WO2015086587A1 - Procédé et dispositif d'alignement d'une centrale inertielle - Google Patents
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- WO2015086587A1 WO2015086587A1 PCT/EP2014/077030 EP2014077030W WO2015086587A1 WO 2015086587 A1 WO2015086587 A1 WO 2015086587A1 EP 2014077030 W EP2014077030 W EP 2014077030W WO 2015086587 A1 WO2015086587 A1 WO 2015086587A1
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- G01C25/005—Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass initial alignment, calibration or starting-up of inertial devices
Definitions
- the present invention relates to methods and devices for aligning an inertial unit.
- An inertial navigation system is a navigation aid based on acceleration sensors (accelerometers) and rotation sensors (gyrometers) contained for example in an inertial unit. The measurements obtained from these sensors are used to calculate the position, speed and orientation of the inertial unit and, consequently, of the one carrying the system.
- inertial navigation systems depend on the a priori knowledge of the position, the speed and the orientation of the inertial unit (and therefore the carrier of the system) which must be indicated during an initialization phase called "alignment". At the start of navigation.
- High performance inertial equipment is capable of performing the heading alignment function autonomously (from the sole knowledge of its speed) without there being any need to change its functionalities (such equipment is called " gyrocompassing ").
- inertial equipment of lower performance that does not have the capacity to align autonomously (gyrocompass) usually develops its course either from external information of speed and position issued either a magnetic sensor, or from the GNSS information.
- the position, the speed and the orientation of the inertial unit are subsequently updated as and when measurements from the inertial sensors are made using appropriate algorithms.
- GNSS Global Navigation Satellite System
- map-matching Also known are correlation techniques on map data called "map-matching". These techniques are commonly used in cars in order to develop the most likely position of a vehicle on a road network (systems marrying GNSS receiver raw information and mapping data) and inertial sensors. high precision to recalibrate the navigation (reduce mistakes) during the mission.
- the cartographic data can also concern bitters, relief ...
- the invention makes it possible to overcome at least one of the aforementioned drawbacks by proposing a method for aligning an inertial unit mounted on a carrier traveling on a mapped network, said network defining for the carrier a set of position / orientation pairs that the carrier can take, the method being characterized in that it comprises:
- each particle being defined by a position / orientation pair on the network, these particles being chosen so that their position / orientation pair corresponds, with a probability greater than a first threshold, at the estimated position / orientation torque for the wearer;
- the invention makes it possible to initialize an inertial unit and to navigate without using GNSS data.
- the invention has the advantage of estimating not only the position and orientation of the wearer, but also the defects of the inertial sensors, which allows increased performance in pure inertia.
- the error model of the inertial unit is updated as a function of the difference between the position / orientation torque of each particle after propagation and that retained for updating it.
- the position and the orientation of each particle whose position / orientation torque corresponds to a position and an orientation on the network with the greatest probability are updated.
- a particle is generated for each of the other position / orientation pairs of the network corresponding to the position / orientation torque of the particle after propagation with a probability greater than a second threshold.
- the initialization step comprises steps according to which a user informs in a computing unit a position and an orientation which he considers to correspond to his position and his real orientation; and the computing unit generates a particle for each of the position / orientation couples accessible to the corresponding carrier with a probability greater than a threshold value at the position and orientation estimated by the user.
- the initialization step further comprises the initialization of a covariance for each particle, the covariance of each particle being updated after each propagation step, the method further comprising a step of eliminating the particles having a covariance less than a predefined value;
- the covariance is proportional to the density of the network
- the network is a road network consisting of roads having a width and a length and according to which the covariance is defined with respect to the length and the width of the road corresponding to the position of the particle;
- the method also comprises a step of calibrating an external speed sensor as a function of the difference between the position / orientation torque of each particle after propagation and the position / orientation torque accessible to the wearer corresponding to it with the greatest probability.
- the invention also relates to a device for aligning an inertial unit mounted on a carrier traveling on a mapped network, said network defining for the carrier a set of position / orientation pairs that the carrier can take, the alignment device comprising a database of position / orientation torques that the wearer can take and a calculation unit adapted to:
- each particle being defined by a position / orientation torque on the network, these particles being chosen so that their position / orientation pair corresponds, with a probability greater than a first threshold, to the estimated position / orientation torque for the wearer ;
- the computing unit may further comprise a digitized map of the locations in which the wearer is moving and a graphical interface allowing a user to user to view the scanned map as well as the navigable network and to inform an estimated position and an estimated orientation.
- the invention also relates to an inertial unit mounted on a carrier traveling on a network defining a set of position / orientation couples accessible to the carrier, the position / orientation torque of the carrier being defined by its position and its orientation, the inertial unit comprising:
- an integration module estimating the position, the speed and the orientation of the carrier from the data provided by the inertial unit;
- the inertial unit being characterized in that it further comprises a database of position / orientation couples accessible to the wearer; and in that the integration module is adapted to:
- each particle being defined by a position / orientation torque on the network, these particles being chosen so that their position / orientation pair corresponds, with a probability greater than a first threshold, to the estimated position / orientation torque for the wearer ;
- the error estimation module being adapted to update an error model of the inertial unit as a function of the difference between the position / orientation torque of at least one particle after propagation and that selected for its setting; day.
- FIG. 1 represents an inertial unit according to the invention
- FIG. 2 shows the different steps of a method according to the invention
- FIG. 3 represents the position and the real orientation of the wearer as well as the position at the orientation estimated by the wearer
- FIG. 4 represents the initialization step of a method according to the invention
- FIGS. 5 and 5bis represent the initialization step of the covariance
- FIG. 6 represents the step of propagation of the particles by particulate filter
- FIG. 7 represents the step of removing particles having a covariance that is too low
- FIG. 8 represents the step of generating a particle for each of the position / orientation couples accessible to the corresponding carrier with a probability greater than a threshold value at the position / orientation torque of the propagated particle;
- FIG. 9 illustrates an example of a method for calculating the gyrometric drift of the inertial unit
- FIG. 10 illustrates an example of a method for calculating the accelerometric bias of the inertial unit.
- An inertial unit 2 is mounted on a carrier traveling on a network 41 defining a set of position / orientation couples accessible to the wearer.
- the carrier is for example a vehicle traveling on a road network 41 composed of roads.
- the wearer can also be a pedestrian circulating inside a building 41 composed of walls.
- the inertial unit 2 on board the carrier comprises a computing unit 21 and inertial sensors 22, typically six in number, of the accelerometer and gyrometer type which measure the linear acceleration and the angular velocity of the carrier.
- the computing unit 21 is typically a computer configured to execute instruction sequences of a program according to the alignment method of an inertial unit described below.
- the calculation unit 21 comprises an integration module 24 and an error estimation module 25.
- the integration module 24 is a processor configured to execute sequences of instructions of a program for calculating the position, the speed and the orientation of the carrier from the data provided by the inertial sensors 22.
- the error estimation module 25 is a processor configured to execute instruction sequences of an estimation program of the drift error induced by the inertial sensor defects 22, as described below.
