FR2667143A1 - Procede pour le mesurage d'angles, de trajectoires, de contours et d'anomalies de gravite au moyen de gyroscopes et de systemes inertiels. - Google Patents

Abstract

La présente invention permet le calibrage des incertitudes de mesurage en fonction du temps de gyroscopes et de systèmes inertiels à partir des différences de mesures d'angles et/ou de vitesses et/ou de positions, qui sont effectuées par rapport à des directions de référence inconnues ou modifiées dans le temps et/ou à des points fixes (en bref: état des mesures) et réitérées à intervalles dans le temps. L'existence d'une référence précise n'est pas nécessaire. Le calibrage, comme complément du processus de mesurage,permet la correction des incertitudes de mesurage. Pour le mesurage d'angles dans l'espace il est prévu un paquet de mesurage gyroscopique triaxial (24) et un ordinateur (26) avec possibilité d'introduction ou de mise en mémoire automatique de grandeurs de référence A. Pour le mesurage de contours, il faut en outre mettre en mémoire et mesurer le trajet ou le mesurer à l'aide de la mesure de l'accélération d'un système inertiel intégral.

Description

La présente invention concerne un procédé de mesurage

d'angles au moyen de gyroscopes o à des intervalles tempo-

rels on procède par rapport à des éléments de référence

égaux à au moins deux mesures ou l'on exploite dans un ordi-

nateur sur la base de modèles pour la relation entre les me-

sures et les erreurs de système en vue d'une estimation opti-

male des erreurs de système et l'on effectue sur la base ain-

si élaborée une correction des mesures.

Un tel procédé pour la mesure bidimensionnelle d'angles et de caractéristique d'angle est l'objet d'une demande de brevet allemand antérieure de référence P 40 15 800 4 du 14

mai 1990.

Sur le plan technique c'est un problème important et

difficile de mesurer dans l'espace des angles, des trajec-

toires, des contours et des processus de mouvements comme les anomalies de gravité: c'est ce qui ressort des exemples

qui vont suivre.

Dans les constructions en superstructure, lors de la construction de routes ou de voies ferrées, les déclivités

en fonction des rayons de virage sont à mesurer; un problè-

me analogue se pose dans l'exploitation souterraine lors du

mesurage et du percement de tunnels, puits ou canalisations.

Pour les sondages profonds dans les entrailles de la terre,

le trajet de tiges de sondage est à déterminer et à comman-

der Des caractéristiques élastiques de déformation, c'est-

à-dire des modifications d'angles et de positions en fonction de charges extérieures sont à enregistrer pour la construction automobile et aéronautique Les forces aérodynamiques et les

moments en fonction de l'angle de soufflage sont à détermi-

ner dans la technique du canal aérodynamique S'agissant de l'expérimentation d'avions et de véhicules automobiles, les

déroulements de mouvements doivent être enregistrés, c'est-à-

dire l'évolution dans le temps de la position, de la vitesse,

du cap et de la situation de l'objet de l'expérimentation.

En géodésie, partant d'un point de référence mesuré astrono- miquement une zone de terrain est déterminée par mesurages et reproduite sous forme de cartes En définitive, lors de ces mesurages, de nombreuses anomalies de gravité présentent de l'intérêt, puisque la verticale et ses déviations ont par ailleurs des répercussions sur les mesures astronomiques Des anomalies de gravité renseignent également sur les gisements

possibles de matières premières.

On utilise déjà dans ce contexte des instruments gyros- copiques et des systèmes inertiels intégraux (INS) Du fait de l'intégration dans le temps des signaux de gyroscope et d'accéléromètre en vue de la détermination de l'angle et de

la position, des dérives de système chronologiquement crois-

santes se font jour par suite des dérives des capteurs Afin

de les maintenir faibles, des systèmes de haute qualité,coû-

teux par conséquent, et/ou des procédés de calibrage ou sup-

port sont utilisés selon l'état de la technique.

Avant ou après le processus propre de mesures, des pro-

cédés de calibrage sont mis à exécution, puisque l'on dispose

alors de références externes connues En utilisant des gyros-

copes ou des systèmes inertiels intégraux, les procédés de calibrage présentent un inconvénient dans la mesure o ils

nécessitent d'y consacrer un temps important La détermina-

tion des paramètres d'un modèle d'erreur résulte d'un pro-

cessus chronologique d'intégration et la précision du cali-

brage à laquelle l'on peut parvenir augmente avec la duree.

De tels procédés sont connus pour le calibrage des gyrosco-

pes d'un satellite stabilisé triaxialement par exemple

(cf DE 37 34 941 C 2) ou pour l'initialisation et/ou le re-

calibrage d'un système à répétition de navigation inertielle (cf DE 34 45 463 Ai) Un autre inconvénient du procédé de

calibrage réside en ce que la justesse dans le cadre de me-

sures ultérieures est alors limitée, lorsque l'on utilise

des capteurs, dont les paramètres d'erreur dépendent du temps.

Les procédés de calibrage citée partent d'une stabilité dé-

terminée de ces valeurs pendant le processus de mesures.

Les procédés de mesure comportant des gyroscopes, utilisés

aujourd'hui déjà dans les sondages profonds dans les entrail-

les de la terre, sont soumis à cet inconvénient Ici, les conditions de température et par conséquent de dérive sont

extrêmement rigoureuses pour les gyroscopes lors du proces-

sus de mesures et les données de calibrage fournies au début et à la fin des mesures ne sont pas représentatives pour la

totalité du mesurage.

L'utilisation de procédés dits de support englobe, selon l'état de la technique (Gyroscopic Instruments and their Application to Flight Testing, AGAR Dograph No 160, Vol 15,

Septembre 1982, Chapitre 8) le traitement de références ex-

ternes connues durant le processus de mesures avec utilisa-

tion d'algorithmes mathématiques particuliers (filtre de Kalman par exemple) Par rapport aux procédés de calibrage mentionnés ci-dessus, ils peuvent être encore utilisés avec succès dans une plus large mesure, lorsque l'on emploie des capteurs de moindre qualité, c'est-à-dire comportant des

paramètres d'erreurs instables L'inconvénient de l'utilisa-

tion de ces procédés réside naturellement dans la création

de ces grandeurs externes de mesure, ce qui, en règle géné-

rale, est liée à une dépense en appareils ou se situe en de-

hors de toute possibilité Tandis que l'on utilise, lors des essais en vol, des signaux provenant de récepteurs gonio pour le support de positions de systèmes inertiels, l'on ne peut en général se reporter à aucune référence dans les mesures

de forages.

Pour la mesure du parcours axial de canalisations de transport de produits contrôlés, il est connu de disposer dans les inserts mis en oeuvre pour séparer entre elles des charges différentes, de la manière connue pour les aéronefs, un système inertiel de navigation avec trois gyroscopes,

trois accéléromètres et un ordinateur avec base temporelle.

