'améliorer les performances de navigation inertielle de ces derniers, en évitant tout recours à une mesure entraînant un coût supplémentaire. A cette fin, selon l'invention, le procédé pour améliorer la navigation inertielle d'un engin équipé d'une centrale inertielle de qualité médiocre et tiré depuis un porteur équipé d'une centrale inertielle de précision, est remarquable en ce que : - avant le tir dudit engin depuis le porteur, les biais moyens des accéléromè- tres et des gyrométres de la centrale inertielle dudit engin sont déterminés à l'aide de la centrale inertielle dudit porteur ; et - pendant la navigation inertielle dudit engin, les mesures accélérométriques et gyrométriques délivrées par ladite centrale inertielle dudit engin sont corri- gées par lesdits biais moyens déterminés avant tir. Ainsi, grâce à l'invention, on prend en compte les biais moyens des accéléromètres et des gyromètres qui créent les principales erreurs de navi- gation, de sorte que la navigation inertielle dudit engin peut être satisfaisante malgré la médiocre qualité de la centrale inertielle. Le procédé conforme à la présente invention est basé sur l'observation de la Demanderesse que les biais accélérométriques et gyrométriques d'une telle centrale inertielle sont relativement stables au cours du temps et que les variations de ces biais, pendant la durée de vol de l'engin, sont négligeables comparées aux valeurs absolues des biais déterminés avant le lancement de l'engin. On doit remarquer que la centrale inertielle de l'engin et la centrale inertielle du porteur ont chacune leur propre système d'axes de référence par rapport auxquels elles délivrent leurs mesures accélérométriques et gyromé- triques et que ces deux systèmes d'axes de référence sont fixes l'un par rap- port à l'autre, en position et en orientation, tant que ledit engin n'est pas tiré. Aussi, pour la détermination desdits biais de la centrale inertielle dudit engin, il est avantageux que les mesures accélérométriques et gyrométriques de l'une des centrales inertielles soient, par une transformation prenant en compte la position et l'orientation relatives des deux systèmes d'axes, expri- mées dans le système d'axes de référence de l'autre desdites centrales inertielles. Dans ce cas, on prévoit que : - alors que la centrale inertielle du porteur est déjà en fonctionnement, la centrale inertielle de l'engin est mise en fonctionnement ; - les mesures accélérométriques et gyrométriques de l'une des centrales iner- tielles sont, par ladite transformation prenant en compte la position et l'orientation relatives des deux systèmes d'axes de référence, exprimées dans le système d'axes de référence de l'autre desdites centrales inertielles ; et - dans le système d'axes de cette autre desdites centrales inertielles, on corn- u) pare en en faisant la différence, les mesures accélérométriques et gyrométri- ques des deux centrales inertielles. De préférence : - on filtre les différences de mesures accélérométriques et gyrométriques ainsi obtenues pour obtenir des estimées courantes des biais moyens des accélé- 15 romètres et des gyromètres de la centrale inertielle dudit engin ; et - à l'instant du tir de l'engin, on arrête le processus ci-dessus d'obtention desdites estimées courantes des biais moyens et on garde les dernières valeurs de ces dernières qui constituent les estimées des biais moyens des accéléromètres et des gyromètres de la centrale inertielle de l'engin. 