WO2024056973A1 - Procede et dispositif de navigation pour un vehicule, systeme, vehicule, programme d'ordinateur et support d'informations associes - Google Patents

Procede et dispositif de navigation pour un vehicule, systeme, vehicule, programme d'ordinateur et support d'informations associes Download PDF

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WO2024056973A1
WO2024056973A1 PCT/FR2023/051388 FR2023051388W WO2024056973A1 WO 2024056973 A1 WO2024056973 A1 WO 2024056973A1 FR 2023051388 W FR2023051388 W FR 2023051388W WO 2024056973 A1 WO2024056973 A1 WO 2024056973A1
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WO
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navigation
gps
vehicle
loc
data
Prior art date
Application number
PCT/FR2023/051388
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English (en)
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Raphaël JARRAUD
Clément GROSHENS
Philippe Elie
Original Assignee
Safran Electronics & Defense
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/10—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
    • G01C21/12—Navigation; 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
    • G01C21/16—Navigation; 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
    • G01C21/165—Navigation; 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 combined with non-inertial navigation instruments
    • G01C21/1656—Navigation; 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 combined with non-inertial navigation instruments with passive imaging devices, e.g. cameras
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C5/00—Measuring height; Measuring distances transverse to line of sight; Levelling between separated points; Surveyors' levels
    • G01C5/06—Measuring height; Measuring distances transverse to line of sight; Levelling between separated points; Surveyors' levels by using barometric means

Definitions

  • the present invention relates to the fields of navigation and positioning.
  • the present invention relates to a navigation method and device for a vehicle, a system, a vehicle, a computer program and an associated information medium.
  • the present invention finds a particularly advantageous application, although in no way limiting, for the implementation of navigation systems for aircraft.
  • inertial navigation As a navigation solution using data from an inertial measurement unit (i.e. specific force and angular speed).
  • inertial data to implement a navigation solution requires solving the well-known problem of drift over time in inertial navigation. Indeed, small errors in measuring the specific force and angular velocity are integrated over time by inertial navigation and thus lead to increasingly larger errors in velocity and position.
  • hybrid inertia-GPS navigation solutions do not make it possible to reliably and precisely locate a vehicle while guaranteeing a high level of integrity. Integrity is defined as the ability to provide, in addition to an estimated quantity (eg the position, speed, heading of a vehicle), a protection radius associated with this quantity, that is to say a bound increasing the estimation error with a defined probability, in particular very close to 1.
  • the present invention aims to remedy all or part of the disadvantages of the prior art, in particular those explained above.
  • a navigation method for a vehicle, said method comprising steps of: determination by a first navigation module of first navigation data of said vehicle from data from an inertial measurement unit and a satellite positioning module; and determination by a second navigation module of second navigation data of said vehicle from: data from the inertial measurement unit and images acquired by said vehicle; and furthermore from data from said satellite positioning module and/or an altimeter.
  • a “position” can designate an absolute position defined with respect to the terrestrial reference frame, or a relative position defined with respect to a reference position.
  • inertial measurement unit reference is made to a measuring device providing, for a plurality of measurement instants, data relating to the specific force (ie the sum external forces other than gravitational divided by the mass) and the angular speed of the vehicle.
  • inertial unit hereinafter designates a navigation device integrating over time the specific force and angular velocity data produced by an inertial measurement unit and making it possible to determine vehicle navigation data.
  • the proposed method makes it possible to precisely determine the navigation data of a vehicle (e.g. the position and movement data of the vehicle as well as the associated protection radii) while guaranteeing a level of integrity and availability high of the navigation system.
  • the step of determining navigation data by the first navigation module and the step of determining navigation data by the second navigation module are carried out concomitantly (i.e. in parallel, or simultaneously).
  • the parallel use of two distinct navigation modules i.e. said first and second navigation modules
  • makes it possible to improve the resilience of the vehicle's navigation system with regard to failures of the sensors used for navigation e.g. satellite positioning module, image acquisition device
  • failures of the sensors used for navigation e.g. satellite positioning module, image acquisition device
  • the sensors used for navigation e.g. satellite positioning module, image acquisition device
  • the use of a satellite and image positioning module makes it possible to compensate for inertial navigation drift and thus to precisely determine the vehicle's navigation data.
  • the proposed navigation solution by exploiting a plurality of navigation modules, makes it possible to improve the level of integrity and availability of the vehicle's navigation system while precisely determining the vehicle navigation data.
  • the proposed navigation solution presents: a higher level of availability than existing hybrid inertia-GPS navigation systems; and a higher level of integrity than existing hybrid inertia-vision navigation systems.
  • the proposed method comprises steps of: if said satellite positioning module is functional, supplying said first navigation data to a guidance module of said vehicle; and otherwise, supplying said second navigation data to said guidance module of said vehicle.
  • This embodiment makes it possible to guide a vehicle with precision. It should be noted that this embodiment benefits from the technical advantages of the proposed navigation solution. Indeed, precise guidance of the vehicle is enabled because the navigation data is precisely determined.
  • the proposed solution uses images for navigation to compensate for inertial navigation drift.
  • the use of navigation data determined from images by the second navigation module for vehicle guidance is conditioned on unavailability of the satellite positioning module (e.g. faulty module, or unusable ).
  • this embodiment makes it possible to significantly relax the constraints on the reliability (i.e. the hourly risk of integrity) of the image acquisition device and the associated image processing algorithms.
  • the proposed navigation solution makes it possible to precisely determine the navigation data of a vehicle while guaranteeing a high level of integrity, even for an image acquisition device and image processing algorithms. associated images of low maturity.
  • the second navigation module uses, according to this embodiment, data from the satellite positioning module or the altimeter in addition to the acquired images. This makes it possible to compensate with better precision the inertial navigation drift of the second navigation module when the satellite positioning module or the altimeter are usable. Thus, this embodiment makes it possible to maintain a precise location chain by exploiting the different sensors when they are available.
  • the second navigation module uses data from the satellite positioning module to compensate for inertial navigation drift. Then, during a second subsequent period, the satellite positioning module is no longer available. So, although the satellite positioning module is no longer available, the second navigation module benefits during the second period from the adjustment of the inertial navigation during the first period.
  • the first navigation module which uses the data from the satellite positioning module when this is available.
  • the first and second navigation modules use, according to this embodiment, the data from the satellite positioning module (only) when it is functional.
  • the first and second navigation modules respectively comprise an inertial unit and a Kalman filter to determine said first and second navigation data. More particularly, the first navigation module comprises a first inertial unit and a first Kalman filter to determine said first navigation data; and the second navigation module comprises a second inertial unit and a second Kalman filter for determining said second navigation data.
  • This embodiment makes it possible to use data from independent sensors of different types to determine the vehicle's navigation data in an efficient manner, particularly in terms of precision of the navigation data obtained and the necessary hardware and software resources. (e.g. processing resources, memory resources, etc.).
  • hardware and software resources e.g. processing resources, memory resources, etc.
  • this embodiment makes it possible to implement multi-sensor data fusion to determine vehicle navigation data.
  • the use of an inertial unit makes it possible to determine navigation data from inertial data; and the use of a Kalman filter makes it possible to correct this navigation data using data from other sensors (i.e. realignment of the inertial navigation to compensate for the drift).
  • the combination of an inertial unit and a Kalman filter makes it possible to implement multi-sensor data fusion to precisely determine the vehicle's navigation data from independent sensors of different types.
  • the proposed method comprises steps of: detection of at least one terrestrial reference point in said acquired images; determination of an observed relative position of said at least one terrestrial reference point detected relative to said vehicle from said acquired images; determination of an estimated relative position of said at least one terrestrial reference point detected relative to said vehicle from a position of said vehicle determined by the second navigation module and a known position of said at least one terrestrial reference point; and determining said second navigation data from the difference between the observed and estimated relative positions of said at least one terrestrial reference point relative to said vehicle.
  • a “terrestrial reference point” is a terrestrial point whose position (e.g. the geographic coordinates) is known.
  • a terrestrial reference point is also referred to as “landmark”.
  • This embodiment makes it possible to compensate for the drift of the inertial navigation of the second navigation module from images acquired by the vehicle.
  • navigation data are determined from acquired images, for example by using navigation techniques. visual odometry, cartographic registration techniques, machine learning algorithms, etc.
  • said step of detecting at least one terrestrial reference point in the acquired images comprises steps of: selecting a portion of at least one acquired image, the coordinates of said portion being determined from a known position of said at least one terrestrial reference point, a position of said vehicle determined by the second navigation module and information relating to the precision of said determined position of said vehicle provided by the second module navigation; and detection of said at least one terrestrial reference point in said portion of said at least one acquired image.
  • This embodiment is advantageous in that it makes it possible to use only a portion of the image (i.e. a region of interest) to detect a terrestrial reference point and thus to restrict the portion of the image to be processed. . More generally, this embodiment makes it possible to reduce the hardware and software resources (e.g. processing resources, memory resources, etc.) necessary for the detection of a terrestrial reference point in acquired images and therefore for the determination of data of navigation from acquired images.
  • a portion of the image i.e. a region of interest
  • this embodiment makes it possible to reduce the hardware and software resources (e.g. processing resources, memory resources, etc.) necessary for the detection of a terrestrial reference point in acquired images and therefore for the determination of data of navigation from acquired images.
  • a navigation device for a vehicle comprising: a first navigation module configured to determine first navigation data of said vehicle from data coming from a measurement unit inertial and a satellite positioning module; and a second navigation module configured to determine second navigation data of said vehicle from data from the inertial measurement unit and images acquired by said vehicle; and furthermore from data from said satellite positioning module and/or an altimeter.
  • the proposed navigation device has the advantages described above in connection with the proposed navigation method. According to one embodiment, the navigation device implements all or part of the steps of the proposed navigation method.
  • the proposed device comprises a control module configured to: if said satellite positioning module is functional, providing said first navigation data to a guidance module of said vehicle; and otherwise, providing said second navigation data to said guidance module of said vehicle
  • a navigation system for a vehicle comprising: a navigation device according to the invention; an inertial measurement unit; a satellite positioning module; and an image acquisition device.
  • the proposed navigation system has the advantages described above in connection with the proposed navigation method. According to one embodiment, the proposed navigation system implements all or part of the steps of the proposed navigation method.