- the inertial unit 2 further comprises a database 27 storing a history of the position / orientation pairs occupied by the wearer during his movement.
- the inertial unit 2 further comprises either a map database stored on a digitized map 4 of the locations in which the wearer operates, or a means of access to such a database.
- the cartographic data comprises in particular a database 41 of the position / orientation couples accessible to the wearer.
- the position / orientation couples accessible to the carrier are the position / orientation pairs compatible with the road network, that is to say the set of position / orientation pairs. for which the position corresponds to a point on a road passable by the carrier and the orientation corresponds to the direction of said road and possibly the traffic directions allowed on this road.
- the computing unit 21 receives as input the outputs of the inertial sensors 22, namely the linear accelerations and the angular velocities of the carrier and the map data stored on the digitized map 4.
- the calculation unit 21 comprises a particle filter which makes to use the cartographic data stored on the digitized map 4 through an evolution model associated with particles, each particle representing a position and orientation assumption of the covariance-weighted carrier which is an estimate of the particle's suitability for represent the actual position / orientation torque of the wearer.
- the computing unit 21 further comprises a graphical interface 31 allowing a user to view the digitized map 4 and to provide data concerning its estimated position and its estimated orientation.
- the inertial unit 2 attempts to initialize the position and orientation with the position and orientation information stored in the database 27 storing a position and orientation history. If the stored position and orientation information can not be used to initiate the inertial navigation, the inertial unit 2 asks the carrier to inform, through the graphical interface 31, the position that he considers to be approximately his position as well. than the departure direction envisaged. For this purpose, the inertial unit 2 displays on the graphical interface 31 the digitized card 41 and asks the user to position the position that he considers to be approximately the position of the vehicle as well as the departure direction envisaged on the card.
- the user informs in the computing unit 21 through the graphical interface 31 a position and an orientation that it considers to correspond to its position and its actual orientation.
- This position and orientation will be referred to as the estimated starting position and orientation.
- the actual position and orientation of the system is represented by a solid dot and arrow and the position and orientation estimated by a dot and double-line arrow.
- the information supplied by the user combined with the database of the position / orientation couples accessible to the carrier, will make it possible to initialize one or more particles representing navigation hypotheses.
- the computing unit 21 generates a plurality of particles whose parameters are the different position / orientation pairs belonging to the position / orientation couples accessible to the corresponding carrier with a probability greater than a first predefined threshold value at an estimated position / orientation position of the wearer.
- the probability with which each position / orientation couple belonging to the position / orientation couples accessible to the wearer corresponds to an estimated position / orientation torque of the wearer is defined in particular by the difference in position between the position of each pair and the estimated position of the wearer.
- the calculation unit 21 generates for example a particle for the position / orientation couples accessible to the wearer whose position is within a radius R around the position estimated by the user.
- the position and the orientation of these particles are respectively represented by dotted crosses and arrows in FIG.
- the computing unit 21 initializes a covariance for each particle expressing its relevance to represent the actual position / orientation torque of the wearer.
- the covariance is at least defined by default according to the density of the road network in the geographical area in which the position is located.
- the covariance can also be defined according to the dimensions of the roads on which the particles are located, the covariance being for example proportional to the width of the road and inversely proportional to its length.
- the movement of each particle defined by a position / orientation pair and the updating of the covariance is then estimated using a stochastic filtering technique and for example a Kalman filter.
- the error estimation module 25 initializes an error model of the inertial unit 2.
- This error model is a standard error model whose particular parameters are a bias and a scale factor.
- the inertial unit 2 subsequently uses map correlation techniques (or 'map-matching' in English), taking advantage of the changes in the orientation of the carrier related to the turns to align the inertial unit 2, that is to say eliminate erroneous navigation particles or assumptions and accurately determine the position and orientation of the carrier, and improve the accuracy of the inertial unit 2 by estimating the defects of the inertial sensors 22 and correcting them via error models.
- the inertial unit 2 will maintain its performance especially during the phases where the help provided by the map data is low (for example when the carrier describes a segment of trajectories in a straight line) or even zero (for example when the area is not mapped, the navigation being a dead reckoning).
- the techniques used also make it possible to calibrate an optional external speed sensor or an odometer also used for navigation.
- the computing unit 21 propagates the different particles according to the information coming from the inertial unit 2 by means of a stochastic filter.
- the stochastic filter receives as input the particle parameters and the inertial data provided by the inertial unit since the last propagation step and outputs the position / orientation torque of the particle after propagation as well as the value of the propagated covariance.
- the calculation unit 21 calculates the probability that the wearer is on one of the routes of the scanned card and that his orientation corresponds to that of the road.
- the most probable position / orientation pair is used to form an observation provided to the filter as a three-component vector.
- the measurement covariance associated with this observation is defined according to the geometry of the street. This observation makes it possible to update the position / orientation pairs and the covariance of the particle.
- the observation equation is then the same as for a loose observation of GNSS position information.
- the calculating unit 21 eliminates the particles having a propagated covariance lower than a third predefined threshold value.
- the removed particles are shown in dash. This step eliminates certain particles that are no longer or very little relevant to represent the actual position and orientation of the wearer.
- the computing unit 21 determines, for each particle propagated, the accessible position / orientation torque which corresponds with the greatest probability to the propagated particle.
- the calculating unit 21 updates the particle parameters with the position / orientation torque accessible to the corresponding carrier with the greatest probability at the position / orientation torque of the propagated particle.
- This step assuming that the carrier is traveling on a road defined by the road network 41, improves the convergence speed of the alignment algorithm of the inertial unit.
- the calculation unit 21 In the case where several accessible position / orientation pairs correspond to the particle with a probability greater than a predefined threshold, the calculation unit 21 generates a particle for each of these accessible position / orientation couples (in triple line in the diagram), provided that the position of the different couples move away from each other by more than a certain predefined distance.
- the newly generated particle (s) retain the same covariance as the particle from which they originated. This step makes it possible to solve the degeneration problem of the particulate filters by carrying out a resampling of importance all the more effective since it uses the information coming from the inertial unit to create the propagated particles.
- the position / orientation torque of the propagated particles is compared with the accessible position / orientation torque which corresponds with the greatest probability to the propagated particle.
- the calculation unit 21 determines the difference between the position and the orientation of the propagated particle and the position and orientation of the most probable accessible position / orientation torque and deduces an estimate of the errors of each of the sensors of the inertial unit 2 on position and orientation.
- the error estimation module 25 updates its error model of the inertial unit 2 from the comparison of the position / orientation torque of at least one particle after propagation with the corresponding position / orientation torque corresponding thereto. with the most probability.
- the error estimation module 25 can in particular update its error model of the inertial unit 2 from the comparison of the position / orientation torque of each particle after propagation with the accessible position / orientation couple corresponding to them with the most likely.
- the error model of the inertial unit 2 is, for example, updated as a function of the average of the differences between each particle after propagation and the accessible position / orientation pair corresponding to them with the most probability or the average of the differences between every particle after propagation and the corresponding position / orientation pair that corresponds to them with the most probability weighted by the covariance of the associated particle.
