FR 2514890 A1 19830422 FR 8217184 A 19821012 14890 La présente invention concerne un appareil de référence cap-position pourvu d'une plate-forme à deux axes, comprenant: a) un cadre extérieur qui est monté dans un support pour pouvoir pivoter autour d'un premier axe, b) un cadre intérieur qui est supporté dans le cadre extérieur de manière à pouvoir pivoter autour d'un second axe (y C) perpendiculaire au premier axe de pivotement (xc), qui détermine un système de coordon- nées avec un premier axe (xc), un second axe (yc) perpendiculaire au premier, coincidant avec le second axe de pivotement, et un troisième axe (zc) perpendi- culaire aux deux premiers, c) un gyroscope de position disposé sur le cadre intérieur, cl) dont le premier axe d'entrée est parallèle au premier axe (xc), et c 2) dont le second axe d'entrée/est parallèle au second axe (yc), et qui présente c 3) une première prise sur le premier axe d'entrée, ainsi que c 4) une seconde prise sur le second axe d'entrée, et c 5) un premier producteur de couple de rotation sur le premier axe d'entrée, et c 6) un second producteur de couple de rotation sur le second axe d'entrée, d) un premier palpeur d'inclinaison disposé sur le cadre intérieur, qui répond à une inclinaison du cadre intérieur par rapport à l'horizontale autour du premier axe de coordonnées (xc), e) un second palpeur d'inclinaison disposé sur le cadre intérieur, qui répond à une inclinaison du cadre intérieur par rapport à l'horizontale autour du second axe de coordonnées (y C), 14890 f) un premier moteur de règlage monté sur le support agissant sur le cadre extérieur, autour du premier axe de pivotement, g) un second moteur de règlage, monté sur le cadre extérieur, agissant sur le cadre intérieur, autour du second axe de pivotement, appareil dans lequel h) le signal de prise du premier plot de prise du gyroscope de position est connecté amplifié sur le premier moteur de règlage, i) le signal de prise du second plot de prise du gyroscope est connecté amplifié sur le second moteur de règlage, j) le signal du premier palpeur d'inclinaison peut être connecté sur le producteur de couple de rotation agissant autour du second axe d'entrée du gyroscope de position, et k) le signal du second palpeur d'inclinaison peut être connecté sur le producteur de couple de rotation agissant autour du premier axe d'entrée du gyroscope de position. Les plate-formes de ce genre sont connues comme gyroscope vertical Mais elles ne fournissent aucune information d'azimut On connaît, d'autre part, des appareils de référence cap-position avec plates-formes à trois axes De telles plates-formes sont très coûteuses du point de vue méca- nique. Enfin d'autres appareils de référence cap-position sont connus dans un mode d'exécution dit "Strap-down". Ces appareils comprennent un gyroscope tournant, monté à poste fixe sur un support ou, par exemple, sur un véhicule, à partir des signaux de vitesse de rotation duquel sont obtenues, par calcul, les informations relatives à la position Ce mode d'appareil implique une dépense très 14890 importante pour un calculateur. La présente invention a pour but d'améliorer un appareil de référence capposition du point de vue des dépenses mécaniques et de calcul. Conformément à l'invention, ce problème est résolu en ce que: 1) sur le cadre intérieur est disposé un gyroscope tournant, dont l'axe d'entrée (y K) s'étend perpendiculairement au premier et au second axe de coordonnées (xc, yc), m) les signaux de mesure d'accélération qui sont connectés sur le producteur de couple de rotation du gyroscope de position pour l'horizontalité du cadre intérieur sont connectés, après atteinte de l'état stationnaire, sur un calculateur pour former un signal qui représente la valeur de départ de l'angle d'azimut (y p(o)) entre le premier axe de coordonnées (xc) et le Nord, n) en un point d'addition sont additionnés: nj) d'une part, un signal représentant la vitesse de rotation par inertie du cadre intérieur autour de l'axe d'azimut (zc) perpendiculaire au premier et au second axes de coordonnées (xc et yc), et n 2) d'autre part, un signal représentant la composante verticale (fa S) de la vitesse de rotation de la terre, o) un intégrateur est prévu 01) sur lequel est connecté le signal de somme formé au point d'addition, 02) dans lequel est introduit, comme valeur de départ, l'angle de départ ( p( 0)) entre le premier axe de coordonnées (xc) et le Nord 03) et qui délivre un signal d'azimut reproduisant l'angle momentané (\Vp(t)) entre le premier axe de coordonnées (xc) et le Nord, p) un montage de transformation de coordonnées est prévu: Pi) sur lequel le signal d'azimut (y p(t)) est connecté comme signal d'angle de transformation, P 2) lequel reçoit un signal représentant la composante horizontale (j Qc) de la vitesse de rotation de la terre p 3) et qui délivre deux signaux (\ Tx 04 u) qui correspon- dent aux deux composantes de la composante hori- zontale en question, en direction du premier axe de coordonnées (xc) et du second axe de coordonnées (yc) respectivement. q) les deux signaux délivrés par le montage de transforma- tion Lde coordonnées sont connectés sur le producteur de couple de rotation monté sur le second axe d'entrée du gyroscope de position, ainsi que sur le producteur de couple de rotation monté sur le premier axe d'entrée du gyroscope de position. Grâce à la connexion des palpeurs d'inclinaison sur les producteurs de couple de rotation du gyroscope de position, il se produit une mise à l'horizontale A l'état stationnaire sont produits alors, sur les producteurs de couple de rotation, des signaux à partir desquels peut être déterminée la valeur de départ yp(O) de l'angle d'azimut entre le premier axe et le Nord Les variations de l'angle d'azimut sont déterminées au moyen du gyroscope tournant et sont intégrées, par l'intégrateur, avec l'angle de départ 9 p(O) ce qui fournit l'angle d'azimut momentané. Les composantes connues de la vitesse de rotation de la Terre, sont, à l'entrée de l'intégrateur, ainsi qu'à travers le montage de transformation de coordonnées, décomposées à nouveau en composantes et prises en compte dans les producteurs de couple