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DCPS - Conception et évaluation des performances des systèmes

SINAHY - SImulation de la NAvigation HYbridée

La navigation inertielle est un sujet d’étude qui occupe quelques personnes au DCPS depuis de nombreuses années. Les études menées sur le sujet permettent de reproduire le comportement des centrales inertielles embarquées à bord des aéronefs (phase d’alignement et évolution des erreurs au cours du temps), et d’étudier des algorithmes de recalage de la navigation avec les capteurs embarqués à bord.

Un simulateur dédié à la navigation hybridée (SINAHY) a été réalisé de manière à capitaliser les différents modèles intervenant dans une simulation de navigation hybridée :

  • Modèles de centrale inertielle
  • Modèles de capteurs
  • Modèles de filtre d’hybridation

Interface de la plate forme SINAHY
Interface de la plate forme SINAHY

SINAHY est une plateforme modulaire et évolutive qui se présente sous la forme d’une IHM Matlab®. L’utilisateur a la possibilité de lancer un cas de simulation seul ou un ensemble de  simulations Monte Carlo en sélectionnant les différents modèles et jeux de paramètres associés.

Cet outil permet la mise en place et l’évaluation simple et rapide de systèmes de navigation inertielle et hybridée entre la centrale inertielle et un ou plusieurs capteurs choisis et paramétrés par l’utilisateur, chaque type de modèle étant réuni sous un onglet différent.

Le DCPS a développé principalement des modèles de filtres de recalage hybridé avec la mesure altimétrique. La base des différents filtres développés est soit le filtre de Kalman, soit le principe de corrélation de profil de terrain (recalage par blocs), soit le filtrage particulaire. Ce dernier thème occupe une large part des travaux de navigation menés au DCPS qui ont permis de développer des variantes performantes du particulaire adapté au recalage de la navigation inertielle par mesures altimétriques (RPF : Régularized Particle Filter ; KPKF : Kalman-Particle Kernel Filter (voir référence [1])).

Filtre particulaire dédié au recalage de la navigation par mesures altimétriques
Filtre particulaire dédié au recalage de la navigation par mesures altimétriques

Un effort particulier a également été entrepris sur certains sur certains modèles capteur avec une participation importante du Département Electromagnétisme et Radar (DEMR) :

  • Modèle de récepteur de radio-navigation par satellite (RNS) : ce modèle, de type comportemental, propose une architecture multi-corrélateurs basée sur un estimateur de type Kalman étendu (et particulaire régularisé) qui à partir des sorties des corrélateurs et d’un modèle dynamique du véhicule, estime en parallèle le retard de propagation et la vitesse doppler. Cette architecture s’avère intéressante pour robustifier le récepteur RNS aux problèmes engendrés par la forte dynamique du véhicule ou face aux ambiguïtés créées par les multitrajets en environnement urbain. la sensibilité du récepteur RNS aux brouillages (intentionnel ou non-intentionnel) est aussi évaluée dans ce modèle.

Illustration de la propagation des signaux RNS dans l’atmosphère
Illustration de la propagation des signaux RNS dans l’atmosphère

  • Modèle de Radio-altimètre (RA) : le modèle réalisé permet de simuler finement la mesure d’un radio-altimètre en tenant compte des caractéristiques de l’antenne, du signal émis, du terrain « illuminé » par le lobe d’antenne et du traitement effectué après réception du signal réfléchi.

Traces au sol du lobe d’antenne RA le long d’une trajectoire de vol
Traces au sol du lobe d’antenne RA le long d’une trajectoire de vol

Références

[1] K. Dahia, « Nouvelles méthodes en filtrage particulaire – Application au recalage de navigation inertielle par mesures altimétriques », Thèse de doctorat de l’Université de Grenoble, France, Janvier 2005.

Contacts

Jean-Michel Allard (Jean-Michel.Allard \@/ onera.fr)
Karim Dahia (Karim.Dahia \@/ onera.fr)

 

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