20 Par ailleurs, pendant le vol dudit engin, on effectue en continu les opérations suivantes : - différence entre les mesures instantanées des accéléromètres et des gyromètres de la centrale inertielle de l'engin et lesdites estimées des biais moyens, pour obtenir des mesures accéléromètriques et gyromètriques de 25 l'engin corrigées ; et - utilisation de ces mesures accélérométriques et gyrométriques corrigées dans la navigation inertielle dudit engin. La présente invention concerne de plus un dispositif pour améliorer la navigation inertielle d'un engin équipé d'une centrale inertielle de qualité mé- 30 diocre et tiré depuis un porteur équipé d'une centrale inertielle de précision, lesdites centrales ayant chacune leur propre système d'axes de référence par rapport auxquels elles délivrent leurs mesures accélérométriques et gyrométriques et ces deux systèmes d'axes de référence étant fixes l'un par rapport à l'autre, en position et en orientation, tant que ledit engin n'est pas tiré. Selon la présente invention, ce dispositif est remarquable en ce qu'il comporte : - des moyens de calcul permettant, par une transformation prenant en compte la position et l'orientation relatives des deux systèmes d'axes, d'exprimer les mesures accélérométriques et gyrométriques de l'une des centrales inertielles dans le système d'axes de référence de l'autre desdites centrales inertielles ; et - des moyens de comparaison permettant, dans ce système d'axes de référence de cette autre desdites centrales inertielles, de comparer les mesures accélérométriques et gyrométriques des deux centrales inertielles. De plus, le dispositif conforme à la présente invention comporte : - un filtre pour filtrer les différences de mesures accélérométriques et gyromé- triques résultant de la comparaison à l'aide desdits moyens de comparaison et pour obtenir des estimées courantes des biais moyens des accélérométres et des gyrométres de la centrale inertielle dudit engin ; et - un soustracteur pour retrancher, des mesures instantanées des accéléromè- tres et des gyromètres de la centrale inertielle de l'engin en vol, les dernières valeurs, avant tir, desdites estimées de biais courants. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 est une vue schématique et partielle, avant tir, d'un missile porté par un porteur. La figure 2 est un schéma synoptique illustrant la présente invention. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement un engin M, par exemple un missile tactique à moyenne portée (quelques kilomètres), rigide- ment monté sur un porteur L, par exemple un véhicule terrestre, un aéronef, etc...par l'intermédiaire d'un pylône P. L'engin M comporte une centrale inertielle IM, par exemple à trois accéléromètres et à trois gyromètres (non représentés) définissant un système d'axes de référence R, S et T. De même le porteur L comporte une centrale inertielle IL, par exemple à trois accéléromètres et à trois gyromètres (non représentés) définissant un système d'axes de référence X,Y, et Z. Avant le tir de l'engin M depuis le porteur L, la position relative et l'orientation relative des deux systèmes d'axes de référence R, S, T et X, Y, Z sont fixes et connues, par suite du positionnement rigide connu de l'engin M sur le porteur L. Il est donc possible, grâce à une transformation mathémati- que appropriée, d'exprimer les mesures accélérométriques et gyrométriques de l'une des centrales inertielles IM ou IL dans le système d'axes de référence de l'autre desdites centrales inertielles IL ou IM. Cette propriété est mise en oeuvre par la présente invention, comme l'illustre le schéma synoptique de la figure 2. Sur cette figure, on a représenté un calculateur 1 permettant d'effectuer cette transformation et d'exprimer les mesures accélérométriques et gyromètriques AXL, AYL, AZL, pL, qL, et ft, qu'il reçoit de la centrale inertielle IL du porteur L dans le système d'axes de référence R, S, T de la centrale inertielle IM de l'engin M. Ci-après, ces mesures accélérométriques et gyro- métriques ayant subi la transformation du calculateur 1 sont référencées AXL', AYL', AZL', pL', et ft'. Puisque ces mesures accélérométriques et gyrométriques transfor- mées se trouvent maintenant repérées dans le même système d'axes de réfé- rence R, S, T que les mesures accélérométriques et gyrométriques de la cen- traie inertielle IM de l'engin M (ci-après référencées ARM, Asm, ATM, pM, qm, et rM), elle peuvent être comparées à ces dernières dans un comparateur 2 (sur la figure 2, la liaison entre la centrale