Système de navigation hybride GPS/INS à faible coût pour la navigation robuste en environnement urbain

摘要

Les systèmes de guidage actuellement utilisés pour la navigation automobile sont principalement basés sur l’utilisation autonome d’un récepteur GPS. Ces systèmes présentent néanmoins des pertes de performances importantes lorsqu'ils sont soumis à un environnement difficile. Afin de répondre à cette problématique, plusieurs auteurs proposent l'intégration des systèmes GPS et INS à l’intérieur d’un seul système hybride. Toutefois, l’utilisation de capteurs inertiels à faible coût demeure encore aujourd’hui le principal obstacle à la commercialisation de ces systèmes hybrides GPS/INS étant donné le manque de calibration ainsi que la nature hautement stochastique des erreurs de mesure de ces capteurs. Ce mémoire propose la réalisation d’un système de navigation hybride GPS/INS à faible coût pour la navigation robuste en environnement difficile. Les résultats obtenus démontrent que l’utilisation d’un tel modèle permet d’améliorer considérablement la stabilité de la solution de navigation en canyon urbain sévère comparativement à l’utilisation autonome d’un récepteur GPS. Il a également été démontré que la méthode d’intégration par couplage serré permettrait une diminution de l’ordre de 40% des erreurs de positionnement en environnement difficile comparativement à la méthode d’intégration par couplage lâche.ududCet ouvrage propose également la mise en place d’une nouvelle approche pour la calibration des capteurs inertiels. Cette méthode basée sur l’utilisation d’un filtre de Kalman étendu permet d’obtenir des performances équivalentes aux méthodes itératives classiques tout en facilitant l’implémentation de la procédure de calibration à l’intérieur d’un système temps réel. L’impact de la calibration des capteurs sur la solution de navigation a été évalué et les résultats obtenus démontrent qu’une calibration adéquate permettrait de réduire de plus de 50% les erreurs de positionnement, de vitesse et d’orientation en canyon urbain sévère.ududPar la suite, une étude du comportement stochastique des capteurs inertiels à faible coût basée sur l’analyse de la variance d’Allan et de la fonction d’autocorrélation des mesures a été réalisée. Cette étude a permis d’identifier et de quantifier les erreurs présentes sur les mesures de manière à développer un modèle d’estimation adéquat. Il a été démontré que l’utilisation d’un tel modèle permet une diminution supplémentaire des erreurs de positionnement en canyon urbain de l’ordre de 10%.ududFinalement, une méthode de détermination de l’orientation d’une centrale inertielle à faible coût basée principalement sur l’utilisation des mesures de magnétomètres a été réalisée Des essais ont démontré que l’utilisation de cette méthode permet d’obtenir l’orientation du véhicule avec une précision d’environ 5°.