GNSS/INS (INS assisté par GNSS) pour les drones et les véhicules sans pilote

Les véhicules sans pilote modernes dépendent fortement de la précision et de la stabilité de la navigation. Les systèmes de navigation inertielle (INS) conventionnels, qui s’appuient sur des capteurs inertiels tels que les accéléromètres et les gyroscopes, sont essentiels pour assurer la stabilité et la précision de la navigation.unmannedsystemstechnology.com/expo/drone-accelerometers/”>accéléromètres et des gyroscopes, calculent la position et la vitesse en intégrant en continu les données d’accélération et de vitesse angulaire. Cela offre d’excellentes performances à court terme et une indépendance vis-à-vis des signaux externes. Cependant, la dérive peut poser problème : de petites erreurs de capteur s’accumulent au fil du temps, entraînant des imprécisions de positionnement.

Le GNSS/INS est une approche fusionnelle qui combine l’INS avec des mises à jour basées sur le GNSS, garantissant une croissance cohérente et limitée des erreurs. Le GNSS fournit un positionnement absolu périodique, corrigeant la dérive et améliorant considérablement la fiabilité opérationnelle, ce qui est essentiel pour les missions de longue durée ou les environnements où l’INS autonome peut souffrir d’erreurs cumulatives.

Qu’est-ce que le GNSS/INS et comment fonctionne-t-il ?

GNSS/INS, NAUTILUS, de Honeywell Aerospace.

Le GNSS/INS est une méthode de navigation hybride combinant le positionnement par satellite (à partir du GPS, de Galileo, du GLONASS et du BeiDou) avec des données inertielles afin de produire des estimations précises et continues du positionnement et de l’orientation. Les algorithmes de fusion de données, qui utilisent souvent des filtres de Kalman ou des variantes étendues, synthétisent les positions GNSS avec les mesures IMU afin d’estimer l’état du véhicule et la covariance des erreurs.

Les principaux composants du GNSS/INS sont les suivants :

• IMU (unité de mesure inertielle), déjà essentielle dans les INS conventionnels, fonctionne désormais avec le GNSS.
• Le récepteur GNSS fournit la position et la vitesse absolues.
• Corrections RTK
• Le filtre de Kalman à fusion de capteurs fusionne les données pour générer des solutions de navigation robustes.

Cette architecture permet la navigation à l’estime, permettant à l’INS d’estimer la position pendant les intervalles entre les mises à jour GNSS. Ainsi, le système intégré peut maintenir un positionnement fiable même dans des environnements où les signaux GNSS sont intermittents ou obstrués, comme lors de missions prolongées de drones, dans les canyons urbains ou à l’intérieur.

Fusion des capteurs : relier GNSS/INS en temps réel

Au cœur du GNSS/INS se trouve la fusion des capteurs, qui combine l’IMU et le GNSS pour tirer parti de leurs atouts uniques. Le filtre de Kalman estime de manière dynamique la solution de navigation et les erreurs des capteurs, tandis que des techniques telles que la navigation à l’estime assurent la continuité entre les corrections GNSS. Cette navigation hybride maintient une grande précision de navigation inertielle dans des conditions de vol dynamiques et en cas de blocages GNSS à court terme.

Avantages par rapport à l’INS conventionnel

Par rapport à un système de navigation inertielle autonome, l’intégration GNSS/INS offre des avantages évidents :

• Réduction de la dérive et des limites d’erreur
• Localisation fiable du véhicule dans des environnements où le signal est dégradé
• Amélioration de la robustesse et de l’autonomie du système
• Meilleure intégrité et détection des défauts, grâce à l’aide du GNSS
• Performances optimisées pour une navigation de haute précision

Ensemble, ces avantages permettent aux drones et aux véhicules sans pilote équipés du GNSS/INS de dépasser les limites de la seule navigation à l’estime.

