FR2511146A1 - Instrument de navigation - Google Patents

Instrument de navigation Download PDF

Info

Publication number
FR2511146A1
FR2511146A1 FR8213470A FR8213470A FR2511146A1 FR 2511146 A1 FR2511146 A1 FR 2511146A1 FR 8213470 A FR8213470 A FR 8213470A FR 8213470 A FR8213470 A FR 8213470A FR 2511146 A1 FR2511146 A1 FR 2511146A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
acceleration
component
gravitational
attitude
total
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
FR8213470A
Other languages
English (en)
Other versions
FR2511146B1 (fr
Inventor
Reginald John Victor Snell
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BAE Systems PLC
Original Assignee
British Aerospace PLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by British Aerospace PLC filed Critical British Aerospace PLC
Publication of FR2511146A1 publication Critical patent/FR2511146A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of FR2511146B1 publication Critical patent/FR2511146B1/fr
Expired legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/10Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
    • G01C21/12Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning
    • G01C21/16Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation
    • G01C21/183Compensation of inertial measurements, e.g. for temperature effects
    • G01C21/185Compensation of inertial measurements, e.g. for temperature effects for gravity

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Navigation (AREA)

Abstract

UN AVION FONCTIONNANT DANS UN CHAMP GRAVITATIONNEL ET POSSEDANT DES DETECTEURS CONVENTIONNELS POUR MESURER LA VITESSE REELLE DE L'AIR (DETECTEURS 10, 11), LES ANGLES D'INCIDENCE ET DE LACET (DETECTEURS 13, 12), LA ROTATION AUTOUR DES AXES X, Y ET Z ET L'ACCELERATION LE LONG DE CEUX-CI (DETECTEURS 14, 15, 16) EST EQUIPE DE MOYENS DE CALCUL DE LA COMPOSANTE INERTIELLE DE L'ACCELERATION A PARTIR DE DONNEES CONCERNANT LA VITESSE REELLE DE L'AIR, LE CAP ET LA ROTATION DE L'AVION OBTENUES A PARTIR DES DETECTEURS, ET UN MOYEN POUR COMPARER LA COMPOSANTE INERTIELLE A L'ACCELERATION TOTALE DETECTEE POUR DEDUIRE DE CETTE FACON L'ORIENTATION DE LA COMPOSANTE GRAVITATIONNELLE ET OBTENIR AINSI UNE ESTIMATION DES ANGLES DE PLONGEE ET DE ROULIS DE L'AVION.

