Brevet FR3046839A1 — publié le 20170721

DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne un dispositif et un procédé d'entretien de l'attitude d'un porteur utilisant des gyromètres. ETAT DE LA TECHNIQUE Pour calculer puis entretenir l'attitude d'un porteur, il est connu d'utiliser trois gyromètres primaires agencés pour mesurer des vitesses de rotation suivants trois axes différents. Sont calculés, à partir des mesures acquises par les trois gyromètres, un angle de cap, un angle de tangage, et un angle de roulis du porteur, qui définissent ensemble l'attitude du porteur dans l'espace. Il est également connu d'utiliser un gyromètre secondaire pour corriger des erreurs de facteur d'échelle qui entachent les mesures acquises par les trois gyromètres primaires. Toutefois, l'utilisation d'un tel quatrième gyromètre n'est pas efficace pour corriger des erreurs de dérives qui entachent les mesures fournies par les gyromètres. EXPOSE DE L'INVENTION L'invention se propose donc d'entretenir l'attitude d'un porteur avec une précision améliorée par rapport aux solutions proposées dans l'état de la technique. Il est dès lors proposé, selon un premier aspect, un dispositif d'entretien d'attitude d'un porteur, le dispositif comprenant : - trois gyromètres primaires agencés pour mesurer des vitesses de rotation primaires d'un porteur autour de trois axes primaires, - un gyromètre secondaire agencé pour mesurer une vitesse de rotation secondaire du porteur autour d'un axe secondaire différent de chacun des axes primaires, - une caméra présentant un axe optique différent de chacun des axes primaires, - un module de traitement de données configure pour o estimer des erreurs de facteur d'échelle et de dérive qui entachent les vitesses de rotation primaires à l'aide de données issues de la vitesse de rotation secondaire et d'images acquises par la caméra, et o corriger les vitesses de rotation primaires avec lesdites erreurs estimées Dans la présente invention, la caméra et le gyromètre secondaire se combinent de façon synergique. En effet, l'exploitation combinée de la vitesse de rotation fournie par le gyromètre secondaire et des images acquises par la caméra permet de corriger non 3046839 2 seulement des erreurs de facteur d'échelle qui entachent les vitesses de rotation mesurées par les gyromètres primaires, mais également de corriger des erreurs de dérives. Les vitesses de rotation mesurées par les gyromètres primaires sont ainsi plus précisément corrigées qu'avec un dispositif à quatre gyromètres. 5 Le dispositif selon le premier aspect de l'invention peut être complété avec les caractéristiques optionnelles suivantes prises seules ou en combinaison lorsque cela est techniquement possible. - Le module de traitement de données comprend un filtre d'hybridation, tel qu'un filtre de Kalman, configure pour estimer les erreurs de facteur d'échelle et de 10 dérive à partir des données issues de la vitesse de rotation secondaire et d'images acquises par la caméra. - L'axe optique de la caméra est parallèle à l'axe secondaire. - Le gyromètre secondaire est choisi d'un type adapté pour susciter des erreurs de facteur d'échelle et/ou des erreurs de dérive dans la vitesse de rotation secondaire 15 qui sont inférieures à celles suscitées par les gyromètres primaires dans les vitesses de rotation primaires. - Le gyromètre secondaire est du type hémisphérique vibrant et/ou les gyromètres primaires sont du type MEMS. - Les trois axes primaires sont orthogonaux deux à deux, et l'axe secondaire forme un 20 angle de 54.7 degrés avec chaque axe primaire. Il est également proposé, selon un deuxième aspect, un procédé d'entretien d'attitude d'un porteur, comprenant des étapes de : - mesure de trois vitesses de rotation du porteur autour de trois axes primaires à l'aide de trois gyromètres primaires, 25 - mesure d'une vitesse de rotation autour d'un axe secondaire différent de chacun des axes primaires à l'aide d'un gyromètre secondaire, le procédé étant caractérisé par des étapes de : - acquisition d'images à l'aide d'une caméra présentant un axe optique différent de chacun des axes primaires, 30 - estimation d'erreurs de facteur d'échelle et de dérive qui entachent les vitesses de rotation primaires, à l'aide de données issues de la vitesse de rotation secondaire et issues des images acquises par la caméra, - correction des vitesses de rotation primaires à l'aide desdites erreurs estimées. 3046839 3 Le procédé selon le deuxième aspect de l'invention peut être complété avec les caractéristiques optionnelles suivantes prises seules ou en combinaison lorsque cela est techniquement possible. L'estimation des erreurs de facteur d'échelle et de dérive est mise en oeuvre par un filtre d'hybridation, tel qu'un filtre de Kalman, au moyen de données d'observation dépendant d'un écart ô entre une vitesse de rotation dépendant de la vitesse de rotation secondaire, et une vitesse de rotation du porteur autour de l'axe secondaire déduite des vitesses de rotation primaires. La vitesse de rotation dépendant de la vitesse de rotation secondaire est une vitesse résultant d'une correction de la vitesse de rotation secondaire au moyen d'erreurs suscitées par le gyromètre secondaire préalablement estimées par le filtre d'hybridation. Le procédé comprend l'estimation d'une vitesse de rotation, dite vitesse de rotation caméra, et qui est obtenue par analyse des images acquises par la caméra, la correction des erreurs de facteur d'échelle et de dérive dépendant de cette vitesse de