- the error model of the inertial unit 2 can also be updated based only on the difference measured for the particle with the highest covariance.
- FIG. 9 illustrates an example of a method for calculating the gyrometric drift d of the inertial unit.
- the gray circle represents the particle recalibrated at the previous time step, the hatched round, the particle propagated at the current time step, and the dashed gray round, the particle recalibrated at the current time step.
- the gyro drift of the inertial unit generates an error in the direction of the estimated speed.
- the angle ⁇ between the velocity vector of the propagated particle and the velocity vector of the recalibrated particle is equal to the gyrometric drift multiplied by the time step ⁇ of the propagation phase.
- the gyrometric drift d of the inertial unit is thus calculated by calculating the angle ⁇ between the velocity vector of the propagated particle and the velocity vector of the recalibrated particle, and by calculating the ratio ⁇ / ⁇ between this deviation and the time step. .
- the error model of the inertial unit 2 is, for example, updated by re-evaluating the gyrometric drift d with a linear combination of the gyrometric drifts calculated for each of the particles, and for example by an average of the gyrometric drifts calculated for each of the weighted particles. by the covariance of the particle.
- the gyrometric drift of the error model of the inertial unit 2 can also be updated based only on the gyro drift calculated for the weighted particle having the highest covariance.
- the accelerometric bias b of the inertial unit is thus calculated by calculating the position difference D between the recalibrated particle and the particle
- the error model of the inertial unit 2 is, for example, updated by re-evaluating the accelerometric bias b with a linear combination of the accelerometric biases b calculated for each of the particles, and for example by an average of the accelerometric biases calculated for each of the particles. weighted by the covariance of each particle.
- the accelerometric bias b of the error model of the inertial unit 2 can also be updated based only on the accelerometric bias b calculated for the weighted particle having the highest covariance.
- the error model of the inertial unit 2 can also be updated using a navigation filter (which can be a stochastic filter such as a Kalman filter), which contains a model of error sensor, a virtual observation of position deviation expressed in the measurement frame (which has been confused with the vehicle mark in Figures 9 and 10 for ease of understanding) at the previous instant.
- a navigation filter which can be a stochastic filter such as a Kalman filter
- a virtual observation of position deviation expressed in the measurement frame which has been confused with the vehicle mark in Figures 9 and 10 for ease of understanding
- This comparison step makes it possible to estimate the error of the inertial sensors 22. Indeed, the difference between the particles and the nearest point on the mapped network provides information on the inertial error of the sensors. Indeed, even if the particles do not correspond to the actual position of the carrier, they are impacted by the inertial error of the sensors and it is possible by statistical methods to extract information on the inertial error of the sensors.
- the method makes it possible to correct all the more effectively the inertial errors that the difference between the particles and the real position of the carrier is large compared to the distance between the particles.
- the method notably makes it possible to effectively correct the drift errors when the difference between the average position of the particles and the nearest road is greater than the difference in position of the particles between them or when the difference between the mean direction of the particles particles and the direction of the nearest road is more important than the difference in direction of the different particles between them.
- the computing unit 21 can also use the comparison between the position and the orientation of the propagated particles with that of the most likely accessible position / orientation torque to calibrate a possible external speed sensor 5 or an odometer also used for navigation.
- the computing unit 21 repeats the propagation steps E2, E3 particle removal, updating the E3 particle parameters and updating the E4 error model, described above with the following inertial measurements until only one particle remains (condition A in FIG. 2), the position / orientation torque of the remaining particle then being considered as the actual position / orientation torque of the wearer.
- the duration between two successive propagation steps is called time step ⁇ .
- the described method has the advantage of estimating not only the position and the orientation of the wearer, but also the defects of the inertial sensors, which allows an increased performance in pure inertia.
- a group composed of light intervention vehicles equipped with a medium-range inertia and communicating with each other can use the relative distance information between each carrier (provided by the transmission time communication, for example) to provide further information on the positions and orientations of the entire fleet on the road network.
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Abstract
La présente invention concerne un procédé d'alignement d'une centrale inertielle (2) embarquée sur un porteur circulant sur un réseau (41) cartographié définissant un ensemble de couples position / orientation accessibles comportant des étapes de: (E1) initialisation au cours de laquelle est générée une pluralité de particules définies par un couple sur le réseau (41) et correspondant, avec une certaine probabilité, au couple estimé pour le porteur; (E2) propagation au cours de laquelle les particules font l'objet d'un filtrage particulaire avec en entrée des données inertielles fournies par la centrale inertielle (2); (E3) élimination des particules pour lesquelles aucun couple du réseau (41) ne correspond, à la position et à l'orientation de la particule après propagation; (E4) mise à jour du couple de chaque particule non éliminée en remplaçant sa position et son orientation par un couple qui, après propagation, lui correspond sur le réseau (41) avec une certaine probabilité; (E5) mise à jour d'un modèle d'erreur de la centrale inertielle (2) en fonction de l'écart entre le couple de chaque particule après propagation et celui retenu pour sa mise à jour.
Description
Procédé et dispositif d'alignement d'une centrale inertielle
DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne les procédés et dispositifs d'alignement de centrale inertielle.
ETAT DE LA TECHNIQUE Un système de navigation inertielle est une aide à la navigation basée sur des capteurs d'accélération (accéléromètres) et des capteurs de rotation (gyromètres) contenus par exemple dans une centrale inertielle. Les mesures obtenues à partir de ces capteurs sont utilisées pour calculer la position, la vitesse et l'orientation de la centrale inertielle et, par conséquent, de celui qui porte ce système.
Ces systèmes de navigation inertielle dépendent de la connaissance a priori de la position, de la vitesse et de l'orientation de la centrale inertielle (et donc du porteur du système) qui doivent être renseignée lors d'une phase d'initialisation appelée « alignement » au démarrage de la navigation.
Un équipement inertiel de haute performance est capable de réaliser la fonction d'alignement en cap de manière autonome (à partir de la seule connaissance de sa vitesse) sans qu'il y ait besoin de faire évoluer ses fonctionnalités (un tel équipement est dit « gyrocompassant »).
Toutefois, un équipement inertiel de moindre performance n'ayant pas la capacité de s'aligner de façon autonome (gyrocompas) élabore usuellement son cap soit à partir d'informations externes de vitesse et position issues soit
d'un capteur magnétique, soit à partir des informations GNSS. La position, la vitesse et l'orientation de la centrale inertielle sont par la suite mises à jour au fur et à mesure, à partir des mesures des capteurs inertiels par des algorithmes adaptés.
Par ailleurs, on sait qu'une centrale inertielle présente une dérive et qu'au bout d'une heure de navigation, l'erreur sur la position est de quelques centaines de mètres. Cette précision est insuffisante pour certaines applications. Pour améliorer la précision sur la position, il est connu de faire appel aux données GNSS (Global Navigation Satellite System) qui, de façon en soi connue, détermine la position du porteur à partir de signaux fournis par des satellites en orbite terrestre. Les informations GNSS sont également utilisées au cours de la navigation pour estimer le modèle d'erreur des senseurs et améliorer ainsi sensiblement sa performance lors des phases de survie (correspondant à la perte des informations GNSS).