Description

1. La présente invention a trait à un appareil et à des méthodes utilisés
pour déterminer l'attitude d'un
véhicule situe dans un champ gravitationnel En particu-
lier, mais non exclusivement, l'invention a trait à un appareil destiné à déterminer l'orientation du vecteur gravitationnel de la terre par rapport à un avion opérant dans le champ gravitationnel de la terre et à déterminer
par là les angles de plongée et de roulis de l'avion.
Il existe au moins deux techniques convention-
nelles pour déterminer l'attitude d'un corps en vol par rapport au plan horizontal local Une telle technique est
la méthode de Schuler dans laquelle les valeurs de la vi-
tesse spatiale du corps et de sa distance radiale au centre de la terre sont prises en compte pour déterminer le degré
de rotation du plan horizontal local lorsque le corps voya-
ge autour du globe terrestre Etant donné que la rotation
de la terre doit être prise en compte, le calcul de la vi-
tesse spatiale du corps nécessite la connaissance de la di-
rection du mouvement et de la position par rapport à la surface de la terre, En conséquence, cette technique peut être appliquée correctement seulement en conjonction avec un système de navigation, Une deuxième technique consiste à détecter le
vecteur gravitationnel de la terre au moyen d'accéléromè-
2, tres détecteurs de gravité Cette tâche est compliquée parce que l'accélération dynamique peut se confondre avec l'accélération gravitationnelle et celle-ci doit être isolée de celle-là Des techniques conventionnelles tentent de différencier les deux en coupant la fonction de recher- che de gravité de l'accéléromètre dès que l'accélération
détectée excède une certaine valeur A ce moment un gyros-
cope de référence verticale qui n'est pas réglé selon la méthode-de Schuler, est employé pour maintenir la référence verticale jusqu'à ce que l'accélération étrangère soit otée et que les accéléroxètres puissent reprendre leur fonction de recherche de gravité Cette technique est sujette à
erreur si les accélérations inertielles se trouvent en-de-
çà du seuil de coupure de l'accéléromètre Le gyroscope
de référence verticale n'étant pas réglé suivant la métho-
de de Schuler, et ne prenant donc pas en considération le
mouvement angulaire autour du centre de la terre, cette tech-
nique est limitée à des périodes de manoeuvre brèves alter-
nées avec des périodes de-vol stable pour permettre de ré-
établir la référence verticale correcte si on doit mainte-
nir suffisamment de précision De plus, le gyroscope de ré-
férence verticale doit être monté sur des cardans qui sont
sujets à des blocages ayant pour résultat de faire vacil-
ler le gyroscope et ceci impose une limite au fonctionne-
ment.
Selon un aspect de cette invention, on prévoit
un appareil pour déterminer l'attitude d'un corps en fonc-
tionnement dans un champ gravitationnel, appareil qui com-
prend umnoyen pour déterminer l'accélération totale exercée sur le corps, un moyen pour déterminer la composante iner
tielle de l'accélération et un moyen pour comparer la compo-
sante inertielle avec l'accélération totale de telle façon que l'orientation de-la composante gravitationnelle qui
s'exerce sur le corps puisse être déduite.
Selon un autre aspect de cette invention, on prévoit une méthode pour déterminer l'attitude d'un corps en fonctionnement dans un champ gravitationnel, qui comprend les étapes de: (i) mesurer l'accélération totale agissant sur le corps,
(ii) calculer la composante inertielle de l'ac-
célération totale agissant sur le corps, et
(iii) comparer l'accélération totale avec la com-
posante inertielle et en déduire l'orienta-
tion de la composante gravitationnelle agis-
sant sur le corps.
Selon un autre objet de cette invention, on pré-
voit un corps en fonctionnement dans un champ gravitation-
nel,qui contient un moyen de détection de vitesse pour dé-
tecter la grandeur de la vitesse et sa direction relative-
ment aux axes du corps, un moyen de détection de rotation
destiné à détecter la rotation du corps, un moyen de dé-
tection d'accélération pour mesurer l'accélération totale agissant sur le corps,un moyen pour traiter les données
reçues des moyens de détection de la vitesse de l'avance-
ment et de la rotation pour déterminer la composante iner-' tielle de l'accélération totale agissant sur le corps, un moyen pour comparer l'accélération totale détectée avec la composante inertielle, et en déduire l'orientation de la composante gravitationnelle par rapport au corps et par
suite une attitude estimée du corps.
Le corps peut contenir des moyens d'intégration pour intégrer les données reçues du moyen de détection de rotation et déterminer par là une autre attitude estimée du corps et un moyen de contrôle pour comparer 1 'attitude
estimée obtenue par intégration avec celle obtenue par dé-
duction de la composante gravitationnelle L'estimation obtenue par intégration et celle obtenue par déduction de
la composante gravitationnelle peuvent chacune être pondé-
rées en termes de fiabilité et combinées pour obtenir une meilleure estimation
Un moyen de contrôle peut être prévu pour contrô-
ler la seconde dérivation des données reçues d'un ou plus des moyens de détection de la vitesse, de la rotation ou de l'accélération, le moyen de contrôle agissant pour supprimer 4.