rotation caméra estimée. L'estimation des erreurs de facteur d'échelle et de dérive est mise en oeuvre au moyen de données d'observation dépendant d'un écart E entre une vitesse de rotation dépendant de la vitesse de rotation caméra, et une vitesse de rotation du porteur vue par la caméra déduite des vitesses de rotation primaires. Le procédé comprend par ailleurs des étapes d'estimation d'une erreur de focale suscitée par la caméra, et de correction, à l'aide de l'erreur de focale, de la vitesse de rotation caméra obtenue par analyse des images acquises par la caméra, de sorte à produire une vitesse de rotation caméra corrigée, dans lequel la vitesse de rotation dépendant de la vitesse de rotation caméra estimée utilisée pour calculer l'écart E est la vitesse de rotation caméra corrigée. Le procédé comprend en outre des étapes de calcul d'un indice de confiance sur la mesure d'un flot optique dans les images acquises par la caméra, et de comparaison de l'indice avec un seuil prédéterminé, l'étape de correction des vitesses de rotation primaires étant mise en oeuvre ou non en fonction du résultat de cette comparaison. - les vitesses de rotation primaires Rbc sont corrigées par application de la formule suivante : 5 - - 10 - 15 - 20 - 25 - 30 3046839 4 febcl 0 0 dbcl 0 febc2 0 . Rbc - dbc2 0 0 febc3 dbc3 où febcl, febc2, febc3 sont les erreurs de facteur d'échelle et dbcl, dbc2 et dbc3 sont les erreurs de dérive. - Le procédé comprend en outre une étape d'intégration produisant des données d'attitude du porteur à partir des vitesses de rotation primaires corrigées. 5 - Le procédé comprend en outre le calcul de trois vitesses de rotation dites recomposées à partir des vitesses suivantes: les vitesses de correction primaires corrigées à l'aide des erreurs de facteur d'échelle et de dérive estimées, la vitesse résultant de la correction de la vitesse de rotation secondaire, l'une des vitesses de rotation recomposées étant une vitesse de rotation autour de l'axe secondaire, et 10 dans lequel les données d'attitude du porteur sont produites par intégration des vitesses de rotation recomposées. - Le procédé comprend en outre les étapes d'estimation d'erreurs d'attitude du porteur, et de correction des données d'attitude produites au moyen des erreurs d'attitude estimées. 15 DESCRIPTION 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 : 20 - La figure 1 illustre de façon schématique un dispositif d'entretien d'attitude selon un mode de réalisation de l'invention ; - La figure 2 montre l'orientation dans l'espace d'axes particuliers du dispositif de la figure 1 ; - La figure 3 est un organigramme d'étapes d'un procédé de mesure d'attitude mises 25 en oeuvre par le dispositif selon la figure 1 ; - Les figures 4, 5 et 6 sont des organigrammes d'étape de traitements opérés sur des mesures acquises par le dispositif de la figure 1, selon trois modes de réalisation différents de l'invention. Sur l'ensemble des figures, les éléments similaires portent des références identiques. 30 DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION A) Dispositif d'entretien d'attitude 3046839 5 En référence à la figure 1, un dispositif d'entretien d'attitude d'un porteur comprend trois gyromètres primaires 1, 2, 3, un gyromètre secondaire 4, une caméra 5 et un module de traitements de données 6. Les trois gyromètres primaires 1, 2, 3 sont agencés pour mesurer des vitesses de 5 rotation primaires du porteur autour de trois axes primaires différents. Les trois axes sont par exemple sécants deux à deux. En d'autres termes, l'un des axes n'est pas inclus dans le plan défini par les deux autres axes. On considéra dans la suite l'exemple non limitatif de gyromètres primaires 1, 2, 3 orientés tels que les trois axes primaires sont sensiblement orthogonaux deux à deux. 10 Les gyromètres primaires 1, 2, 3 forment ensemble conventionnellement un - trièdre » de gyromètres. Le gyromètre secondaire 4 est agencé pour mesurer une vitesse de rotation secondaire du porteur autour d'un axe secondaire différent de chacun des axes primaires. Le gyromètre secondaire 4 est par exemple orienté de façon à ce que son axe 15 secondaire forme le même angle avec chacun des axes primaires, soit 54.7° environ. On dit également que l'axe du gyromètre est orienté sur une diagonale du trièdre de gyromètres primaires. Par ailleurs, la caméra 5 présente un axe optique différent de chacun des axes primaires. 20 Le module de traitement de données 6 est configuré pour produire des données d'attitude du porteur à partir des vitesses mesurées par les gyromètres 1, 2, 3, 4 et des images acquises par la caméra 5. Le module de traitement de données 6 comprend au moins un processeur configuré pour mettre en oeuvre des instructions de code de programme. 25 En particulier, le processeur du module de traitement 6 est configuré pour exécuter un algorithme d'analyse du contenu des images captées par la caméra 5, par exemple un algorithme de mesure de flot optique dans ces images. Le processeur du module de traitement 6 est par ailleurs configuré pour mettre en oeuvre un filtre d'hybridation sur la base des données fournies par les gyromètres et 30 l'algorithme d'analyse. Par exemple, le filtre d'hybridation, dont le fonctionnement sera décrit par la suite, peut être un filtre de Kalman. De préférence, le filtre de Kalman utilisé est du type étendu. Les données de sortie du dispositif sont les données d'attitude produites par le module 35 de traitement 6. 