de rotation du gyroscope de position Ainsi, le cadre intérieur est maintenu horizontal et l'intégrateur délivre de manière continue, 2514890 l'angle d'azimut On met ainsi à profit une plate-forme à deux axes, ce qui réduit la dépense mécanique L'angle d'azimut Xj p(t) est obtenu par le calcul d'après le mode dit "Strap-down" La dépense relative pour ce calcul est cependant faible Une disposition plus fine peut être réalisée de diverses manières. Une solution particulièrement avantageuse pour un support restant immobile au centre est constituée de la manière suivante: a) le premier et le second palpeurs d'inclinaison sont constitués comme des appareils de mesure d'accélaration dont les axes de sensibilité s'étendent parallèlement, respectivement, au second et au premier axes de coordon- nées (yc et xc), b) il est prévu un premier et un second intégrateurs, bl) sur lesquels sont connectés les signaux respectifs du premier et du second palpeurs d'inclinaison, et b 2) qui délivrent des signaux de composantes de vitesse (vyc(t) vx c(t)) qui représentent les vitesses respectives le long du second et du premier axes de coordonnées (yc et xc) c) il est prévu un premier montage de transformation de coordonnées: cl) sur lequel sont connectés les signaux des compo- santes de vitesse (v (t), Vxc(t)), et y c 2) auquel est amené, comme signal angulaire de trans- formation, le signal d'azimut (vp(t), et c 3) qui délivre des signaux de composantes de vitesse (vx V(t), vy (t)) transformés dans un système de coordonnées, qui résulte d'une rotation du premier et du second axes de coordonnées (xc et yc) d'un angle d'azimut (\ p(t)), de sorte que l'axe (x V) ainsi tourné indique essentiellement la direction du Nord et corresponde à une "plate-forme virtuelle" à trois axes ainsi constituée, d) des moyens de réglage sont prévus: dl) sur lesquels sont connectés les signaux de vitesse transformés (v V, vy V) comme signaux d'écart de réglage, et, d 2) qui délivrent des signaux de réglage V V (UTV, UT, U Tz) par lesquels la "plate-forme virtuelle" serait réglée, de manière fine, hori- zontalement et vers le Nord, e) un second montage de transformation de coordonnées est prévu: el) sur lequel sont connectés les signaux V V V (U Tx, U Ty( UT) e 2) auquel est amené, comme signal de transformation, le signal d'azimut (ôp(t)), et e 3) qui délivre des signaux de réglage transformés c u C c en retour (U Tx, UTY U Tz) qui se rapportent au système de coordonnées formé par le premier et le second axes (xc et yc) et l'axe d'azimut (zc) qui leur est perpendiculaire, f) un premier de ces signaux de réglage (U Tc) est connecté sur le producteur de couple de rotation efficace autour du second axe d'entrée du gyroscope de position, g) un second de ces signaux de réglage (UTC) est connecté sur le producteur de couple de rotation efficace autour du premier axe d'entrée du gyroscope de posi- tion, et h) un troisième de ces signaux de réglage (UTC) est connecté, avec un signe négatif, sur le point d'ad- dition entre le gyroscope tournant et l'intégrateur. Etant donné que le support est immobile dans le milieu, il ne doit se produire aucun signal de vitesse. Des signaux de composantes de vitesse qui sont obtenus par intégration des signaux provenant des mesureurs d'accélération sont par conséquent à attribuer à une erreur d'orientation de la plate-forme Ils représentent des signaux d'écart de réglage Des moyens de réglage produisent alors des signaux de réglage qui réalisent, par l'intermédiaire des producteurs de couple de rota- tion, l'orientation fine de la plate-forme En vue d'être indépendants de l'angle d'azimut variable> p(t), les signaux de composantes de vitesse sont tout d'abord transformés, par un premier montage de transformation de coordonnées, en un système de coordonnées qui cor- respond à une "plate-forme virtuelle" orientée avec le premier axe vers le Nord Les signaux de réglage sont déterminés dans ce système de coordonnées, et: sont ensuite transformés en retours par le second montage de transformation de coordonnées, en signaux de réglage pour la plate-forme réelle. Une constitution avantageuse est caractérisée en ce que: a) les moyens de réglage al) contiennent un premier régulateur, all) sur lequel peut Athe applique un premier signal de composante de vitesse transformé (v V (t)) comme signal d'écart de réglage, x a 12) dont le signal de réglage (U V) est connecté,, 12 Ty comme signal à transformer sur le second montage de transformation de coordonnées, a 2) un second régulateur, a 21) sur lequel est connecté un second signal V de composante de vitesse transformé (v (t)) comme signal d'cart de rglagey comme signal d'écart de réglage, 8 2514890 a 22) dont le signal de règlage est connecté sur le second montage de transformation de coordonnées, et a 3) un troisième régulateur a 31) sur lequel est connecté, comme signal d'écart de règlage, -le premier signal de vitesse trans- formé (V (t)) et, x a 32) qui délivre le troisième signal de réglage transformé en retour (UT" = UTC) et, b) entre le second régulateur et le second montage de trans- formation de coordonnées est constitué un point d'addition pour la formation du signal à transformer, dans lequel la composante horizontale (fi c) de la vitesse de la Terre est soustraite du signal de règlage du second régulateur. Des exemples de réalisation de l'invention sont décrits ci-après avec référence aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 est une vue schématique en perspective du prin- cipe de construction de l'appareil de référence cap-position; la figure 2 est une représentation, analogue à la figure 1, de la plate-forme avec les moyens pour une orientation grossière et pour la production d'un signal d'angle d'azimut; la figure 3 montre la position des différents systèmes de coordonnées, qui sont ici en question, et des erreurs d'orientation encore présentes lors de l'orientation gros- sière; la figure 4 est un diagramme par blocs montrant la dynamique de la plate-forme maintenue à poste fixe sur la Terre et orientée grossièrement; la figure 5 est un diagramme par blocs montrant une possibilité d'orientation fine de la plate-forme; la