Brevet FR3129732A1 — publié le 20230602

Procédé de limitation de correction de vitesse baro-inertielle et système associé Un aspect de l’invention concerne un procédé de limitation de correction de vitesse verticale baro-inertielle, calculée par une boucle baro-inertielle implémentée par un processeur compris dans un système aéroporté comprenant en outre un accéléromètre et un baro-altimètre, la boucle prenant en entrée une accélération verticale et une altitude barométrique, la boucle étant configurée pour : Fournir au moins une altitude et la vitesse verticale, corriger, à partir et de l’altitude barométrique et d’un gain de correction de position, d’un gain de correction de vitesse verticale et d’un gain de correction d’accélération verticale, l’altitude et la vitesse verticale, le procédé comprenant une étape de limitation de correction de la vitesse verticale lorsque la valeur absolue de la différence entre l’altitude barométrique et l’altitude est supérieure à un seuil prédéterminé, l’étape de limitation de correction de la vitesse verticale comprenant la modification du gain de correction de position. Figure à publier avec l’abrégé : Figure 5 Procédé de limitation de correction de vitesse baro-inertielle et système associé DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION Le domaine technique de l’invention est celui de la métrologie pour l’aide au positionnement vertical de systèmes aéroportés. La présente invention concerne un procédé de limitation de correction de vitesse baro-inertielle et en particulier une correction de vitesse baro-inertielle au sein d’une boucle baro-inertielle par modification d’une valeur de gain de correction de position verticale. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION Les systèmes aéroportés ont un besoin de données de positionnement vertical fiables. Par « positionnement vertical » on entend tout type d’information verticale, par exemple l’altitude, la vitesse verticale ou encore l’accélération verticale. Pour combler ce besoin de données de positionnement fiables, ces systèmes embarquent une pluralité de capteurs permettant, ensemble ou pris seuls, de positionner le système aéroporté. Chaque capteur de cette pluralité de capteurs est utilisé pour obtenir, corriger et/ou confirmer l’information de positionnement. De manière connue, la pluralité de capteurs est intégrée dans une centrale inertielle ou dans une AHRS (de l’anglais « Attitude and Heading Reference System » pour « Système de référence d’attitude et de cap »). Une centrale inertielle comprend au moins des capteurs d’accélération et de rotation pour déterminer le mouvement par rapport à la Terre du système dans lequel elle est embarquée, après une phase d’initialisation. Une AHRS exploite également des mesures du champ magnétique et de vitesse air avec des moyens de calcul, afin d‘élaborer les informations de son attitude par rapport à la Terre et d’entretenir sa localisation. Dans une centrale inertielle comme dans une AHRS, comme l’altitude et la vitesse verticale sont obtenues par intégration en continu de la composante verticale de l’accélération déduite des accéléromètres et de l’attitude mesurée par l’accéléromètre, la moindre erreur d’accélération est accumulée et amplifiée par l’intégration pour obtenir la vitesse verticale et par la double intégration pour obtenir l’altitude Pour pallier cela, les systèmes aéroportés embarquent des capteurs supplémentaires pour corriger ces erreurs. Par exemple, les aéronefs embarquent typiquement un baro-altimètre pour obtenir une différence de pression entre une altitude de référence et l’altitude du baro-altimètre. L’information obtenue du baro-altimètre est utilisée par un processeur pour corriger en permanence l’erreur verticale de l’accéléromètre. Ce processeur met en œuvre une boucle numérique appelée boucle baro-inertielle. Une telle boucle baro-inertielle connue est représentée schématiquement à la . Les additionneurs/soustracteurs sont représentés par des cercles comprenant une croix. Les intégrateurs sont représentés par des triangles. Une force spécifique verticale F_specZ est calculée par une centrale inertielle de navigation CIN ou une AHRS, à partir de données fournies par un accéléromètre A. Cela est représenté schématiquement par la flèche entre