3046839 6 L'axe optique est de préférence parallèle à l'axe secondaire, ce qui présente l'avantage de disposer selon l'axe optique - qui est l'axe de faible performance du trièdre vision » - de la meilleure mesure gyrométrique par hybridation des mesures gyrométriques (cette hybridation sera détaillée plus loin). En effet l'axe secondaire est 5 privilégié puisque les 3 axes primaires lui apportent une redondance d'information alors qu'inversement, seul l'axe secondaire apporte une redondance d'information selon chacun des 3 axes primaires (pour rappel orthogonaux entre eux). Bien entendu, les erreurs senseurs des gyromètres primaires ont une répercussion sur les données d'attitudes qui sont produites par le module de traitement de données. 10 Tout gyromètre est sujet à des erreurs senseurs qui entachent les vitesses de rotation qu'il fournit. Ces erreurs senseurs comprennent notamment des erreurs de facteurs d'échelle et des erreurs de dérive. Ainsi, les gyromètres sont conventionnement classés selon leur précision, c'est-à-dire selon la valeur d'erreur de facteur d'échelle et/ou de dérive que l'on peut rencontrer dans les mesures acquises avec ces gyromètres. 15 Dans le dispositif d'entretien d'attitude, le gyromètre secondaire 4 est choisi d'un type adapté pour susciter des erreurs de facteur d'échelle et/ou des erreurs de dérive inférieures à celles suscitées par les gyromètres primaires 1, 2, 3. On prend dans ce qui suit l'exemple de gyromètres primaires exemple de type MEMS, c'est-à-dire des gyromètres à structure vibrante micromécanique. 20 Les gyromètres de type - MEMS » occasionnent des erreurs de facteur d'échelle et des dérives importantes. En particulier, l'erreur de facteur d'échelle d'un gyromètre MEMS typique actuel est de la classe 3000 à 10000 ppm. Ainsi, une erreur de facteur d'échelle de 10000ppm occasionne une erreur de cap de 1.8° pour une excursion de 180°. La stabilité de dérive (terme technique bas de la variance d'Allan) est de la classe 10° /h. 25 Néanmoins, les gyromètres de type MEMS présentent l'avantage d'être bon marché et très compacts. De plus, malgré la valeur relativement élevée de leurs erreurs de facteurs d'échelles, celles-ci peuvent être efficacement corrigées par le gyromètre secondaire lorsque celui-ci est choisi de précision supérieure. Le gyromètre secondaire est par exemple un gyromètre hémisphérique vibrant (GRH). 30 B) Principe général de correction d'erreurs de facteur d'échelle des gyromètres primaires à l'aide du gyromètre secondaire Est présenté ci-après le principe de fonctionnement théorique du dispositif d'entretien d'attitude. 3046839 7 Les quatre gyromètres 1, 2, 3, 4 définissent ensemble une architecture inertielle hétérogène. Le gyromètre secondaire 4 est configure pour observer un mélange des erreurs qui entachent les mesures acquises par les gyromètres primaires 1, 2, 3. Ce concept permet 5 d'accéder entre autres à une combinaison linéaire des facteurs d'échelles suscités par les gyromètres primaires 1, 2, 3, 4 lorsque le porteur [p] est en mouvement de rotation, c'est-à-dire lorsque les erreurs de facteurs d'échelle sont prépondérantes. De façon non limitative mais pour simplifier l'exposé du principe général de correction général d'erreurs de facteur d'échelle dans les mesures réalisées par les gyromètre, on 10 considère que la mesure de vitesse de rotation mesurée par le gyromètre secondaire 4, notée Rhp, est entachée d'une erreur négligeable. Le trièdre formé par les trois gyromètres primaires 1, 2, 3 d'axes {Gbc1,Gbc2,Gbc3} [Rbc1 effectue des mesures de vitesses de rotations Rbc = Rbc2 . Rbc3 On définit un repère orthonormé virtuel d'origine GO et d'axes {G1, G2, G3} dont la 15 diagonale de cube est exactement l'axe Ghp. Les vitesses de rotation vraies selon les trois [Ri axes de ce trièdre parfait sont notées R = R2 . R3 On a - [i. 1 1] R Rhp = (1) Vj Par ailleurs, les trois axes {Gbc1,Gbc2,Gbc3} ne sont pas confondus avec les axes du 20 trièdre {G1, G2, G3}. Les trois gyromètres 1, 2, 3 orientés suivant les axes {Gbc1,Gbc2,Gbc3} effectuent des mesures entachées d'une erreur de facteur d'échelle et d'une erreur de dérive. Notons Kbc la matrice 3x3 contenant sur sa diagonale les corrections des erreurs de facteurs d'échelles et hors diagonale les termes de correction d'erreurs de calage des axes 25 {Gbc1,Gbc2,Gbc3} par rapport aux axes {G1, G2, G3}. Kbc = 1 + febc1 cbc12 cbc13 [ cbc21 1 + febc2 cbc32 cbc23 I. cbc31 1 + febc3 [dbc1 Notons dbc = dbc2 le vecteur colonne contenant les termes de dérive des trois dbc3 gyromètres primaires 1, 2, 3. On a l'équation suivante reliant les rotations vraies R aux rotations mesurées Rbc : 30 Kbc. Rbc - dbc = R (2) 3046839 8 Définissons par ailleurs .5 comme un écart entre la mesure Rhp effectuée par le gyromètre secondaire 4, et une information équivalente déduite des mesures fournies par le trièdre de gyromètres primaires 1, 2, 3 : [1 1Rbc 1 1].R a 1 1].Rbc Rhp (3) 5 D'où, en injectant (2) dans (3) : [1 1 1]. [Kbc. Rbc - dbc] [1 1 1]. Rbc On obtient finalement : febcl + kbc21 + kbc31 RbcT. [febc2 + kbc12 + kbc32 - [1 1 1]. dbc febc3 + kbc13 + kbc23 Par la suite, sous l'hypothèse que les correcteurs de facteurs d'échelles febcl,febc2,febc3 sont de la classe 3000ppm, et que les calages sont connus à 0.5 mrad, et que les termes de dérives sont de la classe 20° /h soit 0.005° /s, lorsque une ou plusieurs 10 des rotations Rbc dépassent la classe 10° /s on peut faire l'approximation : febcl RbcT. febc2 (4) febc3 Par la suite, si on empile en colonne plusieurs réalisations, nous obtenons un système surdéterminé : febcl A- A. febc2 febc3 15 Où A est un empilement en colonne de plusieurs réalisations de .5, et A un empilement en colonnes de plusieurs réalisations du vecteur ligne RbcT. Les éléments qui précèdent montrent qu'il est donc possible d'identifier, aux erreurs de dérives et calages d'axes près négligés dans l'équation (4), les facteurs d'échelles des gyromètres primaires 1, 2, 3 grâce au gyromètre secondaire 4. 