figure 6 montre le système de coordonnées d'un mode de réalisation, choisi à titre d'exemple, d'une plate-forme virtuelle" par, rapport à la plate-forme réelle représentée 14890 dans le système de coordonnées des figures 1 et 2 la figure 7 est un diagramme par blocs montrant la dynamique de la plate-forme virtuelle à poste fixe par rapport à la Terre; la figure 8 est un diagramme par blocs montrant l'orienta- tion fine de la plate-forme dans un exemple de réalisa- tion; - la figure 9 est un diagramme par blocs montrant le méca- nisme de "compas gyroscopique" de la plate-forme virtuelle, et la figure 10 est une représentation analogue à la figure 2 montrant une forme de réalisation avec orientation fine. L'appareil de référence cap-position des figures 1 et 2 contient une plate-forme à deux axes 10, avec un cadre extérieur 12, qui est supporté à pivotement, autour d'un premier axe de pivotement 13, dans un support 14, et un cadre intérieur ou "groupe" 16, qui est supporté dans le cadre extérieur 12, pour pivoter autour d'un second axe 17 perpendiculaire au premier axe de pivote- ment 13 Dans un mode d'emploi, le support 14 est une plate-forme d'observation, stationnaire, stabilisée, du genre de vis de levage Sur le cadre intérieur 16 est disposé un gyroscope de position à deux axes 18 Le cadre intérieur 16 définit un système de coordonnées c avec un premier axe x, un axe y C qui lui est perpendi- culaire et qui coïncide avec le second axe de pivotement 17, et un troisième axe zc qui est perpendiculaire à ces deux axes xc et yc. Le premier axe d'entrée 20 du gyroscope de position 18 est parallèle au premier axe de coordonnées xc Le second axe d'entrée 22 du gyroscope de position 18 est parallèle au second axe de coordonnées yc Perpendicu- lairement aux axes d'entrée 20 et 22, s'étend, vers le bas dans les figures 1 et 2, l'axe de rotation de déviation gyroscopique 24 du gyroscope de position Sur 25 i 4890 le premier axe d'entrée 20 du gyroscope 18, est prévue une première prise 26 qui prélève un angle de position f Sur le second axe d'entrée 22 du gyroscope 18, est prévue une seconde prise 28, qui prélève un angle de position c'( En outre, sur-le premier axe d'entrée 20 du gyroscope de position 18, est monté un premier producteur de couple de rotation 30, et, sur le second axe d'entrée 22, est monté un second producteur de couple de rotation 32. Sur le cadre intérieur 16, est monté un premier pal- peur d'inclinaison 34, qui répond à une inclinaison du cadre intérieur 16 par rapport à l'horizontale autour du c premier axe de coordonnées x Dans l'exemple de réali- sation représenté, le premier palpeur d'inclinaison 34 est un mesureur d'accélération, dont l'axe de sensibilité s'étend parallèlement au second axe de coordonnées yc. Sur le cadre intérieur 16, est, en outre, monté un second palpeur d'inclinaison 36, qui répond à une inclinaison du cadre intérieur 16 par rapport à l'horizontale autour du second axe de coordonnées yc Dans l'exemple représenté, le second palpeur d'inclinaison 36 est un mesureur d'ac- célération, dont l'axe de sensibilité est parallèle au c premier axe de coordonnées x Sur le support 14 est monté un premier moteur de règlage 38, qui agit sur le cadre extérieur 12 autour du premier axe de pivotement 13 Sur le cadre extérieur 12 est monté un second moteur de règlage 40, qui agit sur le cadre intérieur autour du second axe de pivotement 17. Le signal de prise de la première prise 26 du gyroscope de position 18 est amplifié par un amplificateur 42 et est connecté, avec un montage de réseau 44, sur le premier moteur de règlage 38 Le signal de prise de la seconde prise 28 est amplifié par un amplificateur 46 et est connecté, avec un montage de réseau 48 sur le second moteur de règlage 40. Pour une orientation grossière, le signal du premier palpeur d'inclinaison 34 est connecté sur le il 2514890 producteur de couple de rotation 32 qui agit autour du second axe d'entrée 22 du gyroscope de position 18 De manière correspondante, le signal provenant du second palpeur d'inclinaison 36 est connecté sur le producteur de couple de rotation 30, qui agit autour du premier axe d'entrée 20 du gyroscope 18. Dans le cas d'une inclinaison du cadre intérieur 16 par rapport à l'horizontale, autour du premier axe de coordonnées x C, le palpeur d'inclinaison 34 délivre un signal, qui est connecté sur le producteur de couple de rotation 32 Ce dernier applique alors sur le gyros- cope de position 18 un couple de rotation autour de son second axe d'entrée 22 Ce couple provoque une précession du gyroscope de position 18 autour de son premier axe d'entrée 20 et cette précession produit un signal sur le plot de prise 26 Par ce signal de prise, le moteur de règlage 38 est mis en marche et il fait tourner le cadre intérieur 16 autour du premier axe de coordonnées dans la direction de l'horizontale De manière analogue, a partir du second palpeur d'inclinaison, par l'inter- médiaire du producteur de couple 30, du plot de prise 28 et du moteur de règlage 40, est provoquée une mise à l'horizontale autour du second axe de coordonnées yc A l'état stationnaire, apparaissent alors, sur les producteurs de couple de rotation 30 et 32, des signaux qui dépendent de la valeur de départ de l'angle d'azimut V p ( 0) entre le premier axe de coordonnées et le Nord. Ces signaux sont transmis à une calculatrice 50 (figure 2) qui produit, à partir d'eux, un signal représentant la valeur de départ \Èp(o). Le cadre intérieur 16 détermine un système de coordonnées qui est caractérisé par les deux axes xc et yc et un axe zc qui est perpendiculaire aux deux premiers Ce système étant désigné dans la suite par système de coordonnées "à groupe fixe". 