Véhicules autonomes : Robots, Drones, Tracteurs, Voitures – Intégration INS/GPS

Se positionner avec précision, naviguer au milieu des obstacles et suivre des points de cheminement en fonction de leurs différentes applications pour accomplir leurs missions est le défi permanent à relever pour tous les types de véhicules autonomes. Pour cela il faut être en mesure de se positionner de façon la plus précise à chaque instant. Le couplage INS/GPS, c’est à dire d’une centrale inertielle avec un GPS est devenue une base standard à laquelle d’autres capteurs sont parfois ajoutés.

Système de navigation hybride INS/GPS pour la navigation

Le système de navigation en question se composera de capteurs inertiels ou d’un bloc inertiel appelé IMU (Inertial Measurement Unit) et d’un récepteur GPS ou GNSS (Global Navigation Satellite System) fusionné à l’aide d’un algorithme de fusion de capteurs appelé Filtre de Kalman Étendu (FKE), largement répondu dans l’industrie et très fiable pour ces applications.

La complémentarité indispensable

Utilisé seul, chacun de ces capteurs a en effet certaines limites.

Une centrale inertielle utilisée en navigation, est capable d’intégrer les mouvements d’un mobile (accélération et vitesse angulaire). Mais dans la pratique, le fonctionnement s’écarte des équations idéales à cause des erreurs qui affectent les mesures et qui engendrent des dérives des estimations de la position au cours du temps. Pour corriger la dérive de ces capteurs, il est important de pouvoir recaler régulièrement sa position estimée en utilisant des informations externes.

Bien que l’information de positionnement du GPS RTK, que l’on suppose être la meilleure information sur la trajectoire réelle quand les conditions de réception du signal GPS sont optimales, dans certaines zones les signaux des systèmes de navigation par satellites peuvent être limités, voire indisponibles. Par exemple, en zone arborées ou en milieu urbain, il existe en effet de nombreuses zones d’ombre comme les passages sous les ponts, entre deux immeubles rapprochés ou encore dans les tunnels.

La fusion de ces technologies par hybridation permet donc de palier les limitations individuelles de ces solutions. Pour simplifier, le GPS RTK fournira une position dans les zones dégagées et la centrale inertielle permettra de fournir les données de positionnement manquantes en l’absence de signaux satellitaires. 

L’intégration du GPS et de l’INS est donc parfaitement adaptée pour faire face aux défis de ces nouvelles applications. Il est donc possible pour un intégrateur de développer sa propre solution avec des éléments ou des composants de son choix mais pour laquelle if faudra développer et maintenir l’algorithme de fusion et faire prendre en compte les problèmes d’approvisionnement ou d’obsolescence des composants sélectionnés. Ou bien choisir une solution parmi celles des très nombreux fabricants proposant des solutions complètes très compactes, peu gourmandes en énergie et performantes mais plus onéreuses.