20 C) Principe général de correction d'erreurs de dérives des gyromètres primaires à l'aide de la caméra En complément des quatre gyromètres 1, 2, 3, 4, l'adjonction de la caméra 5 permet d'accroitre la performance du dispositif d'entretien d'attitude. 25 La caméra 5 est configurée pour être utilisée comme capteur d'ego-mouvement, par l'utilisation d'un algorithme de résolution du flot optique global des images captées par la caméra 5. On verra dans la suite que la caméra 5 fourni des informations de vision Rvi qui sont combinées avec les mesures fournies par les gyromètres 1, 2, 3, 4. 3046839 9 L'algorithme de mesure du flot optique global utilisé par la caméra 5 fournit un indice de confiance sur sa mesure, permettant de moduler son influence sur la solution d'attitude en fonction de sa disponibilité : contenu exploitable dans les images, vraisemblance du résultat obtenu. Concrètement, on analyse la quantité de pixels exploitables dans l'image, 5 ainsi que la valeur de l'image formée par la soustraction des deux images recalées entre elles. Dans un mode de réalisation, l'observation de vision Rvi peut être ou ne pas être prise en compte en fonction de la comparaison à un seuil prédéfini de cet indice de confiance du flot optique mesuré. 10 On considère que la caméra 5 effectue une mesure exempte d'erreur de dérive : la mesure est effectuée entre des paires d'images; l'une des deux images est appelée référence », et l'autre - test ». L'image - test » est l'image courante. L'image - référence » est changée uniquement lorsque cela est nécessaire, et typiquement reste inchangée dans une phase d'observation de scène avec des petits 15 mouvements (inférieurs au quart du champ de visualisation). Dans la pratique nous considérerons que la - référence » change suffisamment rarement pour que l'on puisse négliger la dérive dans la mesure de mouvement de rotation par la caméra 5. Considérons un repère orthonormé d'origine VO et d'axes {V1,V2,V3}, VO étant le centre optique, V1 étant l'axe optique. A noter que cet axe est colinéaire à l'axe Ghp gyro 20 haute performance défini précédemment à une translation près correspondant à l'écart entre l'origine du repère GO et l'origine du repère VO. On considère que le repère orthonormé {VO, V1, V2, V3} est le repère attaché au porteur [ci [p]. Dans le cadre d'un entretien de l'attitude dudit appareil, les cap, tangage et roulis t r sont calculés et permettent un changement de repère entre le repère du porteur [p] et le 25 repère géographique local [g]. Nous noterons Tgp la matrice de changement de repère de [c [g] vers [p], qui s'obtient directement à partir de t et que nous n'avons pas besoin de r détailler ici. Le trièdre formé par l'axe secondaire et la caméra {Gvi1,Gvi2,Gvi3} effectue des Rvi 1 mesures de vitesses de rotation Rvi = Rvi2 . Rvi 3 30 Rvi est ici un vecteur de vitesses de rotations comprenant 3 composantes, dont une composante est une vitesse de rotation autour de l'axe optique. 3046839 10 Notons Kvi la matrice 3x3 contenant sur sa diagonale les corrections des erreurs de facteurs d'échelles et hors diagonale les termes de correction d'erreurs de calage des axes vision {Gvi1,Gvi2,Gvi3} par rapport aux axes {V1, V2, V3}. 1 + fevil cvi12 cvi13 Kvi = cvi21 1 + fevi2 cvi23 cvi31 cvi32 1 + fevi3 5 A noter que l'on considère la matrice de pixels comme parfaitement carrée et connue, ce qui implique que les erreurs de facteurs d'échelle selon les axes V1 et V2 sont identiques et égales à la méconnaissance de la distance focale. A noter que la caméra 5 mesure des rotations relativement au repère terrestre et non par rapport au référentiel inertiel comme les gyroscopes. Notons Rt le vecteur de 10 rotation terrestre exprimé - et connu - dans le repère [g]. On a l'équation suivante reliant les rotations inertielles vraies V dans le repère {VO, V1, V2, V3} aux rotations mesurées Rvi : Kvi. Rvi = V - TgpT. Rt (5) Le trièdre {V1, V2, V3} s'obtient en appliquant trois rotations au trièdre {G1, G2, G3} 15 virtuel défini plus haut : - Une rotation de 45° selon G3, pour former un trièdre que l'on nommera {G1bis, G2bis, G3bis} 1 - Une rotation de - atan (vr2),---,' 35.26° selon G2bis, pour former le trièdre {G1ter, G2ter, G3ter} 20 - Puis une rotation de 165° selon G1ter, pour former le trièdre (V1, V2, V3} La relation entre les rotations inertielles vraies V dans le repère virtuel vision {VO, V1, V2, V3} et les rotations vraies R dans le repère inertiel virtuel {GO, G1, G2, G3} est : R = Tgyvi. V 0.5744 0.5744 0.5744 Où Tgyvi = 0.5744 -0.7887 0.2113 0.5744 0.2113 -0.7887 Rvi 1 25 Maintenant définissons E comme l'écart entre la mesure Rvi = Rvi2 effectuée par le Rvi3 trièdre vision, et l'information équivalente reconstituée par le trièdre de gyromètres primaires : E = TgyviT. Rbc - TgpT. Rt - Rvi E = TgyviT. Rbc - TgpT. Rt (TgyviT (Kbc.Rbc-dbc)-TgpT.Rt) Kvi (6) 3046839 11 fevil cvi12 cvi13 En considérant maintenant que Kvi = Id + cvi21 fevi2 cvi23 = Id + kvi, ainsi que cvi31 cvi32 fevi3 febc1 cbc12 cbc13 Kbc = Id + cbc21 febc2 cbc23 = Id + kbc, et le développement