12 2514890 Sur le cadre intérieur 16 est disposé un gyroscope tournant 52 dont l'axe d'entrée y K est perpendiculaire au premier et au second axes de coordonnées x C et yc, ou à des axes parallèles à ceux-ci. La figure 2 montre comment la plate-forme à deux axes décrite est maintenue fixe par rapport à la Terre et comment l'angle d'azimut de départ " p(t) entre le premier axe de coordonnées XC et le Nord est déterminé. Dans ce but, en un point d'addition 54, sont additionnés, d'une part, un signal représentant la vitesse de rotation d'inertie w K = Wc du cadre intérieur 16 autour y z de l'axe d'azimut zc perpendiculaire au premier et au second axes de coordonnées x et y C, et, d'autre part, un signal représentant la composante verticale connue = sin de la vitesse de rotation de la Terre, fl Q étant la vitesse de rotation terrestre et j la latitude Il est ainsi considéré que le gyroscope tournant mesure la vitesse de rotation dans l'espace d'inertie et que la Terre, avec la plate-forme immobile tourne par rapport à l'espace d'inertie Le point d'addition 54 four- nit ainsi la vitesse de rotation de la plate-forme relati- vement à la surface de la Terre, c'est-à-dire la variation de l'angle d'azimut instantané + p(t) Le signal ainsi obtenu est intégré par un intégrateur 56 Comme valeur de départ, est introduite, dans l'intégrateur 56, la valeur de départ de l'angle d'azimut Y p(O) qui a été déterminé par la calculatrice 50 à partir des signaux prélevés aux producteurs de couple de rotation 30 et 32 L'intégrateur 56 délivre ainsi, comme signal d'angle d'azimut, la valeur de l'angle d'azimut instantané V p(t). Un signal représentant la composante horizontale, également comme, Q c = N cos e de la vitesse de rotation de la Terre, est connecté sur un montage de transformation de coordonnées 58, sur lequel est connecté le signal d'angle d'azimut p(t) comme signal angulaire de transfor- mation, Le montage de transformation de coordonnées P réalise une transformation de coordonnées CR, à partir d'un système de coordonnées fixe par rapport à la Terre, avec direction EST, NORD et verticale, en un système de coordonnées de plate-forme ou "de groupe fixe" (cluster). Le montage de transformation de coordonnées 58 délivre ainsi, sur deux sorties 60 et 62, des signaux qui corres- pondent respectivement aux composantes de la composante horizontale Q c mentionnée plus haut, en direction du c c premier et du second axes de coordonnées x et y Les deux signaux délivrés par le montage de transformation de coordonnées 58 aux deux sorties 60 et 62 sont transmis et connectés sur le producteur de couple de rotation 32, monté sur le second axe d'entrée du gyroscope de position 18, ainsi que sur le producteur de couple 30 monté sur le premier axe d'entrée du gyroscope 18 Ce gyroscope de position 18 exécute alors un déplacement de précession correspondant aux composantes de la vitesse de rotation de la Terre, et, par l'intermédiaire des prises 26 et 28, et des moteurs 38 et 40, le cadre intérieur 16 est dépla- cé en conséquence, de telle sorte que le cadre 16 reste horizontalement fixe par rapport à la Terre. De cette manière se trouve réalisée une orientation grossière de la plate-forme 10 suivant l'horizontale L'in- tégrateur 56 délivre alors l'angle d'azimut instantané 9 p (t) Le règlage d'orientation décrit ci-dessus n'est qu'une orientation grossière qui est encore frappée d'erreurs d'orientation Le cadre intérieur 16 n'est pas rigoureusement horizontal et l'angle p est également frappé d'une erreur Les conditions sont représentées dans la figure 3. Le système de coordonnées à groupe fixe contient, c c c comme dit cidessus, les axes de coordonnées x C, y et z. Un système de coordonnées fixe par rapport à la Terre est 14 2514890 déterminé par les axes de coordonnées x = Nord, y R = Est et z R = verticale (vers le bas) Un système de coordonnées "à plate-forme fixe" avec les axes de coordon- nées x P, y P et zp correspond à la position du premier et du second axes de la plate-forme dans une orientation précise idéale Dans ce cas le premier axe et le second axe seraient exactement horizontaux et seraient orientés comme en directions x P et y P Le troisième axe de coordon- nées s'étendrait en direction z P, verticalement vers le R bas et colnciderait ainsi avec l'axe z du système de coordonnées fixe par rapport à la Terre L'axe x R = Nord et l'axe x P enfermeraient entre eux l'angle \jlp indiqué par la sortie de l'intégrateur 56 Cependant, en réalité, le système de coordonnées à groupe fixe est frappé d'er- reurs d'orientation qui sont définies par les angles d'erreur e ey et ez Le système de coordonnées x P, y P z P se transforme en système de coordonnées xc, yc, zc par les rotations suivantes: Les axes x P et y P sont tournés d'un angle ez autour de l'axe zp et l'axe x P ainsi tourné est alors pivoté d'un angle ey autour de o c l'axe y P pour donner l'axe x L'axe YP également tourné de l'angle O z est pivoté de l'angle Ex autour de l'axe xc ce qui donne l'axe yc. Dans la représentation de la figure 2, il a été supposé que le cadre intérieur était orienté d'après le système de coordonnées x P, y, z P. Quantitativement, la disposition suivant la figure 2 est caractérisée par les relations suivantes: Pour les composantes de la vitesse de rotation de la Terre dans le système de coordonnées P de la plate-forme fixe (l)f QP = Rp, ians Raqueeie dans laquelle ( 2) a I R je V c = o L Cp étant la matrice de transformation pour la R mation d'un vecteur du système de coordonnés rapport à la Terre (système de coordonnées R) système de coordonnées P Dans ce cas on a: ( 3) cy S P ( CR = P Y p transfor- fixe par dans le Dans cette matrice les termes "sin" et "cos" sont abrégés respectivement en "s" et "c" Il en résulte pour les composantes de la vitesse de la Terre dans le système de coordonnées P ( 4) _n, ie i P y, ie P z, ie = cos y p fn c = sin p c = -fis En vue de constituer le gyroscope de position pour une stabilisation de la plate-forme de rotation de la Terre, des signaux correspondant à J x ie et P, ie x > y, ie sont appliqués, par le montage de transformation de coordonnées 58, sur les producteurs de couple de rotation 32 et 30. Le gyroscope de rotation mesure la composante w P 2 ip dela vitesse de rotation du système de coordonnées P par rapport à l'espace inerte: P ( 5) wz, P = n P zi ie P + O z' e P 16 2514890 Dans cette équation, Cz Ue P est la composante z de la rotation du système de coordonnées P, c'est-à-dire du cadre intérieur 16, si l'on fait abstraction des erreurs d'orientation, par rapport à la Terre Cela constitue l'information utile, à savoir