Brevet FR3075356A1 — publié le 20190621

DOMAINE DE L'INVENTION La presente invention se rapporte au domaine des systemes de navigation adapte pour mettre en ceuvre un traitement de fusion ou de consolidation sur la base de donnees emanant d'un systeme inertiel et d'un autre dispositif. ETAT DE LA TECHNIQUE L'utilisation de systemes inertiels dans un porteur tel qu'un aeronef est ties classique aujourd'hui. Ces systemes inertiels utilisent des capteurs inertiels, notamment des accelerometres et des gyros (gyrometres ou gyroscopes) pour mesurer des accelerations et des vitesses de rotation angulaires. Elles fournissent des donnees inertielles dependant de ces mesures utiles a la navigation. Par exemple, ['elaboration de la position et de la vitesse du porteur s'obtient par integration d'une equation fondamentale de la dynamique du porteur. Ces capteurs inertiels presentent des faibles erreurs de mesure. Cependant, ['integration de ces mesures entraine ['apparition d'une erreur croissante dans le temps sur les informations de navigation. Plutot que d'utiliser des capteurs inertiels de tres hautes performances et par consequent coUteux, une autre solution pour limiter les derives d'un systeme inertiel consiste a mettre en ceuvre des algorithmes de fusion - par exemple d'hybridation - avec des donnees supplementaires fournies par un autre dispositif, tel qu'un dispositif de positionnement par satellite comprenant au moins un recepteur GNSS. Un recepteur GNSS elabore, a partir de signaux radiofrequences ernis par les satellites, des donnees de position et vitesse avec un bruit a court terme, mais de precision absolue ne se degradant pas au cours du temps. La continuite de ['information fournie par ces signaux radiofrequences n'est cependant pas acquise pour diverses raisons (brouillage, masquage des satellites, ...). L'hybridation entre le systeme inertiel et le dispositif de positionnement par satellite est realisee a ['aide d'un calculateur, utilisant generalement un filtre de Kalman, qui Arend en entrée les donnees inertielles fournies par le systeme inertiel et les donnees de navigation par satellite fournies par le recepteur GNSS, et cumule l'avantage de precision absolue a court terme de l'inertie et la precision absolue long-terme du GNSS. Le systeme inertiel, le recepteur GNSS et le calculateur mettant en ceuvre l'hybridation peuvent "etre regroupes au sein d'un meme boitier de sorte a former un systeme de navigation monolithique. Toutefois, un tel systeme monolithique est onereux. 2 Par consequent, il est plus avantageux que le systeme inertiel, le recepteur GNSS et le calculateur ne soient pas regroupes au sein d'un meme boitier de sorte a former un systeme de navigation modulaire. De la sorte, un systeme de navigation déjà embarque dans un porteur ne comprenant 5 qu'un systeme inertiel peut "etre transforms en un systeme de navigation hybride inertiel/satellite par une simple adjonction du dispositif de positionnement par satellite et du calculateur mettant en ceuvre l'hybridation, sans qu'il ne soit necessaire de remplacer le systeme inertiel preexistant dans le porteur. De tels systemes modulaires offrent egalement de la souplesse d'integration dans un 10 porteur : ses trois composants peuvent ainsi "etre deportes les uns par rapport aux autres au sein de l'aeronef et connectes entre eux par des liaisons adaptees pour transporter des donnees. L'utilisation de tels systemes modulaires fait cependant apparaitre un nouveau probleme : celui de la datation temporelle des donnees de navigation inertielle et par 15 satellite fournies au calculateur en vue d'une hybridation. A ce probleme de datation s'ajoute le fait que, lorsque le calculateur est deports par rapport au systeme inertiel, les donnees de navigation inertielles generees par le systeme inertiel parviennent au calculateur avec un premier retard de transmission. Identiquement, lorsque le calculateur est deports par rapport au dispositif de positionnement par satellite, 20 les donnees de navigation par satellite generees par le dispositif de positionnement par satellite parviennent au calculateur avec un deuxieme retard de transmission (different du premier retard). Pour synchroniser les donnees a hybrider tout en compensant ces retards, il a ete propose un systeme de navigation ou le calculateur date la reception des deux types de 25 donnees de navigation qu'il recoit, et prend en compte les erreurs induites par la duree de transmission de ces donnees par ['augmentation des incertitudes de mesures. Toutefois, ces traitements additionnels pris en charge par le calculateur sont complexes et degradent les performances du calculateur. 