l'estimation obtenue par déduction de la composante gra-
vitationnelle si la seconde dérivation excède une valeur prédéterminée. A titre de technique d'auto-contrôle, un moyen peut être prévu pour comparer la valeur estimée de l'ac-
célération gravitationnelle totale avec la valeur standard.
Le corps peut comprendre un moyen de filtre bas-
se fréquence adapté de façon à araser les fluctuations à court terme des données issues du moyen de détection de la
vitesse, et un moyen de retard destiné à retarder les don-
nées issues des moyens de détection du cap, de la rotation et de l'accélération de façon k synchroniser les données filtrées et retardées issues de chacune des sources Dans ce cas, le corps peut avantageusement comprendre un moyen
d'intégration destiné à intégrer les données issues du mo-
yen de détection de la rotation et à les ajouter à l'estima-
tion retardée de l'attitude déduite de la composante gravi-
tationnelle,mettant ainsi à jour l'estimation retardée de l'attitude. 3 O A titre d'exemple uniquement, une réalisation
spécifique de l'invention va maintenant être décrite en dé-
tails en faisant référence à la figure jointe en annexe qui est un schéma blocs d'un système de navigation pour un avion.
Sur la figure et dans la description on emploie
les notations suivantes: V Vitesse par rapport à un cadre de référence dépourvu d'accélération
V Accélération due à un changement de la vites-
se
a Angle d'incidence rapporté au centre de gra-
vité de l'avion a Degré de variation de l'incidence Angle de lacet rapporté au centre de gravité de l'avion Degré de variation de l'angle de lacet x, y, z Axes du corps de l'avion, orientés "main droite', centrés sur le centre de gravité de B
l'avion; x dirigé vers l'avant le long du re-
père d'horizontal du fuselage, z positif vers le bas (voir figures) p, q, r Rotations autour de x,y,z respectivement, conformément à la règle de la main droite xif yi zi Accélérations inertielles le long des axes x,y, z xm, Ym' zm Accélérations mesurées le long des axes x,y,z rapportés au centre de gravité de l'avion e Angle de plongée 0 Angle de roulis
g Accélération due à la gravité.
En relation avec la figure, on a représenté un
avion pourvu d'une sonde de pitot 10 de mesure de la pres-
sion statique,une sonde de température de l'air 11 et des
sondes de détection 12 et 13 de direction du flux d'air res-
pectivement destinées à déterminer les angles locaux de la-
cet et d'incidence de l'avion, tous montés de façon conven-
tionnelle dans ou près du c One nasal de l'avion Les ensem-
bles à gyroscopes de mesures et à accélromètres 14, 15 et 16 respectivement sont montés de manière conventionnelle sur
l'avion éloignés du centre de gravité 17 de l'avion et ali-
gnés suivant les axes x-, y et z de l'avion respectivement.
Chaque ensemble comprend un accéléromètre adapté pour mesu-
rer l'accélération suivant un des axes alignés ci-dessus et un gyroscope de mesure pour mesurer la rotation autour de
cet axe.
En cours d'utilisation,les données issues de la sonde de pitot de mesure de la pression statique 10 et de la sonde de température 11 sont combinées pour calculer la
vitesse réelle V de l'air de l'avion, de manière convention-
nelle Les données concernant les angles locaux d'incidence
et de lacet collectées par les sondes 12 et 13 sont combi-
nées avec les données concernant la rotation de l'avion rela-
tivement & son centre de gravité rassemblées depuis les en-
sembles à gyroscopes de mesures et accéléromètres 14, 15 et 16 pour calculer les valeurs de l'angle d'incidence (a) et 6. de l'angle de lacet ( 8) rapportés au centre de gravité de l'avion Ayant ainsi calculé les valeurs de V, a et B,
ces valeurs sont écrêtées et également dérivées pour obte-
nir les valeurs de V, " et L. Les rotations autour, et les accélérations le long des axes x, y et z mesurées par les ensembles 14, 15 et 16 à accéléromètre/gyroscope de mesure sont corrigées
de façon à tenir compte des distances séparant les ensem-
bles respectifs du centre de gravité de l'avion Les va-
leurs des rotations sont alors écrêtées pour donner les va-
leurs de p, q et r.
L'accélération inertielle totale agissant sur le centre de gravité de l'avion peut être conçue comme étant générée dans deux éléments Dans l'un, les composantes de
l'accélération formées par des changements dans l'intensi-
té et la direction du vecteur de vitesse relativement à x, y et z sont calculées à partir des valeurs de V,, a, &, et selon les form les suivantes: Accélérations dues au changement de l'intensité et de la direction du vecteur de vitesse relativement aux axes: Composante de l'accélération selon l'axe x: Vx = l IV-Vl 2 (tan a Sec 2 a & + tan B Sec 2 g)S}
Composante de l'accélération selon l'axe y: -
vy = lf{V tan g -V 12 Sec 2 a (tan a tan B. -Sec 2 g)} Composante de l'accélération selon l'axe z: = l{V tan a -V 12 Sec 2 g (tan a tan g J z 2 -Sec a a)} Dans les trois équations ci-dessus, 1 représente le cosinus de direction du vecteur vitesse relativement à l'axe x Par calcul on peut montrer que: 1 = ( 1 + tan 2 a + tan)1/2
1 est positif quand le vecteur vitesse est dans le demi-es-
pace avant du corps et négatif quand la vitesse est dans
le demi-espace arrière du corps.
On ajoute aux éléments d'accélération ci-dessus l'autre élé-