la variation Vp ce l'angle d'azimut yp Cette grandeur est formée par le point d'addition 54 d'après la formule ( 6) z e P P P 2.1 ep z, i F s son intégration par l'intégrateur 56 donne l'angle d'azimut instantané i p (t). Par glissement de dérive des gyroscopes 18 et 52, se produisent les erreurs d'orientation représentées dans la figure 3 avec les angles d'erreur G, 9 et e En consé- X'y z quence de ces angles d'erreur, des composantes encore non compensées de la rotation de la Terre agiront à nouveau sur les axes d'entrée des gyroscopes 18 et 52, ce qui se ma- nifeste également sur les angles d'erreur Ox, c 9 y et ez Le comportement dynamique de la plate-forme frappée de ces angles d'erreur est représenté dans la figure 4. Par exemple, l'angle d'erreur EO est obtenu par x intégration de la dérive dx du gyroscope de position 18 autour de l'axe d'entrée 20, comme cela est représenté par le bloc 64 dans la figure 4 Sur l'axe d'entrée 20, agit cependant également, en raison de l'angle d'erreur 9 y, une composante proportionnelle à ce dernier de la composante de vitesse de rotation de la Terre N z, qui est représentée par le bloc 66, ainsi que, avec un signe opposé, en raison de l'angle d'erreur O, une composante proportionnelle à dernier de la vitesse de rotation de la Terre f y, qui est représentée par le bloc 68 Dans le modèle dynamique de la figure 4, ces composantes et le glissement de dérive dx sont additionnés au point 70 et ils fournissent, intégrés, 17 2514890 l'angle d'erreur x Les relations pour les angles d'erreur O y et O z sont correspondantes. Sous l'effet des angles d'erreur Q et Oy, il se x produit une accélération apparente O g et O g, x y g étant l'accélération terrestre, qui est représentée par les blocs 72 et 74. Ces accélérations apparentes se superposent encore, comme cela est représenté par les points d'addition 76 ou 78, avec les erreurs de point zéro b ainsi que b des yx mesureurs d'accélération 34 et 36 L'intégration des signaux de sortie des palpeurs d'inclinaison (mesureurs d'accélération) 34 et 36 telle qu'elle est représentée par les blocs 80 et 82, fournit alors des composantes finales de vitesse vx et vy, même lorsque la plate-formeest en réalité au repos. De telles composantes de vitesse v et v peuvent, x y comme le montre la figure 5, être connectées, comme vecteur de mesure e, sur un filtre de Kalman 84, lequel reproduit le modèle suivant la figure 4, et qui délivre des valeurs estimées (x' e et 8 z pour les angles d'erreur, ainsi que y z des valeurs estimées pour les composantes de vitesse vx, vy qui peuvent être rassemblées en un vecteur x Ces A A A valeurs estimées ôx X, (, ez vx et vy sont amenées à un algorithme de règlage 86 qui délivre des grandeurs de règlage Ux, U et Uz, qui peuvent être rassemblées en y un vecteur de règlage U Ces grandeurs de règlage sont connectées sur la plate-forme 10 Les grandeurs de règlage U et U chargent alors les producteurs de couple 32 et 30, x y et la grandeur de règlage U corrige le signal de vitesse zangulaire à l'entrée de l'intégrateur 56 (figure 2) angulaire A l'entrée de l'intégrateur 56 (figure 2) Ce mode de réalisation offre l'avantage qu'il fonctionne correctement même dans le cas de perturbations réellement considérables Il est cependant assez coûteux du point de vue de la dépense de calculatrice Cela résulte du fait que le système de la figure 4 est va- riable dans le temps c'est-à-dire que la grandeur 'p(t) n'est pas constante. Une solution plus simple est décrite ci-après, avec référence aux figures 6 à 10. La plate-forme 10 est encore orientée horizontale- ment par l'intermédiaire d'un cadre intérieur et d'un cadre extérieur Mais elle n'est, en outre, pas orientée en azimut, comme cela serait le cas avec une plate-forme à trois dimensions On peut donc imaginer une "plate- forme virtuelle" dont la position serait obtenue par une rotation de la plate-forme réelle 10, d'un angle Yp s autour de l'axe vertical z P du système de coordonnées P. Les axes du système de coordonnées V défini par cette plate-forme virtuelle et leurs relations avec le système de coordonnées R fixe par rapport à la Terre, le système de coordonnées P, et le système de coordonnées C fixe par rapport au cadre sont représentés dans la figure 6. Dans la rotation (imaginaire), le premier axe x de la plate-forme réelle 10 deviendrait l'axe x de la plate- forme virtuelle, le second axe y l'axe y et l'axe z, V perpendiculaire aux deux premiers devient l'axe z Tandis que, lors d'une rotation du système de coordon- nées P suivant l'angle d'azimut yp, les axes de coordon- nées x, y P, z coïncideraient avec les axes de coordon- nées x, y et z du système de coordonnées fixe par rapport à la Terre, la plate-forme virtuelle présenterait, par rapport au système de coordonnées terrestre, des erreurs d'orientation qui sont définies par les angles d'erreur Yx, y et yz. Pour une telle "plate-forme virtuelle", il existe une dynamique qui est représentée dans la figure 7 par 19 2514890 un diagramme par blocs analogue à celui de la figure 4. Cette figure 7 s'obtient, à partir de la figure 4, en remplaçant Il z par Q N c'est-à-dire par la composante verticale négative de la vitesse de rotation de la Terre, et en remplaçant np par Ilc, c'est-à-dire par la compo- sante horizontale de la vitesse de rotation de la Terre. Cette valeur I P se transforme ainsi en c lorsque le système de coordonnées P est tourné en système de coordon- nées terrestre R, tandis que la composante ICPL disparatt. y Les relations dans ce système de coordonnées V sont indépendantes de wp et sont par conséquent invariables dans le temps. Dans l'exemple de réalisation choisi, comme repré- senté dans la figure 8, les signaux de composantes de vitesse vc et vc obtenus par intégration des signaux x y d'accélération (figure 4), sont transformés, par un pre- mier montage de transformation de coordonnées 84, avec l'angle connu y bt) , dans le système de coordonnées x V, y, z de la plate-forme virtuelle, de telle sorte que les signaux de composantes de vitesse transformés vx, v soient obtenus Ceux-ci sont connectés sur les y moyens de règlage 86 qui délivrent les signaux de règlage