Or, dans le cas d'un alignement en mouvement sur un porteur terrestre en environnement urbain, les données du capteur magnétique sont peu fiables et la disponibilité des données GNSS n'est pas assurée (brouillage intentionnel, perturbations liées à l'environnement - phénomènes de multi trajets ...).
On connaît par ailleurs, des techniques de corrélation sur données cartographiques appelées « map-matching ». Ces techniques sont utilisées couramment dans les voitures dans le but d'élaborer la position la plus vraisemblable d'un véhicule sur un réseau routier (systèmes mariant les informations brutes d'un récepteur GNSS et les données de cartographie) et dans les centrales inertielles de haute précision pour recaler la navigation
(réduire ses erreurs) en cours de mission. Les données cartographiques peuvent également concerner des amers, le relief ...
Les techniques de « map-matching » connues telles que celles décrites dans le document WO 02/39063 A1 et le document US 2012/290254 A 1 sont insuffisantes notamment en ce qu'elles ne contribuent pas à l'estimation d'erreurs du module d'intégration. En particulier, la position de la particule n'est pas recalée, et les erreurs d'orientation et de vitesse ne sont pas corrigées. Ce manque de corrections entraîne à moyen terme un accroissement des erreurs qui finit par affecter la position estimée.
EXPOSE DE L'INVENTION
L'invention permet de pallier au moins un des inconvénients précités en proposant un procédé d'alignement d'une centrale inertielle embarquée sur un porteur circulant sur un réseau cartographié, ledit réseau définissant pour le porteur un ensemble de couples position / orientation que le porteur peut prendre, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte :
une étape d'initialisation au cours de laquelle est générée une pluralité de particules, chaque particule étant définie par un couple position/orientation sur le réseau, ces particules étant choisies pour que leur couple position / orientation corresponde, avec une probabilité supérieure à un premier seuil, au couple position / orientation estimé pour le porteur ;
- une étape de propagation au cours de laquelle les particules font l'objet d'un filtrage particulaire avec en entrée des données inertielles fournies par la centrale inertielle ;
- une élimination des particules pour lesquelles aucun couple position / orientation du réseau ne correspond, avec une
probabilité supérieure à une valeur seuil, à la position et à l'orientation de la particule après propagation ;
une mise à jour du couple position / orientation de chaque particule non éliminée en remplaçant sa position et son orientation par un couple position / orientation qui, après propagation, lui correspond sur le réseau avec la plus grande probabilité;
- une mise à jour d'un modèle d'erreur de la centrale inertielle en fonction de l'écart entre le couple position / orientation d'au moins une particule après propagation et celui retenu pour sa mise à jour ;
les étapes de propagation, d'élimination des particules, de mise à jour des paramètres des particules et de mise à jour du modèle d'erreur étant répétées jusqu'à ce qu'il n'existe plus qu'une seule particule.
L'invention permet d'initialiser une centrale inertielle et de naviguer sans avoir recours à des données GNSS.
L'invention présente l'avantage d'estimer non seulement la position et l'orientation du porteur, mais aussi les défauts des capteurs inertiels, ce qui permet une performance accrue en inertie pure.
L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises individuellement ou en l'une quelconque de leurs combinaisons techniquement possibles :
- le modèle d'erreur de la centrale inertielle est mis à jour en fonction de l'écart entre le couple position / orientation de chaque particule après propagation et celui retenu pour sa mise à jour.
- lors de l'étape de mise à jour des couples position /orientation, on met à jour la position et l'orientation de chaque particule dont la couple position / orientation correspond à une position et une orientation sur le réseau avec la plus grande probabilité ; on génère une particule pour chacun des autres couples position / orientation du réseau qui correspondent au couple position / orientation de la particule après propagation avec une probabilité supérieure à un deuxième seuil.
- l'étape d'initialisation comporte des étapes selon lesquelles un utilisateur renseigne dans une unité de calcul une position et une orientation qu'il estime correspondre à sa position et son orientation réelle ; et l'unité de calcul génère une particule pour chacun des couples position / orientation accessibles au porteur correspondant avec une probabilité supérieure à une valeur seuil à la position et orientation estimé par l'utilisateur.
- l'étape d'initialisation comporte en outre l'initialisation d'une covariance pour chaque particule, la covariance de chaque particule étant mise à jour après chaque étape de propagation, le procédé comportant en outre une étape d'élimination des particules ayant une covariance inférieure à une valeur prédéfinie ;
- la covariance est proportionnelle à la densité du réseau ;
- le réseau est un réseau routier constitué de routes présentant une largeur et une longueur et selon lequel la covariance est définie par rapport à la longueur et la largeur de la route correspondant à la position de la particule ;
- le procédé comporte en outre une étape de calibrage d'un capteur externe de vitesse en fonction de l'écart entre le couple position / orientation de chaque particule après propagation et le couple position / orientation accessible au porteur qui lui correspondant avec la plus grande probabilité.
L'invention concerne également un dispositif d'alignement d'une centrale inertielle embarquée sur un porteur circulant sur un réseau cartographié, ledit réseau définissant pour le porteur un ensemble de couples position / orientation que le porteur peut prendre, le dispositif d'alignement comportant une base de données des couples position / orientation que le porteur peut prendre et une unité de calcul adaptée pour :
- générer une pluralité de particules, chaque particule étant définie par un couple position/orientation sur le réseau, ces particules étant choisies pour que leur couple position / orientation corresponde, avec une probabilité supérieure à un premier seuil, au couple position / orientation estimé pour le porteur ;
propager les particules par filtrage particulaire avec en entrée des données inertielles fournies par la centrale inertielle ;
- éliminer les particules pour lesquelles aucun couple position / orientation du réseau ne correspond, avec une probabilité supérieure à une valeur seuil, à la position et à l'orientation de la particule après propagation ;
- mettre à jour le couple position / orientation de chaque particule non éliminée en remplaçant sa position et son orientation par un couple position / orientation qui, après propagation, lui correspond sur le réseau avec la plus grande probabilité;
- mettre à jour un modèle d'erreur de la centrale inertielle en fonction de l'écart entre le couple position / orientation d'au moins une particule après propagation et celui retenu pour sa mise à jour.
L'unité de calcul peut en outre comporter une carte numérisée des lieux dans lesquels évolue le porteur et une interface graphique permettant à un
utilisateur de visualiser la carte numérisée ainsi que le réseau navigable et de renseigner une position estimée et une orientation estimée.
