Introduction à la technologie inertielle

(3) Composition du système d'un système de navigation inertielle

Le système de navigation inertielle (SNI) est une solution de navigation entièrement autonome largement utilisée dans l'aérospatiale, les drones, les navires marins, la robotique et les applications industrielles haut de gamme. Contrairement aux systèmes basés sur les satellites, un SNI ne repose pas sur des signaux externes. Au lieu de cela, il calcule la position, la vitesse et l'attitude uniquement grâce à des capteurs et des algorithmes internes.

Cet article explique la composition complète du système d'un SNI et comment ses sous-systèmes fonctionnent ensemble pour fournir une navigation précise et fiable.

1. Aperçu du système de navigation inertielle

Un SNI détermine le mouvement d'une plateforme en mesurant en continu l'accélération et la vitesse angulaire. Ces mesures sont traitées par des algorithmes de navigation pour calculer :

• Position

• Vitesse

• Attitude (Roulis, Tangage, Lacet)

Pour ce faire, un SNI intègre une combinaison de matériel de précision, de structures mécaniques, d'électronique et de méthodes d'étalonnage.

2. Composition du système

Les principaux composants d'un système de navigation inertielle comprennent :

(1) Unité de mesure inertielle (IMU)

L'IMU est le cœur de détection du SNI. Elle intègre :

• Gyroscope
  Mesure la vitesse angulaire de rotation autour de trois axes.

• Accéléromètre
  Mesure l'accélération linéaire le long de trois axes.

Ensemble, ces six degrés de liberté fournissent les données de mouvement brutes nécessaires aux calculs de navigation.

(2) Ordinateur de navigation

L'ordinateur de navigation est chargé de convertir les signaux bruts de l'IMU en informations de navigation utilisables.

Il effectue :

• Acquisition et traitement des données
  Filtrage, échantillonnage et conversion des sorties des capteurs.

• Solution de navigation
  Met en œuvre des algorithmes tels que le calcul de la centrale inertielle, l'intégration de l'attitude, la mise à jour de la vitesse et le calcul de la position.

• Compensation des erreurs
  Applique les données d'étalonnage, la suppression des biais, la correction du facteur d'échelle et la compensation de la température.

(3) Système d'amortissement

Pour garantir une précision constante, le système d'amortissement stabilise le mouvement de la plateforme et réduit l'influence des vibrations, des chocs et des perturbations mécaniques.

Ses fonctions comprennent :

• Minimiser le bruit des capteurs causé par les vibrations

• Fournir un amortissement pour les oscillations mécaniques

• Aider à l'alignement de précision

La conception de l'amortissement est particulièrement critique dans les applications aéroportées et mobiles.

(4) Système électronique

Le système électronique assure la gestion de l'alimentation, le conditionnement du signal et les interfaces de communication.

Éléments clés :

• Régulation et distribution de l'alimentation

• Circuits de traitement du signal numérique

• Protocoles de communication (CAN, RS422, Ethernet, etc.)

• Surveillance et protection du système

(5) Structure mécanique

La structure mécanique fournit la base physique du SNI.
Une structure mécanique bien conçue améliore :

• Résistance aux vibrations

• Stabilité thermique

• Intégrité structurelle à long terme

• Robustesse environnementale

Cette partie garantit que le système fonctionne de manière cohérente dans des conditions exigeantes.

3. Paramétrage initial et mécanismes d'étalonnage

Pour obtenir une précision optimale, un SNI nécessite plusieurs couches d'étalonnage et d'initialisation.

(1) Paramètres initiaux

Ceux-ci incluent les biais des capteurs, les angles d'installation, les facteurs d'échelle et les coefficients environnementaux.

(2) Position initiale

Le système a besoin d'une coordonnée de départ précise pour commencer les calculs de navigation.

(3) Étalonnage de la température

Les capteurs IMU sont très sensibles à la température.
L'étalonnage de la température compense :

• Dérive du biais

• Changements du facteur d'échelle

• Effets thermiques non linéaires

Ceci est essentiel pour des performances de haute précision.

(4) Alignement et étalonnage initiaux

L'alignement initial établit la référence d'attitude (Roulis / Tangage / Cap).
Deux types d'alignement courants :

• Alignement statique – effectué lorsque le système est immobile

• Alignement dynamique – effectué en mouvement, assisté par des algorithmes

Un alignement correct garantit une sortie de cap et d'attitude précise tout au long du fonctionnement.

4. Sortie du SNI

Après avoir traité toutes les données des capteurs et appliqué les corrections, le SNI fournit en sortie :

• Attitude (Roulis, Tangage, Lacet)

• Vitesse (nord/est/bas ou XYZ)

• Position (coordonnées GPS ou système de coordonnées local)

• Paramètres d'erreur (diagnostics, état, indicateurs de qualité)

La précision de ces sorties dépend de la qualité des capteurs, de l'exhaustivité de l'étalonnage et des performances des algorithmes.

5. Conclusion

Le système de navigation inertielle est une technologie complexe mais puissante, basée sur des capteurs précis, des algorithmes sophistiqués et des processus d'étalonnage avancés. Sa capacité à fournir une navigation ininterrompue dans les environnements sans GNSS le rend irremplaçable dans les applications aérospatiales, de défense, de robotique et industrielles modernes.

Comprendre la composition complète du système SNI — IMU, ordinateur de navigation, amortissement, sous-système électronique, structure mécanique et flux de travail d'étalonnage — aide les utilisateurs à apprécier sa profondeur et son importance technique.