inertielle IM et le comparateur 2 est schématiquement représentée par une position a d'un inverseur commandable inv). Ainsi, à la sortie du comparateur 2, on obtient les différences : 3,Ax ARM - AXL AAY = ASM - AYL' AAZ = ATM - AZL' Ap = pm- Aq=qm-qC Ar = rm - qui expriment les biais instantanés de la centrale inertielle IM de l'engin M par rapport aux mesures de la centrale inertielle IL du porteur L. De ce qui précède, on comprend donc aisément que si, avant le tir de l'engin M depuis le porteur L et alors que la centrale inertielle IL dudit porteur est en fonctionnement, on met en fonctionnement la centrale inertielle IM de l'engin M, on peut obtenir de façon continue ces biais instantanés AAX, AAY, AAZ , Ap, Aq et Ar de la centrale inertielle IM. Pour conserver les basses fréquences, c'est-à-dire les biais moyens, et filtrer les bruits de mesures, lesdits biais instantanés apparaissant à la sor- tie du comparateur 2 sont filtrés par un filtre 3, ces biais instantanés filtrés constituant donc des estimées courantes des biais moyens des accéléromètres et des gyromètres de la centrale inertielle IM de l'engin M. A l'instant du tir, on arrête le processus décrit ci-dessus de détermina- tion des estimées courantes des biais moyens de la centrale IM et on enregis- tre dans une mémoire 4 la dernière valeur de chacune desdites estimées courantes (sur la figure 2, ces actions à l'instant du tir sont figurées par des flèches t qui agissent sur la mémoire 4 et sur l'inverseur inv pour lui faire prendre sa position b reliant la centrale inertielle à un comparateur 5). Ces dernières valeurs des estimées courantes des biais moyens de la centrale IM consti- tuent alors les meilleures estimées dont on dispose des biais moyens de la centrale inertielle IM de l'engin M et peuvent être référencés par biais ARM, biais Asm, biais ATM, biais pm, biais qm, et biais rm. Après le tir, pendant le vol de l'engin M, grâce au comparateur 5 rece- vant à la fois des mesures accélérométriques et gyrométriques instanta- nées ARM, Asm, ATM, pM, qM, rM, de la centrale inertielle M et lesdits biais, ce comparateur 5 peut adresser aux dispositifs de navigation inertielle de l'engin M les mesures accélérométriques et gyrométriques corrigées ARM - biais ARM, Asm - biais Asm, ATM - biais ATM, pro - biais pM, qm - biais qm, et rM -biais rM. On remarquera que, dans le processus ci-dessus, la transformation du calculateur 1 pourrait être appliquée à la centrale inertielle IM de l'engin M au lieu de l'être à la centrale inertielle IL du porteur L. De plus, bien que la mémoire 4 et le comparateur 5 doivent se trouver à bord de l'engin M, le calculateur 1, le comparateur 2 et le filtre 3 peuvent se trouver aussi bien à bord de l'engin M que du porteur L. Dans ce dernier cas, la liaison entre le filtre 3 et la mémoire 4 est rompue au moment du tir. REVENDICATIONS1. Procédé pour améliorer la navigation inertielle d'un engin (M) équi- pé d'une centrale inertielle (IM) de qualité médiocre et tiré depuis un porteur (L) équipé d'une centrale inertielle (IL) de précision, caractérisé en ce que : - avant le tir dudit engin (M) depuis le porteur (L), les biais moyens des accéléromètres et des gyromètres de la centrale inertielle (IM) dudit engin sont déterminés à l'aide de la centrale inertielle (IL) dudit porteur (L) ; et - pendant la navigation inertielle dudit engin (M), les mesures accélérométri- ques et gyrométriques délivrées par ladite centrale inertielle (IM) dudit engin (M) sont corrigées par lesdits biais moyens déterminés avant tir. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la centrale inertielle (1M) de l'engin (M) et la centrale inertielle (IL) du porteur (L) ont chacune leur propre système d'axe de référence (X, Y, Z - R, S, T) par rapport auxquels elles délivrent leurs mesures accélérométriques et gyrométriques, ces deux systèmes d'axes de référence étant fixes l'un par rapport à l'autre, en position et en orientation, tant que ledit engin n'est pas tiré, caractérisé en ce que, pour la détermination desdits biais de la centrale iner- tielle (IM) dudit engin (M), les mesures accélérométriques et gyrométriques, de l'une des centrales inertielles (IL, IM) sont, par une transformation prenant en compte la position et l'orientation relatives des deux systèmes d'axes (X, Y, Z - R, S, T), exprimées dans le système d'axes de référence de l'autre desdites centrales inertielles. