Mesures inertielles

1. Mesures inertielles Concept et réalité

2. Des matériels sensibles • Les instruments de ce type entrent dans la réalisation de systèmes de navigation simples • Les systèmes ‘ missiles ‘ utilisent des gyromètres ‘ FOG ‘ ou des gyromètres à ‘ laser ‘ • Cela étant, la qualité des centrales peu coûteuse n’est pas très éloignée de celle des centrales ‘ militaires ‘

3. Définitions • Les centrales de verticales, centrales à inertie et centrales d’attitude sont des instruments permettant des mesures de vitesses angulaires, d’accélération et d’angles sur un vecteur mobile

4. Mesure accélérométrique • Un accéléromètre triaxial permet des mesures d’accélération linéaires en x, y et z. • Les éléments sensibles sont des MEM’s • Au repos, les axes x et y, lorsque l’accéléromètre est de niveau, subissent l’effet de la gravité terrestre • Z en revanche mesure 0 ou – 1g

5. Mesures de vitesses angulaires • Les capteurs MEM’s ne possèdent pas de pièces mobiles et mesurent la vitesse angulaire autour de chaque axe : x, y et z

6. Principe de mesure de vitesse angulaire • Avec gyromètre annulaire

7. Mesure angulaire • Un gyromètre associé à un accéléromètre permet de mesurer une vitesse angulaire en compensant les dérives liées à la gravité. • Ceci n’est vrai que pour les axes x et y puisqu’il n’est pas possible de référencer l’axe z avec un accéléromètre

8. Gyros de verticale • Cet instrument possède 3 accéléromètres et 3 gyromètres • Il permet de restituer les vitesses angulaires autour des 3 axes et de donner des mesures accéléromètriques suivant ces 3 axes • Les angles fournis sont les angles x et y

9. Centrales d’attitude • Pour obtenir les angles x, y et z, il convient de référencer l’axe z et donc d’utiliser une mesure de cap. • Un magnétomètre 3 axes est alors utilisé et offre un référentiel par rapport aux lignes de flux terrestre. • Les mesures angulaires sont alors possibles pour z.

10. Compensations des dérives • Par définition, les gyromètres dérivent. Pour compenser ces dérives, une forme de filtrage de Kalman est utilisée avec mémorisation des valeurs mesurées et tri sélectif permettant d’éliminer les valeurs erronées • Ceci permet un réglage automatique du zéro et de ‘ l’erection rate ‘

11. Mais les imprécisions demeurent • Le profil du déplacement mesuré par gyromètres et accéléromètres permet d’affiner la nature des réglages et corrections • Mais l’utilisation d’une mesure de vitesse réalisée avec un GPS est quasi incontournable pour obtenir une mesure précise

12. Références • La référence peut être la gravité terrestre • Ou la portance ( orientation de la structure )

13. Pour un véhicule terrestre • Le choix de la référence permet de réaliser des mesures différentes • Les mesures de comportement du véhicule, mesures de glissement etc …

14. Pour un vecteur ‘ marine ‘ • Le calage initial, lorsque le bateau est sur l’eau ne peut-être réalisé avec des accéléromètres. Les mouvement permanent de la surface liquide interdisent une mesure de référence • Il faut utiliser un magnétomètre pour offrir un moyen de calage du zéro à l’instrument

15. Pour un vecteur aérien • Suivant la tâche assignée à l’instrument, le référentiel vrai sera choisi ( gravité terrestre ) • Ou la portance de l’avion • Pour un comportement dynamique, la centrale d’attitude avec ses 3 magnétomètres est la mieux adaptée

16. Trajectographie • Mesurer la position du véhicule suppose de connaître sa vitesse et son déplacement. • Tenter de réaliser le calcul à partir d’un accéléromètre ne semble par raisonnable. • Aussi petite soit l’erreur, elle se chiffre en fraction de mètres seconde carré • Après 60 secondes … Voire plus … l’erreur est multiplié par le carré du temps • Une intégration ou double intégration ne donnera pas une mesure de bonne précision

17. Pour le positionnement • L’attitude du véhicule, mesures de vitesses angulaires, d’accélération et d’angles assistées par les magnétomètres sert à • Calculer avec une position GPS une position précise

18. Des centrales simples • VR, AHRS etc … • Un boîtier embarqué • Des sorties analogiques • Et numériques

19. Des produits finis • Il est possible de réaliser, à partir de ces instruments des produits finis pour les affichages sur pare-brises, pour la navigation de tracteurs agricoles, de drones ou plus simplement des essais de comportement de freinage de véhicules routiers