L'invention concerne également une centrale inertielle embarquée sur un porteur circulant sur un réseau définissant un ensemble de couples position / orientation accessibles au porteur, le couple position / orientation du porteur étant défini par sa position et son orientation, la centrale inertielle comportant :
- une pluralité de capteurs inertiels ;
- un module d'intégration estimant la position, la vitesse et l'orientation du porteur à partir des données fournies par la centrale inertielle ;
- un module d'estimation d'erreurs;
la centrale inertielle étant caractérisée en ce qu'elle comporte en outre une base de données des couples position / orientation accessibles au porteur ; et en ce que le module d'intégration est adapté pour :
- générer une pluralité de particules, chaque particule étant définie par un couple position/orientation sur le réseau, ces particules étant choisies pour que leur couple position / orientation corresponde, avec une probabilité supérieure à un premier seuil, au couple position / orientation estimé pour le porteur ;
propager les particules par filtrage particulaire avec en entrée des données inertielles fournies par la centrale inertielle ;
- éliminer les particules pour lesquelles aucun couple position / orientation du réseau ne correspond, avec une probabilité supérieure à une valeur seuil, à la position et à l'orientation de la particule après propagation ;
- mettre à jour le couple position / orientation de chaque particule non éliminée en remplaçant sa position et son orientation par un couple position / orientation qui, après propagation, lui correspond sur le réseau avec la plus grande probabilité supérieure à un deuxième seuil ;
le module d'estimation d'erreurs étant adapté pour mettre à jour un modèle d'erreur de la centrale inertielle en fonction de l'écart entre le couple position / orientation d'au moins une particule après propagation et celui retenu pour sa mise à jour.
DESCRIPTION DES FIGURES
D'autres objectifs, caractéristiques et avantages sortiront de la description détaillée qui suit en référence aux dessins donnés à titre illustratif et non limitatif parmi lesquels :
- la figure 1 représente une centrale inertielle conforme à l'invention ;
- la figure 2 représente les différentes étapes d'un procédé conforme invention ;
- la figure 3 représente la position et l'orientation réelle du porteur ainsi que la position à l'orientation estimée par le porteur ;
- les figures 4 représente l'étape d'initialisation d'un procédé conforme à l'invention ;
- les figure 5 et 5bis représentent l'étape d'initialisation de la covariance ;
- la figure 6 représente l'étape de propagation des particules par filtre particulaire ;
- la figure 7 représente l'étape d'élimination des particules ayant une covariance trop faible ;
- la figure 8 représente l'étape de génération d'une particule pour chacun des couples position / orientation accessibles au porteur correspondant avec
une probabilité supérieure à une valeur seuil au couple position / orientation de la particule propagée ;
- la figure 9, illustre un exemple de méthode de calcul de la dérive gyrométrique de la centrale inertielle ;
- la figure 10, illustre un exemple de méthode de calcul du biais accélérométrique de la centrale inertielle.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Une centrale inertielle 2 est embarquée sur un porteur circulant sur un réseau 41 définissant un ensemble de couples position / orientation accessibles au porteur. Le porteur est par exemple un véhicule circulant sur un réseau routier 41 composé de routes. Le porteur peut également être un piéton circulant à l'intérieur d'un bâtiment 41 composé de murs. En référence à la figure 1 , la centrale inertielle 2 embarquée sur le porteur comporte une unité de calcul 21 et des capteurs inertiels 22 typiquement au nombre de six du type accéléromètres et gyromètres qui mesurent l'accélération linéaire et la vitesse angulaire du porteur.
L'unité de calcul 21 est typiquement un calculateur configuré pour exécuter des séquences d'instructions d'un programme selon le procédé d'alignement d'une centrale inertielle décrit ci-dessous.
L'unité de calcul 21 comporte un module d'intégration 24 et un module d'estimation d'erreurs 25.
Le module d'intégration 24 est un processeur configuré pour exécuter des séquences d'instructions d'un programme de calcul de la position, de la vitesse et de l'orientation du porteur à partir des données fournies par les capteurs inertiels 22.
Le module d'estimation d'erreurs 25 est un processeur configuré pour exécuter des séquences d'instructions d'un programme d'estimation de
l'erreur de dérive induite par les défauts de capteurs inertiels 22, comme décrit plus bas.
La centrale inertielle 2 comporte en outre une base de données 27 stockant un historique des couples position / orientation occupés par le porteur au cours de son déplacement.
La centrale inertielle 2 comporte en outre, soit une base de données cartographiques stockées sur une carte numérisée 4 des lieux dans lesquels évolue le porteur, soit un moyen d'accès à une telle base de donnée. Les données cartographiques comporte notamment une base de données 41 des couples position / orientation accessibles au porteur. Dans le cas où le porteur est un véhicule terrestre circulant sur un réseau routier, les couples position / orientation accessibles au porteur sont les couples position / orientation compatibles avec le réseau routier c'est-à-dire l'ensemble des couples position / orientation pour lesquels la position correspond à un point sur une route praticable par le porteur et l'orientation correspond à la direction de ladite route et éventuellement aux sens de circulation autorisés sur cette route. L'unité de calcul 21 reçoit en entrée les sorties des capteurs inertiels 22 à savoir les accélérations linéaires et les vitesses angulaires du porteur et les données cartographiques stocké sur la carte numérisée 4. L'unité de calcul 21 comporte un filtre de particules qui fait intervenir les données cartographiques stockées sur la carte numérisée 4 à travers un modèle d'évolution associé à des particules, chaque particule représentant une hypothèse de position et d'orientation du porteur pondérée par une covariance qui est une estimation de la pertinence de la particule pour représenter le couple position / orientation réel du porteur.
L'unité de calcul 21 comportant en outre une interface graphique 31 permettant à un utilisateur de visualiser la carte numérisée 4 et de renseigner des données concernant sa position estimée et son orientation estimée. A la mise sous tension, la centrale inertielle 2 tente d'initialiser la position et l'orientation avec les informations de position et d'orientation mémorisées dans la base de données 27 stockant un historique de position et d'orientation. Si les informations de position et d'orientation mémorisées ne peuvent être utilisées pour initialiser la navigation inertielle, la centrale inertielle 2 demande au porteur de renseigner, au travers de l'interface graphique 31 , la position qu'il estime être approximativement sa position ainsi que la direction de départ envisagée. A cet effet, la centrale inertielle 2 affiche sur l'interface graphique 31 la carte numérisée 41 et demande à l'utilisateur de positionner la position qu'il estime être approximativement la position du véhicule ainsi que la direction de départ envisagée sur la carte. En référence à la figure 2, l'utilisateur renseigne dans l'unité de calcul 21 à travers l'interface graphique 31 une position et une orientation qu'il estime correspondre à sa position et son orientation réelle. Cette position et cette orientation seront par la suite appelées position et orientation de départ estimées. Sur la figure 3, la position et l'orientation réelles du système sont représentées par un point et une flèche en trait plein et la position et l'orientation estimées par un point et une flèche en trait double. Les informations renseignées par l'utilisateur combinées à la base de données des couples position / orientation accessibles au porteur, vont permettre d'initialiser une ou plusieurs particules représentant des hypothèses de navigation. Afin de prendre en compte la distribution multimodale de la position initiale du porteur, il est en effet indispensable d'initialiser une particule pour chacun des couples position / orientation qui pourraient correspondre à la position et l'orientation réelles du porteur.