ment composé des accélérations centripètes induites par la rotation autour des axes x, y et z. 7. Accélérationsdues aux rotations du corps Axe x Accélération centripète = Vl (q tan a r tan B) Axe y Accélération centripète = Vl (r p tan a) Axe z Accélération centripète = Vl (p tan 8-q) Une fois que les deux éléments ont été calculés
selon chacun des axes, ils peuvent être additionnés de fa-
çon à donner les valeurs des accélérations inertielles tota-
les le long de chacun des axes x, y et z, xi, Yi et zi, res-
pectivement. x = l{V + Vlq tan a r tan -l 2 (tan a Sec 2 a,a
12 2
+ tan e Sec 8)l} i = 1 { tan a + Vlr-p tan a-12 Sec 2 a(tan a tan 8 & Sec 2 8)lj} 2 2 zi = l{ 9 tan 8 + Vlp tan e-q- 12 Sec 2 (tan a tan 5 3 Sec 2 a a)l}
V, a et ne sont pas disponibles en tant que donnée de ba-
se issue d'un détecteur, mais doivent être dérivées en dif-
férenciant V, î et e, puis les valeurs de xi, Yi et zi peu-
yent être obtenues des formules plus fondamentales: d(Vl) xi =Vl(q tan a r tan) + d d C Vl tan Yi = Vl(r-p tan a) + d(Vltan) d(Vl tan a) zi = Vl(p tan e-q) + dt À
Les accélérations mesurées le long des axes x, y et z ras-
semblées depuis les ensembles 14, 15 et 16 sont écrêtées Il IlIl
pour donner les valeurs de xm ym et Zm, respectivement.
Puis, ayant calculé les accélérations inertiel-
les totales et les accélérations mesurées le long des axes x, y et z, les angles de plongée et de roulis peuvent être calculés selon les formules suivantes: Angle de plongée 8 = arc Sin l(xm xi)/gl Angle de roulis O = arc Tan l(Ym Yi)/(Zm zi)l
La quadrature de l'angle de roulis étant la sui-
vante:
11-146
8. + i m i + + Zm Zi + 0 Q O 1 90 Q O 9 D O à 100 OQ 900 g 90 à -180
0 90 90 ' 100
Pour réduire la sensibilité aux erreurs dans
l'accélération inertielle estimée pour des angles de plon-
gée importants: Si t(x x)/g i alors m i 2
A " 2 2
= arc cos (ym Y i) + (m zi) /g En comparaison avec les systèmes traditionnels d'attitude en référence à la gravité (par différence avec les systèmes de navigation inertiels réglés par la méthode de Schuler), la technique décrite ci-dessus présente les avantages suivants: 1, Elle ne nécessite pas de périodes de vol calme pour réétablir la référence verticale et est donc souhaitable pour des périodes soutenues de manoeuvre en vol, 2 Elle n'est pas limitée en attitude pour éviter
un blocage de cardan ou un vacillement de gy-
roscope.
3 L'erreur instantanée dépend de l'erreur de dé-
tecteur instantanée et non de l'histoire immé-
diate de la manoeuvre en cours En conséquence, immédiatement après une manoeuvre, toute erreur
produite pendant la manoeuvre diminuera rapide-
ment.
4 La plupart des détecteurs seraient aussi utili-
sés pour d'autres fonctions de référence en vol
et être installés correctement dans leur fonc-
tion propre; Ceci devrait présenter un avantage
de poids et d'économie de co Qt.
La technique ci-dessus utilise la sortie instanta-
née issue des gyroscopes de mesure du corps utilisés pour le
contrôle de vol, Maintenant ces gyroscopes seuls sont capa-
9, bles de fournir des informations concernant l'attitude en
transformant leurs sorties de mesures selon les axes d'at-
titude et en intégrant En réalité, cette méthode est em-
ployée en navigation à inertie mais en utilisant des gyros-
copes présentant un taux d'erreur de dérive de 0,010 par heure comparé à un taux nominal de 50 par minute requis en contrôle de vol. Cependant, en dépit de la précision beaucoup plus basse des gyroscopes de mesure de contrôle de vol, ceux-ci
peuvent être utilisés de cette manière pendant des pério-
des d'intégration courtes de façon à étendre la réalisation
ci-dessus de l'invention pour inclure les fonctions suivan-
tes ( 1) un degré d'autocontrôle, ( 2) surmonter des défaillances à-courtterme dans certains des détecteurs,
( 3) fonctionnement en réversion avec perte de cer-
tain des détecteurs,
( 4) une technique plus simple, de niveau plus bas.
Auto-contrôle Même avec des dérives de gyroscopes de mesures du
corps relativement élevées de 1 par seconde, l'erreur cumu-
lée par intégration sur une période de cycle répétitif de calcul d'un cirguantièmn de seco:de ou même d'un dixième de
seconde est parfaitement acceptables Le changement en atti-
tude dérivé par intégration de mesure gyroscopique peut par conséquent être comparé avec le changement en attitude de
la technique décrite ci-dessus pendant de courts interval-
les de temps pour servir d'auto-contrôle.
Il a été trouvé que les estimations des angles de plongée et de roulis utilisant la technique ci-dessus
donnaient de bons résultats à long terme, mais que dans cer-
taines conditions extrêmes, telles que dans le cas de ma-
noeuvres violentes des erreurs de détecteur (par exemple la
mesure de la vitesse réelle de l'air V) pouvaient être pas-
sablement importantes, diminuant ainsi la précision de l'estimation à court-terme,
Réciproquement, dans le cas d'estimations des an-
10. gles de plongée et de roulis par intégration de mesure gyroscopique, celles-ci sont généralement bonnes dans le court terme mais la précision dans le long terme décroît à
cause de la dérive du gyroscope.
Selon une modification dé la technique d'auto-
contrôleune technique de filtrage de Kalman peut être em-
ployée pour donner des valeurs de sûreté ou de confiance
aux estimations issues de chacune de ces sources et dédui-