U X UT et U S Ces signaux de règlage peuvent être Tx' Ty Tz rassemblés en un vecteur UT dans le système de coordonnées V Ce vecteur U est alors transformé en retour, par un second montage de transformation de coordonnées, en le signal d'azimut connu) p(t) dans le système de coordon- nées C Les signaux de règlage ainsi obtenus, U c, U Tc Tx' Ty et UT qui peuvent être groupés en un vecteur U sont connectés sur la plate-forme réelle 10. La figure 9 montre le mode de constitution des moyens de règlage 86 et la manière dont ils agiraient sur la "plate-forme virtuelle" comme compas gyroscopique. La figure 9 représente, par un diagramme par blocs analogue à la figure 7, la dynamique de la plate-forme virtuelle On était déjà parti du fait que la plate-forme est au repos dans le milieu Cependant, si des signaux de composantes de vitesse v et v se produisent, ces signaux y doivent être attribués à une orientation erronée ainsi qu'il a été décrit à propos de la figure 4 Ces compo- santes de vitesse v et v peuvent par conséquent servir x y de signaux d'écart de réglage pour un circuit de réglage grâce auquel la plate-forme virtuelle serait automatiquement orientée horizontalement et en direction du Nord. Cela est représenté dans la figure 9 Dans cette figure le signal de composante de vitesse v est connecté, par y l'intermédiaire d'un régulateur 88 avec une fonction de transmission F (s), sur le point d'addition 90, à l'entrée du bloc 92 représentant une intégration Cela correspond à une connexion sur le producteur de couple de rotation 32 de la plate-forme virtuelle tournée Le signal de compo- sante de vitesse v est connecté, par l'intermédiaire x d'un régulateur 94 avec une fonction de transmission F y(s) sur le point d'addition 94 ', à l'entrée du bloc 96 qui représente également une intégration Cela correspond à une connexion sur le producteur de couple de rotation 30 de la plate-forme virtuelle tournée Grâce à ces processus de réglage, la plate-forme virtuelle serait mise à l'hori- zontale. Dans le cas d'une déviation de l'axe x par rapport au Nord, c'est-à-dire d'un angle d'erreur fini 2 v il subsiste cependant toujours un signal Ifz f c au point d'addition 94 ' Il s'agit toujours d'une composante de la composante horizontale de la rotation de la Terre en v direction de l'axe x Il en résulte que la plate-forme s'écarte de la position horizontale L'angle d'erreur t el 25 14890 croit, ce qui provoque un signal Y yg du mesureur d'accélé- ration 36 (comme indiqué par le bloc 98) lequel délivre, par l'intermédiaire de l'intégration suivant le bloc 100, v en outre, un signal de composante de vitesse v Ce x signal est transmis, par l'intermédiaire d'un régulateur 102 avec un signe négatif sur un point d'addition 104, qui délivre, par une intégration suivant le bloc 106, l'angle d'erreur %z Le signal de règlage U V tend à l'angle Tz rendre nul cet angle d'erreur y z Le régulateur 102 a une fonction de transmission FZ(s). Ainsi, au moyen des trois régulateurs 88, 94 et 102, la plate-forme virtuelle serait mise à l'horizontale et orientée, avec son premier axe x vers le Nord Il s'agirait là d'une orientation fine de la plate-forme virtuelle. En réalité, la plate-forme virtuelle n'existe cependant pas En conséquence, il est prévu un second montage de transformation de coordonnées 108, lequel transforme (figure 8), le vecteur U des signaux de règlage en un vecteur U de signaux de règlage rapporté maintenant à un système de coordonnées fixe de cadre intérieur U.c Tx ( 7) U Tc Uc ( 7 Ty U c Tz Les signaux de règlage ainsi obtenus sont connectés sur la plateforme réelle 10 Cet état est représenté dans la figure 10, Les signaux délivrés par le premier et le second palpeurs d'inclinaison, 34 et 36, constitués comme des 14890 mesureurs d'accélération, sont connectés respectivement sur un premier et sur un second intégrateurs 110 et 112. Le premier intégrateur 110 délivre un signal de compo- c sante de vitesse v (t) qui représente une vitesse le c long du second axe y Le second intégrateur 112 délivre un signal de composante de vitesse v (t), qui représente x c une vitesse le long du premier axe x Les deux signaux de vitesse v c(t) et vc(t) sont connectés sur le premier x y montage de transformation de coordonnées 84 auquel est amené également le signal d'angle de transformation cons- titué par le signal d'angle d'azimut de l'intégrateur 56. Ce montage effectue une transformation des signaux de composante de vitesse, provenant du système de coordonnées fixe x, y et z dans le système de coordonnées V de "la plate-forme virtuelle", qui est produite par une ro- tation du premier et du second axes x, y d'un angle égal à l'angle d'azimut Y p, comme il a été expliqué à propos de la figure 6 Le montage de transformation de coordonnées 84 délivre alors des signaux de composantes de vitesse transformés v (t) et v (t) Ces signaux de x y composantes de vitesse transformés sont connectés (comme dans la figure 9) , comme signaux d'écart de réglage, sur le régulateur. Le signal de composante de vitesse transformé v V(t) est connecté sur un régulateur 114 avec une fonction de transmission F (s), et ce régulateur délivre un signal de règlage UV O Le signal de composante de vitesse v (t) U Tx x est en plus connecté sur un régulateur 116 avec une fonction de transformation F (s) et ce régulateur délivre zz un signal de règlage UT Le signal de composante de vitesse v (t) est connecté sur un régulateur 118 avec y une fonction de transmission F (s) et le signal de sortie de ce régulateur 118 est soumis, dans un point d'addition 23 2514890 , à la soustraction de la composante horizontale QC de la vitesse de rotation de la Terre Il est ainsi formé un signal de règlage U V Au moyen des signaux de règlage U Uy et UT la "plate-forme virtuelle", comme expliqué dans la figure 9 serait soumise à une orientation fine horizontalement et vers le Nord. Ces signaux de règlage U, U et U sont con- Tx' Ty Tz nectés sur le second montage de transformation de coordon- nées 108 auquel est amené, en outre, comme signal d'angle de transformation, le signal d'angle d'azimut Np(t) pro- venant de l'intégrateur 56 Ce second montage de