l’accéléromètre A et l’additionneur de la CIN/AHRS. La CIN ou l’AHRS fournit ainsi à la boucle baro-inertielle une accélération verticale estimée γZ, basée sur la force spécifique verticale F_speZ et sur la pesanteur locale estimée g_est par la fonction de calcul C1, fonction décroissante de l’altitude de gradient environ -2g/R (avec R le rayon Terrestre moyen, g environ 9,81 m/s^2 légèrement variable avec la position sur Terre à H=0). Cela permet d’obtenir l’accélération verticale γZ aux effets des erreurs de pesanteur compensée, d’accéléromètres et d’attitude près. Cette information d’accélération verticale γZ est intégrée une première fois par l’intégrateur I1 pour obtenir une vitesse verticale Vzbi puis une seconde fois par l’intégrateur I2 pour obtenir une position verticale (altitude) Zbi. Pour améliorer la précision des valeurs obtenues, la fonction de calcul C1 réalise un calcul de pesanteur et de l’accélération de Coriolis à partir de l’altitude Zbi, qui est additionnée à la force spécifique verticale F_speZ provenant de l’accéléromètre. Cette boucle (supérieure sur la représentation schématique de la ) sera appelée « boucle inertielle ». Comme indiqué précédemment, cette boucle inertielle se basant uniquement sur des mesures d’accéléromètre, les erreurs de mesure se cumulent et les valeurs obtenues sont instables. Les boucle baro-inertielles connues comprennent alors un asservissement de l’altitude intégrée à partir de mesures inertielles sur une altitude mesurée par un baro-altimètre avec un correcteur d’ordre 3. La boucle baro-inertielle de la comprend donc en entrée une mesure supplémentaire de différence de pression provenant d’un baro-altimètre. Cette « altitude pression » est fournie en entrée au bloc « BA ». Elle est comparée à l’altitude Zbi provenant de la boucle inertielle et cette différence est renvoyée à différents points de la boucle inertielle. Dans la boucle inférieure (à la ), qui sera appelée boucle de correction, trois corrections sont estimées : Une correction de l’altitude à la boucle K1, via le gain K1, qui permet de corriger assez rapidement l’altitude Zbi obtenue par double intégration de l’accélération verticale à partir de l’altitude pression, Une correction de la vitesse verticale à la boucle K2, via le gain K2, Une correction de l’accélération verticale à la boucle K3, via le gain K3 et l’intégrateur I3. Une correction de vitesse permanente implique en effet une erreur d’accélération. La boucle K3 corrige l’accélération, ce qui permet d’éviter de corriger la vitesse en permanence, de ne pas avoir un biais de vitesse en permanence à cause d’une erreur d’accélération. Cette correction de l’accélération permet de compenser les erreurs dues : A l’accéléromètre mesurant l’accélération inertielle, cette erreur étant principalement due au(x) biais de l’accéléromètre, Aux caractéristiques de la couche d’atmosphère réellement rencontrée pendant le vol, Et à l’écart entre la valeur de pesanteur apparente calculée par la fonction de calcul C1 et utilisée dans la boucle baro-inertielle et la pesanteur apparente locale réelle. La boucle de correction est un correcteur d’ordre 3 comprenant trois gains K1 à K3. Ces gains sont prédéterminés en fonction de la chaîne anémométrique du système aéroporté qui embarque la boucle baro-inertielle. Ces gains peuvent être fonction par exemple d’erreurs maximales, de dépassement d’erreur et de vitesses de convergence souhaités. Des contraintes particulières s’appliquent par exemple pour des systèmes aéroportés qui manœuvrent très fortement en axe vertical, impliquant des gains K1 à K3 différents de gains K1 à K3 utilisés pour des avions commerciaux civils. De manière générale, quel que soit l’aéronef, il existe une relation entre ces différents coefficients, comme décrit dans le paragraphe suivant. On définit une constante qui correspond au temps de réponse de la boucle baro-inertielle. A partir de ce temps de réponse, les coefficients K1, K2, K3 peuvent être déduits comme suit, le choix du coefficient dépendant de l’aéronef et d’autres besoins opérationnels : K1 = K2 = K3 = Ces gains sont multipliés à la différence entre l’altitude barométrique BA et la position verticale baro-inertielle Zbi ou à cette différence intégrée par l’intégrateur I3. Ces corrections