re par 1 une meilleure estimation, Correction des erreurs de détection à court terme Comme les gyroscopes de mesures sont capables de
fournir des données d'entrée dignes de confiance dans l'at-
titude sur des périodes courtes, ils peuvent être utilisés
comme substitut à la réalisation décrite si elle est en er-
reur pour des périodes courtes à la suite d'une défaillan-
ce d'un détecteur Ceci dépendrait donc du fait qu'on soit
capable de détecter les conditions dans lesquelles le fonc-
tionnement du détecteur peut être inférieur pour établir la dernière base d'attitude viable à partir de laquelle la source de substitution peut extrapoler, Par exemple, si on trouve que la donnée relative à la vitesse réelle de l'air a un retard de réponse trop important ou trop sujet aux rafales de vent etc, il peut être possible de détecter les conditions de rupture en
contrôlant la seconde dérivation de la vitesse de l'air.
Pourvu que l'accélération de la vitesse de l'air ne change
pas plus vite qu'un taux prédéterminé, le mode de réalisa-
tion décrit sera utilisé Au-dessus du taux prédéterminé,
l'angle d'attitude sera incrémenté à partir des données gy-
roscopiques seules.
Dans le cas oa on emploierait une technique de
filtrage de Kalman et o C la seconde dérivation de la vi-
tesse de l'air serait au-dessus de la valeur prédéterminée, l'estimation issue de la méthode décrite ci-dessus serait
ignorée pendant la durée de la perturbation.
Selon une technique alternative, les interrup-
tions à court terme, dans la vitesse réelle de l'air mesu-
rées sont écrêtées en utilisant un filtre basse fréquence.
11.
Comme mentionné ci-dessus, ceci produit un retard de répon-
se qui déphase la donnée relative à la vitesse réelle de l'air par rapport aux autres données issues des détecteurs de l'avion Ceci peut être surmonté en s'assurant que les autres données sont retardées d'un intervalle de temps si-
milaire On appréciera que ceci aura pour résultat une esti-
mation qui est décalée dans le temps typiquement d'environ un tiers de seconde Pour remédier cela, l'estimation peut être remise M jour par intégration des données reçues des gyroscopes de mesure du corps sur la période de retard
de façon à fournir une estimation mise à jour.
Mode de réversion
Dans un système de contrôle de vol, les gyrosco-
pes de mesure du corps sont peut être les détecteurs les plus fondamentaux et pourvu qu'ils fonctionnent, l'avion peut être guidé selon un mode de "retour à la maison", les
autres détecteurs étant inopérants, par exemple les détec-
teurs de données relatives à l'air Pourvu que les accélé-
romètres fonctionnent encore, il peut être possible de cal-
culer l'attitude,au prix d'une qualité plus basse, sans donnée relative à l'air, Fondamentalement, la technique ci-dessus sépare
l'accélération inertielle de l'accélération gravitationnel-
le.Si l'avion vole de façon stable, il n'y aura pas d'ac-
célération inertielle et le mode de réalisation ci-dessus déduira une attitude correcte à partir des seules mesures
des accéléromètres La condition pour une accélération iner-
tielle égale à zéro peut être identifiée par le contrôle à
ce qu'à la fois aucun changemoent ne se produit dans l'accé-
lération mesurée et en ce que le taux de rotation des gyros-
copes est égal à zéro, En pratique, l'avion n'est jamais en état d'accélération inertielle égale à zéro à cause des turbulences de l'air, etc et un écrêtage supplémentaire peut 8 tre requis pour aider à la détection des conditions d'accélération inertielles zéro, Le mode de réversion opère conmme une série de
déterminations d'attitude, calculées à partir de la condi-
tion d'accélération inertielle zéro, l'attitude étant in-
12.
terpolée par intégration des mesures des gyroscopes.
Technique d'attitude plus simple De façon claire, la méthode soulignée pour la réversion peut être utilisée en propre comme un système d'attitude Dans un sens, elle peut être considérée com- me un échange de détecteurs de données relatives à l'air contre des gyroscopes plus précis Fondamentalement, cela
dépend de la fréquence, A laquelle on peut obtenir une dé-
termination de l'attitude à accélération inertielle zéro.
Un facteur important est que même avec des gy-
roscopes parfaits,des erreurs seraient introduites à cause de la courbure de la terre Les gyroscopes donnent bien sûr une référence d'attitude spatiale, cependant que, en vol_à Mach 0,9 vers l'est, le plan horizontal tournerait de
250 par heure aux lattitude du Royaume-Uni Ainsi, 6 minu-
tes après une détermination,des gyroscopes parfaits cumule-
raient une erreur de 2,50 Manifestement, des détermina-
* tions fréquentes préviendraient des erreurs excessives is-
sues de cette source.
Comme syst oe d'auto-contrôle supplémentaire, les valeurs obtenues pour l'accélération gravitationnelle S selon les axes x, y et z (xm xi), (ym yi) et (zm zi) peuvent être additionnées vectoriellement et co Eparées à la
valeur connue de g pour servir d'auto-contrôle.
A titre d'autre modification supplémentaire, des estimations des angles de plongée et de roulis peuvent être combinées avec les sorties issues d'un magnétomètre
trois axes pour déduire par là le cap de l'avion.
La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle
est au contraire susceptible de modifications et de varian-
tes qui apparaîtront à l'homme de l'art, -
13,