limité- Id - kvi [ cbc31 cbc32 febc3 Kvi E = TgyviT. Rbc - TgpT. Rt - (Id - kvi). (TgyviT ((Id + kbc). Rbc - dbc) - TgpT. Rt) (7) Si nous considérons maintenant une phase d'utilisation de l'appareil avec des 5 mouvements d'attitudes faibles, typiquement une phase d'observation d'un point fixe du paysage, et la sommation par exemple sur 10s de E. On considérera que sur 10s la variation d'attitude ne dépasse pas 0.1°. Cela signifie que sur l'intégrale de E les termes de Rbc ne dépassent pas la classe 50° /h, ce qui implique que les termes du second ordre produits entre les termes des matrices kbc et kvi qui n'excèdent pas 0.01, et les termes de Rbc, 10 n'excèdent pas 0.5° /h. De la même manière, la rotation terrestre de 15° /h multipliée par des termes kvi sont de la classe 0.15° /h. Ces valeurs sont à mettre en regard des valeurs de dérives des gyromètres bas coût, de la classe 20° /h. On peut alors dans l'équation (7) négliger les termes du second et troisième ordre TgyviT. kbc. Rbc, kvi. TgyviT. Rbc, kvi. TgyviT. kbc. Rbc, kvi. TgyviT. dbc, et enfin kvi. TgpT. Rt, pour obtenir : 15 E = TgyviT. dbc (8) Autrement dit, la comparaison de la mesure de vision et de l'information équivalente reconstituée par les gyromètres primaires permet d'observer les termes de dérives des gyromètres primaires, en négligeant dans l'équation (8) les termes du second ordre dépendants des vitesses de rotation et des erreurs de calages des trièdres. 20 D) Procédé de d'entretien d'attitude d'un porteur Les principes généraux exposés dans les sections B) et C) qui précèdent peuvent être utilisés pour implémenter un procédé d'entretien d'attitude mis en oeuvre par le dispositif d'entretien schématiquement représenté sur les figures 1 et 2. 25 On représente l'attitude du porteur [p] comme le vecteur comprenant des rotations de c cap, de tangage et de roulis [ti. r En référence à la figure 3, dans une étape 100, les trois gyromètres primaires 1, 2, 3 mesurent les trois vitesses de rotation Rbc1, Rbc2, Rbc3 du porteur autour des trois axes primaires. Rbc1 30 Ces vitesses sont regroupées dans le vecteur Rbc = Rbc2 . Rbc3 3046839 12 Par ailleurs, le gyromètre secondaire 4 mesure dans une étape 102 une vitesse de rotation Rhp du porteur autour de son axe secondaire, qui est sécant avec chacun des axes primaires. Dans une étape 104, la caméra 5 acquiert des images. 5 Dans une étape 106, une analyse des images captées par la caméra 5 est mise en oeuvre de sorte à produire une estimation de la vitesse de rotation du porteur dans l'espace sous Rvi 1 la forme du vecteur Rvi = Rvi2 . Rvi3 L'analyse des images peut être mise en oeuvre au moyen d'un algorithme de mesure d'un flot optique dans ces images, comme indiqué précédemment dans la section C). 10 Les données de rotation suivantes sont transmises au module de traitement 6: - Rbc (fournies par les gyromètres primaires 1, 2, 3), - Rhp (fournies par le gyromètre secondaire 4), - Rvi (issues de l'analyse des images captées par la caméra 5). Ces données sont traitées par le module de traitement 6 pour produire une mesure de 15 l'attitude du porteur. Dans un premier mode de réalisation de traitement illustré sur la figure 4, le module de traitement 6 applique les traitements suivants. Le module de traitement 6 estime 200 les erreurs de facteur d'échelle et de dérive qui entachent les vitesses de rotation primaires, à l'aide de la vitesse de rotation secondaire 20 Rhp et des données Rvi issues des images acquises par la caméra 5. L'estimation 200 des erreurs de facteurs d'échelle et de dérive est mise en oeuvre par le filtre d'hybridation exécuté par au moins un processeur du module de traitement 6. Le filtre d'hybridation fournit en outre une estimation d'erreur d'attitude : une erreur de cap dc, une erreur de roulis dr, et une erreur de tangage dt. 25 Dans une étape 202, le module de traitement 6 calcule une vitesse de rotation secondaire du porteur autour de l'axe secondaire à partir des vitesses de rotation primaires Rbc, cette vitesse ainsi calculée constituant une information redondante par rapport à la vitesse de rotation Rhp fournie par le gyromètre secondaire 4. Dans le cas où les axes primaires sont orthogonaux deux à deux et où l'axe secondaire 30 est orienté diagonalement par rapport aux axes primaires, cette vitesse redondante s'écrit [1 1 ii Rbc comme indiqué précédemment dans la section B. Le module de traitement 6 calcule par ailleurs un vecteur vitesse de rotation de la caméra 5, à partir des vitesses de rotation primaires Rbc, constituant une information 3046839 13 redondante par rapport à la vitesse Rvi, obtenue par analyse des images captées par la caméra 5. Dans une étape 204, le module de traitement 6 calcule l'écart d entre la vitesse de rotation secondaire mesurée par le gyromètre secondaire 4 et la vitesse de rotation 5 secondaire estimée constituant une information redondante. Dans une étape 206, le module de traitement 6 calcule l'écart E entre la vitesse de rotation autour de l'axe optique de la caméra 5, déduite des images captées par celle-ci, et la vitesse de rotation redondante autour du même axe optique, estimée à l'aide des mesures de vitesse primaire Rbc. 10 Dans le cas où les axes primaires sont orthogonaux deux à deux et où l'axe secondaire est orienté diagonalement par rapport aux axes primaires, l'écart E peut être calculé suivant la formule (7) mentionnée précédemment dans la section C). Les écarts de vitesse ô et E sont intégrés temporellement dans des étapes 208 et 210, puis les