Avec le système inertiel de navigation on mesure et on enre-

gistre le parcours axial de la canalisation comme la trajec-

toire d'un avion dans l'espace A l'appui de ce processus on utilise les anomalies magnétiques dont l'emplacement est

connu dans la canalisation; en particulier les soudures an-

nulaires aux jonctions Les mesures effectuées sur un par-

cours ne sont exécutées qu'une seule fois (cf brevet US

4 799 391) Dans les mesures géodésiques basées sur un systè-

me inertiel (Géodésie inertielle), l'on utilise pour support des points de position particuliers et en outre le "zero velocity updating (ZUPT)", le véhicule de mesurage étant arrêté et la

vitesse étant traitée comme nulle dans l'ordinateur Ce der-

nier procédé est certes une méthode support facile à réali-

ser, mais il exige pour l'ensemble du processus de mesurage une dépense élevée en temps et il est limité quant à sa

justesse dans la détermination ultérieure de positions puis-

que le support n'englobe aucune mesure extérieure de posi-

tion Des informations support pour la détermination d'ano-

malies de gravité dans une zone pilote à l'aide d'un INS entraînent des mesures multiples et coûteuses en temps pour des positions déterminées avant la campagne de mesurage par

gravimétrie proprement dite et par conséquent ne se présen-

tent que rarement.

La présente invention a pour objet un procédé pour la

mesure d'angles spatiaux en au moins deux emplacements diffé-

rents entre eux de manière reproductible par la mise en oeuvre

de gyroscopes et d'un agencement pour l'affichage de la dé-

termination de position de chaque emplacement de mesure, ce

procédé devait permettre d'obtenir indépendamment de l'in-

tervalle de temps de cette mesure, des résultats de mesure

de grande précision sans nécessiter la mise en oeuvrede gy-

roscopes et/ou de moyens de calibrage ou d'appui très oné-

reux. La présente invention propose un procédé de mesure et d'évaluation à employer sur les instruments gyroscopiques ou les systèmes inertiels, en vue de déterminer des angles, des trajectoires, des contours et des déroulements de mouvements

dans l'espace, ainsi que des anomalies de gravité.

Le procédé selon l'invention est caractérisé essentiel-

lement en ce qu'avec les gyroscopes, sont, par rapport à des directions inconnues et modifiées dans le temps, effectuées des mesures angulaires spatiales, qui sont répétées à des

intervalles temporels tji et tj 2 pour des références identi-

ques de direction (j = direction de la mesure répétée, 1 et 2 = instants), en ce que pour les mesures répétées vis-à-vis des directions identiques de référence j, les différences yj des mesures de gyroscope sont établies dans l'ordinateur par traitement ultérieur des données, en ce que les modèles pour l'élaboration dans le temps des différences d'erreurs

de système incluant les erreurs de capteurs sont calculés dans l'ordinateur pour l'instant O du début du mesurage en avançant dans le temps et par des égalités comportant les 5 différences de mesurage yj, telles que des égalités de mesu-

rage conformes à yjv = ll ( (tj 2 '0) _ (t l O)) x + v Yjr = H ( (t 2,T) 9 (tj 1,T)) x + v avec les index v et r pour "en avant" et "en arrière" dans

le temps et H = ( I = 0) = matrice de mesurage, >(t,0) ma-

T T

trice de transition du point O vers t, x =( DC D RT) -

vecteur d'erreur de système, avec i = vecteur de dérive angu-

laire, = vecteur de dérive de gyroscope et R = vecteur de modification dans le temps de dérive de gyroscope et v =

souffle de mesurage, servent à l'estimation optimale des er-

reurs de système, en ce que de là, deux fonctions de temps des erreurs de système estimées de manière optimale RV et xr sont, en partant du début et de la fin du mesurage, calculées comme

bases pour une fonction de temps x commune obtenue par moyen-

ne pondérée, une correction des mesures étant effectuée à l'aide de cette fonction de temps de l'erreur de système De

préférence, on choisit pour caractériser des directions iden-

tiques de référence des grandeurs de référence qui sont dans

un rapport physique indiscutable avec les directions de réfé-

rence.

Les caractéristiques et avantages de l'invention ressor-

tiront de la description détaillée qui va suivre de plusieurs

formes de réalisation, en référence aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 montre le procédé utilisé pour le mesurage

d'angles dans l'espace entre des surfaces de référence.

La figure 2 montre le procédé utilisé pour le mesurage d'angles le long d'un parcours dans l'espace avec guidage par

rail du paquet de mesurage gyroscopique.

La figure 3 montre le procédé utilisé pour le mesurage

sans contact d'angles dans l'espace.

La figure 4 montre le procédé utilisé pour le mesurage de caractéristiques angulaires dans l'espace, c'est-à-dire la déformation dans l'espace d'éléments d'une construction

en fonction de charges.

La figure 5 montre le procédé utilisé pour le mesurage

de contours spatiaux avec marquage numérique des distances.

La figure 6 montre le procédé utilisé pour le mesurage de contours spatiaux avec mesurage de la distance au moyen

d'un capteur de déplacement.

La figure 7 montre le procédé utilisé pour le mesurage

sans contact de contours spatiaux.

La figure 8 montre le procédé utilisé pour le mesurage

de trajectoires et de déroulements de mouvements.

La figure 9 montre le procédé utilisé pour le mesurage

de trajectoires et d'anomalies de gravité.

Les figures 10 à 12 présentent le schéma fonctionnel des programmes pour les différents cas d'utilisation, à savoir la figure 10 est un organigramme du programme de calcul pour le mesurage précis d'angles dans l'espace à partir de données gyroscopiques, la figure 11 est relative au programme de calcul pour

le mesurage précis de contours dans l'espace à partir de don-

nées gyroscopiques et de mesurage de distances, la figure 12 est relative au programme de calcul pour

le mesurage précis de contours, trajectoires, angles, dérou-

lements de mouvements et anomalies de gravité dans l'espace

à partir des données d'un système inertiel.

Forme de réalisation N O 1 S'agissant de mesurer des angles entre des directions de référence dans l'espace ainsi que des caractéristiques

spatiales d'angles (variation des déformations spatiales an-

gulaires d'éléments d'un tout chargés en fonction des forces ou des moments, qui y sont appliqués ou bien variation des forces ou des moments aérodynamiques agissant sur un modèle en fonction de l'angle spatial de soufflage lors de mesures aérodynamiques), seul un paquet de mesurage gyroscopique

triaxial S comportant des surfaces d'arrêt ou un guidage an-

gulaire est nécessaire ainsi que l'enregistrement dans l'or-

dinateur de grandeurs de référence A Ces dernières sont,par exemple, des grandeurs de référence introduites à la main

pour les positions de mesures ou des marquages de celles-

ci mises automatiquement en mémoire (figures 1 et 2) Pour

les mesures d'angles sans contact, il est possible d'envisa-

ger aussi le mesurage de points d'ajustement au moyen d'un appareil optique de mesure d'angles (autocollimateur, caméra de mesurage) relié de manière fixe au paquet de mesurage gyroscopique et d'une évaluation correspondante du mesurage de l'angle relatif entre le paquet de mesurage gyroscopique et une surface de référence (figure 3) Par conséquent, par rapport à l'état de la technique, l'on peut renoncer à la base fixe, qui lui est indispensable Pour les mesures des

caractéristiques, les forces ou les moments qui intervien-

nent sont les grandeurs de référence (figure 4) Des mesures dans le plan de référence sont décrites dans le document EU-91107567 9, auquel il est fait référence L'objet de la présente invention est la réalisation de mesures spatiales

et aussi de mesures sans contact.

Les figures 1 à 4 décrivent avec d'autres détails les

exemples de réalisation mentionnés.