Claims (9)

REVENDTCATIONS
1 Appareil de détermination de l'attitude d'un
corps fonctionnant dans un champ gravitationnel, caractéri-
sé en ce qu'ilccaprend -un moyen pour déterminer l'accéléra-
tion totale agissant sur le corps, un moyen pour déterminer
la composante inertielle de celle-ci et un moyen pour compa-
rer la composante inertielle et l'accélération totale de
telle façon que l'orientation de la composante gravitation-
nelle agissant sur le corps puisse être déduite -
2 Méthode de détermination de l'attitude d'un
corps fonctionnant dans un champ gravitationnel, caracté-
risée en ce qu'elle comprend les étapes de: (i) mesurer l'accélération totale agissant sur le corps,
(ii) calculer la composante inertielle de l'ac-
célération totale agissant sur le corps, et
(iii) comparer l'accélération totale à la compo-
sante inertielle pour déduire ainsi l'orien-
tation de la composante gravitationnelle
agissant sur le corps.
3 Corps fonctionnant dans un champ gravitation-
nel, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de détec-
tion de vitesse pour détecter l'intensité et la direction de la vitesse relativement aux axes du corps, un moyen de détection de rotation pour détecter la rotation du corps,
un moyen de détection de l'accélération pour mesurer l'ac-
célération totale agissant sur le corps, un moyen pour trai-
ter les données reçues de détecteurs de vitesse cap et ro-
tation pour déterminer la composante inertielle de l'accé-
lération totale agissant sur le corps, un moyen pour compa-
rer l'accélération totale détectée avec la composante iner-
tielle, et pour déduire de cette façon l'orientation de la composante gravitationnelle relativement au corps et par
suite une attitude estimée du corps.
4 Corps selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen d'intégration pour intégrer les données reçues du moyen de détection de rotation pour déterminer par là une attitude estimée du corps et un moyen 14. de contrôle pour comparer l'attitude estimée produite par
intégration avec celle produite par déduction de la composan-
te gravitationnelle.
Corps selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'estimation produite par intégration et celle produite par déduction de la composante gravitationnelle
sont chacune pondérées en termes correspondant à leur fia-
bilité et combinées pour obtenir une meilleure estimation.
6 Corps selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'un moyen de contrôle est prévu pour contrôler la seconde dérivation des données reçues d'au moins un moyen de détection de vitesse, de rotation ou accélération, le
moyen de contrôle agissant de façon à supprimer l'estima-
tion produite par déduction de la composante gravitationnel-
le dès lors que la seconde dérivation excède une valeur pré-
déterminée,
7 Corps selon l'une quelconque des revendica-
tions 3 à 6, caractérisé en ce qu'un moyen est prévu pour
comparer l'intensité estimée de l'accélération gravitation-
2 Q nelle totale avec la valeur standard et servir par là de
moyen de contrôle.
8 Corps selon l'une quelconque des revendica-
tions 3 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de filtre basse fréquence adapté à écrêter les variations à court terme dans les données issues du moyen-de détection de
vitesse et un moyen de retard pour retarder les données is-
sues des moyens de détection de cap, rotation et accéléra-
tion de manière à synchroniser les données filtrées et re-
tardées issues de chacune des sources.
9 Corps selon la revendication 8, caractérisé
en ce qu'il comprend en outre un moyen d'intégration pour in-
tégrer les données issues du moyen de détection de rota-
tion et pour additionner celles-ci à l'estimation retardée de l'attitude déduite de la composante gravitationnelle,
mettant ainsi à jour l'estimation retardée de l'attitude.
FR8213470A 1981-08-07 1982-08-02 Instrument de navigation Expired FR2511146B1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB8124243 1981-08-07
GB8203334 1982-02-05