30 EXPOSE DE L'INVENTION Un but de ['invention est de simplifier, dans un systeme de navigation modulaire, les traitements mis en ceuvre par un calculateur sur la base d'une part de donnees inertielles fournies par un systeme inertiel et d'autre part de donnees supplementaires fournies par un autre dispositif. 3 II est des lors propose, selon un premier aspect de ['invention, un systeme de navigation comprenant un premier systeme inertiel et un calculateur deporte par rapport au premier systeme inertiel, dans lequel : - le premier systeme inertiel est configure pour : 5 o generer des premieres donnees inertielles, o horodater les premieres donnees inertielles dans une premiere echelle de temps, a ['aide d'au moins un signal de datation dans la premiere echelle de temps, o transmettre les premieres donnees inertielles horodatees au calculateur, 10 - le calculateur est configure pour : o recevoir des premieres donnees supplementaires prealablement generees par un dispositif tiers, et egalement horodatees dans la premiere echelle de temps, o fusionner et/ou consolider les premieres donnees inertielles horodatees avec 15 les premieres donnees supplementaires horodatees, de sorte a generer des premieres donnees de navigation. Dans le systeme propose, les donnees a consolider ou fusionner sont datees dans la meme echelle de temps avant d'être recues par le calculateur. Le calculateur deporte peut alors manipuler ces donnees sans avoir besoin de dater leur reception, et sans ajouter 20 d'incertitude de calcul liee au retard. Le calculateur beneficie donc de tous les avantages procures par son caractere deporte par rapport au systeme inertiel et/ou au dispositif fournissant les donnees supplementaires, sans pour autant degrader la precision des calculs mis en ceuvre par ce calculateur ou necessiter un mecanisme de datation specifique. Le systeme selon le premier aspect de ['invention peut egalement comprendre les 25 caracteristiques suivantes, prises seules ou en combinaison lorsque cela est techniquement possible. Les premieres donnees supplementaires peuvent avoir ete horodatees par le dispositif tiers dans la premiere echelle de temps, et le calculateur peut etre configure pour recevoir directement du dispositif tiers les premieres donnees supplementaires horodatees dans la 30 premiere echelle de temps. Les premieres donnees supplementaires peuvent avoir ete horodatees par le dispositif tiers dans la premiere echelle de temps, et le premier systeme inertiel peut etre configure pour : - recevoir des donnees supplementaires horodatees par le dispositif tiers dans la premiere echelle de temps, et 4 - transmettre au calculateur les premieres donnees supplementaires horodatees dans la premiere echelle de temps. Les premieres donnees supplementaires peuvent avoir ete horodatees par le dispositif tiers dans une deuxieme echelle de temps differente de la premiere echelle de temps, auquel 5 cas : - le signal de datation dans la deuxieme echelle de temps est fourni au systeme inertiel par le dispositif tiers, - le premier systeme inertiel est configure pour : o recevoir des donnees supplementaires horodatees par le dispositif tiers dans 10 une deuxieme echelle de temps, o convertir les donnees supplementaires recues en les premieres donnees supplementaires horodatees dans la premiere echelle de temps, a l'aide du signal de datation dans la premiere echelle de temps et du signal de datation dans la deuxieme echelle de temps, 15 o transmettre au calculateur les premieres donnees supplementaires horodatees dans la premiere echelle de temps. La premiere echelle de temps peut etre le temps universel coordonne. Le dispositif tiers peut etre un dispositif de positionnement par satellite ou un odometre. 