Expert en solutions de navigation inertielle

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

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

Plus de détails :

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

Chacun de ces capteurs présente des limitations, mais leur fonctionnement est optimisé lorsqu'ils sont combinés. Grâce aux mesures de ces trois capteurs, le système de navigation inertielle calcule la distance parcourue et le cap.

Un système de navigation inertielle mesure :

• Pas
• Rouler
• Titre

Un système de navigation inertielle (INS) intègre également un récepteur GNSS, ajoutant ainsi un capteur supplémentaire. Cela permet d'obtenir une position absolue plutôt que relative. Si un INS seul peut déterminer une position par rapport au référentiel inertiel, son association avec un système GNSS fournit une position globale précise.

Un système de navigation inertielle est autonome et n'a pas besoin de signaux satellites ni de stations de base pour déterminer sa position.

Le GNSS utilise les informations satellitaires pour le positionnement. Largement utilisé dans les applications civiles, commerciales et militaires, il peut toutefois être perturbé par les conditions atmosphériques et les trajets multiples. Les signaux GNSS peuvent également être obstrués par des tunnels ou faire l'objet d'interférences intentionnelles par brouillage et usurpation d'identité, notamment dans un contexte militaire.

Utilisés conjointement, ces deux systèmes offrent un positionnement très précis, le système de navigation inertielle maintenant la précision dans les environnements sans GNSS, améliorant ainsi les données de navigation GNSS.

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

Les systèmes de navigation inertielle fournissent des données de position fiables. Ils vont des MEMS (systèmes micro-électromécaniques) légers aux gyroscopes à fibre optique dynamiques (FOG) et aux gyroscopes à fibre optique numériques avancés (DFOG).

La navigation inertielle (INS) est particulièrement avantageuse dans les environnements où le GNSS (système mondial de navigation par satellite) est indisponible. Le GNSS peut être perturbé dans les tunnels ou sous l'eau. Il peut également être affecté par des trajets multiples ou des interférences atmosphériques. Bien que cela soit un problème mineur pour la navigation téléphonique, un positionnement précis est essentiel pour les levés aériens ou les applications de défense.

L'association de la navigation inertielle (INS) et du GNSS offre une fiabilité accrue, car l'INS atténue les erreurs que le GNSS seul peut rencontrer. L'INS peut fonctionner efficacement sans communication avec une station de base, ce qui la rend particulièrement adaptée aux zones où le GNSS est imprécis ou indisponible.

Les différents systèmes de navigation inertielle offrent différents niveaux de précision.

Les systèmes de navigation inertielle (INS) haut de gamme utilisant des gyroscopes à fibre optique (FOG) offrent une précision centimétrique, idéale pour l'exploration aérospatiale, les véhicules sous-marins autonomes (AUV) et les applications de défense. Contrairement aux systèmes GNSS, les INS sont insensibles au brouillage et à l'usurpation d'identité, car ils ne dépendent pas de références externes telles que des satellites ou des stations de base. GuideNav propose également des INS MEMS économiques pour les applications moins exigeantes en termes de précision. 

L'étalonnage d'un système de navigation inertielle (INS) garantit la précision et la cohérence des résultats de ses capteurs dans les conditions de fonctionnement spécifiées. Cet étalonnage consiste à comparer les données de sortie de l'INS à des données de référence et à ajuster les coefficients de corrélation pour les faire correspondre.

Le débit de sortie de l'INS peut varier en raison de plusieurs facteurs, tels que :

• Température – Influence la sortie INS sur une plage de températures.
• Sources d'erreurs systématiques des accéléromètres et des gyroscopes, notamment :
  • polarisation du capteur
  • facteur d'échelle de sortie du capteur
  • Sensibilité du capteur sur l'axe transversal
  • Désalignement de l'axe du capteur
  • Sensibilité G du gyroscope MEMS
• Champ magnétique – Les systèmes de navigation inertielle (INS) équipés de magnétomètres pour la détermination du cap peuvent être affectés par les variations du champ magnétique (par exemple, par des objets ferreux ou des aimants provoquant des interférences statiques). Cette erreur est généralement corrigée par étalonnage une fois le système INS installé à son emplacement définitif sur le véhicule, afin de compenser les sources d'interférences magnétiques statiques. Tous les produits GuideNav intègrent un logiciel d'étalonnage magnétique pour résoudre ce problème.

L'étalonnage du système de navigation inertielle (INS) nécessite des équipements tels que des chambres thermiques, des tables de nivellement, des tables de vitesses radiales et des cardans. Tous les produits GuideNav sont étalonnés, testés et conformes aux normes industrielles en vigueur avant expédition.

Les capteurs INS se répartissent en cinq niveaux de performance , principalement en fonction des performances du gyroscope.

Bien que les systèmes de navigation inertielle (INS) utilisent également des accéléromètres et des magnétomètres, le rapport coût/performance des gyroscopes détermine principalement leur niveau de performance. Les performances des INS à base de MEMS varient du grand public au niveau tactique, mais les progrès réalisés dans les technologies MEMS et de fusion de données ont permis d'atteindre des performances de haut niveau, dignes des systèmes tactiques.

Niveau de performance : Consommateur

• Stabilité du biais du gyroscope : supérieure à 20 °/h
• Coût : $
• Exemples d'applications : Détection de mouvement
• Technologie des capteurs : MEMS

Niveau de performance : Industriel/Tactique

• Stabilité du biais du gyroscope : 5 à 20 °/h
• Coût : $$
• Exemples d'applications : Robotique 
• Technologie des capteurs : basée sur les MEMS

Niveau de performance : Tactique haut de gamme

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

Note de performance : Navigation

• Stabilité du biais du gyroscope : 0,01 – 0,1 °/h
• Coût : $$$$
• Exemples d'applications : navigation aérienne
• Technologie des capteurs : FOG/RLG

Niveau de performance : Stratégique

• Stabilité du biais du gyroscope : 0,0001 – 0,01 °/h
• Coût : $$$$$
• Technologie des capteurs : FOG/RLG