En référence à la figure 4, au cours d'une étape E1 d'initialisation, l'unité de calcul 21 génère une pluralité de particules ayant pour paramètres les différents couples position / orientation appartenant aux couples position / orientation accessibles au porteur correspondant avec une probabilité supérieure à une première valeur seuil prédéfinie à un couple position / orientation estimé du porteur. La probabilité avec laquelle chaque couple position / orientation appartenant aux couples position / orientation accessibles au porteur correspond à un couple position / orientation estimé du porteur est définie notamment par l'écart de position entre la position chaque couple et la position estimée du porteur. L'unité de calcul 21 génère par exemple une particule pour les couples position / orientation accessibles au porteur dont la position est comprise dans un rayon R autour de la position estimée par l'utilisateur. La position et l'orientation de ces particules sont représentées respectivement par des croix et des flèches en pointillé sur la figure 3.
En référence aux figures 5 et 5bis, l'unité de calcul 21 initialise une covariance pour chaque particule exprimant sa pertinence pour représenter le couple position / orientation réel du porteur. La covariance est au minimum définie par défaut en fonction de la densité du réseau routier dans la zone géographique dans laquelle se situe la position. La covariance peut également être définie en fonction des dimensions des routes sur lesquelles les particules se trouvent, la covariance étant par exemple proportionnelle à la largeur de la route et inversement proportionnelle à sa longueur. Le mouvement de chaque particule définie par un couple position / orientation et la mise à jour de la covariance, est alors estimé à l'aide de technique de filtrage stochastique et par exemple un filtre de Kalman.
Le module d'estimation d'erreurs 25 initialise un modèle d'erreur de la centrale inertielle 2. Ce modèle d'erreur est un modèle d'erreur classique ayant notamment comme paramètres un biais et un facteur d'échelle. La centrale inertielle 2 utilise par la suite des techniques de corrélation de carte (ou 'map-matching' en anglais) mettant à profit les changements d'orientation du porteur liés aux virages pour aligner la centrale inertielle 2 c'est-à-dire éliminer les particules ou hypothèses de navigation erronées et déterminer précisément la position et l'orientation du porteur, et, améliorer la précision de la centrale inertielle 2 en estimant les défauts des capteurs inertiels 22 et en les corrigeant via des modèles d'erreur. Cette amélioration de la précision la centrale inertielle 2 permettra de maintenir ses performances notamment pendant les phases où l'aide apportée par les données cartographiques est faible (par exemple lorsque le porteur décrit un segment de trajectoires en ligne droite) voire nulle (par exemple lorsque la zone n'est pas cartographiée, la navigation étant alors une navigation à l'estime). Les techniques utilisées permettent également de calibrer un éventuel capteur externe de vitesse ou un odomètre utilisé également pour la navigation.
En référence à la figure 5, au cours d'une étape E2 de propagation, l'unité de calcul 21 propage les différentes particules en fonction des informations provenant de la centrale inertielle 2 à l'aide d'un filtre stochastique. Le filtre stochastique reçoit en entrée les paramètres de la particule et les données inertielles fournies par la centrale inertielle depuis la dernière étape de propagation et fournit en sortie le couple position / orientation de la particule après propagation ainsi que la valeur de la covariance propagée. Pour chaque particule propagée, l'unité de calcul 21 calcule la probabilité pour que le porteur soit sur l'une des routes de la carte numérisée et que son
orientation corresponde à celle de la route. Le couple position / orientation le plus probable est utilisé pour former une observation fournie au filtre sous forme d'un vecteur à trois composantes. La covariance de mesure associée à cette observation est définie en fonction de la géométrie de la rue. Cette observation permet de mettre à jour les couples position / orientation et la covariance de la particule. L'équation d'observation est alors la même que pour une observation lâche d'informations de position GNSS.
En référence à la figure 7, au cours d'une étape d'élimination E3, l'unité de calcule 21 élimine les particules ayant une covariance propagée inférieure à une troisième valeur seuil prédéfinie. Sur la figure 7, les particules éliminées sont représentées en tiret. Cette étape permet d'éliminer certaines particules qui ne sont plus ou très peu pertinentes pour représenter la position et l'orientation réelles du porteur.
Au cours d'une étape E4 de mise à jour des paramètres des particules, l'unité de calcul 21 détermine, pour chaque particule propagée, le couple position / orientation accessible qui correspond avec la plus grande probabilité à la particule propagée. L'unité de calcule 21 met à jour les paramètres des particules avec le couple position / orientation accessible au porteur correspondant avec la plus grande probabilité au couple position / orientation de la particule propagée.
Cette étape, en faisant l'hypothèse que le porteur circule sur une route définie par le réseau routier 41 , permet d'améliorer la vitesse de converge de l'algorithme d'alignement de la centrale inertielle.
Dans le cas où plusieurs couples position / orientation accessibles correspondent à la particule avec une probabilité supérieure à un seuil prédéfini, l'unité de calcul 21 génère une particule pour chacun de ces
couples position / orientation accessibles (en trait triple sur le schéma), à condition que la position des différents couples s'éloignent les unes des autres de plus d'une certaine distance prédéfinie. La ou les nouvelles particules générées conservent la même covariance que la particule dont elles sont issues. Cette étape permet de résoudre le problème de dégénérescence des filtres particulaires en effectuant un rééchantillonnage par importance d'autant plus efficace qu'il utilise les informations issues de la centrale inertielle pour créer les particules propagées. Le couple position / orientation des particules propagées sont comparées avec le couple position / orientation accessible qui correspond avec la plus grande probabilité à la particule propagée. L'unité de calcul 21 détermine l'écart entre la position et l'orientation de la particule propagée et la position et l'orientation du couple position / orientation accessible le plus probable et en déduit une estimation des erreurs de chacun des capteurs de la centrale inertielle 2 sur la position et l'orientation. Le module d'estimation d'erreurs 25 met à jour son modèle d'erreur de la centrale inertielle 2 à partir de la comparaison du couple position / orientation d'au moins une particule après propagation avec le couple position / orientation accessible qui leur correspond avec le plus de probabilité. Le module d'estimation d'erreurs 25 peut notamment met à jour son modèle d'erreur de la centrale inertielle 2 à partir de la comparaison du couple position / orientation de chaque particule après propagation avec le couple position / orientation accessible qui leur correspond avec le plus de probabilité.
Le modèle d'erreur de la centrale inertielle 2 est par exemple mis à jour en fonction de la moyenne des écarts entre chaque particule après propagation et le couple position / orientation accessible qui leur correspond avec le plus de probabilité ou de la moyenne des écarts entre chaque particule après
propagation et le couple position / orientation accessible qui leur correspond avec le plus de probabilité pondérés par la covariance de la particule associé.
Le modèle d'erreur de la centrale inertielle 2 peut également être mise à jour en fonction uniquement de l'écart mesuré pour la particule ayant la covariance la plus élevée.
La figure 9, illustre un exemple de méthode de calcul de la dérive gyrométrique d de la centrale inertielle. Sur la figure 9, le rond gris représente la particule recalée au pas de temps précédent, le rond hachuré, la particule propagée au pas de temps actuel, et le rond gris en pointillé, la particule recalé au pas de temps actuel.
