Brevet FR3134457A1 — publié le 20231013

Procédé de navigation, comprenant le calcul en continu d’une localisation inertielle et, à des instants courants successifs, l’obtention d’une localisation satellitaire pour calculer une localisation hybridée par hybridation de la localisation inertielle et de la localisation satellitaire. Le procédé comprend : le calcul d’un écart instantané à un instant donné puis d’un écart entretenu depuis l’instant de calcul dudit écart instantané jusqu’à l’instant courant pour disposer, pour une période de temps donnée, d’une pluralité d’écarts entretenus depuis des instants de calcul différents jusqu’à un même instant courant ; le calcul pour chaque écart entretenu d’au moins un indicateur de détection ; la comparaison, à un seuil, dudit indicateur de détection pour détecter une défaillance de la localisation hybridée à l’instant courant. FIGURE DE L’ABREGE : Fig. 1 Navigation hybridée avec détection de leurrage par surveillance d’écarts La présente invention concerne le domaine de la navigation et plus particulièrement la navigation hybride inertielle satellitaire. ARRIERE PLAN DE L’INVENTION Il est connu des systèmes de navigation inertielle comprenant une unité de mesure inertielle reliée par une liaison de données à une unité électronique de calcul de navigation. L’unité de mesure inertielle comprend des accéléromètres et des capteurs angulaires disposés selon les axes d’un repère de mesure pour fournir des signaux primaires représentatifs de l'intégrale, sur un pas de temps, du vecteur de force spécifique par rapport à un repère inertiel de référence. Les signaux successifs sont ainsi représentatifs de l’intégrale du vecteur de force spécifique d’un instant t 0 à un instant t 1 , puis de l’instant t 1 à un instant t 2 , puis de l’instant t 2 à un instant t 3 , etc.) : les signaux sont donc généralement appelés incréments. La force spécifique (en anglais « specific force », « g-force » ou « mass-specific force ») est, elle, une représentation de la somme, d’une part, de l’accélération du porteur (par exemple un véhicule) de l’unité de mesure inertielle par rapport au repère inertiel et, d’autre part, de la pesanteur terrestre. L’unité électronique de calcul de navigation comprend un processeur et une mémoire contenant un programme informatique de navigation qui est exécuté par le processeur et qui exploite les signaux fournis par l’unité de mesure inertielle pour déterminer des données inertielles de localisation du véhicule embarquant le système de navigation, ces données comprenant la position, la vitesse et l’attitude du véhicule qui sont calculées à partir des signaux provenant de l’unité de mesure inertielle. On sait que les données inertielles de localisation sont entachées d’erreurs liées notamment aux capteurs inertiels, comme les erreurs de dérive, les biais, et les erreurs de facteurs d’échelle. Ces erreurs affectent donc la précision de la navigation. Pour améliorer la précision de la navigation, il a été envisagé d’utiliser des capteurs inertiels plus coûteux et d’optimiser les traitements électroniques des signaux. Il est également connu d’utiliser des données externes de localisation, issues par exemple d’un système de navigation par satellites (système dits GNSS, comme les systèmes GPS, GALILEO, GLONASS, BEIDOU…), pour recaler périodiquement la navigation inertielle. On parle alors d’une navigation hybridée (ou hybride). On rappelle que le positionnement ou la localisation satellitaire consiste à recevoir des signaux émis par des satellites dont la position est connue et de déduire de la durée (ou temps de vol), entre l’émission et la réception de chacun des signaux, une mesure dite de pseudo-distance séparant le récepteur des signaux satellitaires et chacun des satellites dont le signal a été reçu (chaque signal comportant un identifiant du satellite et l’horaire d’émission du signal). Ainsi, il suffit de disposer des signaux de quatre satellites pour disposer de la latitude, de la longitude et de l’altitude du récepteur, qui forment des données satellitaires de localisation, ainsi que d’une erreur sur les durées mesurées, mais la localisation est d’autant plus précise qu’est grand le nombre de satellites dont les signaux ont été pris en compte par le récepteur pour calculer sa position. Un système de navigation hybride fusionne les données inertielles de localisation provenant de la centrale inertielle de navigation et les données satellitaires de localisation provenant du récepteur de signaux satellitaires. Ce système de navigation intègre un ou plusieurs filtres de Kalman agencés pour que la navigation hybride soit recalée sur les données satellitaires de localisation. Cependant, en parallèle du développement des récepteurs de signaux satellitaires, sont apparus des dispositifs leurrants pour leurrer ces récepteurs de signaux satellitaires (on parle de « leurrage » ou de « spoofing » des