transfor- mation de coordonnées 108 réalise une transformation en retour des signaux de réglage dans le système de coordon- nées fixe Il délivre alors des signaux de règlage trans- formés en retour UT, U Tc et U 1 c qui se rapportent au système de coordonnées formé par le premier axe x, le second axe y et l'axe d'azimut z perpendiculaire aux deux premiers. Un premier de ces signaux de règlage U Tc est connecté sur le producteur de couple de rotation 32, qui est efficace autour du second axe d'entrée 22 du gyroscope de position 18 Un second de ces signaux de règlage U Tc est connecté sur le producteur de couple de rotation 30, qui est efficace autour du premier axe d'entrée 20 du gyroscope de position 18 Le troisième signal de réglage UT est connecté, avec un signe négatif, sur le point d'addition 54 entre le gyroscope de rotation 52 et l'in- tégrateur 56. * Quantitativement, ces opérations s'effectuent comme suit: Si l'on néglige tout d'abord les erreurs d'orientation (lesquelles ont été déjà ramenées au zéro par le réglage), on peut dire que le système de coordonnées V de la plate- forme virtuelle résulte du système de coordonnées C fixe par une rotation autour de l'axe z, d'un angle Y p- La matrice de transformation Cv pour la transformation c d'un vecteur provenant du système de coordonnées C dans le système de coordonnées V est alors: s Vc _ O ( 8) c =S c p c 1 dans laquelle "sin" abrégé est remplacé par "s) et "cos" est remplacé par "c" En conséquence des erreurs d'orienta- tion, le système de coordonnées V ne coincide pas exacte- ment avec le système de coordonnées R. La matrice de transformation pour le passage du système de coordonnées R fixe par rapport à la Terre au système de coordonnées V de la plate-forme virtuelle est la suivante: = yz y ( 9)c R f 1 x R z x f Y -?x 1 Lorsque la plate-forme réelle 10, comme décrit, est maintenue fixe par rapport à la Terre, par les signaux: c |', ie Tx x ( 10) c = P_ ( 10)T = Ty yie ns As appliqués aux producteurs de couple de rotation 30 et 32, on obtient, avec la transformation suivant l'équation ( 8) les valeurs suivantes: c CP W Tx c Sy 1 p <>Tx + fl s cl s Y p t Ty c c w J t O Ty y P Ty -j Dans le cas idéal on a: c ( 12) J 0. s Cependant, en raison des erreurs d'orientation, il se produit, autour des axes de la plate-forme virtuelle les composantes suivantes de la vitesse de rotation de la Terre: ( 13) -ie c R R ( K c = Pz nc o y Q-c + Tyf s Yx q-'s s Par les signaux ultérieurs conformes à l'équation ( 11) les composantes de la vitesse de la Terre indépendantes des erreurs d'orientation, sont exclues de leur influence sur la modification des erreurs d'orientation. Il reste donc pour les variations des angles d'erreur y x' y et Pz les équations suivantes: ( 14) Ty = Rzflc + 'fx As V ( 11) T V c c -T f z = Le y lic L'équation ( 13) donne la vitesse de rotation de la Terre dans le-système de coordonnées V, c'est-à-dire la vitesse avec laquelle la Terre se déplace par rotation au-dessous de la plate-forme virtuelle Les variations des angles d'erreur x, y, Z sont par conséquent égales aux composantes négatives, non compensées, de la vitesse de la Terre dans le système de coordonnées V Les équations ( 14) sont à la base du diagramme par blocs de la figure 7. Le premier montage de transformation de coordonnées c 84 transforme le vecteur de vitesse v dans le système de coordonnées V avec la matrice de transformation de l'équa- tion ( 8) c c c yp vx S -p v 1 CV V c c v = cv = S p v + c V vy c v z La transformation en retour effectuée par le second montage de transformation de coordonnées 108 a lieu avec une matrice de transformation CV qui résulte de l'équation ( 8) en remplaçant S p par -i 1 p. 27 2514890 R E V E N D ICAT I O N S 1 Appareil de référence cap-position à plate-forme à deux axes ( 10) du type comprenant: (a) un cadre extérieur ( 12) monté dans un support ( 14) pour pivoter autour d'un premier axe de pivotement (b) un cadre intérieur ( 16) supporté dans le cadre extérieur ( 12) pour pivoter autour d'un second axe ( 17) perpendiculaire au premier ( 13) et qui détermine un système de coordonnées avec un premier axe (Xc), un second axe (yc) perpendiculaire au premier et coïncidant avec le second axe de pivotement ( 17) et un troisième axe (zc) perpendiculaire aux deux premiers (c) un gyroscope de position à deux axes ( 18) disposé sur le cadre intérieur ( 16) (cl) dont le premier axe d'entrée ( 20) est parallèle au premier axe de coordonnées (x), et (c 2) dont le second axe d'entrée ( 22) est parallèle au second axe de coordonnées (yc), et qui (c 3) comporte une première prise ( 26) sur le premier axe d'entrée ( 20), ainsi qu' (c 4) une deuxième prise ( 28) sur le second axe d'entrée ( 22), et (c 5) un premier producteur de couple de rotation ( 30) sur le premier axe d'entrée ( 20), ainsi qu'un (c 6) second producteur de couple de rotation ( 32) sur le second axe d'entrée ( 22) (d) un premier palpeur d'inclinaison ( 34) disposé sur le cadre intérieur ( 16) répondant à une inclinaison du cadre intérieur ( 16), par rapport à l'horizontale, autour du premier axe de coordonnées (xc), (e) un second palpeur d'inclinaison ( 36) disposé sur le cadre intérieur ( 16), répondant à une inclinaison du cadre par rapport à l'horizontale, autour du se- cond axe de coordonnées (y) (f) un premier moteur de réglage ( 38) monté sur le support ( 14) et agissant, autour du premier axe de pivotement ( 13), sur le cadre extérieur ( 12), et (g) un second moteur de réglage ( 40), monté sur le cadre extérieur ( 12) et agissant, autour du second axe de pivotement ( 17) sur le cadre intérieur ( 16) dans lequel (h) le signal de la première prise ( 26) du gyroscope de position ( 18) est connecté, amplifié, sur le premier moteur de réglage ( 38), (i) le signal de la seconde prise ( 28) du gyroscope de position ( 18) est connecté, amplifié, sur le second moteur de réglage ( 40) (j) le signal du premier palpeur d'inclinaison ( 34) peut être connecté sur le producteur de couple ( 32) qui agit autour du second axe d'entrée ( 22) du gyroscope de position ( 18), et (k) le signal du second palpeur d'inclinaison ( 36) peut être connecté sur le producteur de