La figure 1 représente schématiquement un corps 10, qui

peut avoir une forme quelconque et qui présente trois empla-

cements de mesurage 1, 2 et 3 comportant des surfaces de mesu-

rage 12, 14 et 16, sur chacune desquelles est placée une bu-

tée 18, 20 et 22 Il est prévu pour effectuer les mesures un appareil de mesurage 24 comportant trois gyroscopes d'axes

Xb Yb et Zb L'angle spatial de chaque emplacement de mesu-

rage 1, 2, 3 du corps 10 est celui des coordonnées xb yb et Zb par rapport aux coordonnées liées à la terre N = xnl

E = yn et D = zn Pour effectuer la mesure, le paquet de me-

surage gyroscopique est positionné à tour de rôle au moins

deux fois sur chacune des trois surfaces de mesurage au con-

tact de la butée correspondante L'appareil de mesurage est

représenté au contact de la surface de mesurage 14 Sa posi-

tion contre les autres surfaces de mesurage mentionnées est marquée en traits discontinus Les valeurs respectives des mesures gyroscopiques, comme dans toutes les configurations,

sont envoyées à un ordinateur 26 comportant une base de temps.

En outre, une grandeur de référence A est fournie à l'ordina-

teur pour chaque mesure Cette grandeur de référence est, dans la configuration de la figure 1 par exemple, la carac- téristique des emplacements de mesurages 1 à 3. L'exemple de réalisation de la figure 2 représente un agencement pour le mesurage du trajet d'un forage 28- Dans celui-ci se trouve un guidage 30 comportant par exemple trois rails de guidage, dont deux sont représentés dans le dessin annexé L'appareil de mesurage 32 comporte à nouveau trois gyroscopes placés dans les trois coordonnées spatiales Le guidage 30 peut être pourvu de marquages 1-6 etc Ces der- niers peuvent être détectables optiquement L'appareil de mesurage 32 est relié à l'ordinateur 38 par un câble 36 Dans cet exemple de réalisation, les positions de mesures respec- tives sont les grandeurs de référence Celles-ci sont, pour15 cette raison, transmises à l'ordinateur par l'intermédiaire du câble 36 avec les données de mesures gyroscopiques La

position de l'appareil de mesurage 32 peut aussi être déter-

minée par l'intermédiaire d'un mètre à ruban ou analogue,qui, par exemple, est déroulé ou enroulé à partir de la tour de forage 40 édifiée en surface et de laquelle alors la grandeur

respective de référence est transmise à l'ordinateur.

Dans l'exemple de réalisation représenté dans la figure 3, l'appareil de mesurage 42 est relié fixement à un appareil de mesurage angulaire optique 46, tel qu'un autocollimateur

ou une caméra de mesurage, la position de l'appareil de mesu-

rage est-mesurée dans l'espace relativement à un point 45

de coordonnées spatiales xbv, Yb' et Zbl' Pour cela, la posi-

tion de l'appareil de mesurage de coordonnées xb, Yb et Zb est déterminée dans l'espace au moyen du paquet de mesurage gyroscopique de l'appareil de mesurage 42 Afin d'établir la position, des points d'appui 44, déterminés par l'appareil

de mesurage optique, sont prévus dans le secteur du point 45. Par l'intermédiaire de la détermination optique des points d'appui, la situation angulaire de l'appareil de mesurage par35 rapport au point 45 est ensuite calculée selon les lois opti-

ques par l'ordinateur, vers lequel l'image recueillie est

acheminée pour traitement La caractéristique de chaque empla-

cement de mesurage est en outre fournie à l'ordinateur 43.

La figure 4 représente un support 48, qui est encastré

à l'une de ses extrémités 50 et qui est représenté à son au-

tre extrémité avec un bras recourbé 52, sur lequel, à distan-

ce de l'axe du support, une force provoquée par un moteur 56 agit par l'intermédiaire d'un câble 54 par exemple Dans le

câble est placée une boite dynamométrique 58 La force res-

pective est ici la grandeur de référence, qui est fournie à l'ordinateur 60 Sur le bras recourbé 52 du support 48 est placé un appareil de mesurage 59 comportant trois gyroscopes et au moyen duquel sa position dans l'espace est fixée par

les coordonnées spatiales xb' Yb et Zb Les signaux gyrosco-

piques sont fournis ici aussi à l'ordinateur.

Forme de réalisation N O 2

En ce qui concerne le mesurage de trajectoire et de con-

tours dans l'espace, il faut un paquet de mesurage gyroscopi-

que triaxial comportant un guidage angulaire et un dispositif pour le mesurage des distances Celui-ci peut consister en

un dispositif pour la mise en mémoire automatique de la dis-

tance lors du processus de mesurage, comme cela est représen-

té dans les figures 5 et 6.

Dans l'exemple de réalisation de la figure 5, sur un con-

tour à mesurer 62 est mis en place un marquage numérique co-

dé de trajet 64, au-dessus duquel passe l'appareil de mesura-

ge comportant les trois gyroscopes par l'intermédiaire d'un

support mobile 66 représenté ici comme un véhicule de mesure.

Le support mobile 66 est équipé d'un appareil capteur de dé-

placement 68 Les données de trajet recueillies ici sont

fournies à l'ordinateur 70 comme grandeurs de référence.

Dans l'exemple de réalisation de la figure 6, un contour 62 est là encore à mesurer L'appareil de mesurage 65 est là

aussi placé sur un support mobile 66 dans la direction longi-

tudinale du contour 62 Ici, comme appareil capteur de dépla-

cement, il est prévu une roue mesureuse 69, équipée d'une

exploration optique (non représentée) roulant le long du con-

tour à mesurer Elle est représentée ici avec un codage numéri-

que Ici aussi, le chemin parcouru est fourni à l'ordinateur

comme grandeur de référence.

Dans l'exemple de réalisation de la figure 7, l'appareil de mesure 72, qui, comme dans la réalisation de la figure 3

par exemple, est muni d'un appareil de mesurage de position angulaire 74, se déplace sans contact au-dessus du contour à mesurer 62 Ici, la position angulaire des coordonnées spa-

tiales de l'appareil de mesurage 72 est, par l'intermédiaire de points d'appui 76, déterminée par rapport aux coordonnées Xbl' Yb' et zb' de chacun des points d'appui En outre, la

position respective de l'appareil de mesurage dans la direc-

tion longitudinale du contour au-dessus du marquage digital de trajet 64 est établie par la caméra de mesurage. Forme de réalisation N O 3 A la place d'un capteur de déplacement à prélèvement direct, le trajet peut également être calculé au moyen d'un

paquet de mesurage triaxial d'accélération à partir de l'ac-

célération du mécanisme dynamique de mesurage Le système

de mesurage est alors un système inertiel intégral (INS) com-

portant des surfaces de butée, c'est-à-dire qu'il se compose

de trois gyroscopes, de trois accéléromètres et de l'ordina-

teur associé Pour utiliser le procédé de la présente inven-

tion, il est entendu que pour le traitement des signaux de mesurage dans l'ordinateur, des grandeurs de référence, des marquages de position par exemple, telles qu'elles sont dé- crites en rapport avec la figure 3, sont également enregis- trées Ainsi, le capteur de déplacement 69 actionné mécanique-25 ment de la figure 6 ou les marquages de trajet mis en place

directement sur le contour de la figure 7 peuvent disparaî-

tre Avec l'abandon de la base fixe, indispensable autrement,

l'on obtient une très grande souplesse de mesurage.