résultant de la multiplication de chaque gain avec la différence entre l’altitude barométrique BA et la position verticale baro-inertielle Zbi ou avec cette différence intégrée par l’intégrateur I3 sont ajoutées à différents endroits de la boucle inertielle « supérieure ». Par exemple, la correction issue de la multiplication du gain K1 avec la différence entre l’altitude barométrique BA et la position verticale baro-inertielle Zbi est ajoutée à la vitesse baro-inertielle Vzbi, avant l’intégrateur I2. La correction issue de la multiplication du gain K2 avec la différence entre l’altitude barométrique BA et la position verticale baro-inertielle Zbi est ajoutée à l’accélération Acc, avant l’intégrateur I1 et la correction issue de la multiplication du gain K3 avec la différence entre l’altitude barométrique BA et la position verticale baro-inertielle Zbi intégrée par I3 est aussi ajoutée à l’accélération Acc, avant l’intégrateur I1. Un problème survient lorsqu’un système aéroporté embarquant une boucle baro-inertielle, un baro-altimètre BA et un accéléromètre A, s’approche du sol. Un effet de souffle, principalement présent lorsque le système aéroporté est un hélicoptère, augmente localement la pression à mesure que le système aéroporté s’approche du sol. Le baro-altimètre BA voit alors une augmentation de pression très rapide. En conséquence, l’altitude barométrique Zba est modifiée comme représenté à la . La montre la différence entre la position verticale baro-inertielle Zbi et l’altitude barométrique Zba. Comme l’altitude barométrique Zba est utilisée pour corriger la vitesse baro-inertielle Vzbi élaborée par la boucle baro-inertielle, la vitesse baro-inertielle Vzbi présente des erreurs transitoires pouvant atteindre 1000 pieds par minute lors de ces phases de variations d’erreur. Lorsqu’un hélicoptère par exemple se pose sur du sable ou de la neige, cela peut poser problème car l’atterrissage devient complexe car celui-ci est principalement basé sur la vitesse verticale Vzbi élaborée par la boucle baro-inertielle. Ce problème se pose aussi en passage de falaises, un changement rapide de pression intervenant, alors que l’altitude absolue n’a pas été modifiée. Par ailleurs, la vitesse verticale Vzbi élaborée par la boucle baro-inertielle est affectée par les fortes erreurs initiales d’altitude baro-inertielle, par exemple en cas d’initialisation simple par exemple d’altitude initiale initialisée à 0. Le temps pour passer sous une erreur de 300 pieds par minute dépend de l’erreur d’initialisation de l’altitude baro inertielle Zbi et ce temps peut être considéré trop élevé par rapport à un besoin de validité rapide de la vitesse baro-inertielle Vzbi après mise sous tension. Il existe donc un besoin de pouvoir corriger une variation importante de vitesse baro-inertielle due à une augmentation importante d’altitude barométrique. L’invention offre une solution aux problèmes évoqués précédemment, en permettant, en modifiant la correction de position verticale, de limiter les changements de vitesse baro-inertielle au sein d’une boucle baro-inertielle dus à des erreurs transitoires d’altitude barométrique. Un aspect de l’invention concerne donc un procédé de limitation de correction de vitesse verticale baro-inertielle, la vitesse verticale baro-inertielle étant calculée par une boucle baro-inertielle, la boucle baro-inertielle étant implémentée par au moins un processeur compris dans un système aéroporté, le système aéroporté comprenant en outre au moins un accéléromètre et au moins un baro-altimètre, la boucle baro-inertielle prenant en entrée au moins une accélération verticale provenant d’au moins une mesure de l’accéléromètre et au moins une altitude barométrique provenant d’au moins une mesure du baro-altimètre, la boucle baro-inertielle étant configurée pour : fournir, à partir de l’accélération verticale, au moins une position verticale baro-inertielle et la vitesse verticale baro-inertielle corriger, à partir de l’altitude barométrique et d’au moins un gain de correction de position, d’au moins un gain de correction de vitesse verticale et d’au moins un gain de correction d’accélération verticale, la position verticale baro-inertielle et la vitesse verticale baro-inertielle, la position verticale baro-inertielle subissant