  • the navigation system comprises a computer vision device configured to determine at least one position of the vehicle from the images acquired by said image acquisition device.
  • the navigation system comprises a guidance module configured to guide said vehicle based on navigation data determined by said navigation device according to the invention.
  • a vehicle comprising a navigation system according to the invention.
  • a computer program comprising instructions for implementing the steps of a method according to the invention, when the computer program is executed by at least a processor or computer.
  • the computer program can be made up of one or more sub-parts stored in the same memory or in separate memories.
  • the program may use any programming language, and be in the form of source code, object code, or intermediate code between source code and object code, such as in a partially compiled form, or in any other desirable shape.
  • the information carrier can be any entity or device capable of storing the program.
  • the support may comprise a storage means, such as a non-volatile memory or ROM, for example a CD-ROM or a microelectronic circuit ROM, or even a magnetic recording means, for example a floppy disk or a hard disc.
  • the storage medium may be a transmissible medium such as an electrical or optical signal, which may be conveyed via a cable electrical or optical, by radio or by a telecommunications network or by a computer network or by other means.
  • the program according to the invention can in particular be downloaded onto a computer network.
  • the information carrier may be an integrated circuit in which the program is incorporated, the circuit being adapted to execute or to be used in executing the method in question.
  • Figure 1 schematically represents an example of software and hardware architecture of a navigation system according to one embodiment of the invention
  • Figures 2A and 2B represent, schematically and in flowchart form, steps of a navigation method according to one embodiment of the invention.
  • Figure 3 schematically represents an example of software and hardware architecture of a navigation system according to one embodiment of the invention.
  • the present invention relates to a navigation method and device for a vehicle, as well as an associated system, vehicle, computer program and information medium.
  • Figure 1 schematically represents an example of software and hardware architecture of a navigation system according to one embodiment of the invention.
  • the SYS navigation system proposed for a vehicle comprises at least the following elements: a set of SENS sensors; an APP navigation device; and a CMD guidance module.
  • the navigation device APP is configured to determine, from the data coming from the set of SENS sensors, IN_NAV_CMD navigation data of the vehicle.
  • the CMD guidance module is configured to guide the vehicle based on the IN_NAV_CMD navigation data provided by the APP device.
  • the SYS system is on board a vehicle, for example in a land vehicle: car, truck, train, etc., or in a marine vehicle: boat, frigate, or even in an air vehicle: an aircraft, a helicopter, a plane, a drone, etc.
  • the SYS system is, according to a variant embodiment, embedded in an aircraft.
  • navigation data of a vehicle designates data relating to the position and/or movement of the vehicle and includes, for example, geographical coordinates (e.g. latitude, longitude, altitude ), a speed, a heading.
  • the navigation data can be defined absolutely in relation to the terrestrial reference frame, or relatively in relation to a reference position (e.g. a landing strip).
  • a relative position of the vehicle at a given moment determined by the navigation device APP may include one or more coordinates of the following set: an azimuth, a vertical distance, a longitudinal distance, and a defined lateral distance relative to a reference position.
  • the set of SENS sensors comprises at least one of the following sensors: at least one inertial measurement unit IMU; at least one GPS satellite positioning module; at least one BARO altimeter; a VISION sensor (hereinafter referred to as a computer vision device or sensor); at least one odometer; a Pitot probe; and a magnetometer.
  • the inertial measurement unit IMU provides OUT_IMU data, also called inertial data.
  • the inertial data OUT_IMU comprise, for a plurality of measurement instants, data relating to the specific force Fs (i.e. the sum of external forces other than gravitational divided by the mass) and the angular speed of the vehicle .
  • the IMU inertial measurement unit includes: three gyrometers measuring the three components of the angular velocity (speeds of variation of the roll, pitch and yaw angles); and three accelerometers measuring the three components of the specific force Fs.
  • the GPS satellite positioning module provides OUT_GPS navigation data.
  • the OUT_GPS navigation data includes, for a plurality of measurement instants, a position Pos and a speed Vel of the vehicle.
  • the GPS satellite positioning module provides an absolute Pos position relative to the terrestrial reference frame comprising one or more coordinates from the following set: latitude, longitude; and altitude.
  • the satellite positioning module complies with the “Global Positioning System”, more commonly referred to by the acronym GPS.
  • GPS Global Positioning System
  • the BARO altimeter provides OUT_BARO so-called altimeter data as output.
  • the BARO altimeter is, according to one embodiment, a barometric altimeter.
  • the altimeter data OUT_BARO are, for a plurality of measurement instants, representative of the altitude Alt of the vehicle or variations in altitude of said vehicle.
  • the computer vision sensor VISION (also referred to as “computer vision device”) provides OUT_VIS data as output.
  • the VISION sensor comprises or is configured to communicate with: a DB recording medium; and a CAM image acquisition device.
  • the recording medium DB for example a database, includes the positions (i.e. geographical coordinates) of a plurality of terrestrial reference points AMER (hereinafter called bitters) as well as information relating to the graphic representations of the terrestrial points reference AMER.
  • the terrestrial reference points may be a landing strip, a navigation light, a Precision Approach Path Indicator, etc.
  • the CAM image acquisition device comprises at least one camera embedded in the vehicle and having an electromagnetic radiation sensor whose wavelengths belong to the spectrum of visible light and/or infrared.
  • the CAM image acquisition device comprises at least one camera among the following: a visible light camera; a near-infrared camera (or “Near-Infrared” in English), a short infrared camera (“Short Wavelength InfraRed” in English), a medium infrared camera (“Medium Wavelength InfraRed” in English), and a far infrared camera (“ Long Wavelength InfraRed” in English).
  • the CAM image acquisition device is configured to acquire a plurality of images for a plurality of measurement times.
  • the VISION computer vision sensor takes as input: the images acquired by the CAM image acquisition device; and the OUT_LOC_VIS navigation data from the LOC_VISION navigation module, in particular the position of the vehicle.
  • the VISION sensor is, according to one embodiment, configured to: detect the AMER terrestrial reference points in the acquired images; and determining the observed relative positions of the AMER detected terrestrial reference points relative to the vehicle from said acquired images.
  • the VISION sensor is further configured to, according to one embodiment, determine estimated relative positions of the detected terrestrial reference points AMER relative to the vehicle from a position of the vehicle determined by the navigation module LOC_VISION and known positions AMER terrestrial reference points.
  • the OUT_VIS data provided by the VISION sensor include, for a plurality of measurement instants, differences ox, oy between the observed and estimated relative positions of the terrestrial reference points AMER relative to the vehicle.
  • the relative position (observed or estimated) of a landmark relative to the vehicle is defined by two angles - a lateral angle and a vertical angle - characterizing the axis of sight of the landmark relative to the longitudinal axis of the landmark. vehicle.
  • the VISION sensor is configured to select in this image a region of interest (i.e. a portion of this image) and detect the terrestrial reference point in this region of interest.
  • the coordinates of the region of interest are determined from: the known position of the terrestrial reference point; the position of the vehicle determined by the LOC_VISION navigation module; and information provided by the LOC_VISION navigation module relating to the protection radius of the determined position of the vehicle (i.e. the probability that the position error is less than the protection radius is greater than a defined value, in particular very close to 1).
  • the set of SYS sensors can include one or more of each of the IMU, GPS, BARO, VISION sensors as described above.
  • the APP navigation device comprises, according to one embodiment: a LOC_ GPS navigation module (called first navigation module); a LOC_VISION navigation module (called second navigation module); and a SWITCH control module.
  • the LOCJ3PS and LOC_VISION navigation modules respectively provide OUT_LOC_GPS navigation data (called first navigation data) and OUT_LOC_VIS navigation data (called second navigation data).
  • the navigation modules LOC_GPS and LOC_VISION produce the navigation data OUT_LOC_GPS and OUT_LOC_VIS independently and, more particularly, simultaneously (i.e. in parallel).
  • the navigation data OUT_LOC_GPS and OUT_LOC_VIS respectively comprise, for a plurality of measurement instants, a position Pos, a speed Vel and a heading direction of the vehicle and associated protection radii PL.
  • the LOC_GPS navigation module determines the OUT_LOC_GPS navigation data from data from the IMU inertial measurement unit, the GPS satellite positioning module, and the BARO altimeter.
  • the LOC_GPS navigation module comprises: an inertial unit NAV_IMU_GPS; and a Kalman filter KAL_FLT_GPS.
  • the NAV_IMU_GPS inertial unit is configured to integrate over time the specific force Fs and angular velocity data produced by the inertial measurement unit IMU and thus determine navigation data Pos, Vel, Heading of the vehicle.
  • the Kalman filter KAL_FILT_GPS determines, from data from the GPS and BARO sensors, corrections 5Pos, 5Vel, 5Cap, 5Fs, and 5 to be applied to the NAV_IMU_GPS inertial unit.
  • the OUT_LOC_GPS navigation data provided as output thus correspond, according to one embodiment, to the navigation data determined by the NAV_IMU_GPS inertial unit corrected (i.e. realigned) from the data from the Kalman filter KAL_FLT_GPS.
  • the Kalman filter KAL_FLT_GPS makes it possible to compensate for inertial navigation drift (i.e. realign) from data from the GPS and BARO sensors.
  • the LOCJ3PS navigation module continues to output the data navigation OUT_LOC_GPS.
  • the LOCJ3PS navigation module cannot use the data from the GPS satellite positioning module to compensate for the drift (i.e. readjust) of the NAV_IMU_GPS inertial unit. The same is true when the BARO altimeter is not available.
  • the navigation module LOC_VISION determines the navigation data OUT_LOC_VIS from data from the inertial measurement unit IMU, the GPS satellite positioning module, the BARO altimeter and the VISION sensor.
  • the LOC_VISION navigation module has, according to one embodiment, an architecture similar to the LOC_GPS navigation module.
  • the LOC_VISION navigation module comprises: an inertial unit NAV_IMU_VIS; and a Kalman filter KAL_FLT_VIS.
  • the OUT_LOC_GPS navigation data provided as output thus correspond, according to one embodiment, to the navigation data determined by the NAV_IMU_VIS inertial unit to which the corrections determined by the KAL_FILT_VIS filter are applied from the data from the GPS, BARO and VISION sensors.