Dans l'exemple de réalisation de la figure 8, il est pré-

vu un système inertiel intégral 80, qui peut être placé à bord d'un avion 82 Les grandeurs de référence sont ici des points de mire terrestres 84 sur le tracé du contour à mesurer, ici

c'est le centre d'un carrefour, qui est représenté.

Forme de réalisation N O 4 S'agissant du mesurage d'anomalies de gravité, le système

de mesurage se compose d'un INS intégral comportant des surfa-

ces d'arrêt, d'un ordinateur pour la mise en mémoire de gran-

deurs de référence et en outre, comme on le voit dans la figu-

re 9, d'un dispositif 86 fixe, en au moins un emplacement sur le terrain, servant à mettre en place l'appareil de

mesurage 88 Ce dispositif de mise en place est muni de sur-

faces de butée 90, grâce auxquelles l'appareil de mesurage peut, lors des mesures d'angles et de positions, être repla-

cé de manière reproductible à l'emplacement sur le terrain.

L'appareil de mesurage 88, dans ce cas, demeure constamment relié par l'intermédiaire d'un câble de liaison 92 au bord

d'un moyen de transport, à savoir ici un hélicoptère 94.

* Le procédé de mesurage, ainsi que le traitement ulté-

rieur des données, est commun, en ce qui concerne l'idée de base, à toutes les formes de réalisation signifiant qu'avec

des conditions extérieures de mesurage inchangées, les mesu-

rages par différence répétés à intervalles dans-le temps,

par rapport à des états de mesure inconnus certes mais iden-

tiques, pour les angles et/ou la vitesse et/ou les positions

sont exploités dans l'ordinateur pour le calibrage de la dé-

rive du système et sa correction ultérieure.

L'identité de l'état de mesurage des angles à des inter-

valles de temps est à réaliser par des mesures constructives simples à titre d'exemple, comme cela a déjà été indiqué, par des surfaces d'arrêt (figure 1) ou un guidage angulaire approprié du paquet de mesurage (figure 2) Comme cela sera

décrit encore ci-dessous, des mesures angulaires vidéo-

optiques par exemple du paquet de mesurage gyroscopique non

guidé peuvent aussi être insérées en ce qui concerne les sur-

faces ou les trajectoires à mesurer (figure 3).

Lors de l'enregistrement des caractéristiques d'angles

ou de positions, comme cela est traité en détail dans le do-

cument EU-91107567 9, les forces ou les moments introduits ou résultants sont traités dans l'ordinateur comme grandeurs de référence pour l'identité de ltétat de mesurage pour les

angles inconnus et/ou les positions inconnues (figure 4) Ce-

la est recevable, puisque, pour les mesures des caractéristi-

ques entre ces grandeurs de référence et les angles et/ou les

positions, l'existence d'une relation univoque est bien ad-

mise.

L'identité de l'état de mesurage par rapport à une posi-

tion à des intervalles dans le temps est obtenue par exemple par un aller et retour sur le même parcours (figures 5 à 7),

grâce à un marquage approprié d'une multiplicité théorique-

ment infinie de points pouvant servir pour le calibrage de la dérive du système Mais, le retour peut aussi avoir lieu sur un parcours différent: il suffit de veiller à ce que, dans ce cas, les mesures soient entreprises par rapport aux mêmes points terrestres fixes (appelés dans ce qui suit points de croisement) qu'à l'aller (figures 8 et 9) L'identité des points de croisement peut être également communiquée alors

à l'ordinateur sous forme de nombres comme grandeurs de ré-

férence.

Intégration des trois mesurages gyroscopiques pour la dé-

termination spatiale de la direction; Compensation de la vitesse de la terre;

Traitement adapté des données pour le calibrage des 3 gy-

roscopes et correction du système.

Les deux premiers points sont, quant à leur principe, transférables à partir de tout système inertiel moderne "strapdown" et sont décrits par exemple dans Gyroscopic Instruments and their Application to Flight Testing,

AGAR Dograph No 160, Vol 15, Septembre 1982, Chapitre 7 4 4.

Les mesures gyroscopiques sont soumises à l'intégration dans une matrice de transformation C pour la transformation vectorielle d'un système de coordonnées lié au corps (x byb,

zb) en un système de coordonnées géographiques ou de naviga-

tion (xn = N = nord, yn = E = est, zn = D = bas) Il con-

vient de considérer ici en premier lieu, que, eu égard à leur ib

physique, les gyroscopes mesurent la rotation,t> par rap-

port à l'espace inertiel (index i) et qu'une matrice de trans-

formation correspondante C réalise l'intégration de leurs signaux de mesure en fonction de l'égalité différentielle ( 4.1) =ib = ib avec O Paz o y ib* ( 4.2) Qib* = (x O)x t OY Ox

13 2667143

Dans ce cas, le signe * signifie que, eu égard à l'in-

certitude de mesurage des capteurs, l'intégration est enta-

chée d'erreur Séparer cette incertitude de mesurage du pro-

cédé de mesurage proprement dit, tel est l'objet de la pré-

sente invention et il en sera traité plus loin. L'on obtient la matrice detransformation recherchée Cnb d'après la relation suivante: =nb *C ( 4.3) b = Cni 'ib = f Tn *çib c_ étant déterminé à partir de l'intégration de =in ( 4 4) i* = Cin* Qin* == 10 =n Puisque la plupart des mesures d'angles sont étroitement limitées localement et que, de ce fait, les influences de la rotondité de la terre sont négligeables, l'intégration de C ni ne se fonde que sur la vitesse de la terre en fonction =ni de la latitude O ( 4.5) wie = Wie (coso O - slno)T, dont les composants déterminent les éléments de la matrice antisymétrique 0 sinr O ( 4.6) Q 2 in* = -ie =CQSO) 0 cos O Dans ce cas, il est entendu que la vitesse de la terre

est connue avec une précision suffisante et que son integra-

tion s'effectue sans erreur et que, par conséquent, dans les

égalités ( 4 4) à ( 4 6), le signe peut également être aban-

donné. L'intégration des égalités ( 4 1) et ( 4 4) nécessite une pose des conditions initiales Cela est très simple dans 1 ' égalité ( 4 1), puisque l'on peut, au début, mettre à zéro la

longitude et qu'ici seule intervient la latitude O de la po-

sition de mesure coso O sino r sintk) ( 47) 9 in,o = a) -sino O cos O Dans l'égalité ( 4 1), cela se traduit par la relation ( 4.8) O ino =in,o n,bo Dans C s'intègre la direction initiale du paquet =nb, o de mesurage gyroscopique en fonction des directions du nord et de la verticale mesurées par rapport au système géographi- que de référence De manière appropriée et selon un procédé

connu, elle est, au moyen de capteurs externes (compas magné-

tique, gyroscope dirigé vers le nord et nivelle) déterminée sous la forme par exemple des 3 angles eulériens angles de roulis, d'inclinaison longitudinale et de lacet pour asseoir les 9 éléments de la matrice Cnb O recherchée, d'après des relations mathématiques connues (Luftfahrt Norm LN 9300, Beuth Vertrieb Gmb H K Mln, 1970) Les mesures gyroscopiques menées ultérieurement se rapportent naturellement à la direction fixée avec *Cnbo* Grâce au procédé de mesurage décrit ici,

l'on n'enregistre pas d'erreur dans la direction de référen-

ce par rapport au système de coordonnées géographiques.