20 Le signal de datation peut comprendre un signal numerique transportant au moins une date exprimee dans la premiere echelle de temps, et un signal analogique comprenant au moins une impulsion synchronisee temporellement avec une date transportee par le signal numerique. Le systeme peut egalement comprendre un deuxieme systeme inertiel configure pour : 25 - generer des deuxiemes donnees inertielles, - horodater les deuxiemes donnees inertielles dans la premiere echelle de temps, a l'aide d'au moins un signal de datation dans la premiere echelle de temps, - transmettre les deuxiemes donnees inertielles horodatees au calculateur, et le calculateur peut etre en outre configure pour : 30 - recevoir des deuxiemes donnees supplementaires prealablement generees par un dispositif tiers et egalement horodatees dans la premiere echelle de temps, - fusionner et/ou consolider les deuxiemes donnees inertielles horodatees avec les deuxiemes donnees supplementaires horodatees, de sorte a generer des deuxiemes donnees de navigation, 5 - consolider les premieres donnees de navigation avec les deuxiemes donnees de navigation. II est egalement propose, selon un deuxieme aspect de l'invention, un procede de navigation comprenant des &apes de : 5 - generation de premieres donnees inertielles par un premier systeme inertiel, - horodatage des premieres donnees inertielles dans une premiere echelle de temps, a l'aide d'au moins un signal de datation dans la premiere echelle de temps, - transmission des donnees inertielles horodatees a un calculateur deporte par rapport au systeme inertiel, 10 - reception par le calculateur de premieres donnees supplementaires prealablement generees par un dispositif tiers et par ailleurs horodatees dans la premiere echelle de temps, - fusion et/ou consolidation par le calculateur des premieres donnees inertielles avec les donnees supplementaires, de sorte a generer des premieres donnees de 15 navigation. Ce procede peut comprendre en outre des &apes de : - generation de deuxiemes donnees inertielles par un deuxieme systeme inertiel, - horodatage des deuxiemes donnees inertielles dans la premiere echelle de temps, a l'aide d'au moins un signal de datation dans la premiere echelle de temps, 20 - transmission des deuxiemes donnees inertielles horodatees au calculateur, - reception par le calculateur de deuxiemes donnees supplementaires prealablement generees par un dispositif tiers et egalement horodatees dans la premiere echelle de temps, - fusion et/ou consolidation par le calculateur des deuxiemes donnees inertielles avec 25 les deuxiemes donnees supplementaires, de sorte a generer des deuxiemes donnees de navigation, - consolidation par le calculateur des premieres donnees de navigation avec les deuxiemes donnees de navigation. 30 DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caracteristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non [imitative, et qui doit etre lue en regard des dessins annexes sur lesquels : - La figure 1 illustre de facon schernatique un systeme de navigation selon un premier 35 mode de realisation de l'invention ; 6 - La figure 2 est un organigramme d'etapes d'un procede de navigation mise en oeuvre par le dispositif selon la figure 1 ; - La figure 3 illustre de facon schernatique un systeme de navigation selon un deuxieme mode de realisation de ['invention ; 5 - La figure 4 illustre de facon schernatique un systeme de navigation selon un troisieme mode de realisation de ['invention. - La figure 5 illustre de facon schernatique un systeme de navigation selon un quatrieme mode de realisation de ['invention. Sur ['ensemble des figures, les elements similaires portent des references identiques. 10 DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En reference a la figure 1, un systeme de navigation 1 comprend un dispositif 2, un systeme inertiel 4 et un calculateur 6. Le dispositif 2 est par exemple un dispositif de positionnement par satellite 2. 15 Le dispositif de positionnement par satellite 2 est typiquement un recepteur GNSS ou bien un ensemble de plusieurs recepteurs GNSS (par exemple deux recepteurs). On a represents sur la figure 1 le dispositif de positionnement par satellite 2 comme un recepteur GNSS unique et des composants internes a ce recepteur, etant entendu que ces composants sont presents dans chaque autre eventuel recepteur du dispositif de positionnement par 20 satellite. Le dispositif de positionnement par satellite 2 comprend au moins une antenne 8 configuree pour capter des signaux de radionavigation ernis par au moins une constellation de satellites S. Le dispositif de positionnement par satellite 2 comprend par ailleurs un module de 25 traitement 10 capable, a partir des signaux d'au moins 4 satellites, de calculer la position et la vitesse du porteur et de se synchroniser sur l'echelle de temps du systeme satellitaire, puis generalement sur l'echelle de temps universelle UTC. Le module de traitement est par exemple conforme au document - CNES, Guide EGNOS a ['usage des developpeurs d'application - ED 2.0, 15/12/2011. 