Mesures inertielles Concept et réalité. Des matériels sensibles Les instruments de ce type...

Mesures inertielles

Concept et réalité

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 ‘

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

Mesure accélérométrique

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

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

Principe de mesure de vitesse angulaire

Avec gyromètre annulaire

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

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

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.

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 ‘

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

Références

La référence peut être la gravité terrestre

Ou la portance ( orientation de la structure )

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 …

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

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

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 carréAprès 60 secondes … Voire plus … l’erreur est multiplié par le carré du tempsUne intégration ou double intégration ne donnera pas une mesure de bonne précision

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

Des centrales simples

VR, AHRS etc …

Un boîtier embarqué

Des sorties analogiques

Et numériques

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