  • the Kalman filter KAL_FLT_GPS allows to compensate for inertial navigation drift (ie readjust) using data from GPS, BARO and VISION sensors.
  • LOC_GPS and LOC_VISION navigation modules respectively use a Kalman filter (e.g. an extended Kalman filter) taking as input data from all or part of the sensors of the SENS assembly and producing said navigation data as output.
  • a Kalman filter e.g. an extended Kalman filter
  • the navigation module LOC_VISION uses, to realign the NAV_IMU_VIS inertial unit, data from other GPS, BARO, VISION sensors when these data are available.
  • the VISION sensor can only be used by the LOC_VISION navigation module to realign the NAV_IMU_VIS inertial unit following the detection of a landmark.
  • the LOC_VISION navigation module does not use the data from the GPS satellite positioning module, when the GPS module is faulty or unusable.
  • the navigation data determined at a given time is a function of the navigation data determined at previous times.
  • the NAV_IMU_GPS and NAV_IMU_VIS inertial units integrate over time the specific force Fs and angular velocity data produced by the inertial measurement unit IMU to determine navigation data OUT_LOC_GPS and OUT_LOC_VIS.
  • small errors in measuring the specific force Fs and the angular speed are integrated over time by the inertial units and thus lead to errors in speed and position increasing over time (i.e. drift of inertial navigation). . Consequently, the fact of using a sensor at a given moment to realign an inertial unit makes it possible to improve the precision of the navigation data determined at subsequent moments.
  • the navigation module LOC_VISION uses the data from the GPS module to compensate for the drift of the NAV_IMU_VIS inertial unit. Then, during a second subsequent period, the GPS satellite positioning module is no longer available. During the second period, although the GPS module is no longer available, the LOC_VISION navigation module determines OUT_LOC_VIS navigation data that is more precise than a navigation module that never uses the data from a GPS module. Indeed, the LOC_VISION navigation module benefits during the second period from the alignment of the inertial unit during the first period.
  • the SWITCH control module receives the navigation data OUT_LOC_GPS and OUT_LOC_VIS respectively produced by the navigation modules LOC_GPS and LOC_VISION and provides the guidance module CMD with navigation data IN_NAV_CMD.
  • the SWITCH control module provides the CMD guidance module with either the OUT_LOC_GPS navigation data or the OUT_LOC_VIS navigation data.
  • the SWITCH control module is configured to select the navigation data to be provided depending on the availability (ie functional or non-functional) of the GPS satellite positioning module, this embodiment being detailed below with reference in Figures 2A and 2B.
  • Figures 2 A and 2 B represent, schematically and in flowchart form, steps of a navigation method according to one embodiment of the invention.
  • the proposed navigation method comprises at least one of the following steps S10 to S50 implemented by the proposed SYS navigation system .
  • steps S10 to S50 are implemented in chronological order as described below.
  • the LOC_GPS navigation module determines OUT_LOC_GPS navigation data of the vehicle from the data from the inertial measurement unit IMU, the GPS satellite positioning module, and the BARO altimeter.
  • step S20 the navigation module LOC_VISION determines OUT_LOC_VISION navigation data of the vehicle from data from the inertial measurement unit IMU, the GPS satellite positioning module, the altimeter BARO, and the VISION computer vision sensor.
  • step S20 comprises substeps S21 to S24 detailed below with reference to Figure 2B.
  • Steps S10 and S20 can be carried out simultaneously, one before the other or vice versa. According to a particular embodiment, steps S10 and S20 are carried out in parallel.
  • the navigation modules LOC_GPS and LOC_VISION continue to output the navigation data OUT_LOC_GPS and OUT_LOC_VIS.
  • the LOC_GPS and LOC_VISION navigation modules cannot use the data from the non-functional sensor to compensate for the drift (i.e. readjust) of the NAV_IMU_GPS and NAV_IMU_VIS inertial units.
  • the LOC_GPS and LOC_VISION navigation modules use the OUT_GPS data from the GPS satellite positioning module (only) when the latter is functional.
  • the navigation modules LOC_GPS and LOC_VISION do not use the OUT_GPS data from the GPS satellite positioning module when it is not functional.
  • the SWITCH control module determines whether the GPS satellite positioning module is functional (i.e. available and usable). As an indication, the GPS satellite positioning module may not be functional (i.e. faulty, broken down) due to a failure of one of the satellites in the GPS constellation, or a failure of the on-board GPS module itself. Even.
  • the SWITCH control module implements, according to one embodiment, a step of fault detection (i.e. failure) of the GPS satellite positioning module to determine whether the satellite positioning module GPS is functional.
  • step S40 if and only if it has been determined in step S30 that the GPS satellite positioning module is functional, the SWITCH control module provides the OUT_LOC_GPS navigation data to the module. CMD guidance of the vehicle.
  • step S50 if it was determined in step S30 that the GPS satellite positioning module is not functional (the GPS module being unavailable, faulty, broken down or not usable) , the SWITCH control module provides the OUT_LOC_VIS navigation data to the vehicle's CMD guidance module.
  • the navigation system implements, according to one embodiment, the steps S10 and S20 previously detailed.
  • the proposed navigation method comprises, according to this embodiment, several iterations of steps S10 to S50 described above.
  • step S20 comprises, according to one embodiment, at least one of the steps S21 to S24 detailed below with reference to Figure 2B and implemented by the system of SYS navigation proposed.
  • the VISION sensor detects at least one terrestrial reference point AMER in images acquired by the image acquisition device CAM.
  • the VISION sensor to detect an AMER terrestrial reference point in an image, implements the following steps.
  • the VISION sensor selects a portion of this image (ie a region of interest), the coordinates of the image portion being determined from: the known position (eg geographical coordinates) of the terrestrial reference point AMER; the position of the vehicle determined by the LOC_VISION navigation module; and information relating to the precision of the vehicle position provided by the LOC_VISION navigation system (ie the protection radius).
  • the VISION sensor detects the terrestrial reference point AMER in the image portion.
  • the VISION sensor determines an observed relative position POS_AMER_OBS of the detected terrestrial reference point AMER relative to the vehicle from the acquired images.
  • the VISION sensor determines an estimated relative position POS_AMER_EST of the detected terrestrial reference point AMER relative to the vehicle from a position of the vehicle provided by the navigation module LOC_VISION and a known position of the terrestrial reference point AMER.
  • the VISION sensor provides the navigation module LOC_VISION with the difference ox, oy between the observed relative position POS_AMER_OBS and the estimated relative position POS_AMER_EST of the terrestrial reference point AMER relative to the vehicle; and the navigation module LOV_VISION determines navigation data OUT_LOC_VIS in particular from this difference ox, oy.
  • Figure 3 schematically represents an example of software and hardware architecture of a navigation system according to one embodiment of the invention.
  • the proposed APP navigation device comprises: at least one PROC processing unit or processor; and at least one MEM memory.
  • the APP device has, according to one embodiment, the hardware architecture of a computer and comprises, as such, a PROC processor, a RAM, a MEM read-only memory, and a non-volatile memory.
  • the memory MEM associated with the device APP constitutes an information or recording medium in accordance with the invention, readable by computer and by the processor PROC, on which a computer program PROG in accordance with the invention is recorded.
  • the computer program PROG comprises instructions for carrying out steps of a method according to the invention and implemented by the device APP, when the computer program PROG is executed by the processor PROC.
  • the APP device has a COM communication module configured to communicate with at least one of the following elements: one or more sensors from the set of sensors SENSE ; and the CMD guidance module.
  • the VISION sensor also known as computer vision device
  • the VISION sensor has the hardware architecture of a computer and comprises, as such, a processor, a RAM, a read only memory, and non-volatile memory.
  • the memory associated with the VISION sensor constitutes an information medium, readable by computer and on which a computer program is recorded.
  • This computer program includes instructions for carrying out steps of a method according to the invention and implemented by the VISION sensor, when this computer program is executed by a processor.
  • the proposed SYS navigation system makes it possible to precisely determine the navigation data of a vehicle while guaranteeing a high level of integrity, allowing the SYS navigation system to be integrated into a critical system such as an aircraft.
  • the proposed SYS navigation system makes it possible to ensure a high level of integrity while significantly relaxing the hourly integrity risk constraints on the VISION computer vision sensor.
  • the proposed SYS navigation system ensures a high level of integrity, even with a low maturity VISION computer vision sensor.
  • a reference navigation system comprising a single navigation module using data from an inertial measurement unit, a satellite positioning module and a computer vision sensor.
  • a navigation system does not ensure a high level of integrity and could not be integrated into a critical system. Indeed, the hourly integrity risk conditions to be verified for the computer vision sensor are not achievable with this reference system, due to the lack of maturity of the computer vision sensor and computer vision techniques.
  • the proposed navigation system SYS has two navigation modules LOC_GPS and LOC_VISION and conditions the use of the computer vision sensor VISION to situations for which the GPS satellite positioning module n is not available.
  • the proposed SYS navigation system and, more particularly, the architecture of the APP navigation device make it possible to significantly relax the constraints on the hourly integrity risk to be verified for the VISION computer vision sensor.
  • the term module can correspond as well to a software component as to a hardware component or a set of hardware and software components, a software component itself corresponding to one or more computer or computer programs or subprograms. more generally to any element of a program capable of implementing a function or a set of functions as described for the modules concerned.
  • a hardware component corresponds to any element of a hardware assembly capable of implementing a function or a set of functions for the module concerned (integrated circuit, smart card, memory card, etc. .).

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Abstract

La présente invention concerne un procédé et un dispositif (APP) de navigation pour un véhicule (AC), un système (SYS), un véhicule, un programme d'ordinateur (PROG) et un support d'informations (MEM) associés. Le procédé comprend des étapes de : détermination (S10) par un premier module de navigation (LOC_GPS) de premières données de navigation dudit véhicule (OUT_LOC_GPS) à partir de données (OUT_IMU, OUT_GPS) issues d'une unité de mesure inertielle (IMU) et d'un module de positionnement par satellites (GPS); et détermination (S20) par un deuxième module de navigation (LOC_VISION) de deuxièmes données de navigation dudit véhicule (OUT_LOC_VIS) à partir de : données (OUT_IMU, OUT_VIS) issues de l'unité de mesure inertielle (IMU) et d'images acquises par ledit véhicule; et en outre à partir de données (OUT_GPS, OUT_BARO) issues dudit module de positionnement par satellites (GPS) et/ou d'un altimètre (BARO).