une modification due à une modification de l’altitude barométrique, la modification de l’altitude barométrique étant due à une modification de pression locale, le procédé étant mis en œuvre par le processeur implémentant la boucle baro-inertielle et étant caractérisé en ce qu’il comprend au moins une étape de limitation de correction de la vitesse verticale baro-inertielle lorsque la valeur absolue de la différence entre l’altitude barométrique et la position verticale baro-inertielle est supérieure à un seuil prédéterminé, l’étape de limitation de correction de la vitesse verticale baro-inertielle comprenant la modification du gain de correction de position. Grâce à l’invention, il est possible de limiter les corrections de vitesse baro-inertielle en corrigeant rapidement et de manière simple à implémenter les erreurs transitoires d’altitude baro-inertielle calculée par la boucle baro-inertielle. Ces erreurs surviennent par exemple dans les cas où le porteur est à altitude constante, mais que le baro-altimètre mesure à tort une variation d’altitude. La correction rapide selon l’invention permet de limiter l’impact de cette erreur transitoire d’altitude sur la vitesse baro-inertielle calculée. Cette correction est mise en œuvre au niveau du gain de correction de la position baro-inertielle. En agissant sur le gain de correction de la position baro-inertielle en fonction de la différence entre l’altitude barométrique Zba issue du baro-altimètre et la position verticale baro-inertielle Zbi issue de la boucle baro-inertielle, l’erreur transitoire d’altitude baro-inertielle n’a pas le temps d’avoir un impact sur la correction de vitesse verticale baro-inertielle Vzbi. Ainsi, à vitesse verticale vraie constante, la vitesse verticale estimée baro-inertielle Vzbi est maintenue constante ou est peu modifiée car l’erreur d’altitude est rapidement corrigée, la correction de vitesse verticale baro-inertielle est donc limitée. L’invention permet par exemple d’augmenter le gain de correction de la position baro-inertielle lorsque la différence entre l’altitude barométrique et la position verticale baro-inertielle est supérieure à un seuil, résultant en une correction de la position baro-inertielle plus importante que celle qui aurait été réalisée classiquement par la boucle baro-inertielle. Si cette différence est supérieure à un seuil, la pression locale, c’est-à-dire au niveau du système embarquant les équipements de l’invention, a été modifiée de manière importante rapidement. Une correction plus importante de la position baro-inertielle permet ainsi de limiter la correction de vitesse baro-inertielle qui aurait dû être appliquée à cause de cette modification importante et rapide de la pression locale, le but de l’invention étant de corriger rapidement la position verticale sans modifier la vitesse verticale. L’invention permet notamment de limiter la correction de vitesse verticale baro-inertielle Vzbi sur les hélicoptères dans les cas de passage rapide en effet de sol, ou encore dans les cas de passage de falaise, permettant ainsi de maintenir une vitesse verticale au plus proche de la vitesse verticale vraie. Elle permet également d’améliorer la robustesse du démarrage de la boucle baro-inertielle en réduisant la durée nécessaire pour respecter la précision de vitesse verticale baro-inertielle Vzbi avec une initialisation incorrecte mais simple, par exemple 0 m, de l’altitude initiale dans la boucle baro inertielle. Le transitoire si le démarrage est réalisé à 4000 m avec la boucle standard est alors très élevé et l’invention permet de corriger ce problème. On entend par « limitation de correction » une réduction de la correction de la vitesse baro-inertielle par le gain K2 qui aurait dû avoir lieu si la correction de la position baro-inertielle n’avait pas été modifiée. On entend par « correction » la réduction des erreurs transitoires de vitesse verticale baro-inertielle Vzbi issue de la boucle baro-inertielle, une erreur étant une modification de la vitesse verticale baro-inertielle Vzbi tandis que la vitesse verticale vraie n’est pas modifiée, ou une modification importante de la vitesse verticale baro-inertielle Vzbi tandis que la vitesse verticale vraie est peu modifiée. Outre les caractéristiques qui viennent d’être évoquées