Pour l'exploitation des données, le modèle de transmis-

sion d'erreur doit être connu dans le système de mesurage A cette fin, la matrice de transformation Cib et la matrice lbi

f Wlb (voir égalités ( 4 1) et ( 4 2) intégrées par l'inté-

gration des mesures gyroscopiques sont dissociées en ( 4.9) Cib* = C *i C ib et ( 4-10)Qib = + D = 1 i englobe l'erreur d'alignement modifiée dans le temps

entre le système de référence réel et le système de référen-

ce stabilisé, que l'on peut encore écrire ( 4.11) C* 1 = y + i = Iú avec I = matrice unité et & une matrice antisymétrique, dont les éléments sont les angles d'erreur d'alignement, très

petits en règle générale, Ex y ú et 4 entre deux systè-

mes de coordonnées:

2667143

úYC 0 -ez Ey A ( 4.12)e= -ii = -j -y 8 x

D est une matrice antisymétrique, qui renferme les dé-

rives gyroscopiques dans la direction des trois axes de me-

sure Dx, D et Dz: y z 0 -D Dy ( 4 13)I = Dz -Dx -Dy Dx

Les autres déductions ont comme but de montrer, de ma-

nière exemplaire, pour ces formes de réalisation et les au-

tres, comment les dérives de capteurs ici D et sa modifica-

tion dans le temps R sont, en fonction des mesurages de différence de dérives (ici mesurage AS) à évaluer le plus favorablement.

Pour la matrice, transformée dans le système de coordon-

nées lié au corps, des angles d'erreur d'alignement entre le

système réel de coordonnées et le système de coordonnées calcu-

lé lié à l'espace ( 4.14)e== Cbie= Cib l'on peut déduire, à partir de ( 4 1) et de ( 4 9) jusqu'à ( 4.11), l'équation différentielle vectorielle suivante, qui

est élargie par une mise en équation du temps pour la modifi-

cation de dérive b= +b b+ D D= R + w D ( 4.15) R= o + w R, avec O = vecteur nul L'égalité ( 4 15) est de la forme ( 4-16) x = F x + w avec ( 4.17) x = ( DT DT Rn TT et e= Cx y Ez)T ( 4 18) D = (Dx Dy DZT R =( dix MRT _Qib I O ( 4.19) F = a L_ ( 4 20) W = (_DT f DT wk T)T w D = (W Dx W Dy W Dz)T _,vb = Dx why nbz)T YD(wrbx wby w:i) T

WR = (w' wry W Rz)T.

Dans l'égalité ( 4 9), O est une matrice nulle 3 x 3 et I la matrice unité 3 x 3 Le vecteur W englobe une composante stochastique imprévisible Ainsi, par exemple, l'intégration de WD amène à une erreur de système connue sous le vocable

erreur angulaire "random walk".

Av-ec l'aide de la matrice de transition (tj,0) calculable dans l'ordinateur pour tout instant t à partir de ( 4 16) lGyroscopic Instruments and their Application to Flight

Testing, AGAR Dograph n 160, Vol 15, Septembre 1982, Chapi-

tre 7 3 j, la relation entre l'erreur de système modifiée dans le temps x(t)v = x v et l'erreur initiale de système xo peut être mise en modèle, l'index v exprimant que le calcul réussit en avançant dans le temps: ( 4.21 a) Xjv = l(tj,0) x O En outre, différemment, l'on peut aussi calculer x en _J,r sens inverse dans le temps à partir du point d'arrivée T: ( 4 21 b),r =_(tj,T) XT Puisque les dérives D de gyroscope et leurs modifications

dans le temps R ne peuvent pas, en règle générale, être dé-

terminées directement mais seulement par l'intermédiaire de la dérive angulaire intégrée s, le modèle pour la dérive de système à mesurer est: ( 4.22 a) ejvv = j {t, x + Y ou ( 4.22 b) ejr = I xjr+ j= g {(tj,T)T +: avec ( 4 23) H = l: O O et v l'incertitude dans le mesurage angulaire Selon l'état l de la technique, pour estimer les erreurs des capteurs D et R, il faut une pluralité de mesures angulaires 6 en rapport avec des références angulaires rigoureuses Dans le procédé

de calibrage évoqué au début, avant ou après le mesurage pro-

prement dit et dans le procédé support évoqué, c'est une con-

dition impérative Le procédé de mesurage à la base de la pré-

sente invention ne suppose pas, pour le calibrage des cap-

teurs, le mesurage de l'angle par rapport à une référence con-

nue, mais le mesurage de la différence angulaire par rapport à des états de mesurage inconnus certes, mais identiques et débutant à des instants tji et tj 2 différents Les modèles pour les erreurs de système à mesurer sont alors: ( 4.24 a) yj,v = U(l(tj 20) (tjlto)) " + Y ou ( 4.24 b) Yj,r = L (l(tj 2 T) l(t 1,T)) IT + Yi

A la base de ces deux relations, l'on trouve le même me-

surage de différence des erreurs de système, qui s'énonce dans la forme de réalisation N 1: 42)j 2 j 2 jl

( 4 25 Yj,v = YJ,r = Yj = j 2,'l j 2 jl-

Les égalités ( 4 24 a,b) sont décrites dans ce qui suit comme le "Modèle pour la différence d'erreur de système à mesurer" Pour un mesurage angulaire en continu au cours

d'un aller et retour du paquet de mesurage gyroscopique sur le même parcours avec un guidage angulaire du paquet de me- surage, l'on dispose en conséquence, avec les mesurages de 5 différences angulaires entre deux états de mesurage identi-

ques à l'aller et au retour, de nombreuses possibilités d'

évaluation, infinies théoriquement, pour ce procédé d'éva-

luation. Les modèles pour le mesurage de la différence d'erreurs de système sont des fondements pour algorithmes régression ou filtration de Kalman en vue de l'estimation des erreurs de capteurs sous forme de paramètres d'état: ( 4.26 a) o = (o Dv v) ou ( 4 26 b) XT =(-T Pr r)

Les erreurs de capteurs sont désignées ici par les in-

dices v et r, puisqu'en règle générale, l'évaluation des

données à l'aller et au retour donne des résultats diffé-

rents Pour tout instant de mesure, l'erreur de système peut,

dans le cours du temps, être déterminée selon deux estima-

tions: ( 4.27 a) x V(t) = t '(t,) Xv ou ( 4.27 b) x Lt) =,t T) r La variation optimale d'erreurs de système résulte d' une moyenne pondérée des deux variations Elle sert de base

pour la correction ultérieure des mesures.

Si les mesures stochastiques des erreurs des capteurs

w D'' et w' sont infiniment petites, expérimentale-

ment, les erreurs réelles et estimées des capteurs concordent avec une précision élevée: ( 4.28) D = Det R = R

Sinon, D et R sont une approximation des variations effec-

tives des erreurs des capteurs.