Description

Description
Titre de l'invention : Procédé et dispositif de navigation pour un véhicule, système, véhicule, programme d'ordinateur et support d'informations associés
Domaine technique
[0001] La présente invention se rapporte aux domaines de la navigation et du positionnement.
Plus particulièrement, la présente invention concerne un procédé et un dispositif de navigation pour un véhicule, un système, un véhicule, un programme d'ordinateur et un support d'informations associés. La présente invention trouve une application particulièrement avantageuse, bien que nullement limitative, pour la mise en oeuvre de systèmes de navigation pour aéronefs.
État de la technique antérieure
[0002] Il existe aujourd'hui, dans l'état de la technique, différents systèmes de navigation pour véhicules. En particulier, il est connu d'utiliser à bord d'un véhicule une centrale inertielle comme système de navigation. Plus généralement, nous désignons ci-après par « navigation inertielle » une solution de navigation exploitant des données issues d'une unité de mesure inertielle (i.e. force spécifique, et vitesse angulaire). L'exploitation de données inertielles pour mettre en oeuvre une solution de navigation suppose toutefois de résoudre le problème bien connu de dérive au cours du temps de la navigation inertielle. En effet, de petites erreurs de mesure de la force spécifique et de la vitesse angulaire sont intégrées au cours du temps par la navigation inertielle et conduisent ainsi à des erreurs de vitesse et de position de plus en plus grandes.
[0003] Pour limiter la dérive d'une navigation inertielle, une approche de l'état de la technique consiste à combiner les données inertielles avec des données issues d'un module de positionnement par satellites, tel qu'un module GPS (acronyme de l'expression anglaise « Global Positioning System »). De manière générale, une solution de navigation combinant des données de plusieurs capteurs est qualifiée de solution de « navigation hybride ». Les solutions existantes de navigation hybride inertie-GPS présentent cependant l'inconvénient suivant : un module GPS peut être aisément brouillé et ainsi rencontrer une perte de disponibilité. En définitive, les solutions de navigation hybrides inertie-GPS ne permettent pas de localiser de manière fiable et précise un véhicule tout en garantissant un niveau d'intégrité élevé. L'intégrité est définie comme la capacité à fournir, en plus d'une grandeur estimée (e.g. la position, la vitesse, le cap d'un véhicule), un rayon de protection associé à cette grandeur, c'est-à-dire une borne majorant l'erreur d'estimation avec une probabilité définie, notamment très proche de 1.
[0004] Il peut également être envisagé d'utiliser des techniques de vision par ordinateur pour compenser la dérive d'une navigation inertielle à partir d'images acquises par un véhicule. Toutefois, les dispositifs de vision par ordinateur existants - à la fois les caméras et les algorithmes de traitement d'images - présentent un niveau de maturité faible de telle sorte que la fiabilité de ces dispositifs est faible. En particulier, de tels dispositifs présentent un risque horaire d'intégrité élevé. Le risque horaire d'intégrité pour un système de navigation est défini comme le risque horaire d'obtenir une information erronée, c'est-à-dire une grandeur estimée dont l'erreur est plus grande que le rayon de protection. En ce sens, exploiter un dispositif de vision par ordinateur pour mettre en oeuvre une solution de navigation ne permet pas d'atteindre un niveau d'intégrité suffisant pour des applications critiques, telles que l'aéronautique.
[0005] Il existe par conséquent un besoin pour une solution de navigation permettant d'améliorer le niveau d'intégrité et de disponibilité des systèmes de navigation existants.
Exposé de l'invention
[0006] La présente invention a pour objectif de remédier à tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur, notamment ceux exposés précédemment.
[0007] À cet effet, selon un aspect de l'invention, il est proposé un procédé de navigation pour un véhicule, ledit procédé comprenant des étapes de : détermination par un premier module de navigation de premières données de navigation dudit véhicule à partir de données issues d'une unité de mesure inertielle et d'un module de positionnement par satellites ; et de détermination par un deuxième module de navigation de deuxièmes données de navigation dudit véhicule à partir de : données issues de l'unité de mesure inertielle et d'images acquises par ledit véhicule ; et en outre à partir de données issues dudit module de positionnement par satellites et/ou d'un altimètre.
[0008] Par « données de navigation », il est fait référence ici à : des données relatives à la position, et/ou au déplacement du véhicule - telles que des coordonnées géographiques (e.g. latitude, longitude, altitude), une vitesse, un cap, etc ; et/ou à des rayons de protections associés à des données de position/déplacement. Dans le contexte de l'invention, une « position » peut désigner une position absolue définie par rapport au référentiel terrestre, ou une position relative définie par rapport à une position de référence. [0009] Dans le contexte de l'invention, par « unité de mesure inertielle », il est fait référence à un dispositif de mesure fournissant, pour une pluralité d'instants de mesure, des données relatives à la force spécifique (i.e. la somme des forces extérieures autres que gravitationnelles divisée par la masse) et la vitesse angulaire du véhicule. En outre, le terme « centrale inertielle » désigne ci-après un dispositif de navigation intégrant dans le temps les données de force spécifique et de vitesse angulaire produites par une unité de mesure inertielle et permettant de déterminer des données de navigation du véhicule.
[0010] Le procédé proposé permet de déterminer de manière précise les données de navigation d'un véhicule (e.g. les données de position et de déplacement du véhicule ainsi que les rayons de protection associés) tout en garantissant un niveau d'intégrité et de disponibilité élevé du système de navigation.
[0011] Selon un mode de réalisation, l'étape de détermination de données de navigation par le premier module de navigation et l'étape de détermination de données de navigation par le deuxième module de navigation sont réalisées de manière concomitante (i.e. en parallèle, ou simultanément). Ainsi, l'utilisation en parallèle de deux modules de navigation distincts (i.e. lesdits premier et deuxième modules de navigation) permet d'améliorer la résilience du système de navigation du véhicule vis-à-vis de défaillances des capteurs utilisés pour la navigation (e.g. module de positionnement par satellites, dispositif d'acquisition d'images), telles qu'une défaillance du module de positionnement par satellites, une défaillance du dispositif d'acquisition d'images, ou une indisponibilité d'un autre capteur, etc.
[0012] En outre, l'utilisation d'un module de positionnement par satellites et d'images permet de compenser la dérive de navigation inertielle et ainsi de déterminer avec précision les données de navigation du véhicule.
[0013] En comparaison aux solutions de navigation existantes, la solution de navigation proposée, en exploitant une pluralité de modules de navigation, permet d'améliorer le niveau d'intégrité et de disponibilité du système de navigation du véhicule tout en déterminant avec précision les données de navigation du véhicule.
[0014] Plus précisément, la solution de navigation proposée présente : un niveau de disponibilité plus élevé que les systèmes de navigation hybride inertie-GPS existants ; et un niveau d'intégrité plus élevé que les systèmes de navigation hybride inertie-vision existants.
[0015] Selon un mode de réalisation, le procédé proposé comprend des étapes de : si ledit module de positionnement par satellites est fonctionnel, fourniture desdites premières données de navigation à un module de guidage dudit véhicule ; et sinon, fourniture desdites deuxièmes données de navigation audit module de guidage dudit véhicule. [0016] Ce mode de réalisation permet de guider avec précision un véhicule. Il est à noter que ce mode de réalisation bénéficie des avantages techniques de la solution de navigation proposée. En effet, un guidage précis du véhicule est permis parce que les données de navigation sont déterminées avec précision.
[0017] Tel que mentionné précédemment, la solution proposée exploite des images pour la navigation pour compenser la dérive de navigation inertielle. Selon ce mode de réalisation, l'utilisation des données de navigation déterminées à partir d'images par le deuxième module de navigation pour le guidage du véhicule est conditionnée à une indisponibilité du module de positionnement par satellites (e.g. module défaillant, ou non-utilisable). Ainsi, ce mode de réalisation permet de relâcher significativement les contraintes sur la fiabilité (i.e. le risque horaire d'intégrité) du dispositif d'acquisition d'images et des algorithmes de traitement d'images associés. Ainsi, la solution de navigation proposée permet de déterminer de manière précise les données de navigation d'un véhicule tout en garantissant un niveau d'intégrité élevé, et ce même pour un dispositif d'acquisition d'images et des algorithmes de traitement d'images associés de faible maturité.
[0018] En effet, le deuxième module de navigation exploite, selon ce mode de réalisation, des données issues du module de positionnement par satellites ou de l'altimètre en plus des images acquises. Cela permet de compenser avec une meilleure précision la dérive de navigation inertielle du deuxième module de navigation lorsque le module de positionnement par satellites ou l'altimètre sont utilisables. Ainsi, ce mode de réalisation permet de maintenir une chaine de localisation précise en exploitant les différents capteurs lorsqu'ils sont disponibles.
[0019] Par exemple, supposons que lors d'une première période, le deuxième module de navigation utilise les données du module de positionnement par satellites pour compenser la dérive de navigation inertielle. Puis, lors d'une deuxième période ultérieure, le module de positionnement par satellites n'est plus disponible. Alors, bien que le module de positionnement par satellites ne soit plus disponible, le deuxième module de navigation bénéficie durant la deuxième période du recalage de la navigation inertielle durant la première période.
[0020] Il en est de même pour le premier module de navigation qui exploite les données issues du module de positionnement par satellites lorsque celui-ci est disponible. Ainsi, les premier et deuxième modules de navigation utilisent, selon ce mode de réalisation, les données issues du module de positionnement par satellites (uniquement) lorsque celui-ci est fonctionnel.
[0021] Selon un mode de réalisation, les premier et deuxième modules de navigation comprennent respectivement une centrale inertielle et un filtre de Kalman pour déterminer lesdites premières et deuxièmes données de navigation. Plus particulièrement, le premier module de navigation comprend une première centrale inertielle et un premier filtre de Kalman pour déterminer lesdites premières données de navigation ; et le deuxième module de navigation comprend une deuxième centrale inertielle et un deuxième filtre de Kalman pour déterminer lesdites deuxièmes données de navigation.