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FR2511146A1 true FR2511146A1 (fr) 1983-02-11
FR2511146B1 FR2511146B1 (fr) 1986-07-25

Family

ID=26280390

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR8213470A Expired FR2511146B1 (fr) 1981-08-07 1982-08-02 Instrument de navigation

Country Status (7)

Country Link
US (1) US4608641A (fr)
CA (1) CA1192665A (fr)
DE (1) DE3228978A1 (fr)
FR (1) FR2511146B1 (fr)
GB (1) GB2103792B (fr)
IT (1) IT1149340B (fr)
SE (1) SE464431B (fr)

Families Citing this family (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0208544B1 (fr) * 1985-07-10 1989-09-06 British Aerospace Public Limited Company Projectiles balistiques
US4675822A (en) * 1985-10-31 1987-06-23 The Singer Company Doppler-inertial data loop for navigation system
US4769759A (en) * 1986-06-16 1988-09-06 Allied-Signal Inc. Method for developing air data for use in flight control systems
US4814764A (en) * 1986-09-30 1989-03-21 The Boeing Company Apparatus and method for warning of a high yaw condition in an aircraft
US4839838A (en) * 1987-03-30 1989-06-13 Labiche Mitchell Spatial input apparatus
US4853861A (en) * 1987-09-01 1989-08-01 Flight Dynamics, Inc. Windshear measurement system
US4893245A (en) * 1988-01-11 1990-01-09 Honeywell Inc. Windshear guidance for aircraft having inertial sensor
US5060175A (en) * 1989-02-13 1991-10-22 Hughes Aircraft Company Measurement and control system for scanning sensors
US5181181A (en) * 1990-09-27 1993-01-19 Triton Technologies, Inc. Computer apparatus input device for three-dimensional information
US5505410A (en) * 1994-05-23 1996-04-09 Litton Systems, Inc. Instrument calibration method including compensation of centripetal acceleration effect
US5527003A (en) * 1994-07-27 1996-06-18 Litton Systems, Inc. Method for in-field updating of the gyro thermal calibration of an intertial navigation system
JP2952397B2 (ja) * 1994-08-23 1999-09-27 科学技術庁航空宇宙技術研究所長 対気飛行速度ベクトル計測装置を用いた対気能動制御航空機
DE4430684A1 (de) * 1994-08-30 1996-03-07 Boedecker Gerd Dr Ing Flug-/Seegravimeter
FR2725033B1 (fr) * 1994-09-22 1997-01-03 Sextant Avionique Procede et systeme de determination des parametres anemobaroclinometriques a bord d'un aeronef
JP3628711B2 (ja) * 1997-03-20 2005-03-16 イノヴァティヴ ソルーションズ アンド サポート インコーポレーテッド 圧力変換器出力を線形化する回路を備えたエアデータ測定システム
US5988562A (en) * 1997-11-05 1999-11-23 Linick; James M. System and method for determining the angular orientation of a body moving in object space
US6249274B1 (en) * 1998-06-30 2001-06-19 Microsoft Corporation Computer input device with inclination sensors
CA2353629C (fr) * 1998-12-17 2005-12-27 Tokin Corporation Detecteur d'angle d'orientation
FR2789172B1 (fr) * 1999-02-02 2001-04-13 Sextant Avionique Appareil a gyrometres et accelerometres pour la determination des attitudes d'un aerodyne
US6807468B2 (en) 2002-07-30 2004-10-19 Lockheed Martin Corporation Method for estimating wind
AU2005250920B2 (en) * 2004-06-02 2011-09-08 Rockwell Collins Control Technologies, Inc. Systems and methods for estimating position, attitude, and/or heading of a vehicle
FR2878954B1 (fr) * 2004-12-07 2007-03-30 Sagem Systeme de navigation inertielle hybride base sur un modele cinematique
US7430460B2 (en) * 2005-03-23 2008-09-30 Price Ricardo A Method for determining roll rate gyro bias in an attitude heading reference system
DE102005042741A1 (de) * 2005-09-02 2007-06-06 Vladimir Belenkiy Verfahren zur Erarbeitung einer Navigationsinformation durch ein Inertialsystem
US7650232B1 (en) * 2005-09-22 2010-01-19 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration (Nasa) Trajectory specification for high capacity air traffic control
US7409292B2 (en) * 2006-05-26 2008-08-05 Honeywell International Inc. Method and system for degimbalization of vehicle navigation data
US7925439B2 (en) * 2006-10-19 2011-04-12 Topcon Positioning Systems, Inc. Gimbaled satellite positioning system antenna
US7650252B2 (en) * 2008-06-17 2010-01-19 Caterpillar Trimble Control Technologies, Llc Inclinometer measurement system and method providing correction for movement induced acceleration errors
US10054444B2 (en) * 2009-05-29 2018-08-21 Qualcomm Incorporated Method and apparatus for accurate acquisition of inertial sensor data
US8589015B2 (en) * 2010-02-12 2013-11-19 Webtech Wireless Inc. Vehicle sensor calibration for determining vehicle dynamics
IL207536A (en) 2010-08-11 2016-11-30 Israel Aerospace Ind Ltd A system and method for measuring aviation platform angular orientation
EP2930467A1 (fr) * 2014-04-11 2015-10-14 Airbus Defence and Space GmbH Système et procédé pour détecter l'inclinaison d'une plate-forme mobile par rapport à la gravité
US10365296B2 (en) * 2016-09-29 2019-07-30 Innovative Solutions & Support, Inc. Systems and methods for compensating for the absence of a sensor measurement in a heading reference system

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3430239A (en) * 1967-07-19 1969-02-25 Gen Precision Systems Inc Doppler inertial system with accurate vertical reference
US3490281A (en) * 1967-04-28 1970-01-20 Honeywell Inc Local vertical control apparatus
US4038527A (en) * 1975-10-21 1977-07-26 The Singer Company Simplified strapped down inertial navigation utilizing bang-bang gyro torquing
FR2424517A1 (fr) * 1978-04-26 1979-11-23 Bodenseewerk Geraetetech Appareil de navigation pour vehicules terrestres, aeriens ou maritimes