Comme le document EU-91107567 9 les décrit, certaines

conditions sont à maintenir pour la séquence temps des me-

surages Par exemple, si l'incertitude de mesurage du me-

surage angulaire ne se produisant que dans un plan de réfé-

rence est donnée par e=D

( 4.29) D = R

R= 0,

alors la matrice de transition unidiniensionnelle correspon-

dant à l'égalité est: ( 4.30) =(t,o) = ( 1 t 1/2 t 2)

et le modèle pour la mesure des erreurs de système correspon-

dant aux égalités ( 4 24 a) et ( 4 25) est

( 4.31) àcj 2,1 = ( O (tj 2-tjl) 1/2 (tj 2 -t 1) ( D R)T + vj.

Afin de pouvoir continuer à observer les coefficients

D et R recherchés à partir des mesures de différences, l'ins-

tant entre la lère et la 2 ème mesure doit être commandé à

des emplacements respectifs j(tjltj 2) de manière que le rap-

port 2 _ 2 ( 4 32) (tj 2 tl) / (t 2 tjl) = tj 2 + tjl,

qui est identique à la moyenne arithmétique entre les ins-

tants de mesurage aux mêmes emplacements de mesurage, ne de-

meure pas constant, mais varie.

Ce procédé d'estimation de l'incertitude du mesurage de système de mesures par gyroscopes comportant une correction subséquente des mesures est esquissé dans la figure 10 sous

forme d'un schéma fonctionnel pour un programme d'ordinateur.

S'agissant des réalisations connues jusqu'à ce jour, l'on était tout d'abord parti de ce que le paquet de mesurage

gyroscopique était en contact physique avec les surfaces fai-

sant l'objet des mesures Dans de nombreux cas d'utilisation,

le mesurage sans contact d'angles spatiaux est particulière-

ment intéressant, des procédés optiques de mesurage étant d'une utilisation appropriée pour le mesurage indispensable

de l'angle entre la surface de mesure et le paquet de mesu-

rage gyroscopique, comme cela est esquissé dans la figure

3 Au lieu du mesurage direct de l'angle inconnu, le mesura-

ge a lieu ici entre les directions de référence b et N ainsi que b' et- b, avec b' = direction de référence à mesurer et

b = direction de référence du paquet de mesurage gyroscopi-

que La matrice de transformation recherchée est alors ( 4-33) cnb' = =nb bb' :.vec = matrice de transformation à calculer à partir du système optique de mesurage Le signe t indique dans ce cas, qu'en règle générale la mesure optique est elle aussi entachée

d'erreur Dans cette forme de réalisation, l'appareil de me-

surage est comparable à un autocollimateur usuel, mais sans

la base fixe indispensable selon l'état de la technique.

Le procédé de mesurage et d'évaluation décrit présuppo-

se que les facteurs d'intégration des gyroscopes sont connus

avec une précision suffisante Des valeurs relatives de sta-

bilité sont garanties aujourd'hui avec un ordre de grandeur -3 de 10 par les fabricants de gyroscopes Si cette valeur n'est pas suffisante, le paquet de mesurage gyroscopique doit être calibré avant son utilisation Cela ne présente aucune difficulté, dans la mesure o le facteur d'intégration est tout simplement à déterminer par le mesurage d'un angle connu Ainsi, en pratique, l'angle 3600 peut être réalisé à

l'aide d'une surface plane avec butée.

Le procédé de calibrage avec facteur d'intégration uti-

lise le procédé par mesurage d'angles décrit plus haut Un

indicatif est fourni à l'ordinateur pour ce type d'exploita-

tion Le gyroscope à calibrer est placé avec son axe sensi-

ble perpendiculaire à la surface et amené contre la butée.

Le nombre O est introduit dans l'ordinateur comme grandeur

de référence L'on tourne de 3600 le gyroscope sur la surfa-

ce et on le ramène contre la butée, après quoi, le nombre 1

est introduit Après d'autres mouvements dans un sens varia-

ble de rotation, des mesures sont caractérisées par des nom-

bres successifs L'ordinateur détermine ensuite la dérive de mesurage variable dans le temps en utilisant le fait que dans le mesurage du gyroscope, après une rotation positive

et une rotation négative de 360 , la composante d'une er-

reur constante du facteur d'intégration est ramenée à zéro.

La dérive dite ( É-t) du mesurage du gyroscope est alors pure-

ment et simplement contenue dans les différences de mesura-

ges exprimées par des nombres en degrés ou non Après éva-

luation de sa variation Z(t) et sa correction, les mesura-

ges d'angles gyroscopiques corrigés, qui doivent se chiffrer après une rotation respective de + 360 , sont en place dans

l'ordinateur L'erreur du facteur d'intégration du gyrosco-

pe est à déterminer à partir de la différence et à éliminer

par correction.

Mesurage de contours polygonaux et de contours dans l'espace.

Un système de navigation à l'estime pour la détermina-

tion en continu de la position d'un véhicule se compose d'un capteur de déplacement ou d'un tachymètre, d'une référence de direction et d'un ordinateur pour déterminer la position du

véhicule dans un système de coordonnées géographiques (in-

dex n) à partir de signaux de mesures Pour la détermination spatiale de contours polygonaux et de contours, la vitesse V déterminée liée au solide (index b) doit, selon le même principe, être à l'aide de la matrice de transformation Cnb transformée dans le système de coordonnées géographiques et intégrée conformément à ( 51) n = oft yn dt = t C 9 nb Yb dt et avec l'emploi de capteurs de déplacements, il en résulte

une sommation du mesurage incrémentiel et transformé du me-

surage de déplacement correspondant à ( 5.2) Sn = nb L-Sb Par rapport à la forme de réalisation No 1, en vue du

mesurage de contours polygonaux, le paquet gyroscopique tri-

axial comportant un guidage angulaire est purement et simple-

ment à compléter par un capteur servant à déterminer la vi-

tesse ou le déplacement incrémentiel, pour cela l'on dispose de 3 alternatives:

a) mise en mémoire de la distaice prémarquée pendant le pro-

cessus de mesurage (figure 5); b) mesurage de la distance par un traceur de route pendant le processus de mesurage (figure 6);

c) mesurage de l'accélération linéaire du processus de mesu-

rage et détermination de la distance de la même manière que dans un système de navigation inertielle selon la

technique "strapdown".

Dans la forme de réalisation N 02 a, la distance prémar-

quée est caractérisée de manière adéquate par le collage d' une bande divisée digitalement et de résolution aussi élevée que possible (figure 5) La détermination de la position de

mesure, c'est-à-dire du contour polygonal ou du contour ré-

sulte de l'utilisation sur l'aller et le retour de l'égalité ( 5.2) par l'ordinateur Comme cela a été évoqué au début, les mêmes distances sont parcourues à cet effet dans le sens positif et dans le sens négatif ou, pour des contours fermés, deux fois dans la même direction Mais le retour peut aussi

avoir lieu sur un trajet différent avec croisement de l'iti-

néraire aller Pour l'évaluation des données, l'on ne dispose bien sûr alors que des points de croisement ainsi que du point initial et du point d'arrivée La figure 11 montre le schéma

fonctionnel du processus de saisie et d'exploitation des don-

nées pour cette forme de réalisation.

Dans l'exemple de réalisation de la figure 6, le paquet

de mesurage-gyroscopique est pourvu d'un capteur de déplace- ment semblable au compteur de distance d'un véhicule automo-

bile (figure 6) et le tronçon de trajet mesuré incrémentiel- lement L Sb est traité comme dans le cas précédent. La forme de réalisation comportant un système inertiel intégral de navigation, réalise sans doute le mesurage le

plus souple des contours polygonaux, des contours et des tra-

jectoires dans l'espace.