dans le paragraphe précédent, le procédé de limitation de correction selon un aspect de l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : la modification du gain de correction de position comprend la multiplication du gain de correction de position par un facteur prédéterminé supérieur à 1, le seuil prédéterminé est compris entre 3 et 9 mètres, préférentiellement 7 mètres, et le facteur prédéterminé est compris entre 2 et 4, préférentiellement 3, le seuil prédéterminé est fonction de l’altitude baro-inertielle, la modification de gain de correction de position n’est réalisée que si l’altitude baro-inertielle est inférieure ou égale à un seuil d’altitude prédéterminé, l’étape de limitation de correction de la vitesse verticale baro-inertielle comprend en outre la modification du gain de correction de vitesse et la modification du gain de correction d’accélération, la modification du gain de correction de vitesse comprend la multiplication du gain de correction de vitesse par un premier facteur prédéterminé inférieur à 1 et la modification du gain de correction d’accélération comprend la multiplication du gain de correction d’accélération par un deuxième facteur prédéterminé inférieur à 1. Un autre aspect de l’invention concerne un système aéroporté comprenant au moins : un baro-altimètre, un accéléromètre et un processeur implémentant une boucle baro-inertielle, la boucle baro-inertielle prenant en entrée au moins une accélération verticale provenant d’au moins une mesure de l’accéléromètre et au moins une altitude barométrique provenant d’au moins une mesure du baro-altimètre, la boucle baro-inertielle étant configurée pour : fournir, à partir de l’accélération verticale, au moins une position verticale et au moins une vitesse verticale corriger, à partir et de l’altitude barométrique et d’au moins un gain de correction de position, d’au moins un gain de correction de vitesse verticale et d’au moins un gain de correction d’accélération verticale, la position verticale et la vitesse verticale, la vitesse verticale baro-inertielle subissant une modification due à une modification de l’altitude barométrique, la modification de l’altitude barométrique étant due à une modification de pression locale, le système étant caractérisé en ce que le processeur est configuré pour mettre en œuvre le procédé de limitation de correction de vitesse verticale baro-inertielle selon l’invention. Un autre aspect de l’invention concerne un produit programme d'ordinateur comprenant des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en œuvre le procédé selon l’invention. Un autre aspect de l’invention concerne un support d'enregistrement lisible par ordinateur comprenant des instructions qui, lorsqu'elles sont exécutées par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en œuvre le procédé selon l’invention. L’invention trouve une application particulièrement intéressante dans les aéronefs lors de passage à proximité du sol, lors de passages de falaise ou encore à l’initialisation de la boucle baro-inertielle. L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention. La montre une représentation schématique d’une boucle baro-inertielle connue, Les figures 2A et 2B montrent des erreurs transitoires d’altitude en effet de sol, La montre une représentation schématique d’un système mettant en œuvre le procédé selon l’invention, La montre une représentation schématique du procédé selon l’invention. La montre une représentation schématique d’une boucle baro-inertielle modifiée selon un premier mode de réalisation de l’invention, La montre une représentation schématique d’une boucle baro-inertielle modifiée selon un deuxième mode de réalisation de l’invention. Procédé de limitation de correction de vitesse verticale baro-inertielle, la vitesse verticale baro-inertielle étant calculée par une boucle baro-inertielle, la boucle baro-inertielle étant implémentée par au moins un processeur compris dans un système aéroporté, le système aéroporté comprenant en outre au moins un accéléromètre et au moins un baro-altimètre, la boucle baro-inertielle prenant en entrée au moins une accélération verticale provenant d’au moins une mesure de l’accéléromètre et au moins une altitude barométrique provenant d’au moins une mesure du baro-altimètre, la