Explication de la technologie de navigation inertielle : principes de positionnement de 1D à 3D

Introduction à la technologie inertielle

(2) Principe de la navigation inertielle

La navigation inertielle est une technologie fondamentale de navigation et de positionnement basée sur les lois de la mécanique classique de Newton. Elle détermine la position, la vitesse et l'attitude d'un objet en mouvement en mesurant son accélération et sa vitesse angulaire sans s'appuyer sur des signaux de référence externes.

Les relations de base sont exprimées comme suit :

Où :

• a = vecteur accélération

• v = vecteur vitesse

• r = vecteur position

• t = temps

Grâce à l'intégration continue des données d'accélération et de vitesse angulaire, un système de navigation inertielle (SNI) peut calculer des informations de mouvement en temps réel telles que le déplacement, la vitesse et l'orientation.

Navigation 1D (une dimension)

Dans un scénario de navigation unidimensionnelle simplifié, un seul accéléromètre est requis.
Il mesure l'accélération linéaire le long d'un seul axe (par exemple, la direction du mouvement d'un train).

Principe clé :
En intégrant l'accélération une fois, vous obtenez la vitesse; en intégrant à nouveau la vitesse, vous obtenez la position.

Navigation plane 2D (deux dimensions)

Pour un mouvement plan tel que celui d'un train ou d'un véhicule :

• Deux accéléromètres sont utilisés pour mesurer les accélérations latérales et des longitudinales.

• Un gyroscope est ajouté pour mesurer l'angle de cap en temps réel (orientation).

• Les données d'accélération sont projetées sur les axes X et Y et intégrées pour calculer la vitesse et la position dans l'espace 2D.

Applications :
Véhicules terrestres, systèmes ferroviaires, robotique, navires marins et autres systèmes de navigation qui nécessitent un suivi de position dans un plan plat.

Navigation 3D (trois dimensions)

Pour une navigation tridimensionnelle complète :

• Trois accéléromètres mesurent l'accélération le long des axes X (latéral), Y (longitudinal) et Z (vertical).

• Trois gyroscopes mesurent le mouvement angulaire autour de chacun de ces axes.

La combinaison de ces six capteurs permet au système de calculer des informations complètes sur le mouvement et l'attitude en 3D, y compris les angles de roulis, de tangage et de lacet.

Composants principaux :

• Accéléromètre (mesure l'accélération linéaire)

• Gyroscope (mesure la vitesse angulaire)

• Châssis de montage avec moteurs de roulis, de tangage et d'azimut

Cette configuration constitue la base des unités de mesure inertielles (UMI) et des systèmes de navigation inertielle (SNI) modernes utilisés dans :

• L'aérospatiale et l'aviation

• Les véhicules autonomes

• Les navires et la navigation sous-marine

• Les drones (UAV)

• La défense et le guidage des missiles

• La robotique industrielle et les systèmes de cartographie

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