Un système de navigation inertielle (INS) utilise des capteurs inertiels pour mesurer les changements de mouvement, ce qui aide à déterminer la vitesse, l'orientation et la position d'un objet.

L'IMU, un composant du système de navigation inertielle, se compose de capteurs tels que des accéléromètres, des gyroscopes et parfois des magnétomètres.

Plus de détails :

• Les accéléromètres mesurent l'accélération d'un objet et suivent l'évolution de sa vitesse.
• Les gyroscopes détectent les changements de vitesse angulaire.
• Les magnétomètres évaluent la force et la direction du champ magnétique terrestre, déterminant ainsi l'orientation par rapport au nord magnétique. Le système s'ajuste à l'écart entre le nord géographique et le nord magnétique. Cependant, les sources d'interférences magnétiques peuvent affecter la précision d'un magnétomètre dans la plupart des véhicules.

Ces capteurs ont chacun des limites, mais ils fonctionnent mieux lorsqu'ils sont combinés. En mesurant ces trois capteurs, la centrale de navigation inertielle calcule la distance parcourue et le cap.

Un système de navigation inertielle mesure :

• Pas
• Rouler
• Titre

Un INS intègre également un récepteur GNSS, ajoutant un autre capteur. Cela fournit une position absolue plutôt que relative. Alors qu'un INS peut à lui seul déterminer la position par rapport au référentiel inertiel, sa combinaison avec le GNSS fournit une position globale précise.

Un système de navigation inertielle est autonome et n'a pas besoin de signaux satellite ou de stations de base pour déterminer la position.

Le GNSS s'appuie sur les informations satellitaires pour le positionnement. Il est largement utilisé dans les applications civiles, commerciales et de défense, bien qu'il puisse être perturbé par les conditions atmosphériques et les trajets multiples. Les signaux GNSS peuvent également être obstrués par des tunnels ou intentionnellement interférés par brouillage et usurpation d’identité, en particulier dans les scénarios militaires.

Lorsqu'ils sont utilisés ensemble, ces deux systèmes fournissent un positionnement très précis, le système de navigation inertielle conservant la précision dans les environnements refusés par GNSS, améliorant ainsi les données de navigation GNSS.

Un INS comprend une unité de mesure inertielle (IMU) et une unité de calcul. À partir d'une position et d'une orientation connues (le référentiel inertiel), l'IMU suit les changements de vitesse et de rotation, envoyant des données brutes à l'unité de calcul INS, qui détermine ensuite avec précision la nouvelle position et l'orientation.

Les systèmes de navigation inertielle fournissent des données de position de manière fiable. Ils vont des MEMS légers (systèmes microélectromécaniques) aux gyroscopes dynamiques à fibre optique (FOG) et aux gyroscopes numériques avancés à fibre optique (DFOG).

L'INS est particulièrement utile dans les environnements où le GNSS (système mondial de navigation par satellite) n'est pas disponible. Le GNSS peut être perturbé dans les tunnels ou sous l’eau. Il peut également souffrir de trajets multiples ou d'interférences atmosphériques. Bien qu'il s'agisse d'un problème mineur pour la navigation téléphonique, un positionnement précis est essentiel pour les applications de levé aérien ou de défense.

La combinaison de l'INS avec le GNSS est plus fiable, car l'INS atténue les erreurs que le GNSS seul pourrait rencontrer. L'INS peut fonctionner efficacement sans communication avec la station de base, ce qui le rend idéal là où le GNSS est imprécis ou indisponible.

Divers systèmes de navigation inertielle offrent différents niveaux de précision.

Les INS haut de gamme utilisant des gyroscopes à fibre optique (FOG) sont précis à quelques centimètres près, adaptés à l'exploration aérospatiale, aux AUV et aux applications de défense. Contrairement au GNSS, l'INS est insensible au brouillage ou à l'usurpation d'identité car il ne s'appuie pas sur des références externes telles que des satellites ou des stations de base. GuideNav propose également des INS économiques basés sur MEMS pour les applications nécessitant moins de précision. 

L'étalonnage d'un INS garantit que les résultats de sortie du capteur sont précis et cohérents dans les conditions de fonctionnement spécifiées. L'étalonnage implique de comparer les sorties de l'INS avec les informations de référence et d'ajuster les facteurs de co-efficacité pour qu'ils correspondent aux deux.

La sortie INS peut varier en raison de plusieurs facteurs, tels que :

• Température – Affecte la sortie INS sur une plage de températures.
• Sources d'erreurs systématiques à partir d'accéléromètres et de gyroscopes comprenant :
  • Biais du capteur
  • Facteur d'échelle de sortie du capteur
  • Sensibilité transversale du capteur
  • Désalignement de l’axe du capteur
  • Sensibilité G du gyroscope MEMS
• Champ magnétique – Les unités INS équipées de magnétomètres pour la détermination du cap peuvent être affectées par les changements de champ magnétique (par exemple, des objets ferreux ou des aimants provoquant des interférences statiques). Cette erreur est généralement calibrée une fois que l'INS est installé dans sa position finale sur un véhicule pour tenir compte des sources d'interférences magnétiques statiques. Tous les produits GuideNav disposent d'un logiciel d'étalonnage magnétique intégré pour résoudre ce problème.

L'étalonnage INS implique des équipements tels que des chambres de température, des tables de mise à niveau, des tables de taux et des cardans. Tous les produits GuideNav sont calibrés, testés et conformes aux normes industrielles pertinentes avant expédition.

Les capteurs INS se répartissent en cinq niveaux de performances , principalement basés sur les performances du gyroscope.

Bien que l'INS utilise également des accéléromètres et des magnétomètres, le coût du gyroscope par rapport aux performances détermine principalement le niveau de performance. Les performances des INS basés sur MEMS vont du niveau grand public au niveau tactique, mais les progrès des technologies MEMS et de fusion de données ont poussé les performances des INS basés sur MEMS vers un niveau tactique haut de gamme.

Niveau de performance : Consommateur

• Stabilité du biais gyroscopique : plus de 20 °/h
• Coût : $
• Exemples d'applications : détection de mouvement
• Technologie des capteurs : MEMS

Niveau de performance : industriel/tactique

• Stabilité du biais gyroscopique : 5 – 20 °/h
• Coût : $$
• Exemples d'applications : robotique 
• Technologie de capteur : basée sur MEMS

Niveau de performance : Tactique haut de gamme

• Stabilité du biais gyroscopique : 0,1 – 5 °/h
• Coût : $$$
• Exemples d'applications : systèmes autonomes
• Technologie de capteur : MEMS / FOG (gyroscope à fibre optique) /RLG (gyroscope laser annulaire)

Niveau de performance : Navigation

• Stabilité du biais gyroscopique : 0,01 – 0,1 °/h
• Coût : $$$$
• Exemples d'applications : navigation aérienne
• Technologie de capteur : BROUILLARD/RLG

Niveau de performance : Stratégique

• Stabilité du biais gyroscopique : 0,0001 – 0,01 °/h
• Coût : $$$$$
• Technologie de capteur : BROUILLARD/RLG