Applications bénéficiant du GNSS/INS par rapport à l’INS conventionnel

Levés aériens et cartographie

Dans les domaines de la>photogrammétrie, le LiDAR et la cartographie haute résolution, une précision de l’ordre du centimètre est essentielle. Les drones équipés du GNSS/INS offrent une navigation de haute précision, garantissant que les capteurs sont correctement alignés pour le géoréférencement. Les INS traditionnels dériveraient lors de longs vols ; le GNSS/INS conserve sa précision même sur de vastes zones de levé.

GNSS/INS, ANELLO GNSS INS, d’ANELLO Photonics.

Inspection des infrastructures (ponts, pipelines, lignes électriques)

L’inspection des infrastructures implique souvent une proximité, un vol lent à proximité des structures, et est sujette à l’occultation GNSS. Le GNSS/INS permet drones d’inspection de maintenir une position et une orientation précises, même dans les zones où le GNSS est dégradé, garantissant ainsi l’intégrité des données et réduisant les taux de vol supplémentaire.

Surveillance agricole et forestière

Les drones opérant au-dessus de champs ou de terrains boisés ont besoin d’une navigation fiable pour couvrir des itinéraires prédéfinis. Le GNSS/INS permet une précision RTK constante, facilitant l’analyse automatisée de la santé des cultures et les relevés forestiers sur plusieurs missions de vol.

Livraison et logistique

À mesure que les systèmes de livraison par drone évoluent, une navigation précise entre les centres de distribution et les zones de livraison devient essentielle. Le GNSS/INS maintient la fidélité de l’itinéraire et atténue la dérive dans les zones non couvertes par le GNSS, telles que les corridors urbains, permettant ainsi des performances reproductibles et fiables.

Recherche et sauvetage et sécurité publique

Dans les zones sinistrées ou les terrains difficiles, les drones équipés du GNSS/INS drones de première intervention équipés de GNSS/INS maintiennent leur navigation même en cas de perturbations du signal GNSS. Associée à d’autres capteurs, la navigation intégrée aide les services d’urgence et le personnel de recherche et de sauvetage à obtenir une connaissance fiable de la situation.

Systèmes autonomes terrestres et maritimes sans pilote

Le GNSS/INS ne se limite pas à une utilisation aérienne ; il prend également en charge les véhicules terrestres sans pilote (UGV) et les navires de surface autonomes. Ces plateformes utilisent le GNSS/INS pour le suivi de trajectoire, l’évitement d’obstacles et la connaissance de la situation.> et la conscience situationnelle, qui s’est avéré plus fiable que les systèmes utilisant uniquement l’INS.

Défis et considérations

Bien que le GNSS/INS offre des capacités puissantes, son déploiement réussi nécessite de prêter attention aux éléments suivants :

• L’étalonnage des capteurs inertiels et la compensation de température
• La gestion des effets multitrajets, de la latence des signaux et des blocages intermittents
• Réglage des filtres de Kalman de fusion de capteurs pour divers profils dynamiques
• Compromis matériels : équilibrer la qualité IMU, la précision GNSS et le SWaP
• La surveillance de l’intégrité et la détection des défauts sont essentielles pour les missions critiques en matière de sécurité

Ces considérations guident la conception de systèmes GNSS/INS robustes dans les véhicules sans pilote.

Présentation du GNSS/INS pour les véhicules sans pilote

En résumé, l’intégration du GNSS/INS révolutionne la navigation des systèmes sans pilote, surpassant l’INS conventionnel en termes de précision, de fiabilité et d’autonomie. Que ce soit pour la cartographie de précision, l’inspection des infrastructures, la logistique ou la sécurité publique, le GNSS/INS permet aux drones, aux véhicules terrestres et aux robots marins de fonctionner de manière stable, même en cas de perturbations du GNSS. À mesure que la fusion des capteurs progresse et que le matériel se miniaturise, le GNSS/INS se positionne au cœur de la navigation de nouvelle génération pour les entreprises autonomes.