récepteurs). Un tel dispositif comprend une unité électronique de traitement reliée à un émetteur de signaux radiofréquences pour émettre des signaux frauduleux ayant les caractéristiques des signaux satellitaires. Plus précisément, l’unité électronique de traitement est agencée pour élaborer, à partir d’une position initiale réelle d’un récepteur de signaux satellitaires, des signaux frauduleux qui, lorsqu’ils sont captés par le récepteur de signaux satellitaires, conduisent le récepteur de signaux satellitaires à calculer une position erronée. La position initiale réelle du récepteur de signaux satellitaires peut être détectée par exemple au moyen d’un télémètre laser ou communiquée par le véhicule embarquant le récepteur de signaux satellitaires via l’émission de signaux de localisation imposée par certaines règles de navigation, notamment aérienne et maritime (signaux ADS-B ou AIS émis par les véhicules pour communiquer sa position à leurs voisins). Pour que les signaux frauduleux soient pris en compte par le récepteur de signaux satellitaires, il ne suffit pas d’émettre les signaux frauduleux avec une puissance supérieure aux signaux satellitaires originaux. Il faut également que les signaux frauduleux aient la même phase de code et un effet Doppler se trouvant dans la même gamme que celles des signaux satellitaires préalablement reçus par le récepteur de signaux satellitaires. Si le premier signal frauduleux reçu est cohérent avec la position calculée dernièrement par le récepteur de signaux satellitaires et avec les signaux satellitaires reçus antérieurement, et si les signaux frauduleux ultérieurement reçus sont cohérents entre eux, les signaux frauduleux seront utilisés par le récepteur de signaux satellitaires comme s’ils étaient de vrais signaux satellitaires et l’erreur sur la position réelle du récepteur de signaux satellitaires ne pourra pas être détectée. Le filtre de Kalman des systèmes de navigation hybride est protégé par un test d’innovation pour détecter les mesures aberrantes et les rejeter. Cependant, si les signaux frauduleux ont suffisamment de cohérence, alors ils peuvent satisfaire ce test d'innovation et il est donc ainsi possible d'amener à un recalage de la navigation hybride sur les positions de leurrage. Ainsi, les données satellitaires de positionnement qui permettent normalement de compenser les erreurs des données inertielles de positionnement sur le long terme sont affectées par les signaux frauduleux deviennent une source d’erreur de navigation. OBJET DE L’INVENTION L’invention a notamment pour but de détecter une opération de leurrage et, une fois l’opération de leurrage détectée, de fournir une navigation non leurrée. A cet effet, on prévoit, selon l’invention, un procédé de navigation, comprenant le calcul en continu d’une localisation inertielle et, à des instants courants successifs, l’obtention d’une localisation satellitaire pour calculer une localisation hybridée par hybridation de la localisation inertielle et de la localisation satellitaire, caractérisé en ce que le procédé comprend : le calcul d’au moins un écart instantané entre la localisation inertielle et la localisation hybridée à chaque instant courant ; le calcul, à partir de chaque écart instantané, d’un écart entretenu depuis l’instant de calcul dudit écart instantané jusqu’à l’instant courant par une intégration d’un indicateur d’erreur statistique de la localisation en utilisant un modèle d’évolution d’erreur de localisation, et la mémorisation de l’écart entretenu pour disposer, pour une période de temps donnée, d’une pluralité d’écarts entretenus et d’indicateurs statistiques entretenus depuis des instants de calcul différents jusqu’à un même instant courant ; le calcul pour chaque écart entretenu d’au moins un indicateur de détection comprenant un rapport entre : une différence entre l’écart instantané et l’écart entretenu, et une valeur basée sur l’indicateur d’erreur statistique entretenu et un indicateur d’erreur statistique de la localisation hybridée à l’instant courant ; la comparaison, à un seuil, dudit indicateur de détection pour détecter une défaillance de la localisation hybridée à l’instant courant. Ainsi, le leurrage est détecté en vérifiant que la différence entre, d’une part, l’écart instantané entre la navigation hybride opérationnelle et la navigation inertielle à l’instant courant et, d’autre part, chacun des écarts entretenus est cohérente avec les erreurs propres à la navigation inertielle. Comme on dispose de plusieurs écarts entretenus depuis des instants différents, on peut effectuer une analyse temporelle des écarts qui permet de détecter à la fois des opérations de leurrage rapide et des opérations de leurrage lent. On notera également que, avec l’invention, il n’est pas nécessaire de calculer une pluralité de navigations inertielles à partir d’instants différents, mais d’entretenir les écarts de ces navigations par rapport à la navigation hybride, ce qui nécessite des calculs plus simples nettement moins coûteux en ressources. 