Cours sur les systèmes de navigation

Leçon 1 • Concepts fondamentaux et terminologie de la navigation

Établit le vocabulaire et les modèles conceptuels qui sous-tendent toutes les disciplines de la navigation. Une terminologie précise permet une interprétation exacte des sorties du système tout au long du cours.

Leçon 2 • Architectures des systèmes de navigation

Présente les architectures de navigation autonome, assistée et intégrée. La reconnaissance des compromis architecturaux prépare les étudiants à sélectionner des solutions adaptées à des applications données.

Leçon 3 • Géométrie terrestre et effets du mouvement

Examine la forme, la rotation et le champ gravitationnel de la Terre en tant qu'ils affectent la précision de la navigation. Ces effets doivent être compensés dans tous les systèmes de haute précision.

Leçon 1 • Conception d'une centrale inertielle

Couvre les configurations d'une IMU, les procédures de calibration et les classes de performance. Une calibration appropriée détermine directement la précision de navigation atteignable.

Leçon 2 • Propagation et analyse des erreurs INS

Analyse comment les erreurs des capteurs s'accumulent au fil du temps en erreurs de navigation. La compréhension de la croissance des erreurs guide la stratégie d'assistance et les décisions de conception du système.

Leçon 3 • Initialisation et alignement de l'INS

Couvre les techniques d'alignement statique et en mouvement qui établissent l'attitude initiale avant le début de la navigation. La qualité de l'alignement fixe le plancher d'erreur pour l'ensemble de la mission.

Leçon 4 • Principes de mesure inertielle

Explique comment les accéléromètres et les gyroscopes mesurent la force spécifique et la vitesse angulaire. Ces mesures constituent les entrées brutes pour tous les calculs de navigation inertielle.

Leçon 1 • Architecture GNSS et structure du signal

Décrit les constellations de satellites, la mécanique orbitale et les schémas de modulation du signal. La connaissance de la structure du signal est un prérequis à la compréhension du traitement par le récepteur.

Leçon 2 • Poursuite et mesure par le récepteur

Explique les boucles de poursuite du code et de la porteuse qui extraient les mesures de pseudodistance et d'effet Doppler. La performance des boucles de poursuite détermine la qualité des mesures dans des conditions dynamiques.

Leçon 3 • Sources d'erreur GNSS et atténuation

Identifie les contributeurs d'erreur atmosphériques, par trajets multiples et liés aux satellites, ainsi que leurs stratégies d'atténuation. La connaissance des erreurs est essentielle pour atteindre les niveaux de précision requis.

Leçon 4 • Algorithmes de positionnement GNSS

Couvre les solutions de positionnement par moindres carrés et pondérées utilisant les observations de pseudodistance. La maîtrise de ces algorithmes permet d'évaluer la qualité de la sortie du récepteur.

Leçon 1 • Filtres de Kalman étendu et sans parfum

Étend le filtrage linéaire aux systèmes de navigation non linéaires en utilisant la linéarisation et les méthodes de points sigma. Les filtres non linéaires sont nécessaires pour l'attitude et l'intégration couplée serrée.

Leçon 2 • Réglage et validation du filtre

Aborde le bruit de procédé, la sélection du bruit de mesure et les méthodes de test de cohérence. Un réglage approprié empêche la divergence du filtre et garantit une sortie de navigation fiable.

Leçon 3 • Probabilités et statistiques pour la navigation

Passe en revue les distributions de probabilité, la covariance et les processus stochastiques pertinents pour la modélisation des capteurs. La maîtrise des statistiques est requise pour tout travail ultérieur de conception de filtre.

Leçon 4 • Théorie du filtre de Kalman linéaire

Dérive les équations du filtre de Kalman discret et explique chaque étape de traitement. Le filtre linéaire est le fondement de tous les estimateurs de navigation avancés.

Leçon 1 • Stratégies de compensation et de pontage en cas de panne GNSS

Aborde la performance de navigation à l'estime de l'INS et les techniques pour étendre la précision en cas de privation de GNSS. La capacité de pontage est essentielle pour les opérations dans des environnements contestés ou obstrués.