La dérive gyrométrique de la centrale inertielle génère une erreur de direction de la vitesse estimée. L'angle Θ entre le vecteur vitesse de la particule propagée et le vecteur vitesse de la particule recalée est égale à la dérive gyrométrique multiplié par le pas de temps τ de la phase de propagation. La dérive gyrométrique d de la centrale inertielle est donc calculée en calculant l'angle Θ entre le vecteur vitesse de la particule propagée et le vecteur vitesse de la particule recalée, et en calculant le rapport θ/τ entre cet écart et le pas de temps.
Le modèle d'erreur de la centrale inertielle 2 est par exemple mis à jour en réévaluant la dérive gyrométrique d avec une combinaison linéaire des dérives gyrométriques calculés pour chacune des particules, et par exemple par une moyenne des dérives gyrométriques calculés pour chacune des particules pondérées par la covariance de la particule.
La dérive gyrométrique du modèle d'erreur de la centrale inertielle 2 peut également être mise à jour en fonction uniquement de la dérive gyrométrique calculée pour la particule pondérée ayant la covariance la plus élevée.
La figure 10, illustre un exemple de méthode de calcul du biais accélérométrique b de la centrale inertielle. On considère que, l'écart de position D entre la particule recalée et la particule propagée est égal à la moitié du biais accélérométrique b multiplié par le carré du pas de temps τ de la phase de propagation D = ^ * τ2.
Le biais accélérométrique b de la centrale inertielle est donc calculé en calculant l'écart de position D entre la particule recalée et la particule
2D
propagée puis en en déduisant le biais accélérométrique b =— .
Le modèle d'erreur de la centrale inertielle 2 est par exemple mis à jour en réévaluant le biais accélérométrique b avec une combinaison linéaire des biais accélérométrique b calculés pour chacune des particules, et par exemple par une moyenne des biais accélérométriques calculés pour chacune des particules pondérés par la covariance de chaque particule.
Le biais accélérométrique b du modèle d'erreur de la centrale inertielle 2 peut également être mise à jour en fonction uniquement du biais accélérométrique b calculé pour la particule pondérée ayant la covariance la plus élevée.
Une fois les biais accélérométriques et les dérives gyrométriques estimées, il est possible de remonter de la même façon aux erreurs de facteur d'échelle.
Le modèle d'erreur de la centrale inertielle 2, peut également être mis à jour en utilisant un filtre de navigation (pouvant être un filtre stochastique tel un filtre de Kalman), qui contient un modèle d'erreur capteur, une observation virtuelle d'écart de position exprimée dans le repère de mesure (qui a été confondu avec le repère véhicule sur les figures 9 et 10 pour faciliter de compréhension) à l'instant précédent. Pour construire cette observation
virtuelle à partir de toutes les particules, il suffit, par exemple d'exprimer l'écart de position pour chaque particule dans le repère de mesure à l'instant précédent et d'en calculer la moyenne. La covariance de bruit de mesure associée à cette observation peut être approximée, de manière pessimiste mais robuste, par le maximum de l'ensemble des covariances de l'erreur de position de toutes les particules.
Cette étape de comparaison permet d'estimer l'erreur des capteurs inertiels 22. En effet, l'écart entre les particules et le point le plus proche sur le réseau cartographié fournit des informations sur l'erreur inertielle des capteurs. En effet, même si les particules ne correspondent pas à la position réelle du porteur, elles sont impactées par l'erreur inertielle des capteurs et il est possible par des méthodes statistiques d'en extraire une information sur l'erreur inertielle des capteurs.
Le procédé permet de corriger d'autant plus efficacement les erreurs inertiels que l'écart entre les particules et la position réelle du porteur est important par rapport à l'écart des particules entre elles.
Le procédé permet notamment de corriger efficacement les erreurs de dérive lorsque l'écart entre la position moyenne des particules et la route la plus proche est plus important que l'écart de position des particules entre elles ou lorsque l'écart entre la direction moyenne des particules et la direction de la route la plus proche est plus important que l'écart de direction des différentes particules entre elles. L'unité de calcul 21 peut également utiliser la comparaison entre la position et l'orientation des particules propagées avec celle du couple position / orientation accessible le plus probable pour calibrer un éventuel capteur externe de vitesse 5 ou un odomètre utilisé également pour la navigation.
L'unité de calcul 21 répète les étapes de propagation E2, élimination des particules E3, mise à jour des paramètres des particules E3 et mise à jour du modèle d'erreur E4, décrites plus haut avec les mesures inertielles suivantes jusqu'à ce qu'il ne reste qu'une particule (condition A sur la figure 2), le couple position / orientation de la particule restante étant alors considéré comme le couple position / orientation réel du porteur. La durée entre deux étapes de propagation successives est appelé pas de temps τ.
Le procédé décrit présente l'avantage d'estimer non seulement la position et l'orientation du porteur, mais aussi les défauts des capteurs inertiels, ce qui permet une performance accrue en inertie pure.
Dans le cadre d'une flotte de véhicules équipés de ce système, l'homme du métier saura imaginer des concepts de navigation collaborative qui permettent d'améliorer la connaissance de la position et de l'orientation de tous les porteurs. Par exemple : un groupe composé de véhicules d'interventions légers équipés d'une inertie de moyenne gamme et communiquant entre eux (radios, wifi, ...) peuvent utiliser les informations de distance relative entre chaque porteur (fournie par le temps de transmission de la communication par exemple) pour fournir d'autres informations sur les positions et les orientations de l'ensemble de la flotte sur le réseau routier.
Claims
REVENDICATIONS
Procédé d'alignement d'une centrale inertielle (2) embarquée sur un porteur circulant sur un réseau (41 ) cartographié, ledit réseau (41 ) définissant pour le porteur un ensemble de couples position / orientation que le porteur peut prendre, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte :
(E1 ) une étape d'initialisation au cours de laquelle est générée une pluralité de particules, chaque particule étant définie par un couple position/orientation sur le réseau, ces particules étant choisies pour que leur couple position / orientation corresponde, avec une probabilité supérieure à un premier seuil, au couple position / orientation estimé pour le porteur ;
(E2) une étape de propagation au cours de laquelle les particules font l'objet d'un filtrage particulaire avec en entrée des données inertielles fournies par la centrale inertielle (2) ;
- (E3) une élimination des particules pour lesquelles aucun couple position / orientation du réseau ne correspond, avec une probabilité supérieure à une valeur seuil, à la position et à l'orientation de la particule après propagation ;
(E4) une mise à jour du couple position / orientation de chaque particule non éliminée en remplaçant sa position et son orientation par un couple position / orientation qui, après propagation, lui correspond sur le réseau avec la plus grande probabilité ;
- (E5) une mise à jour d'un modèle d'erreur de la centrale inertielle (2) en fonction de l'écart entre le couple position / orientation d'au moins une particule après propagation et celui retenu pour sa mise à jour ;
les étapes de propagation (E2), d'élimination des particules (E3), de mise à jour des paramètres des particules (E3) et de mise à jour du modèle d'erreur (E4) étant répétées jusqu'à ce qu'il n'existe plus qu'une seule particule.