couple de rotation ( 30) qui agit autour du premier axe d'entrée ( 20) du gyroscope de position ( 18), appareil caractérisé en ce que ( 1) sur le cadre intérieur ( 10) est monté un gyroscope à rotation ( 52) dont l'axe d'entrée (y) est per- pendiculaire au premier et au second axes de coordon- c c nées (xc, y) 29 2514890 (m) les signaux d'accélération connectés sur les producteurs de couple ( 30, 32) du gyroscope de po- sition ( 18) pour régler l'horizontalité du cadre intérieur ( 16) sont connectés, après atteinte de l'état stationnaire, sur une calculatrice ( 50) pour former un signal qui représente la valeur de départ de l'angle d'azimut (y p( 0)) entre le premier axe (xc) et le Nord, (n) en un point d'addition ( 54) (nl) un signal représentant la vitesse de rotation d'inertie du cadre intérieur ( 16) autour de l'axe d'azimut (z) perpendiculaire au premier et au second axes de coordonnées (xc et yc est additionné avec (n 2) un signal représentant une composante verticale ( f) de la rotation de la Terre, (o) un intégrateur ( 56) est prévu ( 01) sur lequel est connecté le signal de somme formé au point d'addition ( 54), ( 02) dans lequel est introduite, comme valeur de dé- part, l'angle de départ (y p( 0)) entre le premier axe de coordonnées (x c) et le Nord, et (O 3) qui délivre un signal d'azimut reproduisant l'angle momentané (V p(t)) entre le premier axe de coordonnées (xc) et le Nord (p) un montage de transformation de coordonnées ( 58) est prévu, (pl) sur lequel est connecté, comme signal d'angle de transformation, le signal d'azimut momentané (y p(t), (p 2) qui reçoit également un signal représentant la composante horizontale (Quc) de la vitesse de rotation de la Terre, et 14890 (p 3) qui délivre deux signaux ( S T ' WT) qui correspondent aux deux composantes de la com- posante horizontale en question en direction du premier et du second axes de coordonnées (x et yc), et (q) les deux signaux délivrés par le montage de transfor- mation de coordonnées ( 58) sont connectés respective- ment sur le producteur de couple ( 32) monté sur le second axe d'entrée ( 22) du gyroscope de position ( 18) et sur le producteur de couple ( 30) monté sur le premier axe d'entrée ( 20) du gyroscope de position. 2 Appareil suivant la revendication 1 pour un support ( 14) stationnaire dans le milieu, caractérisé en ce que (a) le premier et le second palpeurs d'inclinaison ( 34, 36) sont des mesureurs d'accélération, dont les axes de sensibilité sont parallèles, respectivement, au second et au premier axes de coordonnées (y et x) (b) un premier ( 110) et un second intégrateurs ( 112) sont prévus (b 1) sur lesquels sont connectés les signaux respec- tifs du premier ( 34) et du second palpeurs ( 36), et (b 2) qui délivrent des signaux de composantes de vitesse (v C(t) et (vc(t) qui représentent respectivement les vitesses le long du premier et le long du second axes de coordonnées (xc, yc)> (c) un premier montage de transformation de coordonnées ( 84) est prévu, (cl) sur lequel sont connectés les signaux de com- posantes de vitesse (v (t) et (v (t) et auquel, y (c 2) est amené comme signal d'angle de transformation, le signal d'azimut ( p(t)), (C 3) ce montage délivrant des signaux de composantes de vitesse transformés (v (t) , vv (t)) dans un v X y système de coordonnées qui résulte d'une rotation du premier et du second axes (x et yc) d'une quan- tité égale à l'angle d'azimut (ô p(t)), de telle sorte que l'axe qui a été tourné (x) montre essentiellement la direction du Nord, et qui correspond ainsi à une "plate-forme virtuelle" à trois axes, ainsi orientée, (d) des moyens de règlage ( 86) sont prévus, (dl) sur lesquels sont connectés les signaux de vitesse V V transformés (v x, v) comme signaux d'écart de y règlage, (d 2) qui délivrent des signaux de règlage (UT UTV Tx' Ty et U Tr) par lesquels la "plate-forme virtuelle" subit une orientation fine horizontalement et vers le Nord, (e) un second montage de transformation de coordonnées ( 108) est prévu, (el) sur lequel sont connectés les signaux de règlage (UV V TTV (UT U Ty Tz (e 2) auquel est amené, comme signal d'angle de trans- formation, le signal d'azimut ( p(t)) et (e 3) qui délivre des signaux de réglage transformés en retour qui sont rapportés à un système de coordonnées formé du premier et du second axes (xc et y c) et de l'axe d'azimut (z c) qui leur est perpendiculaire, (f) un premier de ces nouveaux signaux de règlage (UTC) est connecté sur le producteur de couple ( 32) agissant sur le second axe d'entrée ( 22) du gyroscope de position ( 18), 32 2 $ 14890 (g) un deuxième de ces signaux (UTY) est connecté sur le producteur de couple ( 30) agissant sur le premier axe d'entrée ( 20) du gyroscope de position ( 18), et (h) le troisième de ces signaux (UT c) est connecté, avec un signe négatif, sur le point d'addition ( 54) entre le gyroscope de rotation ( 52) et l'intégrateur ( 56). 3 Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce que (a) les moyens de réglage ( 86) (a,) contiennent un premier régulateur, (a 1 l) sur lesquels peut être connecté un premier signal de composante de vitesse (vx(t)) comme signal d'écart de réglage, et (a 12) dont le second signal de réglage (UT) peut être connecté, comme signal de transforma- tion, sur le second montage de transfor- mation de coordonnées ( 108), (a 2) un second régulateur ( 118) est prévu (a 21) sur lequel peut être connecté, comme signal d'écart de réglage, un second signal de composante de vitesse' transformé (v V(t)) et (a 22) dont le signal de réglage peut être connecté sur le second montage de transformation de coordonnées ( 10), et (a 3) un troisième régulateur, (a 31) sur lequel peut être connecté, comme signal d'écart de règlage, le premier signal de vitesse transformé (vx(t)), et (a 32) qui délivre le troisième signal de réglage transformé en retour (UTV = UTC) 1 4890 (b) un point d'addition ( 120) est prévu entre le second règleur ( 118) et le second montage de transformation de coordonnées ( 108), pour former le signal à trans- former, dans lequel la composante horizontale ( C) de la vitesse de la Terre est soustraite du signal de réglage du second règleur ( 118).