Brevet FR3088715A1 — publié le 20200522

Description Titre de l'invention : Dispositif de mesure inertielle [0001] La présente invention concerne le domaine de la mesure inertielle et plus particu- lièrement un dispositif de mesure inertielle destiné à être embarqué dans un véhicule porteur pour déterminer les mouvements de ce véhicule. Le véhicule peut être un véhicule terrestre, aérien, ou nautique, de tout type. Technique antérieure [0002] Les capteurs inertiels les plus connus sont les accéléromètres pour mesurer des grandeurs vectorielles et les gyromètres pour mesurer des grandeurs angulaires. Les gyromètres les plus couramment employés sont les gyromètres à niasses mobiles, notamment sous forme de systèmes microélectromécaniques. [0003] Une unité de mesure inertielle comprend généralement trois gyromètres et trois accé- léromètres disposés selon les axes d'un repère de mesure. Les accéléromètres mesurent les composantes d'un vecteur de la force spécifique tandis que les gyromètres déterminent l'orientation de cc vecteur dans le repère inertiel. Le calcul de la différence entre le vecteur de force spécifique et le champ de gravité fournit l'accélération qui sera par la suite intégrée pour fournir les données de navigation. [0004] On sait qu'une unité de mesure inertielle fournit des mesures affectées par des erreurs, telles que les biais accélérométriques, les dérives gyroscopiques et les angles de calage, produisant une imprécision dans la détermination de la verticale. [0005] Il est connu de monter l'unité de mesure inertielle sur un plateau entraîné en rotation autour d'un axe sensiblement vertical par un moteur relié à l'unité électronique pour être commandé par celle-ci de manière à amener l'unité de mesure inertielle dans plusieurs positions sur un tour complet. En exploitant les mesures de l'unité de mesure dans ces différentes positions, on obtient un moyennage des erreurs en appliquant un filtrage passe-bas qui permet d'améliorer la précision de la détermination de la verticale. [0006] Cependant, on s'est aperçu que lorsqu'un gyromètre est entraîné en rotation autour d'un axe sensiblement décalé par rapport à l'axe sensible du gyromètre, le gyromètre présente une erreur supplémentaire qui conduit à un saut angulaire aléatoire pendant le mouvement du gyromètre. A long terme, l'accumulation des sauts aléatoires est équivalent à un défaut de type « random walk » ayant une composante très basse fréquence. Ce type de défaut n'est pas moyenné par un filtrage passe-bas et affecte donc la précision des mesures. [0007] Objet de l'invention [0008] Un but de l'invention est d'améliorer la précision des dispositifs inertiels. [0009] Bref exposé de l'invention 2 100101 A cet effet, on prévoit, selon l'invention un dispositif selon la revendication 1. [0011] Ainsi, le calcul de l'accélération n'est pas affecté par le défaut mentionné ci-dessus puisque ce sont les mesures de la deuxième unité de mesure inertielle, fixe, qui vont être utilisée pendant que la première unité de mesure inertielle est en mouvement. En outre, la prise en compte de l'écart entre les repères inertiels des deux unités de mesure inertielle permet d'assurer une continuité de l'information angulaire, au moins pour ce qui concerne le plan normal au vecteur force spécifique, lors du passage de l'utilisation des mesures dc l'une des unités dc mesure inertielle à celle de l'autre des unités de mesure inertielle. [0012] On rappelle ici que pour chaque unité de mesure inertielle, les trois accéléromètres mesurent les trois composantes du vecteur force spécifique. Les « mesures accélérométriques » de chaque centrale inertielle correspondent donc aux trois composantes dudit vecteur force spécifique. [0013] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier et non limitatif de l'invention. Brève description des dessins [0014] 11 sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels : [0015] [fig.1] la figure 1 cst une vue schématique en perspective d'un dispositif scion un premier mode de réalisation dc l'invention ; [0016] [fig.21 la figure 2 cst une vue schématique en perspective d'une des unités de mesure inertielles dc ce dispositif ; [0017] [fig.31 la figure 3 illustre le déplacement d'un point périphérique du plateau pendant le mouvement de celui-ci. Description des modes de réalisation 100181 En référence aux figures, le dispositif selon l'invention, destiné à être fixé dans un véhicule porteur, comprend deux unités de mesure inertielle, généralement désignées en 1, 2, comprenant chacune trois accéléromètres 10x, 10y, 10z, et trois gyromètres 20x, 20y, 20z, qui sont disposés selon les axes x.1, y.1, z.1, x.2, y.2, z.2, d'un repère R. I, R.2. Les unités de mesure inertielle 1, 2 sont connues en elles-mêmes. En particulier, les accéléromètres et les gyromètres sont ici de type MEMS et sont connus en eux-mêmes. 100191 L'unité de mesure inertielle 1 est fixée sur un plateau 30 monté sur un bâti 40 pour pivoter autour d'un axe Z qui s'étend ici verticalement et est normal à une surface supérieure 32 du plateau 30 portant l'unité de mesure inertielle 1 et à une surface su- 3 péricure 41 du bâti 40. L'axe Z.1 de l'unité de mesure inertielle 1 est colinéaire à l'axe Z. [0020] Le plateau 30 est entraîné en rotation autour de l'axe Z par un moteur 31 connu en lui-même. Le moteur 31 est monté sur un stabilisateur 60, connu en lui-même, agencé pour maintenir la surface supérieure du plateau 30 sensiblement à l'horizontale en autorisant un débattement angulaire du véhicule porteur d'environ 20 degrés par rapport au plan horizontal. Le moteur 31 est ici à pilotage direct, mais pourrait être également du type servomoteur. [0021] L'unité de mesure inertielle 2 est fixée sur la surface supérieure 41 du bâti 