Procédé d'alignement d'une centrale inertielle (2) selon la revendication précédente, dans lequel la mise à jour du modèle d'erreur de la centrale inertielle (2) est faite en fonction de l'écart entre le couple position / orientation de chaque particule après propagation et celui retenu pour sa mise à jour.
Procédé d'alignement d'une centrale inertielle (2) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel lors de l'étape de mise à jour des couples position /orientation (E4) :
- on met à jour la position et l'orientation de chaque particule dont la couple position / orientation correspond à une position et une orientation sur le réseau avec la plus grande probabilité ;
- on génère une particule pour chacun des autres couples position / orientation du réseau qui correspondent au couple position / orientation de la particule après propagation avec une probabilité supérieure à un deuxième seuil.
Procédé d'alignement d'une centrale inertielle (2) selon l'une des revendications précédentes, selon lequel l'étape d'initialisation (E1 ) comporte des étapes selon lesquelles :
- un utilisateur renseigne dans une unité de calcul (21 ) une position et une orientation qu'il estime correspondre à sa position et son orientation réelle ;
- l'unité de calcul (21 ) génère une particule pour chacun des couples position / orientation accessibles au porteur correspondant avec une probabilité supérieure à une valeur seuil à la position et orientation estimé par l'utilisateur.
Procédé d'alignement d'une centrale inertielle (2) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'étape d'initialisation (E1 ) comporte en outre l'initialisation d'une covariance pour chaque particule représentative de la pertinence de la particule pour représenter le couple position / orientation réel du porteur, la covariance de chaque particule étant mise à jour après chaque étape de propagation (E2), le procédé comportant en outre une étape d'élimination des particules ayant une covariance inférieure à une valeur prédéfinie.
Procédé d'alignement d'une centrale inertielle (2) selon la revendication précédente, selon lequel la covariance est proportionnelle à la densité du réseau (41 ).
Procédé d'alignement d'une centrale inertielle (2) selon l'une des revendications 5 ou 6, dans lequel le réseau (41 ) est un réseau routier constitué de routes présentant une largeur et une longueur et selon lequel la covariance est définie par rapport à la longueur et la largeur de la route correspondant à la position de la particule.
Procédé d'alignement d'une centrale inertielle (2) selon la revendication précédente, comportant en outre une étape de calibrage d'un capteur externe de vitesse en fonction de l'écart entre le couple position / orientation de chaque particule après propagation et le
couple position / orientation accessible au porteur qui lui correspondant avec la plus grande probabilité.
Dispositif d'alignement d'une centrale inertielle (2) embarquée sur un porteur circulant sur un réseau (41 ) cartographié, ledit réseau (41 ) définissant pour le porteur un ensemble de couples position / orientation que le porteur peut prendre, le dispositif d'alignement comportant une base de données (41 ) des couples position / orientation que le porteur peut prendre et une unité de calcul (21 ) adaptée pour :
- générer une pluralité de particules, chaque particule étant définie par un couple position/orientation sur le réseau, ces particules étant choisies pour que leur couple position / orientation corresponde, avec une probabilité supérieure à un premier seuil, au couple position / orientation estimé pour le porteur ;
propager les particules par filtrage particulaire avec en entrée des données inertielles fournies par la centrale inertielle (2) ;
- éliminer les particules pour lesquelles aucun couple position / orientation du réseau ne correspond, avec une probabilité supérieure à une valeur seuil, à la position et à l'orientation de la particule après propagation ;
- mettre à jour le couple position / orientation de chaque particule non éliminée en remplaçant sa position et son orientation par un couple position / orientation qui, après propagation, lui correspond sur le réseau avec la plus grande probabilité ;
- mettre à jour un modèle d'erreur de la centrale inertielle (2) en fonction de l'écart entre le couple position / orientation d'au
moins une particule après propagation et celui retenu pour sa mise à jour,
- répéter des étapes de propagation, d'élimination des particules, de mise à jour des paramètres des particules et de mise à jour du modèle d'erreur jusqu'à ce qu'il n'existe plus qu'une seule particule.
10. Dispositif d'alignement selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'unité de calcul (21 ) comporte en outre une carte numérisée (4) des lieux dans lesquels évolue le porteur et une interface graphique (31 ) permettant à un utilisateur de visualiser la carte numérisée (4) ainsi que le réseau navigable (41 ) et de renseigner une position estimée et une orientation estimée.
1 1 . Centrale inertielle (2) embarquée sur un porteur circulant sur un réseau (41 ) définissant un ensemble de couples position / orientation accessibles au porteur, le couple position / orientation du porteur étant défini par sa position et son orientation, la centrale inertielle comportant :
- une pluralité de capteurs inertiels (2) ;
- un module d'intégration (21 ) estimant la position, la vitesse et l'orientation du porteur à partir des données fournies par la centrale inertielle (2) ;
- un module d'estimation d'erreurs (25) ;
la centrale inertielle étant caractérisée en ce qu'elle comporte en outre une base de données (41 ) des couples position / orientation accessibles au porteur ;
et en ce que le module d'intégration (21 ) est adapté pour :
- générer une pluralité de particules, chaque particule étant définie par un couple position/orientation sur le réseau, ces particules étant choisies pour que leur couple position / orientation corresponde, avec une probabilité supérieure à un premier seuil, au couple position / orientation estimé pour le porteur ;
propager les particules par filtrage particulaire avec en entrée des données inertielles fournies par la centrale inertielle (2) ;
- éliminer les particules pour lesquelles aucun couple position / orientation du réseau ne correspond, avec une probabilité supérieure à une valeur seuil, à la position et à l'orientation de la particule après propagation ;
- mettre à jour le couple position / orientation de chaque particule non éliminée en remplaçant sa position et son orientation par un couple position / orientation qui, après propagation, lui correspond sur le réseau avec la plus grande probabilité;
- répéter des étapes de propagation, d'élimination des particules, de mise à jour des paramètres des particules et de mise à jour du modèle d'erreur jusqu'à ce qu'il n'existe plus qu'une seule particule ;
le module d'estimation d'erreurs (25) étant adapté pour (E4) mettre à jour un modèle d'erreur de la centrale inertielle (2) en fonction de l'écart entre le couple position / orientation d'au moins une particule après propagation et celui retenu pour sa mise à jour.
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| GUSTAFSSON F: "Particle filter theory and practice with positioning applications", IEEE AEROSPACE AND ELECTRONIC SYSTEMS MAGAZINE, IEEE SERVICE CENTER, PISCATAWAY, NJ, US, vol. 25, no. 7, 1 July 2010 (2010-07-01), pages 53 - 82, XP011316492, ISSN: 0885-8985 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112880704A (zh) * | 2021-01-19 | 2021-06-01 | 中国人民解放军海军工程大学 | 光纤陀螺捷联惯导系统智能标定方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR3014556A1 (fr) | 2015-06-12 |
| FR3014556B1 (fr) | 2019-09-13 |
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