Les interruptions du système GNSS ne sont pas l'exception en agriculture autonome ; elles sont quotidiennes. La canopée des arbres, les granges métalliques et les rangées de vergers interrompent constamment la visibilité des satellites. Sans une stratégie de navigation inertielle robuste, même le tracteur autonome le plus performant dérivera, désalignera ses rangs et compromettra sa sécurité d'utilisation.
Le système de navigation inertielle (INS) permet aux robots agricoles de maintenir leur cap même en cas de défaillance du signal GNSS. Grâce à une correction gyroscopique stable, une faible dérive et la fusion des données de capteurs (odométrie des roues et alignement gravitationnel), les tracteurs autonomes conservent la précision d'alignement même sous couvert végétal, à l'intérieur des bâtiments agricoles ou à proximité de structures métalliques.
Les robots agricoles fonctionnent rarement sous une visibilité satellite constante. La canopée des arbres, les rangées de vergers, les hangars métalliques et le terrain naturel interrompent fréquemment la réception GNSS, tandis que les déplacements lents rendent les estimations de cap encore moins fiables. Dans ces conditions, le système de navigation doit s'appuyer sur la navigation inertielle pilotée par un système de navigation inertielle (INS) pour garantir la stabilité de la trajectoire, la sécurité des opérations et la précision au niveau des rangs. Pour ce faire, il est nécessaire de comprendre l'évolution de la dérive et l'influence des vibrations, du sol et des contraintes de mouvement sur le comportement inertiel durant les périodes d'absence de signal GNSS.
Table des matières
Pourquoi les pannes GNSS sont inévitables en agriculture
Les environnements agricoles perturbent naturellement les signaux satellitaires. La densité du couvert végétal, les structures métalliques et la lenteur des véhicules interrompent fréquemment la continuité du GNSS, obligeant les robots agricoles à navigation inertielle à recourir à l'estime pour maintenir un cap et une précision de trajectoire stables.
Scénarios typiques de panne GNSS
- Canopées denses de vergers
- structures de treillage pour vignes
- Lignes d'arbres hautes
- Granges en acier, silos, trémies à grains
- serres et ombrières
- Masquage du terrain sur les pentes ou les vallées
Pourquoi le GNSS ne peut pas être la source de vérité principale
Le GNSS souffre de :
- Cap bruyant <3 km/h
- Changements brusques dans l'ombrage partiel
- Réacquisition lente sous la canopée
- Multipath à proximité des structures métalliques
L’autonomie agricole doit fonctionner en priorité avec les systèmes INS, puis avec les systèmes GNSS .
Navigation à l'estime INS : que se passe-t-il lorsque le GNSS tombe en panne ?
En cas de perte du signal GNSS, la navigation repose exclusivement sur la navigation inertielle. La précision dépend alors de la stabilité du gyroscope, de l'intégrité de l'accéléromètre et de la capacité des robots agricoles équipés d'un système de navigation inertielle à résister à la dérive sous l'effet des vibrations, des conditions du sol et des mouvements lents.
Principaux pilotes de drift
- Instabilité du biais du gyroscope
- Erreur de biais/facteur d'échelle de l'accéléromètre
- Bruit ARW/VRW
- Variation de température
- Vibration et mise en œuvre de l'oscillation
- Mauvais alignement de l'installation
Sources de dérive dans des conditions agricoles réelles
Les environnements agricoles amplifient la dérive car ils combinent mouvements lents, traction variable, vibrations et variations rapides de température. Ces conditions influencent directement le comportement du biais inertiel et accélèrent la croissance des erreurs lors des interruptions GNSS dans les systèmes de navigation inertielle des robots agricoles .
Effets de ralenti
Les mouvements à faible vitesse (<3 km/h) offrent un faible effet de levier cinématique. Une légère dérive en lacet se traduit par une déviation latérale visible, tandis que le glissement du sol affaiblit les corrections odométriques.
effets de vibration
Les harmoniques du moteur, les pompes hydrauliques et les oscillations induites par le sol modulent le biais du gyroscope et injectent un bruit non linéaire, réduisant ainsi la prévisibilité lors de la navigation à l'estime.
Effets de la température
La transition entre la lumière du soleil, l'ombre du verger et la chaleur de la cabine crée des variations de polarisation, notamment dans les MEMS, tandis que le FOG reste plus stable.