résultats f. ô et f. E de ces intégrations temporelles sont utilisés par le filtre 15 d'hybridation pour estimer 200 les erreurs de facteur d'échelle et les erreurs de dérive qui entachent les mesures de vitesse de rotation primaires. Comme indiqué précédemment, le filtre d'hybridation peut être un filtre de Kalman, qui est un estimateur simple à mettre en oeuvre. Dans un mode de réalisation particulier, ce filtre de Kalman met en oeuvre les 20 équations suivantes d'évolution et d'observation : fi = F(X).X (Y = H(X).X Où X est un vecteur d'état composé des trois erreurs d'attitude dc, dt, dr, des six erreurs senseurs (c'est-à-dire les trois erreurs de facteur d'échelle febc et les trois erreurs de dérive dbc) et de l'intégrale temporelle des deux écarts ô et E définis précédemment. dc - dt dr f ebcl f ebc2 f ebc3 25 X = dbcl dbc2 dbc3 f 8 f E1 f E2 f E3 _ 3046839 14 La matrice d'évolution F(X) s'écrit : _ - l.....- l.....- ,.../ ,.../ l.....- l.....- ,.../ ,.../ l.....- l.....- ./..../ ,.../ ,.../ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 F(X) = 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Rbc1 Rbc2 Rbc3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0- 5 Les termes ici notés - de la matrice d'évolution F(X) sont aisément déterminables par l'homme du métier. Ces termes contiennent les dépendances des variations d'erreurs d'attitudes vis-à-vis des erreurs d'attitude elles-mêmes et des erreurs senseurs. Le vecteur d'observation Y du filtre de Kalman contient directement les intégrales des observations de redondance formées par les écarts ô et E : 10 Y= f 8 f El f E2 f E3 Enfin la matrice H de passage d'état à observation s'écrit : 0 0 0 0 0 010 0 0 0 0 0 0 0 0 0 010 0 H(X) = 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 [0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 15 Après l'étape d'estimation 200 mise en oeuvre au moyen du filtre d'hybridation, le module de traitement 6 corrige 212 les données de vitesse Rbc à l'aide des estimations d'erreur de facteur d'échelle et de dérive produite par ce filtre d'hybridation. Cette correction 212 est typiquement mise en oeuvre par application de la formule 20 suivante : 3046839 15 febcl 0 0 dbcl 0 f ebc2 0 . Rbc - dbc2 0 0 f ebc3 dbc3 Le résultat de cette formule constitue un vecteur de vitesses primaires corrigées par rapport aux vitesses primaires Rbc fournies par le trièdre de gyromètres primaires. Dans un mode de réalisation, les calculs des informations redondantes permettant d'aboutir aux écarts ô et E ne sont pas mis en oeuvre sur la base des données de vitesse Rbc 5 directement fournies par les gyromètres primaires (et donc entachées d'erreurs senseur de facteur d'échelle et de dérives), mais sur la base des vitesses primaires corrigées. En d'autres termes, le filtre d'hybridation fonctionne à l'aide d'un bouclage des erreurs senseurs des gyromètres primaires 1, 2, 3. Dans une étape 214, le module de traitement intègre les vitesses de rotation corrigées [c 10 obtenues via l'étape de correction 212, de sorte à obtenir une première estimée t de r l'attitude du porteur. Dans une étape 216, le module de traitement 6 applique un traitement de correction de cette première estimée d'attitude au moyen des erreurs d'attitude dc, dr, dt produites par le filtre d'hybridation. En d'autres termes, est mis en oeuvre par le filtre de Kalman un 15 bouclage des erreurs d'attitudes. Le traitement de correction de l'étape 216 produit ainsi une attitude du porteur filtrée, plus précise que la première estimée de cette attitude. Le filtre de Kalman effectue un bouclage des erreurs senseurs et des erreurs d'intégration d'attitude, à une fréquence plus lente que la fréquence d'intégration 20 d'attitude. Lors d'un rebouclage, les termes du vecteur d'état X sont mis à zéros. A noter que l'indice de confiance de la mesure de vision Rvi n'est pas représenté sur la figure 4. Une mise en oeuvre simple peut consister à ignorer la mesure de vision Rvi dans le processus lorsque l'indice de confiance de mesure du flot optique franchit un seuil prédéterminé. Dans ce cas, il n'y a pas d'observation vision Rvi de disponible, et le filtre 25 de Kalman - attend » une prochaine observation disponible pour les corrections d'erreurs d'attitude et d'erreurs senseurs dépendantes de la vision. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 4, le filtre d'hybridation utilisé est relativement simple. Toutefois, un filtre d'hybridation plus élaboré peut être construit, avec un vecteur d'état X contenant l'ensemble des erreurs de tous les senseurs utilisés 30 (gyromètres 1, 2, 3, 4 et caméra 5), dérives, facteurs d'échelles et calages d'axes, et en construisant la matrice d'évolution F (X) avec toutes les interdépendances 3046839 16 correspondantes. Une correction des erreurs senseurs et d'attitude globale, cohérente et optimale est ainsi élaborée. Notamment, il peut être pertinent dans un mode de réalisation d'estimer par ailleurs l'erreur de focale de la caméra 5. En application de ce principe, est illustré sur la figure 5 les étapes d'un procédé dans 5 lequel le vecteur d'état du filtre de Kalman comprend non seulement les erreurs de facteur d'échelle et de dérive des gyromètres primaires, mais également les erreurs de facteur d'échelle et de dérive du gyromètre secondaire. Le procédé selon ce second mode de réalisation diffère de celui illustré sur la figure 4 par les étapes supplémentaires suivantes. 