boucle baro-inertielle étant configurée pour : fournir, à partir de l’accélération verticale, au moins une position verticale baro-inertielle et la vitesse verticale baro-inertielle corriger, à partir et de l’altitude barométrique et d’au moins un gain de correction de position, d’au moins un gain de correction de vitesse verticale et d’au moins un gain de correction d’accélération verticale, la position verticale baro-inertielle et la vitesse verticale baro-inertielle, la position verticale baro-inertielle subissant une modification due à une modification de l’altitude barométrique, la modification de l’altitude barométrique étant due à une modification de pression locale, le procédé étant mis en œuvre par le processeur implémentant la boucle baro-inertielle et étant caractérisé en ce qu’il comprend au moins une étape de limitation de correction de la vitesse verticale baro-inertielle lorsque la valeur absolue de la différence entre l’altitude barométrique et la position verticale baro-inertielle est supérieure à un seuil prédéterminé, l’étape de limitation de correction de la vitesse verticale baro-inertielle comprenant la modification du gain de correction de position. Procédé selon la revendication précédente selon lequel la modification du gain de correction de position comprend la multiplication du gain de correction de position par un facteur prédéterminé supérieur à 1. Procédé selon la revendication précédente selon lequel le seuil prédéterminé est compris entre 3 et 9 mètres, préférentiellement 7 mètres, et le facteur prédéterminé est compris entre 2 et 4, préférentiellement 3. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes selon lequel le seuil prédéterminé est fonction de l’altitude baro-inertielle. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes selon lequel la modification de gain de correction de position n’est réalisée que si l’altitude baro-inertielle est inférieure ou égale à un seuil d’altitude prédéterminé. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes selon lequel l’étape de limitation de correction de la vitesse verticale baro-inertielle comprend en outre la modification du gain de correction de vitesse et la modification du gain de correction d’accélération. Procédé selon la revendication précédente selon lequel la modification du gain de correction de vitesse comprend la multiplication du gain de correction de vitesse par un premier facteur prédéterminé inférieur à 1 et la modification du gain de correction d’accélération comprend la multiplication du gain de correction d’accélération par un deuxième facteur prédéterminé inférieur à 1. Système aéroporté comprenant au moins : un baro-altimètre, un accéléromètre et un processeur implémentant une boucle baro-inertielle, la boucle baro-inertielle prenant en entrée au moins une accélération verticale provenant d’au moins une mesure de l’accéléromètre et au moins une altitude barométrique provenant d’au moins une mesure du baro-altimètre, la boucle baro-inertielle étant configurée pour : fournir, à partir de l’accélération verticale, au moins une altitude et au moins une vitesse verticale corriger, à partir et de l’altitude barométrique et d’au moins un gain de correction de position, d’au moins un gain de correction de vitesse verticale et d’au moins un gain de correction d’accélération verticale, l’altitude et la vitesse verticale, la vitesse verticale baro-inertielle subissant une modification due à une modification de l’altitude barométrique, la modification de l’altitude barométrique étant due à une modification de pression locale, le système étant caractérisé en ce que le processeur est configuré pour mettre en œuvre le procédé de limitation de correction de vitesse verticale baro-inertielle selon l’une quelconque des revendications précédentes. Aéronef caractérisé en ce qu’il comprend le système aéroporté selon la revendication 8. Produit programme d'ordinateur comprenant des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en œuvre le procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7. Support d'enregistrement lisible par ordinateur comprenant des instructions qui, lorsqu'elles sont exécutées par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en œuvre le procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7.