30 Le dispositif de positionnement par satellite 2 comprend une interface de sortie pour emettre des signaux de datation generee par le module de traitement 10. L'interface de sortie comprend une sortie analogique 12 sur laquelle le signal de datation analogique peut "etre ernis, et une sortie numerique 14 sur laquelle le signal de datation numerique peut "etre ernis. 7 Le dispositif de positionnement par satellite 2 est configure pour generer des donnees de navigation par satellite, et ce sur la base des signaux de radionavigation captes par sa ou ses antennes 8. Le dispositif de positionnement par satellite 2 comprend une sortie 16 via laquelle les 5 donnees de navigation par satellite peuvent etre transmises a un autre equipement. Les sorties 14 et 16 peuvent etre une seule et meme sortie ou bien etre distinctes. Par ailleurs, le systeme inertiel 4 comprend au moins un capteur inertiel 18, typiquement trois accelerometres et/ou trois gyros. Chaque gyro est un gyrometre ou un gyroscope. 10 Le systeme inertiel 4 comprend par ailleurs un module de traitement de donnees 20 configure pour appliquer des traitements a des donnees mesurees par chaque capteur inertiel et generer sur leur base des donnees inertielles plus ou moins elaborees (increments compenses, ou donnees de navigation). Le module de traitement de donnees 20 comprend typiquement au moins une unite de calcul (par exemple un processeur). 15 Le systeme inertiel 4 comprend par ailleurs une sortie 22 via laquelle des donnees generees par le module de traitement 20 peuvent etre transmises au calculateur 6. Le systeme inertiel 4 comprend en outre une interface d'entree destinee a recevoir au moins un signal de datation dans une echelle de temps. L'interface d'entree peut par exemple comprendre une entrée analogique 24 et/ou une entrée numerique 26. 20 Le systeme inertiel 4 comprend par ailleurs un module d'horodatage 28 configure pour horodater les donnees inertielles generees par ['unite de traitement 20, et ce dans l'echelle de temps externe recue via les entrées analogique 24 et numerique 26. Le systeme inertiel 4 peut comprendre au moins un dispositif de type IRS ( REVENDICATIONS1. Systeme de navigation (1, 1', 1", 1"') comprenant un premier systeme inertiel (4, 4a) et un calculateur (6) deporte par rapport au premier systeme inertiel (4, 4a), dans lequel : - le premier systeme inertiel (4, 4a) est configure pour : o generer des premieres donnees inertielles, o horodater les premieres donnees inertielles dans une premiere echelle de temps, a ['aide d'au moins un signal de datation dans la premiere echelle de temps, o transmettre les premieres donnees inertielles horodatees au calculateur (6), - le calculateur (6) est configure pour : o recevoir des premieres donnees supplementaires prealablement generees par un dispositif tiers (2), et egalement horodatees dans la premiere echelle de temps, o fusionner et/ou consolider les premieres donnees inertielles horodatees avec les premieres donnees supplementaires horodatees, de sorte a generer des premieres donnees de navigation. 2. Systeme de navigation (1, 1") selon la revendication 1, dans lequel : - les premieres donnees supplementaires ont ete horodatees par le dispositif tiers (2) dans la premiere echelle de temps, - le calculateur (6) est configure pour recevoir directement du dispositif tiers (2) les premieres donnees supplementaires horodatees dans la premiere echelle de temps. 3. Systeme de navigation (1') selon la revendication 1, dans lequel : - les premieres donnees supplementaires ont ete horodatees par le dispositif tiers (2) dans la premiere echelle de temps, - le premier systeme inertiel (4, 4a) est configure pour : o recevoir des donnees supplementaires horodatees par le dispositif tiers (2) dans la premiere echelle de temps, o transmettre au calculateur (6) les premieres donnees supplementaires horodatees dans la premiere echelle de temps. 