10 Dans une étape 203, le module de traitement corrige la mesure de vitesse secondaire Rhp fournie par le gyromètre secondaire à l'aide des erreurs de facteur d'échelle et de dérive relatives à ce gyromètre secondaire qui ont été préalablement été estimées par le filtre d'hybridation. Le résultat de cette étape de correction est une vitesse de rotation secondaire corrigée. 15 L'écart d calculé dans l'étape 204 par le module de traitement est l'écart entre la vitesse de rotation secondaire corrigée et la vitesse de rotation secondaire redondante. En d'autres termes, la vitesse de rotation mesurée par le gyromètre secondaire 4 utilisée dans le premier mode de réalisation illustré sur la figure 4 pour calculer l'écart d est remplacée dans le deuxième mode de réalisation illustré sur la figure 5 par la vitesse de 20 rotation secondaire corrigée. Similairement, dans une étape 205, le module de traitement 6 corrige la mesure de vitesse de rotation Rvi (laquelle comprend, pour rappel, 3 composantes dont une composante de rotation autour de l'axe optique) issue de la caméra 5, à l'aide des erreurs suscitées par la caméra 5 (par exemple une erreur de focale de la caméra 5) qui ont été 25 préalablement été estimées 200 par le filtre d'hybridation. Le résultat de cette étape de correction est une vitesse de rotation caméra corrigée. L'écart E calculé par le module de traitement dans l'étape 206 est l'écart entre la vitesse de rotation corrigée et la vitesse de rotation secondaire redondante. En d'autres termes, la vitesse de rotation caméra, utilisée dans le premier mode de 30 réalisation illustré sur la figure 4 pour calculer l'écart E, est remplacée dans le deuxième mode de réalisation illustré sur la figure 5 par une vitesse de rotation caméra corrigée. Dans un troisième mode de réalisation illustré sur la figure 6, un traitement supplémentaire 213 est mis en oeuvre entre les étapes de correction 102 des erreurs de facteur d'échelle et de dérive qui entachent les mesures de vitesse de rotation primaires, 35 et l'étape d'intégration 214. 3046839 17 Ce traitement supplémentaire 213 est une recomposition d'un trièdre inertiel à partir de la vitesse de rotation secondaire corrigée via l'étape de correction 212. Ce trièdre inertiel est composé de l'axe secondaire et de deux autres axes orthogonaux avec l'axe secondaire. 5 Le traitement de recomposition 213 produit un vecteur de trois vitesses de rotations Rhpbc, qui font l'objet de l'intégration 214 en lieu et place des vitesses de rotation primaires Rbc corrigées pour obtenir les données d'attitude c, t, r. De cette manière, les qualités de l'axe secondaire Ghp sont exploitées directement dans l'intégration d'attitude 214 et l'on améliore ainsi la précision de la solution d'attitude 10 obtenue, surtout dans les trajectoires pour lesquelles cet axe est majoritairement excité. Le tableau ci-dessous récapitule les avantages et inconvénients des différents éléments du dispositif d'entretien d'attitude selon l'invention, et comment ces éléments entrent en synergie les uns avec les autres lorsqu'ils sont combinés conformément à l'invention. Chaque élément du dispositif d'entretien d'attitude est ainsi plus ou moins performant 15 ce qui concerne : - sa capacité à produire des données faiblement entachées d'erreurs de facteur d'échelle ; - sa capacité à produire des données faiblement entachées d'erreurs de dérive ; - sa disponibilité, c'est-à-dire sa capacité à produire des données en continu 20 (disponibilité élevée) ou seulement par intermittences (disponibilité faible). Ce tableau montre que la combinaison des gyromètres primaires, du gyromètre secondaire et de la caméra offre une protection efficace contre des erreurs de facteur d'échelle et de dérive, tout en étant apte à fournir des estimation d'attitude en continu. Protection contre des Protection contre des Disponibilité ? erreurs de facteur erreurs de dérive ? d'échelle ? Gyromètres Faible Faible Elevée primaires (3 axes) Gyromètre Elevée Elevée Elevée secondaire (1 axe) Caméra Faible Elevée pour 2 axes Faible (3 axes) Faible pour 1 axe 3046839 18 Caméra + Elevée Elevée sur 2 axes, Faible Gyromètre Faible sur 1 axe secondaire Gyromètres primaires + Gyromètre secondaire (« diacube ») Elevée Elevée sur 1 axe, Elevée Faible sur 2 axes Caméra + Gyromètres primaires + Gyromètre secondaire Elevée Elevée Elevée REVENDICATIONS1. Dispositif d'entretien d'attitude d'un porteur, le dispositif comprenant : - trois gyromètres primaires (1, 2, 3) agencés pour mesurer des vitesses de rotation primaires (Rbc) d'un porteur autour de trois axes primaires, - Un gyromètre secondaire (4) agencé pour mesurer une vitesse de rotation secondaire (Rhp) du porteur autour d'un axe secondaire différent de chacun des axes primaires, le dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre : - une caméra (5) présentant un axe optique différent de chacun des axes primaires, - un module de traitement de données (6) configuré pour o estimer des erreurs de facteur d'échelle et de dérive qui entachent les vitesses de rotation primaires (Rbc) à l'aide de données issues de ta vitesse de rotation secondaire (Rhp) et d'images acquises par la caméra (5), et o corriger les vitesses de rotation primaires avec lesdites erreurs estimées. 2. Dispositif selon ta revendication précédente, dans lequel le module de traitement de données (6) comprend un filtre d'hybridation, tel qu'un filtre de Kalman, configuré pour estimer tes erreurs de facteur d'échelle et de dérive à partir des données issues de la 20 vitesse de rotation secondaire (Rhp) et d'images acquises par la caméra (5). 