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. Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels : la est une vue schématique partielle d’un aéronef équipé d’un dispositif de navigation mettant en œuvre le procédé de l’invention ; la est un logigramme illustrant le procédé de l’invention ; la est un chronogramme illustrant l’état de la mémoire de ce dispositif de navigation à un instant donné. Procédé de navigation, comprenant le calcul en continu d’une localisation inertielle et, à des instants courants successifs, l’obtention d’une localisation satellitaire pour calculer une localisation hybridée par hybridation de la localisation inertielle et de la localisation satellitaire, caractérisé en ce que le procédé comprend : le calcul d’au moins un écart instantané entre la localisation inertielle et la localisation hybridée à chaque instant courant ; le calcul, à partir de chaque écart instantané, d’un écart entretenu depuis l’instant de calcul dudit écart instantané jusqu’à l’instant courant par une intégration d’un indicateur d’erreur statistique de la localisation en utilisant un modèle d’évolution d’erreur de localisation, et la mémorisation de l’écart entretenu pour disposer, pour une période de temps donnée, d’une pluralité d’écarts entretenus et d’indicateurs statistiques entretenus depuis des instants de calcul différents jusqu’à un même instant courant ; le calcul pour chaque écart entretenu d’au moins un indicateur de détection comprenant un rapport entre : une différence entre l’écart instantané et l’écart entretenu, et une valeur basée sur l’indicateur d’erreur statistique entretenu et un indicateur d’erreur statistique de la localisation hybridée à l’instant courant ; la comparaison, à un seuil, dudit indicateur de détection pour détecter une défaillance de la localisation hybridée à l’instant courant. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’indicateur d’erreur statistique comprend la variance de la localisation inertielle et dans lequel l’indicateur de détection est égal au carré de la différence entre l’écart instantané et l’écart entretenu sur la somme de la variance de la localisation inertielle entretenue et de la variance de la localisation hybride à l’instant courant. Procédé selon la revendication 1 ou 2, comprenant, en cas de dépassement du seuil, la fourniture d’une navigation de secours dans laquelle la localisation hybridée est remplacée par une localisation inertielle corrigée avec un écart entretenu depuis un instant antérieur à la défaillance détectée. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la localisation inertielle utilise des données de localisation horizontales comprenant des données de position. Procédé selon la revendication 4, les données de localisation horizontales comprennent également des données de vitesse. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la localisation satellitaire utilise des données satellitaires de localisation comprenant des pseudo-distances. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les localisations sont calculées à altitude et vitesse verticale stabilisées. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la mémorisation des écarts est effectuée selon un pas de temps prédéterminé. Procédé selon la revendication 8, dans lequel les écarts sont filtrés au cours du temps pour conserver dans le groupe, pour la période donnée, une première série d’écarts entretenus dernièrement mémorisés et des séries d’écarts entretenus de la première série par des multiples du pas de temps. Procédé selon la revendication 9, dans lequel les écarts mémorisés sont filtrés au cours du temps pour conserver dans le groupe, pour la période de temps donnée : une première série de n écarts entretenus dernièrement mémorisés séparés deux à deux par un pas de temps, une deuxième série de n écarts entretenus, séparée de la première série par deux fois le pas de temps, les écarts entretenus de la deuxième série étant séparés deux à deux par deux pas de temps, une troisième série de n écarts entretenus, séparée de la première série par quatre fois le pas de temps, les écarts entretenus de la troisième série étant séparés deux à deux par quatre pas de temps, une quatrième série de n écarts entretenus, séparée de la première série par huit fois le pas de temps, les écarts entretenus de la quatrième série étant séparés deux à deux par huit pas de temps, une cinquième série de n écarts entretenus, séparée de la première série par seize fois le pas de temps, les écarts entretenus de la cinquième série étant séparés deux à deux par seize pas de temps, une sixième série de n écarts entretenus, séparée de la première série par trente-deux fois le pas de temps, les écarts entretenus de la sixième série étant séparés deux à deux par trente-deux pas de temps.