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que : - alors que la centrale inertielle (IL) du porteur (L) est déjà en fonctionnement, la centrale inertielle (IM) de l'engin (M) est mise en fonctionnement ; - les mesures accélérométriques et gyrométriques de l'une des centrales iner- tielles (IL, IM) sont, par ladite transformation prenant en compte la position et l'orientation relatives des deux systèmes d'axes de référence (X, Y, Z - R, S,T), exprimées dans le système d'axes de référence de l'autre desdites centrales inertielles ; et - dans ce système d'axes de référence de cette autre desdites centrales inertielles, on compare, en en faisant la différence, les mesures accélérométri- ques et gyrométriques des deux centrales inertielles. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que : - on filtre les différences de mesures accélérométriques et gyrométriques ainsi obtenues pour obtenir des estimées courantes des biais moyens des accélé- romètres et des gyromètres de la centrale inertielle (IM) dudit engin (M) ; et - à l'instant du tir de l'engin (M), on arrête le processus ci-dessus d'obtention desdits estimées courantes des biais moyens, et on garde les dernières valeurs de ces dernières qui constituent les estimées des biais moyens des accéléromètres et des gyromètres de la centrale inertielle de l'engin. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que, pendant le vol dudit engin (M), on effectue en continu les opérations suivantes : - différence entre les mesures instantanées des accéléromètres et des gyromètres de la centrale inertielle (IM) de l'engin (M) et lesdites estimées des biais moyens, pour obtenir des mesures accélérométriques et gyrométriques de l'engin corrigées ; et - utilisation de ces mesures accélérométriques et gyrométriques corrigées dans la navigation inertielle dudit engin (M). 6. Dispositif pour améliorer la navigation inertielle d'un engin (M) équi- pé d'une centrale inertielle (IM) de qualité médiocre et tiré depuis un porteur (L) équipé d'une centrale inertielle (IL) de précision, lesdites centrales (IM, IL) ayant chacune leur propre système d'axes de référence (X, Y, Z - R, S, T) par rapport auxquels elles délivrent leurs mesures accélérométriques et gyrométriques, et ces deux systèmes d'axes de référence étant fixes l'un par rapport à l'autre, en position et en orientation, tant que ledit engin (M) n'est pas tiré, caractérisé en ce qu'il comporte :- des moyens de calcul (1) permettant, par une transformation prenant en compte la position et l'orientation relatives des deux systèmes d'axes (X, Y, Z - R, S, T), d'exprimer les mesures accélérométriques et gyrométriques de l'une des centrales inertielles dans le système d'axes de référence de l'autre desdites centrales inertielles, et - des moyens de comparaison (2) permettant, dans ce système d'axes de référence de cette autre desdites centrales inertielles, de comparer les mesures accélérométriques et gyrométriques des deux centrales inertielles (1M, IL). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte : - un filtre (3) pour filtrer les différences de mesures accélérométriques et gyrométriques résultant de la comparaison à l'aide desdits moyens de comparaison (2) et pour obtenir des estimées courantes des biais moyens des accélérométres et des gyrométres de la centrale inertielle (IM) dudit engin ; et - un soustracteur (5) pour retrancher des mesures instantanées des accélé- romètres et des gyromètres de la centrale inertielle (IM) de l'engin (M) en vol, les dernières valeurs, avant tir, desdites estimées de biais courants.20