3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'axe optique de ta caméra est parallèle à l'axe secondaire. 25 4. Dispositif selon ta revendication précédente, dans lequel le gyromètre secondaire (4) est choisi d'un type adapté pour susciter des erreurs de facteur d'échelle et/ou des erreurs de dérive dans ta vitesse de rotation secondaire qui sont inférieures à celles suscitées par les gyromètres primaires (1, 2, 3) dans les vitesses de rotation primaires. 30 5. Dispositif selon l'une de revendications précédentes, dans lequel le gyromètre secondaire (4) est du type hémisphérique vibrant et/ou les gyromètres primaires (1, 2, 3) sont du type MEMS. 3046839 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les trois axes primaires sont orthogonaux deux à deux, et l'axe secondaire forme un angle de 54.7° degrés avec chaque axe primaire. 5 7. Procédé d'entretien d'attitude d'un porteur, comprenant des étapes de : - mesure (100) de trois vitesses de rotation du porteur autour de trois axes primaires à l'aide de trois gyromètres primaires, - mesure (102) d'une vitesse de rotation autour d'un axe secondaire différent de chacun des axes primaires à l'aide d'un gyromètre secondaire, 10 le procédé étant caractérisé par des étapes de : - acquisition (104) d'images à l'aide d'une caméra présentant un axe optique différent de chacun des axes primaires, - estimation (200) d'erreurs de facteur d'échelle et de dérive qui entachent les vitesses de rotation primaires, à l'aide de données issues de la vitesse de rotation 15 secondaire et issues des images acquises par la caméra, - correction (202) des vitesses de rotation primaires à l'aide desdites erreurs estimées. 8. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel l'estimation (200) des erreurs de 20 facteur d'échelle et de dérive est mise en oeuvre par un filtre d'hybridation, tel qu'un filtre de Kalman, au moyen de données d'observation dépendant d'un écart 6 entre : - une vitesse de rotation dépendant de la vitesse de rotation secondaire, et - une vitesse de rotation du porteur autour de t'axe secondaire déduite des vitesses de rotation primaires. 25 9. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel ta vitesse de rotation dépendant de la vitesse de rotation secondaire est une vitesse résultant d'une correction (203) de la vitesse de rotation secondaire au moyen d'erreurs suscitées par le gyromètre secondaire préalablement estimées (200) par le filtre d'hybridation. 30 10. Procédé selon l'une des revendications 7 à 9, comprenant l'estimation d'une vitesse de rotation, dite vitesse de rotation caméra, et qui est obtenue par analyse (106) des images acquises par ta caméra (5), la correction des erreurs de facteur d'échelle et de dérive dépendant de cette vitesse de rotation caméra estimée. 35 3046839 21 11. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel l'estimation (200) des erreurs de facteur d'échelle et de dérive est mise en oeuvre au moyen de données d'observation - dépendant d'un écart e entre : - une vitesse de rotation dépendant de la vitesse de rotation caméra, et 5 - une vitesse de rotation du porteur vue par la caméra (5), qui est déduite (202) des vitesses de rotation primaires. 12. Procédé selon la revendication précédente, comprenant par ailleurs des étapes de : - estimation (200) d'une erreur de focale suscitée par la caméra (5), 10 - correction (205), à l'aide de l'erreur de focale, de la vitesse de rotation caméra obtenue par analyse des images acquises par la caméra, de sorte à produire une vitesse de rotation caméra corrigée, et dans lequel la vitesse de rotation dépendant de la vitesse de rotation caméra estimée utilisée pour calculer l'écart e est la vitesse de rotation caméra corrigée. 15 13. Procédé selon l'une des revendications 7 à 12, comprenant en outre des étapes de : - calcul d'un indice de confiance sur la mesure d'un flot optique dans les images acquises par la caméra (5), - comparaison de l'indice avec un seuil prédéterminé, 20 l'étape de correction (202) des vitesses de rotation primaires étant mise en oeuvre ou non en fonction du résultat de cette comparaison. 14. Procédé selon l'une des revendications 7 à 13, dans lequel les vitesses de rotation primaires Rbc sont corrigées (212) par application de la formule suivante : febcl 0 0 dbcl 0 f ebc2 0 . Rbc - dbc2 0 0 febc3 dbc3 où febcl, febc2, febc3 sont les erreurs de facteur d'échelle et dbcl, dbc2 et dbc3 sont les erreurs de dérive. 15. Procédé selon l'une des revendications 7 à 14, comprenant en outre une étape d'intégration (214) produisant des données d'attitude du porteur à partir des vitesses de rotation primaires corrigées. 3046839 22 16. Procédé selon ta revendication précédente dans son rattachement à la revendication 9, comprenant en outre le calcul (213) de trois vitesses de rotation dites recomposées à partir de: - les vitesses de rotation primaires corrigées à l'aide des erreurs de facteur d'échelle 5 et de dérive estimées, - la vitesse résultant de la correction de la vitesse de rotation secondaire, dans lequel l'une des vitesses de rotation recomposées est une vitesse de rotation autour de l'axe secondaire, et dans lequel tes données d'attitude du porteur sont produites par intégration des vitesses de rotation recomposées. 10 17. Procédé selon l'une des revendications 7 à 16, comprenant en outre les étapes de : - estimation (200) d'erreurs d'attitude du porteur, - correction (216) des données d'attitude produites au moyen des erreurs d'attitude estimées.