[0022] Ce mode de réalisation permet d'exploiter les données issues de capteurs indépendants et de types différents pour déterminer les données de navigation du véhicule de manière efficace, notamment en termes de précision des données de navigation obtenues et de ressources matérielles et logicielles nécessaires (e.g. ressources de traitement, ressources mémoires, etc.).
[0023] Plus précisément, ce mode de réalisation permet de mettre en oeuvre une fusion de données multi-capteurs pour déterminer des données de navigation du véhicule. L'utilisation d'une centrale inertielle permet de déterminer des données de navigation à partir des données inertielles ; et l'utilisation d'un filtre de Kalman permet de corriger ces données de navigation à partir de données issues des autres capteurs (i.e. recalage de la navigation inertielle pour pallier la dérive). Ainsi, la combinaison d'une centrale inertielle et d'un filtre de Kalman permet de mettre en oeuvre une fusion de données multi-capteurs pour déterminer avec précision les données de navigation du véhicule à partir de capteurs indépendants et de types différents.
[0024] Selon un mode de réalisation, le procédé proposé comprend des étapes de : détection d'au moins un point terrestre de référence dans lesdites images acquises ; détermination d'une position relative observée dudit au moins un point terrestre de référence détecté par rapport audit véhicule à partir desdites images acquises ; détermination d'une position relative estimée dudit au moins un point terrestre de référence détecté par rapport audit véhicule à partir d'une position dudit véhicule déterminée par le deuxième module de navigation et d'une position connue dudit au moins un point terrestre de référence ; et détermination de dites deuxièmes données de navigation à partir de la différence entre les positions relatives observée et estimée dudit au moins un point terrestre de référence par rapport audit véhicule.
[0025] Dans le contexte de l'invention, un « point terrestre de référence » est un point terrestre dont la position (e.g. les coordonnées géographiques) est connue. Ci-après, un point terrestre de référence est également désigné par le terme « amer ».
[0026] Ce mode de réalisation permet de pallier la dérive de la navigation inertielle du deuxième module de navigation à partir d'images acquises par le véhicule. [0027] Il convient également de mentionner que, dans le cadre de l'invention, d'autres modes de réalisation pourraient être envisagés dans lesquels des données de navigation sont déterminées à partir d'images acquises, par exemple en utilisant des techniques d'odométrie visuelles, des techniques de recalages cartographiques, des algorithmes d'apprentissage automatique, etc.
[0028] Selon un mode de réalisation, ladite étape de détection d'au moins un point terrestre de référence dans les images acquises comprend des étapes de : sélection d'une portion d'au moins une image acquise, les coordonnées de ladite portion étant déterminées à partir d'une position connue dudit au moins un point terrestre de référence, d'une position dudit véhicule déterminée par le deuxième module de navigation et d'une information relative à la précision de ladite position déterminée dudit véhicule fournie par le deuxième module de navigation ; et détection dudit au moins un point terrestre de référence dans ladite portion de ladite au moins une image acquise.
[0029] Ce mode de réalisation est avantageux en ce qu'il permet d'utiliser uniquement une portion d'image (i.e. une région d'intérêt) pour détecter un point terrestre de référence et ainsi de restreindre la portion d'image à traiter. Plus généralement, ce mode de réalisation permet de réduire les ressources matérielles et logicielles (e.g. ressources de traitement, ressources mémoires, etc.) nécessaires à la détection d'un point terrestre de référence dans des images acquises et donc à la détermination de données de navigation à partir d'images acquises.
[0030] Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un dispositif de navigation pour un véhicule comprenant : un premier module de navigation configuré pour déterminer des premières données de navigation dudit véhicule à partir de données issues d'une unité de mesure inertielle et d'un module de positionnement par satellites ; et un deuxième module de navigation configuré pour déterminer des deuxièmes données de navigation dudit véhicule à partir de données issues de l'unité de mesure inertielle et d'images acquises par ledit véhicule ; et en outre à partir de données issues dudit module de positionnement par satellites et/ou d'un altimètre.
[0031] Le dispositif de navigation proposé dispose des avantages décrit ci-dessus en lien avec le procédé de navigation proposé. Selon un mode de réalisation, le dispositif de navigation met en oeuvre tout ou partie des étapes du procédé de navigation proposé.
[0032] Selon un mode de réalisation, le dispositif proposé comprend un module de contrôle configuré pour : si ledit module de positionnement par satellites est fonctionnel, fournir desdites premières données de navigation à un module de guidage dudit véhicule ; et sinon, fournir desdites deuxièmes données de navigation audit module de guidage dudit véhicule
[0033] Selon un aspect de l'invention, il est proposé un système de navigation pour un véhicule comprenant : un dispositif de navigation conforme à l'invention ; une unité de mesure inertielle ; un module de positionnement par satellites ; et un dispositif d'acquisition d'images.
[0034] Le système de navigation proposé dispose des avantages décrit ci-dessus en lien avec le procédé de navigation proposé. Selon un mode de réalisation, le système de navigation proposé met en oeuvre tout ou partie des étapes du procédé de navigation proposé.
[0035] Selon un mode réalisation, le système de navigation comprend un dispositif de vision par ordinateur configuré pour déterminer au moins une position du véhicule à partir des images acquises par ledit dispositif d'acquisition d'images.
[0036] Selon un mode de réalisation, le système de navigation comprend un module de guidage configuré pour guider ledit véhicule à partir de données de navigation déterminées par ledit dispositif de navigation conforme à l'invention.
[0037] Selon un aspect de l'invention, il est proposé un véhicule comprenant un système de navigation conforme à l'invention.
[0038] Selon un aspect de l'invention, il est proposé un programme d'ordinateur comprenant des instructions pour la mise en oeuvre des étapes d'un procédé conforme à l'invention, lorsque le programme d'ordinateur est exécuté par au moins un processeur ou un ordinateur.
[0039] Le programme d'ordinateur peut être formé d'une ou plusieurs sous-parties stockées dans une même mémoire ou dans des mémoires distinctes. Le programme peut utiliser n'importe quel langage de programmation, et être sous la forme de code source, code objet, ou de code intermédiaire entre code source et code objet, tel que dans une forme partiellement compilée, ou dans n'importe quelle autre forme souhaitable.
[0040] Selon un aspect de l'invention, il est proposé un support d'informations lisible par ordinateur comprenant un programme d'ordinateur conforme à l'invention.
[0041] Le support d'informations peut être n'importe quelle entité ou dispositif capable de stocker le programme. Par exemple, le support peut comporter un moyen de stockage, tel qu'une mémoire non-volatile ou ROM, par exemple un CD-ROM ou une ROM de circuit microélectronique, ou encore un moyen d'enregistrement magnétique, par exemple une disquette ou un disque dur. D'autre part, le support de stockage peut être un support transmissible tel qu'un signal électrique ou optique, qui peut être acheminé via un câble électrique ou optique, par radio ou par un réseau de télécommunication ou par un réseau informatique ou par d'autres moyens. Le programme selon l'invention peut être en particulier téléchargé sur un réseau informatique. Alternativement, le support d'informations peut être un circuit intégré dans lequel le programme est incorporé, le circuit étant adapté pour exécuter ou pour être utilisé dans l'exécution du procédé en question.
Brève description des dessins
[0042] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description fournie ci-après de modes de réalisation de l'invention. Ces modes de réalisation sont donnés à titre d'exemple illustratif et sont dépourvus de tout caractère limitatif. La description fournie ci-après est illustrée par les dessins ci- joints :
[Fig. 1] La figure 1 représente schématiquement un exemple d'architecture logicielle et matérielle d'un système de navigation selon un mode de réalisation de l'invention ;
[Fig. 2A]-[Fig. 2B] Les figures 2A et 2B représentent, de manière schématique et sous forme d'ordinogramme, des étapes d'un procédé de navigation selon un mode de réalisation de l'invention ; et
[Fig. 3] La figure 3 représente schématiquement un exemple d'architecture logicielle et matérielle d'un système de navigation selon un mode de réalisation de l'invention.
Description des modes de réalisation
[0043] La présente invention concerne un procédé et un dispositif de navigation pour un véhicule, ainsi qu'un système, un véhicule, un programme d'ordinateur et un support d'informations associés.
[0044] La figure 1 représente schématiquement un exemple d'architecture logicielle et matérielle d'un système de navigation selon un mode de réalisation de l'invention.
[0045] Tel qu'illustré par la figure 1, selon un mode de réalisation, le système de navigation SYS proposé pour un véhicule comprend au moins des éléments suivants : un ensemble de capteurs SENS ; un dispositif de navigation APP ; et un module de guidage CMD.
[0046] Le dispositif de navigation APP est configuré pour déterminer, à partir des données issues de l'ensemble de capteurs SENS, des données de navigation IN_NAV_CMD du véhicule.
[0047] Le module de guidage CMD est configuré pour guider le véhicule à partir des données de navigation IN_NAV_CMD fournies par le dispositif APP. [0048] Selon un mode réalisation, le système SYS est embarqué dans un véhicule, par exemple dans un véhicule terrestre : voiture, camion, train, etc., ou dans un véhicule marin : bateau, frégate, ou encore dans un véhicule aérien : un aéronef, un hélicoptère, un avion, un drone, etc. En particulier, le système SYS est selon une variante de réalisation embarqué dans un aéronef.
[0049] Dans le contexte de l'invention, des données de navigation d'un véhicule désignent des données relatives à la position, et/ou au déplacement du véhicule et comprennent, par exemple, des coordonnées géographiques (e.g. latitude, longitude, altitude), une vitesse, un cap. Les données de navigation peuvent être définies de manière absolue par rapport au référentiel terrestre, ou de manière relative par rapport à une position de référence (e.g. une piste d'atterrissage). À titre d'exemple, une position relative du véhicule à un instant donné déterminée par le dispositif de navigation APP peut comprendre une ou plusieurs coordonnées de l'ensemble suivant : un azimut, une distance verticale, une distance longitudinale, et une distance latérale définis par rapport à une position de référence.
[0050] Tel qu'illustré par la figure 1, selon un mode de réalisation, l'ensemble de capteurs SENS comprend au moins un des capteurs suivants : au moins une unité de mesure inertielle IMU ; au moins un module de positionnement par satellites GPS ; au moins un altimètre BARO ; un capteur VISION (dit ci-après dispositif ou capteur de vision par ordinateur) ; au moins un odomètre ; une sonde de Pitot ; et un magnétomètre.