Avec l'incorporation de trois capteurs inertiels supplé-

mentaires, le comportement des erreurs de système se trouve influencé par des paramètres d'erreur supplémentaires dans chaque accéléromètre par une erreur de facteur d'intégration et par une erreur quasi constante (Bias) Des modifications

dans le temps du Bias ne sont pas à différencier des influen-

ces d'une dérive de gyroscope et sont par conséquent déter-

minées également par l'estimation de celle-ci L'erreur de

facteur d'échelle concernant l'accéléromètre entraîne au ni-

veau du système une erreur de position dépendant du trajet et ne peut être déterminée par le procédé de la présente in- vention, contrairement au Bias Soit au début, soit à la fin

de la campagne de mesurage, il faut tenir compte de l'influ-

ence d'une possible erreur de facteur d'intégration par ca-

librage selon le procédé connu, ou bien il faut faire inter-

, venir à cette fin des points de référence de position connus,

lesquels soient aussi éloignés que possible du point initial.

Selon la théorie, l'incertitude de mesurage d'un tel système, aussi bien au plan de l'angle (cap, position), de

la vitesse qu'au plan de la position, est, en première ap-

proximation, s'exprime au moyen d'un système d'équations différentielles du premier ordre correspondant à l'égalité ( 4.15) avec le vecteur d'état Cyroscopic Instruments and their Application to Flight Testing): ( 5.3) x = (J ôVn ôS DT RT BT)T, ou S Vn = vecteur de l'erreur de vitesse, S Sn = vecteur de l'erreur de position, B = vecteur de l'erreur de mesure de l'accélération La matrice de transition +(t,o) ou _(tj T) est, en tant que modèle pour la différence à mesurer de 1 ' erreur de système (voir égalité ( 4 24), calculable de la

même manière pour chaque instant t j ou tj 2-

La présente invention permet en utilisant un système

inertiel intégral pour le mesurage de tracés linéaires, con-

tours et trajectoires spatiaux les procédés suivants de mesu-

re et d'évaluation pour l'estimation des incertitudes de me-

surage de système sous forme de 1) mesurage de la différence de position et/ou 2) mesurage de la différence de vitesse et/ou

3) mesurage de la différence d'angle.

En comparaison avec l'état de la technique, au plan de la vitesse, on peut exploiter aussi le processus ZUPT décrit plus haut, c'est-à-dire le mesurage de la vitesse absolue nulle dans le support de système, de même que la mesure de la différence de vitesse par rapport à n'importe quelles mesures de vitesse nulles aux autres instants tj et tk* L'on dispose théoriquement d'une infinité de mesures de

différence de position, lors de l'aller et du retour du sys-

tème inertiel par le même itinéraire, ainsi que lors de l'en-

registrement de marquages ou de la zone de terrain survolée

(figure 8), ce sur quoi l'on reviendra encore plus loin.

Les mesures sont, de la même manière, concevables en fonction des points de croisement, lorsque l'itinéraire retour diffère de celui aller, mais le croise ou s'en approche,comme cela a déjà été indiqué plus haut Des mesurages combinés de

différences d'angles, de vitesses, de positions sont exécuta-

bles par exemple pour le mesurage de ces 3 paramètres sur l'itinéraire retour, si, sur l'itinéraire aller, un dispositif fixe de réception pour le système inertiel est ancré à des points discrets (figure 9) Pour un mesurage en continu de l'angle et de la position, un guidage mécanique du système inertiel est indispensable le long du trajet de mesurage (figure 2) ou encore un mesurage correspondant sans contact

(figure 7).

L'exploitation des données est conduite identiquement quant au principe à celles évoquées ci-dessus, le vecteur de mesure pour SS et/ou CIV et/ou: étant défini par H Le schéma

fonctionnel correspondant est esquissé dans la figure 12.

Le mesurage sans contact de contours est dans la prati-

que d'un intérêt particulier La photogrammétrie est ici soli-

dement établie selon l'état de la technique Avec une liaison

fixe de la caméra de mesurage et d'un paquet de mesurage gy-

roscopique (figure 7) et en utilisant l'idée de la présente invention de la manière décrite plus haut, des possibilités

entièrement nouvelles se font jour pour cette technique de mesurage également, puisque cette combinaison est à considé-

rer comme un théodolithe photogrammétrique, mais sans la ba- se fixe exigée selon l'état de la technique (Document FORUM, cahier 4/1987, pages 193-213).35 Pour un mesurage de trajectoires aussi, d'une ligne de vol par exemple, l'ensemble INS, caméra vidéo (figure 8) cons-

titue une combinaison très favorable, puisqu'ainsi, en utili- sant exclusivement des moyens autonomes de bord et l'objet de la présente invention, un accroissement de la justesse

* est possible en utilisant des références externes inconnues.

L'exploitation des données s'effectue dans ce cas de la maniè-

re suivante Avec S, = point du terrain remarquable, identi-

que pour l'aller et le retour (du vol),A S et S = les mesures de position de la caméra vidéo différentes, en règle générale, pour l'aller et le retour en fonction de ce point, S., et Sj 2 = la ligne de vol réelle à l'aller et au retour et Ss ainsi que SS* 2 = les erreurs correspondantes de posi- -ji -J 2 tion INS, aux deux instants la position INS mesurée est ( 55 sa) 11 = S' + AS^j + 65 et ( 5-5) j 2 * = S + J 2 + d'o l'on conclut que, dans le mesurage de la différence de l'erreur de position, la position absolue du point du terrain

s'élimine et que ses coordonnées n'ont pas besoin d'être con-

nues Les distances effectives A S et L 53 entre point du terrain et INS n'interviennent pas non plus dans ce mesurage de différence, mais seul le mesurage relatif vidéo S * -j 2, 1

entre l'aller et le retour, comme la figure 8 l'esquisse.

Pour l'exploitation des données par conséquent, l'on fait in-

tervenir peu de points marquants du terrain, qui peuvent être gardés en visée un laps de temps plus ou moins long, et le terrain enregistré vidéo optiquement en continu Même pour un court laps de temps de mesurage vidéo d'un seul point du

terrain à l'aller et au retour, une multiplicité de possibi-

lités de combinaisons se présente pour la détermination des mesurages de différences concernant l'erreur de position Il va de soi qu'un point externe de référence au moins (point de départ ou point du terrain par exemple), auquel la ligne de vol définitive se réfère, doit être connu pour l'exploitation des données Pour la précision du procédé, un second point de référence est intéressant à l'arrivée du vol.

Mesurage de déroulements de mouvements.

La rotation et la translation des corps déterminent leurs mouvements Leur mesurage se réalise de manière appropriée avec un système inertiel intégral (INS) Dans le domaine de la haute fréquence, l'on peut en règle générale utiliser les

signaux de sortie non corrigés d'un INS pour le mesurage pré-

cis des déroulements de mouvements, puisque, comme cela a été évoqué plus haut, l'incertitude de mesurage INS ne se manifes- te qu'avec le temps croissant Il n'est donc pas nécessaire

de rechercher à améliorer les mesurages en utilisant l'ensei-

gnement de la présente invention.