40. La surface supérieure 41 et la surface supérieure 32 du plateau 30 s'étendent dans un même plan P. Ainsi, la centrale inertielle 1 et la deuxième centrale inertielle 2 sont positionnées sur un même plan P perpendiculaire à l'axe de rotation Z. [0022] Les unités de mesure inertielle 1,2 et le moteur 31 sont électriquement reliés à une unité de commande 50. L'unité de commande 50 comprend un circuit électronique comportant un processeur et des mémoires pour exécuter un programme informatique de positionnement comprenant des instructions agencées pour traiter des signaux provenant des unités de mesure inertielle 1, 2 pour fournir une attitude du véhicule porteur et une accélération de celui-ci. [0023] Selon l'invention, l'unité de commande 50 est programmée pour : [0024] - depuis une position angulaire initiale fixe du plateau 30, faire périodiquement tourner le plateau 30 sur un tour avec un mouvement aller et un mouvement retour symétrique pour ramener le plateau 30 dans la position initiale fixe, [0025] - calculer, sur une durée prédéterminée, une accélération du véhicule porteur à partir : [0026] . des mesures accélérométriques et des mesures gyrométriques de la première unité de mesure inertielle 1 tant que le plateau 30 est fixe, [0027] . des mesures accélérométriques et des mesures gyrométriques de la deuxième unité de mesure inertielle 2 tant que le plateau 30 est en mouvement, [0028] - reconstituer un repère inertiel de chaque unité de mesure inertielle à partir des mesures accélérométriques et des mesures gyrométriques mesurées par ladite unité de mesure inertielle pendant la durée prédéterminée et comparer les deux repères inertiels pour déterminer un écart apparaissant entre eux au moment de la rotation du plateau 30 et tenir compte de cet écart dans le calcul de l'accélération lors du passage de l'utilisation des mesures gyrométriques de la première unité de mesure 1 à l'utilisation des mesures gyrométriques de la deuxième unité de mesure 2 et inversement. [0029] L'unité de commande 50 est agencée pour commander le moteur 31 de telle manière que le mouvement aller et le mouvement retour comprennent un arrêt en une position angulaire intermédiaire prédéfinie. Le moteur 31 déplace le plateau 30 comme suit : [0030] 1. rotation de + 180° pendant un temps de déplacement tl et arrêt pendant un temps d'arrêt t2, 2. rotation de - 180' pendant le temps de déplacement tl et arrêt pendant le temps d'arrêt t2, 3. rotation de - 180' pendant le temps de déplacement tl et arrêt pendant le temps d'arrêt t2, 4. rotation de + 180' pendant le temps de déplacement tl et arrêt pendant le temps d'arrêt t2, et ainsi de suite. [0031] Pour un temps t d'une minute au tour aller-retour, on prévoira par exemple un temps tl de 4 secondes et un temps t2 de 11 secondes. [0032] Le principe de la comparaison des repères inertiels des deux unités de mesure inertielle consiste à les orienter l'un par rapport à l'autre en utilisant comme référence le vecteur de force spécifique puis en effectuant une projection dans un plan perpendiculaire au vecteur de force spécifique. On comprend que la prise en compte de cet écart permet d'assurer une continuité des deux angles visibles dans le plan. La détermination de l'écart entre les repères inertiels est connue et de préférence effectuée conformément au document WO-A-2014/102261. [0033] On notera que le positionnement dans un même plan des deux unités de mesure inertielle est avantageux car il permet de simplifier les calculs. En effet dans le cas contraire, il faudrait faire des corrections des plans de calage entre les unités de mesure inertielle (écart d'orientation et bras de levier) pour rendre les mesures homogènes entre les deux unités de mesure inertielle et pouvoir projeter les mesures de l'une des unités de mesure inertielle dans le repère de l'autre des unités de mesure inertielle. [0034] Avantageusement, l'unité de commande 50 est également programmée pour surveiller la première unité de mesure inertielle 1 lorsque le plateau 30 est fixe en calculant une accélération à partir des mesures de la deuxième unité de mesure inertielle 2 et en vérifiant qu'elle est homogène avec l'accélération calculée à partir des mesures de la première unité de mesure inertielle 1. Si les mesures sont hétérogènes, l'unité de commande 50 émet une alerte par exemple à destination d'un conducteur du véhicule porteur. [0035] Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit mais englobe toute variante entrant dans le champ de l'invention telle que définie par les revendications. [0036] En particulier, le dispositif peut avoir une structure différente de celle décrite. [0037] L'axe de rotation Z pourrait ne pas être vertical. [0038] Le mouvement du plateau pourrait être différent de celui décrit : le nombre de positions intermédiaire peut être différent de une ; ou le mouvement de 3600 pourrait être continu ; ou l'amplitude du mouvement pourrait être différente de 360°. 5 [0039] La vitesse de rotation et les temps tl, t2 et le temps t pour réaliser le tour aller-retour peuvent être différents de ceux indiqués. On pourra par exemple avoir un temps tl de 2 secondes. [0040] En variante, si le véhicule est susceptible d'avoir des débattements importants par rapport à l'horizontale (ou plus généralement au plan P), la plateforme stabilisée 60 est une plateforme à cardan. A l'inverse, lorsque le véhicule est relativement stable par rapport au plan P, il est possible de fixer le bâti directement sur le véhicule sans passer par une plateforme stabilisée. [0041] L'unité électronique de commande 50 peut avoir une structure différente de celle décrite et être par exemple fabriquée à partir de processeur, microcontrôleur ou FPGA. 6 [Revendication 1] [Revendication 2]