[0051] L'unité de mesure inertielle IMU fournit des données OUT_IMU, dites également données inertielles. Selon un mode de réalisation, les données inertielles OUT_IMU comprennent, pour une pluralité d'instants de mesure, des données relatives à la force spécifique Fs (i.e. la somme des forces extérieures autres que gravitationnelles divisée par la masse) et la vitesse angulaire du véhicule. Typiquement, l'unité de mesure inertielle IMU comprend : trois gyromètres mesurant les trois composantes de la vitesse angulaire (vitesses de variation des angles de roulis, de tangage et de lacet) ; et trois accéléromètres mesurant les trois composantes de la force spécifique Fs.
[0052] Le module de positionnement par satellites GPS fournit des données de navigation OUT_GPS. Selon un mode de réalisation, les données de navigation OUT_GPS comprennent, pour une pluralité d'instants de mesure, une position Pos et une vitesse Vel du véhicule. Typiquement, le module de positionnement par satellites GPS fournit une position Pos absolue par rapport au référentiel terrestre comprenant une ou plusieurs coordonnées de l'ensemble suivant : la latitude, la longitude ; et l'altitude. Selon un mode de réalisation, le module de positionnement par satellites est conforme au système « Global Positioning System », plus couramment désigné par l'acronyme GPS. Toutefois, dans le cadre de l'invention, il pourrait également être envisagé d'autres modes de réalisation dans lesquels tous types de modules GNSS (acronyme de « Géolocalisation et Navigation par un Système de Satellites ») seraient utilisées, tels que des modules Galileo, Glonass, etc.
[0053] L'altimètre BARO fournit en sortie des données OUT_BARO dites altimétriques. L'altimètre BARO est, selon un mode de réalisation, un altimètre barométrique. En particulier, les données altimétriques OUT_BARO sont, pour une pluralité d'instants de mesure, représentatives de l'altitude Alt du véhicule ou de variations d'altitudes dudit véhicule.
[0054] Le capteur de vision par ordinateur VISION (également désigné par « dispositif de vision par ordinateur ») fournit en sortie des données OUT_VIS. Selon un mode de réalisation, le capteur VISION comprend ou est configuré pour communiquer avec : un support d'enregistrement DB ; et un dispositif d'acquisition d'images CAM. Le support d'enregistrement DB, par exemple une base de données, comprend les positions (i.e. coordonnées géographiques) d'une pluralité de points terrestres de référence AMER (dits ci-après amers) ainsi que des informations relatives aux représentations graphiques des points terrestres de référence AMER. À titre d'exemple, les points terrestres de référence peuvent être une piste d'atterrissage, un feu de navigation, un indicateur de pente d'approche (« Precision Approach Path Indicator » en anglais), etc. Le dispositif d'acquisition d'images CAM comprend au moins une caméra embarquée dans le véhicule et disposant d'un capteur de rayonnements électromagnétiques dont les longueurs d'onde appartiennent au spectre de la lumière visible et/ou de l'infra-rouge. Selon un mode de réalisation, le dispositif d'acquisition d'images CAM comprend au moins une caméra parmi les suivantes : une caméra à lumière visible ; une caméra proche infrarouge (ou « Near-Infrared » en anglais), une caméra infrarouge court (« Short Wavelength InfraRed » en anglais), une caméra infrarouge moyen (« Medium Wavelength InfraRed » en anglais), et une caméra infrarouge lointain (« Long Wavelength InfraRed » en anglais). Le dispositif d'acquisition d'images CAM est configuré pour acquérir une pluralité d'images pour une pluralité d'instants de mesure.
[0055] Le capteur de vision par ordinateur VISION prend en entrée : les images acquises par le dispositif d'acquisition d'images CAM ; et les données de navigation OUT_LOC_VIS issues du module de navigation LOC_VISION, notamment la position du véhicule. Le capteur VISION est, selon un mode de réalisation, configuré pour : détecter les points terrestres de référence AMER dans les images acquises ; et déterminer les positions relatives observées des points terrestres de référence détectés AMER par rapport au véhicule à partir desdites images acquises. Le capteur VISION est en outre configuré pour, selon un mode de réalisation, déterminer des positions relatives estimées des points terrestres de référence détectés AMER par rapport au véhicule à partir d'une position du véhicule déterminée par le module de navigation LOC_VISION et des positions connues des points terrestres de référence AMER. Selon un mode de réalisation, les données OUT_VIS fournies par le capteur VISION comprennent, pour une pluralité d'instants de mesure, des différences ox, oy entre les positions relatives observées et estimées des points terrestres de référence AMER par rapport au véhicule. Typiquement, la position relative (observée ou estimée) d'un amer par rapport au véhicule est définie par deux angles - un angle latéral et un angle vertical - caractérisant l'axe de visée de l'amer par rapport à l'axe longitudinal du véhicule.
[0056] Selon un mode de réalisation, pour détecter un point terrestre de référence dans une image, le capteur VISION est configuré pour sélectionner dans cette image une région d'intérêt (i.e. une portion de cette image) et détecter le point terrestre de référence dans cette région d'intérêt. En particulier, les coordonnées de la région d'intérêt sont déterminées à partir de : la position connue du point terrestre de référence ; la position du véhicule déterminée par le module de navigation LOC_VISION ; et d'une information fournie par le module de navigation LOC_VISION relative au rayon de protection de la position déterminée du véhicule (i.e. la probabilité que l'erreur de position soit inférieure au rayon de protection est supérieure à une valeur définie, notamment très proche de 1 ). Le fait d'utiliser une région d'intérêt permet de restreindre la portion d'image à traiter pour détecter un amer et permet ainsi de réduire les ressources matérielles et logicielles (e.g. temps de traitement, mémoire, etc.) nécessaires à la détection d'un amer dans des images acquises.
[0057] Bien évidemment, l'ensemble de capteurs SYS peut comprendre un ou plusieurs de chacun des capteurs IMU, GPS, BARO, VISION tels que décrits ci-dessus.
[0058] Tel qu'illustré par la figure 1, le dispositif de navigation APP comprend, selon un mode de réalisation : un module de navigation LOC_ GPS (dit premier module de navigation) ; un module de navigation LOC_VISION (dit deuxième module de navigation) ; et un module de contrôle SWITCH. Les modules de navigation LOCJ3PS et LOC_VISION fournissent respectivement des données de navigation OUT_LOC_GPS (dites premières données de navigation) et des données de navigation OUT_LOC_VIS (dites deuxièmes données de navigation). Il convient de noter que les modules de navigation LOC_GPS et LOC_VISION produisent les données de navigation OUT_LOC_GPS et OUT_LOC_VIS de manière indépendante et, plus particulièrement, de manière simultanée (i.e. en parallèle). Selon un mode de réalisation, les données de navigation OUT_LOC_GPS et OUT_LOC_VIS comprennent respectivement, pour une pluralité d'instants de mesure, une position Pos, une vitesse Vel et une direction Cap du véhicule et des rayons de protection PL associés.
[0059] Il convient de noter que l'utilisation en parallèle des deux modules de navigation distincts LOC_GPS et LOC_VISION permet d'améliorer l'intégrité du système de navigation SYS du véhicule et ainsi la résilience du système SYS vis-à-vis de défaillances des capteurs utilisés pour la navigation.
[0060] Le module de navigation LOC_GPS détermine les données de navigation OUT_LOC_GPS à partir des données issues de l'unité de mesure inertielle IMU, du module de positionnement par satellites GPS, et de l'altimètre BARO.
[0061] Tel qu'illustré par la figure 1, selon un mode de réalisation, le module de navigation LOC_GPS comprend : une centrale inertielle NAV_IMU_GPS ; et un filtre de Kalman KAL_FLT_GPS. La centrale inertielle NAV_IMU_GPS est configurée pour intégrer dans le temps les données de force spécifique Fs et de vitesse angulaire produites par l'unité de mesure inertielle IMU et ainsi déterminer des données de navigation Pos, Vel, Cap du véhicule. Le filtre de Kalman KAL_FILT_GPS détermine, à partir des données issues des capteurs GPS et BARO, des corrections 5Pos, 5Vel, 5Cap, 5Fs, et 5 à appliquer à la centrale inertielle NAV_IMU_GPS. Les données de navigation OUT_LOC_GPS fournies en sortie correspondent ainsi, selon un mode de réalisation, aux données de navigation déterminées par la centrale inertielle NAV_IMU_GPS corrigées (i.e. recalées) à partir des données issues du filtre de Kalman KAL_FLT_GPS. Autrement dit, le filtre de Kalman KAL_FLT_GPS permet de compenser la dérive de navigation inertielle (i.e. recaler) à partir des données issues des capteurs GPS et BARO.
[0062] Il est à noter que, lorsque le module de positionnement par satellites GPS n'est pas fonctionnel (e.g. non-disponible, en panne, défaillant, non-utilisable), le module de navigation LOCJ3PS continue de produire en sortie les données de navigation OUT_LOC_GPS. Toutefois, dans ce cas, le module de navigation LOCJ3PS ne peut exploiter les données issues du module de positionnement par satellites GPS pour pallier la dérive (i.e. recaler) de la centrale inertielle NAV_IMU_GPS. Il est en de même lors que l'altimètre BARO n'est pas disponible.
[0063] Le module de navigation LOC_VISION détermine les données de navigation OUT_LOC_VIS à partir des données issues de l'unité de mesure inertielle IMU, du module de positionnement par satellites GPS, de l'altimètre BARO et du capteur VISION.
[0064] Tel qu'illustré par la figure 1, le module de navigation LOC_VISION dispose, selon un mode de réalisation, d'une architecture similaire au module de navigation LOC_GPS. Selon ce mode de réalisation, le module de navigation LOC_VISION comprend : une centrale inertielle NAV_IMU_VIS ; et un filtre de Kalman KAL_FLT_VIS. Les données de navigation OUT_LOC_GPS fournies en sortie correspondent ainsi, selon un mode de réalisation, aux données de navigation déterminées par la centrale inertielle NAV_IMU_VIS auxquelles sont appliquées les corrections déterminées par le filtre KAL_FILT_VIS à partir des données issues des capteurs GPS, BARO et VISION. Autrement dit, le filtre de Kalman KAL_FLT_GPS permet de pallier la dérive de navigation inertielle (i.e. recaler) à partir des données issues des capteurs GPS, BARO et VISION.