En revanche, ce dernier offre de l'intérêt dès lors que le déroulement de mouvement d'un corps doit être suivi avec une grande précision durant un long intervalle de temps sous forme d'un mesurage synchrone de sa position relative et/ou

de son trajet.

Selon l'état de la technique, l'INS s'appuie à cet effet sur les mesurages externes de positions et de vitesses, lors

d'essais en vol par des mesurages radar par exemple.

S'agissant du mesurage des déroulements de mouvements, la présente invention offre un intérêt dans la mesure o elle autorise un calibrage INS autonome de bord par des mesurages séquentiels répétés d'angles, de vitesses et de positions

par rapport à des repères inconnus, mais identiquement sta-

tionnaires et terrestres.

Dans ce cas, le calibrage n'est réalisé que par le mesu-

rage de positions Lors d'essais d'avions ou de véhicules, un ou plusieurs repères de trajectoires ou caractéristiques de terrains sont par exemple survolés ou passés à plusieurs reprises séquentiellement et enregistrés vidéo-optiquement

en vue d'une exploitation photogrammétrique Mais, comme ce-

la a déjà été décrit ci-dessus, cela peut aussi s'effectuer

en quasi continu L'exploitation des données est par consé-

quent identique au procédé de mesurage de trajectoires et

de contours décrit (figure 12).

Mesurage d'anomalies de gravité.

Le mesurage d'anomalies de gravité en importance et en position par rapport à une direction de référence liée à la

terre est une combinaison d'un mesurage très précis de posi-

tion et d'accélération Elles sont mesurées selon l'état de la technique au moyen de gravimètres spéciaux en exploitation fixe ou

de systèmes inertiels en exploitation dynamique.

Dans ce dernier cas, eu égard à l'erreur INS mesurée au plan de la vitesse et de la position, l'on conclut à 1 ' anomalie de gravité effective pendant un passage.

La présente invention, avec utilisation d'un INS, ouvre un chemin direct pour le mesurage de modifications d'anoma-

lies de gravité par rapport à la valeur au point de départ. Cela est compréhensible avec les formes d'utilisation N O 210 et 3 En utilisant des dispositifs de recueil à des posi-

tions de mesurage (figure 9), les mesurages de différences sont possibles tant au plan de la position et de la vitesse qu'à celui des angles pour le calibrage précis INS et la

détermination de l'influence de la gravité.

Claims (7)

REVENDICATIONS

1 Procédé pour le mesurage d'angles au moyen de gyros-

copes, deux mesures au moins étant effectuées à intervalle

dans le temps avec les mêmes directions de référence et in-

troduites dans un ordinateur ( 26,38,43,60,70) sur la base de modèles pour le rapport entre les mesures et les erreurs de système, en vue de l'estimation optimale de l'erreur de système et, reposant sur cela, une correction des mesures étant effectuée, caractérisé en ce que

avec les gyroscopes, sont, par rapport à des direc-

tions inconnues et modifiées dans le temps, effectuées des mesures angulaires spatiales, qui sont répétées à intervalle dans le temps tji et tj 2 pour des références identiques de

direction (j = direction de la mesure répétée, 1,2 = ins-

tants), pour les mesures répétées vis-à-vis des directions identiques de référence j, les différences y des mesures de gyroscope sont établies dans l'ordinateur par traitement ultérieur des données,

les modèles pour l'élaboration dans le temps des dif-

férences d'erreurs de système, incluant les erreurs de cap-

teurs? sont calculés dans l'ordinateur pour l'instant O de début du mesurage en avançant dans le temps et selon des égalités comportant les différences de mesurage yj, telles que des égalités conformes à (cf figures 10,11,12) j,v = H ( 4 (tj 2,O) b(tl O)) x + v H (l(tj 2,T) + (tjj,T)) x + v avec les index v et r pour "en avant" et "en arrière" dans le temps et H = (_ O _) = matrice de mesure _-(t, 0) = matrice de transition du point O vers t

T T T T

x = (ú D R) = vecteur d'erreur de système, avec = vecteur de dérive angulaire, D = vecteur de dérive du gyroscope et R = vecteur de modification dans le temps de dérive de gyroscope et

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= souffle de mesurage, et servent à l'estimation optimale des erreurs de système, de là, deux fonctions de temps des erreurs de système estimées de manière optimale -v et Rr sont, en partant du début et de la fin du mesurage, calculées comme bases pour une fonction de temps R commune obtenue par moyenne pondérée, une correction des mesures est effectuée à l'aide de

cette fonction de temps de l'erreur de système.

2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on choisit pour caractériser des directions identiques de référence des grandeurs de référence, qui sont avec les

directions de référence dans un rapport physique indiscuta-

ble.

3 Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'en vue de l'observation de la modification dans le

temps des-erreurs de capteurs, les temps, déterminés arithmé-

tiquement, auxquels l'on présuppose l'existence d'états iden-

tiques de mesurage, varient de manière significative.

4 Procédé selon les revendications 1 à 3, caractérisé

en ce que pour le mesurage des trajectoires, les gyroscopes sont déplacés au moins deux fois à des points fixes de la trajectoire et en ce que les mesures angulaires par rapport aux directions de référence de la trajectoire sont répétées

aux points fixes.

5 Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que des capteurs de mesurage de distance sont utilisés pour

déterminer les points fixes.

6 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce-que en vue du mesurage de trajectoires, l'on utilise un système inertiel (INS) comportant trois gyroscopes, trois accéléromètres et un ordinateur, avec un vecteur d'erreur de système;

X(CT -T S DT RT BT;T

avec îV = vecteur d'erreur de vitesse, -n &Sn = vecteur d'erreur de position et B = vecteur d'erreur de mesure d'accélération; par rapport aux points fixes de la trajectoire, à deux reprises au moins, est effectuée, à intervalle dans le temps, une mesure de position; pour les mesures répétées vis-à-vis des points fixes identiques j, les différences y des mesures de position INS sont établies par l'ordinateur dans le traitement ultérieur des données; dans l'ordinateur, les modèles pour l'élaboration dans le temps des différences d'erreurs de système, incluant les erreurs de capteurs, sont calculés pour l'instant O du début du mesurage en avançant dans le temps et selon des égalités comportant les différences de mesurage yj, telles que des égalités-conformes à (cf figures 10,11,12) Yjv =LH (k(tj 21) (=tj 1, O) x + v rjr = H { 4 j 2 Tj P(tj 11,) x + v avec les index V et r pour "en avant" et "en arrière" dans le temps et H = (O I O O _) = matrice de mesurage et servent à l'estimation optimale des données; de là, deux fonctions de temps des erreurs de système estimées de manière optimale R et Rr sont, en partant du début et de la fin du mesurage, calculées comme bases pour

une fonction commune de temps x obtenue par moyenne pondé-

rée; une correction du mesurage est effectuée à l'aide de

cette-fonction de temps de l'erreur de système.

7 Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'aux points fixes, les mesures de position sont complétées par des mesures de vitesse et que l'exploitation des données est fondée sur la matrice de mesure suivante

H = (O I I O O 0).

ô Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'aux points fixes, les mesures de position sont complétées par des mesures angulaires par rapport aux mêmes directions de référence et que l'exploitation des données est fondée sur la matrice de mesure suivante:

H = (_ o I o O O).