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3545266A (en) * 1964-02-17 1970-12-08 Thomas L Wilson Noninertial strapping-down gravity gradient navigation system
US3699316A (en) * 1971-05-19 1972-10-17 Us Navy Strapped-down attitude reference system
US3967799A (en) * 1972-11-17 1976-07-06 Sundstrand Data Control, Inc. Head up display and pitch generator
GB1416967A (en) * 1973-07-20 1975-12-10 Sperry Rand Ltd Compass systems
US4070674A (en) * 1973-10-17 1978-01-24 The Singer Company Doppler heading attitude reference system
US3916697A (en) * 1974-10-15 1975-11-04 Us Navy Accelerometer tilt error compensator
US4095271A (en) * 1977-04-20 1978-06-13 Sundstrand Data Control, Inc. Aircraft pitch attitude signal generator
US4173784A (en) * 1977-08-29 1979-11-06 The Singer Company Inertial system having correction means for effects of gravitational anomalies
US4212443A (en) * 1978-05-18 1980-07-15 Sperry Corporation Strapped down attitude and heading reference system for aircraft employing skewed axis two-degree-of-freedom rate gyros
US4262861A (en) * 1978-10-16 1981-04-21 The Singer Company Inertially decoupled strapdown system
DE2928817C2 (de) * 1979-07-17 1983-08-11 Deutsche Forschungs- und Versuchsanstalt für Luft- und Raumfahrt e.V., 5000 Köln Kurs-Lagereferenz- und Trägheitsnavigationssystem basierend auf Kreiselpendeln
US4343035A (en) * 1980-04-14 1982-08-03 Tanner Walter E Heading reference system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3490281A (en) * 1967-04-28 1970-01-20 Honeywell Inc Local vertical control apparatus
US3430239A (en) * 1967-07-19 1969-02-25 Gen Precision Systems Inc Doppler inertial system with accurate vertical reference
US4038527A (en) * 1975-10-21 1977-07-26 The Singer Company Simplified strapped down inertial navigation utilizing bang-bang gyro torquing
FR2424517A1 (fr) * 1978-04-26 1979-11-23 Bodenseewerk Geraetetech Appareil de navigation pour vehicules terrestres, aeriens ou maritimes

Also Published As

Publication number Publication date
US4608641A (en) 1986-08-26
GB2103792A (en) 1983-02-23
CA1192665A (fr) 1985-08-27
GB2103792B (en) 1985-06-05
SE8204604D0 (sv) 1982-08-06
SE464431B (sv) 1991-04-22
IT1149340B (it) 1986-12-03
FR2511146B1 (fr) 1986-07-25
DE3228978A1 (de) 1983-03-17
IT8248944A0 (it) 1982-08-05
SE8204604L (sv) 1983-02-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FR2511146A1 (fr) Instrument de navigation
US20060212182A1 (en) Low cost flight instrumentation system
EP0875002B1 (fr) Systeme d'aide au pilotage d'aeronefs a l'aide d'un viseur tete haute
EP2361368B1 (fr) Procede de determination d'un cap en direction du nord geographique au moyen d'une centrale inertielle
EP2495530B1 (fr) Procédé et système de détermination de l'attitude d'un aéronef par mesures accélérométriques multi-axes
FR3007841A1 (fr) Procede de detection d'une panne d'au moins un capteur present sur un aeronef, mettant en oeuvre une boucle baro-inertielle et systeme associe
EP2921863B1 (fr) Procédé et dispositif d'estimation automatique de paramètres liés à un vol d'un aéronef
FR2495313A1 (fr) Circuit de calcul d'inclinaison longitudinale pour un aeronef
US20140121963A1 (en) Smoothed navigation solution using filtered resets
US5410317A (en) Terrain clearance generator
FR3007840A1 (fr) Procede de detection d'une panne d'au moins un capteur present sur un aeronef, mettant en oeuvre une boucle anemo-inertielle, et systeme associe
US10488432B2 (en) Systems and methods for compensating for the absence of a sensor measurement in a heading reference system
EP2176623A2 (fr) Instrument de secours pour aeronef
US6640165B1 (en) Method and system of determining altitude of flying object
FR2789172A1 (fr) Appareil a gyrometres et accelerometres pour la determination des attitudes d'un aerodyne
FR3023918A1 (fr) Procede d'estimation de la vitesses d'un aeronef par rapport a l'air environnant, et systeme associe
EP2225535A1 (fr) Procede d'alignement autonome de centrale inertielle pour instrument de bord pouvant equiper un aeronef et instrument de bord pouvant utiliser un tel procede
FR2461926A1 (fr) Systeme de navigation par inertie a reference de cap et de position base sur l'utilisation de pendules gyroscopiques
US11834054B2 (en) Method for motion estimation in a vehicle, corresponding device and computer program product
EP3896398B1 (fr) Procédé d'identification d'une phase statique d'un véhicule
FR3007842A1 (fr) Procede de detection d'une panne d'au moins un capteur present sur un aeronef mettant en oeuvre une detection de vent, et systeme associe
EP3899432B1 (fr) Procede de caracterisation d'une unite de mesure inertielle
WO2017194847A1 (fr) Pilotage automatique d'un aéronef à déconnexion différée
FR3097316A1 (fr) Procédé de surveillance des performances d’unités de mesure inertielle
FR2954975A1 (fr) Systeme pour la correction des inexactitudes des systemes de navigation inertielle

Legal Events

Date Code Title Description
ST Notification of lapse