Mesures inertielles Concept et réalité

Des matériels sensibles Les instruments de ce type entrent dans la réalisation de systèmes de navigation simples Les systèmes missiles utilisent des gyromètres FOG ou des gyromètres à laser Cela étant, la qualité des centrales peu coûteuse nest pas très éloignée de celle des centrales militaires

Définitions Les centrales de verticales, centrales à inertie et centrales dattitude sont des instruments permettant des mesures de vitesses angulaires, daccélération et dangles sur un vecteur mobile

Mesure accélérométrique Un accéléromètre triaxial permet des mesures daccélération linéaires en x, y et z. Les éléments sensibles sont des MEMs Au repos, les axes x et y, lorsque laccéléromètre est de niveau, subissent leffet de la gravité terrestre Z en revanche mesure 0 ou – 1g

Mesures de vitesses angulaires Les capteurs MEMs ne possèdent pas de pièces mobiles et mesurent la vitesse angulaire autour de chaque axe : x, y et z

Principe de mesure de vitesse angulaire Avec gyromètre annulaire

Mesure angulaire Un gyromètre associé à un accéléromètre permet de mesurer une vitesse angulaire en compensant les dérives liées à la gravité. Ceci nest vrai que pour les axes x et y puisquil nest pas possible de référencer laxe z avec un accéléromètre

Gyros de verticale Cet instrument possède 3 accéléromètres et 3 gyromètres Il permet de restituer les vitesses angulaires autour des 3 axes et de donner des mesures accéléromètriques suivant ces 3 axes Les angles fournis sont les angles x et y

Centrales dattitude Pour obtenir les angles x, y et z, il convient de référencer laxe z et donc dutiliser une mesure de cap. Un magnétomètre 3 axes est alors utilisé et offre un référentiel par rapport aux lignes de flux terrestre. Les mesures angulaires sont alors possibles pour z.

Compensations des dérives Par définition, les gyromètres dérivent. Pour compenser ces dérives, une forme de filtrage de Kalman est utilisée avec mémorisation des valeurs mesurées et tri sélectif permettant déliminer les valeurs erronées Ceci permet un réglage automatique du zéro et de lerection rate

Mais les imprécisions demeurent Le profil du déplacement mesuré par gyromètres et accéléromètres permet daffiner la nature des réglages et corrections Mais lutilisation dune mesure de vitesse réalisée avec un GPS est quasi incontournable pour obtenir une mesure précise

Références La référence peut être la gravité terrestre Ou la portance ( orientation de la structure )

Pour un véhicule terrestre Le choix de la référence permet de réaliser des mesures différentes Les mesures de comportement du véhicule, mesures de glissement etc …

Pour un vecteur marine Le calage initial, lorsque le bateau est sur leau ne peut-être réalisé avec des accéléromètres. Les mouvement permanent de la surface liquide interdisent une mesure de référence Il faut utiliser un magnétomètre pour offrir un moyen de calage du zéro à linstrument

Pour un vecteur aérien Suivant la tâche assignée à linstrument, le référentiel vrai sera choisi ( gravité terrestre ) Ou la portance de lavion Pour un comportement dynamique, la centrale dattitude avec ses 3 magnétomètres est la mieux adaptée

Trajectographie Mesurer la position du véhicule suppose de connaître sa vitesse et son déplacement. Tenter de réaliser le calcul à partir dun accéléromètre ne semble par raisonnable. Aussi petite soit lerreur, elle se chiffre en fraction de mètres seconde carré Après 60 secondes … Voire plus … lerreur est multiplié par le carré du temps Une intégration ou double intégration ne donnera pas une mesure de bonne précision

Pour le positionnement Lattitude du véhicule, mesures de vitesses angulaires, daccélération et dangles assistées par les magnétomètres sert à Calculer avec une position GPS une position précise

Des centrales simples VR, AHRS etc … Un boîtier embarqué Des sorties analogiques Et numériques

Des produits finis Il est possible de réaliser, à partir de ces instruments des produits finis pour les affichages sur pare-brises, pour la navigation de tracteurs agricoles, de drones ou plus simplement des essais de comportement de freinage de véhicules routiers