4. Systeme de navigation (1') selon la revendication 1, dans lequel : 16 - les premieres donnees supplementaires ont ete horodatees par le dispositif tiers (2) dans une deuxieme echelle de temps differente de la premiere echelle de temps, - le signal de datation dans la deuxieme echelle de temps est fourni au systeme inertiel (4) par le dispositif tiers (2), 5 - le premier systeme inertiel (4, 4a) est configure pour : o recevoir des donnees supplementaires horodatees par le dispositif tiers (2) dans une deuxieme echelle de temps, o convertir les donnees supplementaires recues en les premieres donnees supplementaires horodatees dans la premiere echelle de temps, a l'aide du 10 signal de datation dans la premiere echelle de temps et du signal de datation dans la deuxieme echelle de temps, o transmettre au calculateur (6) les premieres donnees supplementaires horodatees dans la premiere echelle de temps. 15 5. Systeme de navigation (1, 1', 1") selon l'une des revendications precedentes, dans lequel la premiere echelle de temps est le temps universel coordonne. 6. Systeme de navigation (1, 1', 1") selon l'une des revendications precedentes, dans lequel le dispositif tiers (2) est un dispositif de positionnement par satellite ou un odometre. 20 7. Systeme de navigation (1, 1', 1") selon l'une des revendications precedentes, dans lequel le signal de datation comprend : - un signal numerique transportant au moins une date exprimee dans la premiere echelle de temps, 25 - un signal analogique comprenant au moins une impulsion synchronisee temporellement avec une date transportee par le signal numerique. 8. Systeme de navigation (1") selon l'une des revendications precedentes, comprenant en outre un deuxieme systeme inertiel (4b), dans lequel 30 - le deuxieme systeme inertiel (4b) est configure pour : o generer des deuxiemes donnees inertielles, o horodater les deuxiemes donnees inertielles dans la premiere echelle de temps, a l'aide d'au moins un signal de datation dans la premiere echelle de temps, o transmettre les deuxiemes donnees inertielles horodatees au calculateur (6), 17 - le calculateur (6) est en outre configure pour : o recevoir des deuxiemes donnees supplementaires prealablement generees par un dispositif tiers (2) et egalement horodatees dans la premiere echelle de temps, 5 o fusionner et/ou consolider les deuxiemes donnees inertielles horodatees avec les deuxiemes donnees supplementaires horodatees, de sorte a generer des deuxiemes donnees de navigation, o consolider les premieres donnees de navigation avec les deuxiemes donnees de navigation. 10 9. Procede de navigation comprenant des &apes de : - generation de premieres donnees inertielles par un premier systeme inertiel (4, 4a), - horodatage des premieres donnees inertielles dans une premiere echelle de temps, a ['aide d'au moins un signal de datation dans la premiere echelle de temps, 15 - transmission des donnees inertielles horodatees a un calculateur (6) deporte par rapport au systeme inertiel (4, 4a), - reception par le calculateur (6) de premieres donnees supplementaires prealablement generees par un dispositif tiers (2) et par ailleurs horodatees dans la premiere echelle de temps, 20 - fusion et/ou consolidation par le calculateur (6) des premieres donnees inertielles avec les donnees supplementaires, de sorte a generer des premieres donnees de navigation. 10. Procede de navigation selon la revendication precedente, comprenant en outre des 25 &apes de : - generation de deuxiemes donnees inertielles par un deuxieme systeme inertiel (4b), - horodatage des deuxiemes donnees inertielles dans la premiere echelle de temps, a ['aide d'au moins un signal de datation dans la premiere echelle de temps, - transmission des deuxiemes donnees inertielles horodatees au calculateur (6), 30 - reception par le calculateur (6) de deuxiemes donnees supplementaires prealablement generees par un dispositif tiers (2) et egalement horodatees dans la premiere echelle de temps, - fusion et/ou consolidation par le calculateur (6) des deuxiemes donnees inertielles avec les deuxiemes donnees supplementaires, de sorte a generer des deuxiemes 35 donnees de navigation, 18 - consolidation par le calculateur (6) des premieres donnees de navigation avec les deuxiemes donnees de navigation. 5