[0065] Dans le cadre de l'invention, il pourrait également être envisagé d'autres modes de réalisation selon lesquels un des modules de navigation LOC_GPS et LOC_VISION ou les deux utilisent respectivement un filtre de Kalman (e.g. un filtre de Kalman étendu) prenant en entrée les données issues de tout ou partie des capteurs de l'ensemble SENS et produisant en sortie lesdites données de navigation.
[0066] Il convient de mentionner que le module de navigation LOC_VISION exploite, pour recaler la centrale inertielle NAV_IMU_VIS, les données issues des autres capteurs GPS, BARO, VISION lorsque ces données sont disponibles. Selon un exemple, le capteur VISION ne peut être utilisé par le module de navigation LOC_VISION pour recaler la centrale inertielle NAV_IMU_VIS que suite à la détection d'un amer. Selon un autre exemple, le module de navigation LOC_VISION n'exploite pas les données issues du module de positionnement par satellites GPS, lorsque le module GPS est défaillant ou non-utilisable.
[0067] Toutefois, il est important de souligner que les données de navigation déterminées à un instant donné sont fonction des données de navigation déterminées aux instants précédents. En effet, les centrales inertielles NAV_IMU_GPS et NAV_IMU_VIS intègrent dans le temps les données de force spécifique Fs et de vitesse angulaire produites par l'unité de mesure inertielle IMU pour déterminer des données de navigation OUT_LOC_GPS et OUT_LOC_VIS. Aussi, de petites erreurs de mesure de la force spécifique Fs et de la vitesse angulaire sont intégrées au cours du temps par les centrales inertielles et conduisent ainsi à des erreurs de vitesse et de position croissantes dans le temps (i.e. dérive de la navigation inertielle). Par conséquent, le fait d'utiliser à un instant donné un capteur pour recaler une centrale inertielle permet d'améliorer la précision des données de navigation déterminées aux instants ultérieurs.
[0068] Supposons par exemple que lors d'une première période, le module de navigation LOC_VISION utilise les données du module GPS pour compenser la dérive de la centrale inertielle NAV_IMU_VIS. Puis, lors d'une deuxième période ultérieure, le module de positionnement par satellites GPS n'est plus disponible. Lors de la deuxième période, bien que le module GPS ne soit plus disponible, le module de navigation LOC_VISION détermine des données de navigation OUT_LOC_VIS plus précises qu'un module de navigation n'exploitant jamais les données d'un module GPS. En effet, le module de navigation LOC_VISION bénéficie durant la deuxième période du recalage de la centrale inertielle durant la première période.
[0069] Le module de contrôle SWITCH reçoit les données de navigation OUT_LOC_GPS et OUT_LOC_VIS respectivement produites par les modules de navigation LOC_GPS et LOC_VISION et fournit au module de guidage CMD des données de navigation IN_NAV_CMD. Selon un mode de réalisation, le module de contrôle SWITCH fournit au module de guidage CMD soit les données de navigation OUT_LOC_GPS, soit les données de navigation OUT_LOC_VIS. En particulier, le module de contrôle SWITCH est configuré pour sélectionner les données de navigation à fournir en fonction de la disponibilité (i.e. fonctionnel ou non- fonctionnel) du module de positionnement par satellites GPS, ce mode de réalisation étant détaillé ci-après en référence aux figures 2A et 2B.
[0070] Les figures 2 A et 2 B représentent, de manière schématique et sous forme d'ordinogramme, des étapes d'un procédé de navigation selon un mode de réalisation de l'invention.
[0071] Tel qu'illustré par les figures 2A et 2B, et selon un mode de réalisation de l'invention, le procédé de navigation proposé comprend au moins une des étapes S10 à S50 suivantes mises en oeuvre par le système de navigation SYS proposé. Selon un mode de réalisation particulier, les étapes S10 à S50 sont mises en oeuvre dans un ordre chronologique tel que décrit ci-après.
[0072] Au cours de l'étape S10, le module de navigation LOC_GPS détermine des données de navigation OUT_LOC_GPS du véhicule à partir des données issues de l'unité de mesure inertielle IMU, du module de positionnement par satellites GPS, et de l'altimètre BARO.
[0073] Au cours de l'étape S20, le module de navigation LOC_VISION détermine des données de navigation OUT_LOC_VISION du véhicule à partir des données issues de l'unité de mesure inertielle IMU, du module de positionnement par satellites GPS, de l'altimètre BARO, et du capteur de vision par ordinateur VISION. Selon un mode de réalisation, l'étape S20 comprend des sous-étapes S21 à S24 détaillées ci-après en référence à la figure 2B.
[0074] Les étapes S10 et S20 peuvent être réalisées simultanément, l'une avant l'autre ou inversement. Selon un mode de réalisation particulier, les étapes S10 et S20 sont réalisées en parallèle.
[0075] Tel que mentionné précédemment, si un des capteurs GPS, BARO, ou VISION n'est pas fonctionnel (e.g. indisponible, en panne, défaillant, non-utilisable), les modules de navigation LOC_GPS et LOC_VISION continuent de produire en sortie les données de navigation OUT_LOC_GPS et OUT_LOC_VIS. Toutefois, dans ce cas, les modules de navigation LOC_GPS et LOC_VISION ne peuvent exploiter les données issues du capteur non-fonctionnel pour compenser la dérive (i.e. recaler) des centrales inertielles NAV_IMU_GPS et NAV_IMU_VIS.
[0076] En particulier, les modules de navigation LOC_GPS et LOC_VISION utilisent les données OUT_GPS issues du module de positionnement par satellites GPS (uniquement) lorsque celui-ci est fonctionnel. Corrélativement, les modules de navigation LOC_GPS et LOC_VISION n'utilisent pas les données OUT_GPS issues du module de positionnement par satellites GPS lorsque celui-ci n'est pas fonctionnel.
[0077] Au cours de l'étape S30, le module de contrôle SWITCH détermine si le module de positionnement par satellites GPS est fonctionnel (i.e. disponible et utilisable). À titre indicatif, le module de positionnement par satellites GPS peut ne pas être fonctionnel (i.e. défaillant, en panne) à cause d'une défaillance d'un des satellites de la constellation GPS, ou d'une défaillance du module GPS embarqué lui-même. Au cours de l'étape S30, le module de contrôle SWITCH met en oeuvre, selon un mode de réalisation, une étape de détection de panne (i.e. de défaillance) du module de positionnement par satellites GPS pour déterminer si le module de positionnement par satellites GPS est fonctionnel.
[0078] Au cours de l'étape S40, si, et seulement si, il a été déterminé à l'étape S30 que le module de positionnement par satellites GPS est fonctionnel, le module de contrôle SWITCH fournit les données de navigation OUT_LOC_GPS au module de guidage CMD du véhicule.
[0079] Au cours de l'étape S50, s'il a été déterminé à l'étape S30 que le module de positionnement par satellites GPS n'est pas fonctionnel (le module GPS étant indisponible, défaillant, en panne ou non utilisable), le module de contrôle SWITCH fournit les données de navigation OUT_LOC_VIS au module de guidage CMD du véhicule.
[0080] Suite à l'étape S50, le système de navigation met en oeuvre, selon un mode de réalisation, les étapes S10 et S20 précédemment détaillées. Ainsi, le procédé de navigation proposé comprend, selon ce mode de réalisation, plusieurs itérations des étapes S10 à S50 décrites ci- dessus.
[0081] Tel qu'illustré par la figure 2B, l'étape S20 comprend, selon un mode de réalisation, au moins une des étapes S21 à S24 détaillées ci-après en référence à la figure 2B et mises en oeuvre par le système de navigation SYS proposé.
[0082] Au cours de l'étape S21, le capteur VISION détecte au moins un point terrestre de référence AMER dans des images acquises par le dispositif d'acquisition d'images CAM.
[0083] Selon un mode de réalisation particulier, pour détecter un point terrestre de référence AMER dans une image, le capteur VISION met en oeuvre les étapes suivantes. Le capteur VISION sélectionne une portion de cette image (i.e. une région d'intérêt), les coordonnées de la portion d'image étant déterminées à partir de : la position connue (e.g. coordonnées géographiques) du point terrestre de référence AMER ; de la position du véhicule déterminée par le module de navigation LOC_VISION ; et d'une information relative à la précision de la position du véhicule fournie par le de navigation LOC_VISION (i.e. le rayon de protection). Suite à la sélection de la portion d'image, le capteur VISION détecte le point terrestre de référence AMER dans la portion d'image.
[0084] Au cours de l'étape S22, le capteur VISION détermine une position relative observée POS_AMER_OBS du point terrestre de référence détecté AMER par rapport au véhicule à partir des images acquises.
[0085] Au cours de l'étape S23, le capteur VISION détermine une position relative estimée POS_AMER_EST du point terrestre de référence détecté AMER par rapport au véhicule à partir d'une position du véhicule fournie par le module de navigation LOC_VISION et d'une position connue du point terrestre de référence AMER.
[0086] Au cours de l'étape S24, le capteur VISION fournit au module de navigation LOC_VISION la différence ox, oy entre la position relative observée POS_AMER_OBS et la position relative estimée POS_AMER_EST du point terrestre de référence AMER par rapport au véhicule ; et le module de navigation LOV_VISION détermine des données de navigation OUT_LOC_VIS notamment à partir de cette différence ox, oy.
[0087] La figure 3 représente schématiquement un exemple d'architecture logicielle et matérielle d'un système de navigation selon un mode de réalisation de l'invention.
[0088] Tel qu'illustré par la figure 3, selon un mode de réalisation, le dispositif de navigation APP proposé comprend: au moins une unité de traitement ou processeur PROC ; et au moins une mémoire MEM.