Leçon 2 • Aperçu de l'architecture d'intégration

Compare les stratégies de couplage lâche, serré et profond en termes de précision, complexité et robustesse. La sélection de l'architecture détermine toutes les décisions de conception ultérieures.

Leçon 3 • Surveillance de l'intégrité pour les systèmes intégrés

Couvre la détection de défauts, l'exclusion et le calcul du niveau de protection pour la navigation intégrée. L'assurance de l'intégrité est obligatoire pour les applications de navigation critiques pour la sécurité.

Leçon 4 • Conception du filtre INS/GNSS à couplage lâche

Implémente un filtre de Kalman sur l'état d'erreur utilisant la position et la vitesse GNSS comme mesures. Cette architecture est le point de départ le plus courant pour la navigation intégrée.

Leçon 1 • Assistance à la navigation par vision

Introduit les techniques d'assistance par flux optique, odométrie visuelle et correspondance de points caractéristiques. Les capteurs de vision fournissent des mises à jour de navigation dans les environnements intérieurs et urbains privés de GNSS.

Leçon 2 • Capteurs magnétiques et assistance au cap

Couvre les principes de fonctionnement du magnétomètre, la calibration et l'extraction du cap en présence d'interférences. Le cap magnétique fournit une assistance à bas coût pour l'attitude des plates-formes à mouvement lent.

Leçon 3 • Assistance barométrique et altimétrique

Explique la mesure de l'altitude-pression, les sources d'erreur et l'intégration avec la voie verticale de l'INS. L'assistance barométrique limite la croissance d'erreur verticale inhérente aux systèmes inertiels.

Leçon 4 • Capteurs de vitesse Doppler

Présente les principes de mesure de vitesse par radar et sonar Doppler ainsi que leur intégration avec l'INS. L'assistance par vitesse Doppler réduit significativement la dérive de position lors des pannes GNSS.

Leçon 1 • Mesures de performance et spécifications

Définit la précision, la disponibilité, la continuité et l'intégrité comme des mesures quantitatives de la performance de navigation. Des définitions précises des mesures permettent une comparaison objective des conceptions de systèmes concurrentes.

Leçon 2 • Vérification et validation des performances

Applique des processus formels de vérification et de validation pour confirmer que le système répond aux spécifications. Les preuves de V&V sont requises pour la certification dans les applications de navigation critiques pour la sécurité.

Leçon 3 • Méthodes de simulation et de modélisation

Applique la simulation de Monte Carlo et les tests en boucle matérielle pour prédire les performances de navigation. La simulation réduit les tests de terrain coûteux et révèle les modes de défaillance aux limites.

Leçon 4 • Développement du budget d'erreur

Construit des budgets d'erreur systématiques en allouant les contributions d'erreur des capteurs, des algorithmes et de l'environnement. Les budgets d'erreur guident les compromis de conception et identifient les sources d'erreur dominantes.

Leçon 1 • Architectures de filtres fédérés et centralisés

Compare les architectures de fusion multi-capteurs fédérées et centralisées en termes d'évolutivité et de tolérance aux pannes. Le choix de l'architecture affecte la charge de calcul, l'isolation des défauts et la précision.

Leçon 2 • Analyse des exigences système et des compromis

Traduit les besoins opérationnels en exigences de navigation quantitatives et évalue les alternatives de conception. L'ingénierie des exigences évite les refontes coûteuses lors des phases de développement ultérieures.

Leçon 3 • Considérations pour la mise en œuvre en temps réel

Couvre les plateformes de calcul, les budgets de latence et l'architecture logicielle pour la navigation en temps réel. Les contraintes de mise en œuvre déterminent souvent la sélection des algorithmes et la complexité du filtre.

Leçon 4 • Navigation dans des environnements difficiles

Aborde la navigation dans des conditions de brouillage, d'usurpation, de canyon urbain et sous-marines. Une conception robuste pour les environnements difficiles est un différenciateur clé dans les systèmes avancés.