Symptômes typiques
- Dérive progressive en lacet
- Instabilité de l'attitude
- Inadéquation de vitesse
- Dérive s'élevant avec la chaleur de la cabine
Approches de fusion de capteurs permettant un fonctionnement sans GNSS
Lorsque la qualité du GNSS se dégrade, le système de fusion doit réduire l'influence des satellites et s'appuyer davantage sur les prédictions du système de navigation inertielle (INS). L'ajustement adaptatif de la covariance prévient les sauts, tandis que le gel du biais assure la stabilité en lacet. L'alignement gravitationnel stabilise le roulis et le tangage, et l'odométrie prenant en compte le glissement fournit la vitesse à court terme.
Les contraintes non holonomes suppriment davantage la dérive latérale lors du suivi de rangées en ligne droite.
Aperçu du mécanisme de fusion
| Mécanisme | Ce que ça fait | Pourquoi cela aide-t-il en cas de panne GNSS ? |
|---|---|---|
| Covariance adaptative | Réduit le poids du GNSS | Évite les corrections erronées |
| Gel des biais | Mises à jour sur les biais de Locks | Stabilise le cap |
| Alignement gravitationnel | Stabilise le roulis/tangage | Réduit la dérive d'attitude |
| Odométrie sensible au glissement | Ajuste le poids | Aide les robots agricoles INS à maintenir la stabilité de leur vitesse |
| Contraintes du NHC | Limite la vitesse latérale | Supprime la dérive |
| Déclin de la confiance | Croissance régulière de l'incertitude | Maintient le filtre stable |
Odométrie des roues et comportement au glissement dans les champs agricoles
L'odométrie des roues fournit des indications de mouvement à court terme lors des interruptions GNSS, mais les conditions de traction affectent fortement sa précision. La mollesse du sol, l'humidité, les charges inégales et les couples soudains provoquent fréquemment des glissements, réduisant ainsi la fiabilité de l'odométrie des robots agricoles à navigation inertielle .
Conditions de glissement typiques
| Condition | Effet odométrique | Notes |
|---|---|---|
| Sol mou/humide | Vitesse surestimée | Fort affaissement |
| sol meuble | Traction fluctuante | Instabilité de vitesse |
| outils lourds | Glissement induit par la charge | Pire sur les pentes |
| Terrain accidenté, terrain vallonné. Le terrain est accidenté et le site est très accidenté. Le terrain est accidenté, le tout | Vitesses asymétriques | Inadéquation gauche/droite |
| Changements de couple | crampons glissants | entrée en rangée ou montée de côte |
FOG vs. MEMS : Choisir un système de stockage d’énergie pour les pannes réelles
Les interruptions GNSS varient de brèves transitions à de longues périodes d'ombrage des rangées de vergers. Les performances du système de navigation inertielle des robots agricoles doivent être adaptées à ces durées.
MEMS INS : pour les coupures de courte durée
- Stable pendant 3 à 10 secondes
- Dérive de polarisation plus élevée
- Sensible aux variations thermiques et vibratoires
- Convient aux champs ouverts
BROUILLARD : pour un ombrage prolongé de la canopée
- Stable pendant 30 à plus de 120 secondes
- Dérive ARW et de biais réduite
- Forte résistance aux vibrations et à la chaleur
- Nécessaire à l'autonomie des vergers profonds
Les MEMS gèrent les micro-pannes ; les FOG gèrent les interruptions de navigation.
GuideNav propose des centrales inertielles (IMU) dotées d'une excellente stabilité thermique, de procédures d'étalonnage rigoureuses et d'algorithmes de compensation fiables. Choisir une IMU GuideNav adaptée à votre environnement opérationnel et à vos exigences de précision garantit à votre système une stabilité thermique optimale, minimisant ainsi la dérive de température et améliorant sa fiabilité à long terme.
Tests sur le terrain du comportement en cas de panne du GNSS
Les tests doivent refléter les conditions réelles du verger et de la canopée.
Trois étapes clés
- Induction de panne – Perte naturelle du signal GNSS (canopée, granges).
- Observation de la dérive – Cap + déviation latérale.
- Évaluation du rétablissement – Retour en douceur lorsque le GNSS réapparaît.
Création d'une pile d'autonomie plus fiable
Pour une autonomie agricole fiable, il est nécessaire de considérer le GNSS comme une aide intermittente. Une navigation inertielle précise repose sur des capteurs inertiels stables, une logique de fusion bien paramétrée et un comportement prévisible de la dérive en présence de couvert végétal, de vibrations et à basse vitesse.
GuideNav se concentre sur le développement de robots agricoles INS basées sur la stabilité inertielle et des performances environnementales robustes, permettant aux équipes de R&D de maintenir la précision même en cas de perte de visibilité des satellites.