[0089] Le dispositif APP dispose, selon un mode de réalisation, de l'architecture matérielle d'un ordinateur et comporte, à ce titre, un processeur PROC, une mémoire vive, une mémoire morte MEM, et une mémoire non volatile. La mémoire MEM associée au dispositif APP constitue un support d'informations ou d'enregistrement conforme à l'invention, lisible par ordinateur et par le processeur PROC, sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur PROG conforme à l'invention. Le programme d'ordinateur PROG comporte des instructions pour réaliser des étapes d'un procédé conforme à l'invention et mises en oeuvre par le dispositif APP, lorsque le programme d'ordinateur PROG est exécuté par le processeur PROC.
[0090] Tel qu'illustré par la figure 3, selon un mode de réalisation, le dispositif APP dispose d'un module de communication COM configuré pour communiquer avec au moins un des éléments suivants : un ou plusieurs capteurs de l'ensemble de capteurs SENS ; et le module de guidage CMD. Bien évidemment, aucune limitation n'est attachée à la nature des interfaces de communication entre le dispositif APP proposé et respectivement : les capteurs de l'ensemble SENS ; et le module de guidage CMD, qui peuvent être filaire ou non filaire, et peuvent mettre en œuvre tout protocole connu de l'homme du métier (Ethernet, Wi-Fi, Bluetooth, 3G, 4G, 5G, 6G, etc.).
[0091] Selon un mode de réalisation (non représenté), le capteur VISION (également dit dispositif de vision par ordinateur) dispose de l'architecture matérielle d'un ordinateur et comporte, à ce titre, un processeur, une mémoire vive, une mémoire morte, et une mémoire non volatile. Dans le mode de réalisation décrit ici, la mémoire associée au capteur VISION constitue un support d'informations, lisible par ordinateur et sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur. Ce programme d'ordinateur comporte des instructions pour réaliser des étapes d'un procédé conforme à l'invention et mises en œuvre par le capteur VISION, lorsque ce programme d'ordinateur est exécuté par un processeur.
[0092] Le système de navigation SYS proposé permet de déterminer de manière précise les données de navigation d'un véhicule tout en garantissant un niveau d'intégrité élevé, permettant au système de navigation SYS d'être intégré dans un système critique tel qu'un aéronef.
[0093] En particulier, le système de navigation SYS proposé permet d'assurer un niveau d'intégrité élevé tout en relâchant de manière significative les contraintes de risque horaire d'intégrité sur le capteur de vision par ordinateur VISION. Autrement dit, le système de navigation SYS proposé permet d'assurer un niveau d'intégrité élevé, et ce même avec un capteur de vision par ordinateur VISION de faible maturité.
[0094] Prenons pour exemple un système de navigation de référence comprenant un unique module de navigation exploitant des données issues d'une unité de mesure inertielle, d'un module de positionnement par satellites et d'un capteur de vision par ordinateur. Un tel système de navigation ne permet pas d'assurer un niveau d'intégrité élevé et ne pourrait être intégré dans un système critique. En effet, les conditions de risque horaire d'intégrité à vérifier pour le capteur de vision par ordinateur ne sont pas réalisables avec ce système de référence, en raison du manque de maturité du capteur de vision par ordinateur et des techniques de vision par ordinateur.
[0095] En comparaison au système de référence précité, le système de navigation proposé SYS dispose de deux modules de navigation LOC_GPS et LOC_VISION et conditionne l'utilisation du capteur de vision par ordinateur VISION aux situations pour lesquelles le module de positionnement par satellites GPS n'est pas disponible. Ainsi, le système de navigation SYS proposé et, plus particulièrement, l'architecture du dispositif de navigation APP permettent de relâcher de manière significative les contraintes sur le risque horaire d'intégrité à vérifier pour le capteur de vision par ordinateur VISION. [0096] Le terme module peut correspondre aussi bien à un composant logiciel qu'à un composant matériel ou un ensemble de composants matériels et logiciels, un composant logiciel correspondant lui-même à un ou plusieurs programmes ou sous-programmes d'ordinateur ou de manière plus générale à tout élément d'un programme apte à mettre en oeuvre une fonction ou un ensemble de fonctions telles que décrites pour les modules concernés. De la même manière, un composant matériel correspond à tout élément d'un ensemble matériel (ou hardware) apte à mettre en oeuvre une fonction ou un ensemble de fonctions pour le module concerné (circuit intégré, carte à puce, carte à mémoire, etc.).
[0097] Il est à noter que l'ordre dans lequel s'enchaînent les étapes d'un procédé conforme à l'invention, notamment en référence aux dessins ci-joints, ne constitue qu'un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif, des variantes étant possibles.
[0098] Un homme du métier comprendra que les modes de réalisation et variantes décrits ci- dessus ne constituent que des exemples non limitatifs de mise en oeuvre de l'invention. En particulier, l'homme du métier pourra envisager une quelconque adaptation ou combinaison des modes de réalisation et variantes décrits ci-dessus afin de répondre à un besoin bien particulier.

Claims

Revendications édé de navigation pour un véhicule, ledit procédé comprenant des étapes de : détermination (S10) par un premier module de navigation (LOC_GPS) de premières données de navigation dudit véhicule (OUT_LOC_GPS) à partir de données (OUT_IMU, OUT_GPS) issues d'une unité de mesure inertielle (IMU) et d'un module de positionnement par satellites (GPS) ; et détermination (S20) par un deuxième module de navigation (LOC_VISION) de deuxièmes données de navigation dudit véhicule (OUT_LOC_VIS) à partir de : données issues (OUT_IMU, OUT_VIS) de l'unité de mesure inertielle (IMU), et d'images acquises par ledit véhicule ; et en outre à partir de données (OUT_GPS, OUT_BARO) issues dudit module de positionnement par satellites (GPS) et/ou d'un altimètre (BARO). édé selon la revendication 1, dans lequel : le premier module de navigation (LOC_GPS) et le deuxième module de navigation (LOC_VISION) utilisent les données (OUT_GPS) issues du module de positionnement par satellites (GPS) lorsque le module de positionnement par satellites (GPS) est fonctionnel ; ledit procédé comprend des étapes de : o si ledit module de positionnement par satellites (GPS) est fonctionnel (S30), fourniture (S40) desdites premières données de navigation (OUT_LOC_GPS) à un module de guidage (CMD) dudit véhicule ; et o sinon, fourniture (S50) desdites deuxièmes données de navigation (OUT_LOC_VIS) audit module de guidage (CMD) dudit véhicule ; et ledit procédé comprend plusieurs itérations desdites étapes de détermination (S10, 20) et de fourniture (S40, S50). Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les premier (LOC_GPS) et deuxième modules de navigation (LOC_VISION) comprennent respectivement une centrale inertielle (NAV_IMU_VIS, NAV_IMU_GPS) et un filtre de Kalman (KAL_FILT_GPS, KAL_FILT_VIS) pour déterminer (S10, S20) lesdites premières et deuxièmes données de navigation (OUT_LOC_GPS, OUT_LOC_VIS). édé selon l'une des revendications 1 à 3, comprenant des étapes de: détection (S21) d'au moins un point terrestre de référence (AMER) dans lesdites images acquises ; détermination (S22) d'une position relative observée (POS_AMER_OBS) dudit au moins un point terrestre de référence détecté (AMER) par rapport audit véhicule à partir desdites images acquises ; détermination (S23) d'une position relative estimée (POS_AMER_EST) dudit au moins un point terrestre de référence détecté (AMER) par rapport audit véhicule à partir d'une position dudit véhicule déterminée par le deuxième module de navigation (LOC_VISION) et d'une position connue dudit au moins un point terrestre de référence (AMER) ; et de détermination (S24) de dites deuxièmes données de navigation (OUT_LOC_VIS) à partir de la différence (ox, oy) entre les positions relatives observée (POS_AMER_OBS) et estimée (POS_AMER_EST) dudit au moins un point terrestre de référence (AMER) par rapport audit véhicule.
5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel ladite étape de détection (S21) d'au moins un point terrestre de référence (AMER) dans les images acquises comprend des étapes de : sélection d'une portion d'au moins une image acquise, les coordonnées de ladite portion étant déterminées à partir d'une position connue dudit au moins un point terrestre de référence (AMER), d'une position dudit véhicule déterminée par le deuxième module de navigation (LOC_VISION) et d'une information relative à la précision de ladite position déterminée dudit véhicule fournie par le deuxième module de navigation (LOC_VISION) ; et de détection dudit au moins un point terrestre de référence (AMER) dans ladite portion de ladite au moins une image acquise.
6. Dispositif de navigation (APP) pour un véhicule, ledit dispositif (APP) comprenant : un premier module de navigation (LOC_GPS) configuré pour déterminer (S10) des premières données de navigation dudit véhicule (OUT_LOC_GPS) à partir de données (OUT_IMU, OUT_GPS) issues d'une unité de mesure inertielle (IMU) et d'un module de positionnement par satellites (GPS) ; et un deuxième module de navigation (LOC_VISION) configuré pour déterminer (S20) des deuxièmes données de navigation dudit véhicule (OUT_LOC_VIS) à partir de : données (OUT_IMU, OUT_VIS) issues de l'unité de mesure inertielle (IMU) et d'images acquises par ledit véhicule ; et en outre à partir de données (OUT_GPS, OUT_BARO) issues dudit module de positionnement par satellites (GPS) et/ou d'un altimètre (BARO).
7. Système de navigation (SYS) pour un véhicule, ledit système (SYS) comprenant : un dispositif de navigation (APP) selon la revendication 6 ; une unité de mesure inertielle (IMU) ; un module de positionnement par satellites (GPS) ; et un dispositif d'acquisition d'images (CAM). Système de navigation (SYS) selon la revendication 7, comprenant un dispositif de vision par ordinateur (VISION) configuré pour déterminer au moins une position du véhicule à partir des images acquises par le dispositif d'acquisition d'images (CAM). Système de navigation (SYS) selon la revendication 7 ou 8, comprenant un module de guidage (CMD) configuré pour guider ledit véhicule à partir de données de navigation (IN_NAV_CMD) déterminées par ledit dispositif de navigation (APP). Véhicule comprenant un système de navigation (SYS) selon l'une des revendications 7 à 9. Programme d'ordinateur (PROG) comportant des instructions pour la mise en oeuvre des étapes d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, lorsque ledit programme d'ordinateur (PROG) est exécuté par au moins un processeur (PROC). Support d'informations (MEM) lisible par ordinateur comprenant un programme d'ordinateur (PROG) selon la revendication 11.
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