Etude de Futures Architectures d'Hybridation GNSS/IRS Embarquées

Study of Future On-board GNSS/INS Hybridization Architectures

• Auteur / Autrice : Jérémy Vezinet
• Direction : Christophe Macabiau, Anne-Christine Escher
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Signal, Image, Acoustique et Optimisation
• Date : Soutenance le 18/12/2014
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, informatique et télécommunications (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Équipe de recherche en Télécommunications (Toulouse)
• Jury : Président / Présidente : Thierry Chonavel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christophe Macabiau, Anne-Christine Escher, Thierry Chonavel, Alain Guillet
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Naser El-Sheimy, Maarten Uijt De Haag

Mots clés

Mots clés libres

Gnss

Ins

Hybridation multi-Capteurs

Navigation basée sur la vidéo

Gnss

Ins

Multi-Sensor hybridization

Video-Based navigation

Résumé

Un développement rapide et une densification du trafic aérien ont conduit à l'introduction de nouvelles opérations d'approches et d'atterrissage utilisant des trajectoires plus flexibles et des minimas plus exigeants. La plupart des opérations de navigation aérienne sont actuellement réalisées grâce au GNSS, augmenté par les systèmes GBAS, SBAS et ABAS qui permettent d'atteindre des opérations d'approches de précision (pour GBAS et SBAS). Cependant ces systèmes nécessitent la mise en place d'un réseau de station de référence relativement couteux et des diffusions constantes de messages aux utilisateurs de l'espace aérien. Afin de surmonter ces contraintes, le système ABAS intègre à bord des informations fournies par les systèmes de navigation inertielle (INS) ainsi améliorant les performances de navigation. Dans cette logique, les avions commerciaux actuels utilisent une solution de couplage des deux systèmes appelée hybridation GPS/baro-INS. Cette solution permet d'atteindre des niveaux de performance en termes de précision, intégrité, disponibilité et continuité supérieurs aux deux systèmes pris séparément. Malheureusement, les niveaux d'exigences requis par les opérations de précision ou les atterrissages automatiques ne peuvent pas encore être totalement couverts par les solutions d'hybridation actuelles. L'idée principale de cette thèse a été d'étendre le processus d'hybridation en incluant d'autres capteurs ou systèmes actuellement disponibles ou non à bord et d'évaluer les niveaux de performance atteints par cette solution de filtre d'hybridation global. L'objectif ciblé est de pouvoir fournir la plupart des paramètres de navigations pour les opérations les plus critiques avec le niveau de performance requis par les exigences OACI. Les opérations ciblées pendant l'étude étaient les approches de précision (en particulier les approches CAT III) et le roulage sur la piste. L'étude des systèmes vidéo a fait l'objet d'une attention particulière pendant la thèse. La navigation basée sur la vidéo est une solution autonome de navigation de plus en plus utilisée de nos jours axée sur des capteurs qui mesurent le mouvement du véhicule et observent l'environnement. Que cela soit pour compenser la perte ou la dégradation d'un des systèmes de navigation ou pour améliorer la solution existante, les intérêts de l'utilisation de la vidéo sont nombreux.

The quick development of air traffic has led to the improvement of approach and landing operations by using flexible flight paths and by decreasing the minima required to perform these operations. Most of the aircraft operations are supported by the GNSS augmented with GBAS, SBAS and ABAS. SBAS or GBAS allow supporting navigation operations down to precision approaches. However, these augmentations do require an expensive network of reference receivers and real-time broadcast to the airborne user. To overcome, the ABAS system integrates on-board information provided by an INS so as to enhance the performance of the navigation system. In that scheme, INS is coupled with a GPS receiver in a GPS/baro-INS hybridization solution that is already performed on current commercial aircraft. This solution allows reaching better performance in terms of accuracy, integrity, availability and continuity than the two separated solutions. However the most stringent requirements for precision approaches or automatic landings cannot be fulfilled with the current hybridization. The main idea of this PhD study is then to extend the hybridization process by including other sensors already available on commercial aircraft or not and, to assess the performance reached by a global hybridization architecture. It aims at providing most of the navigation parameters in all operations with the required level of performance. The operations targeted by this hybridization are precision approaches, with a particular focus on CAT III precision approach and roll out on the runway. The study of video sensor has been particularly focused on in the thesis. Indeed video based navigation is a complete autonomous navigation opportunity only based on sensors that provide information from the dynamic of the vehicle and from the observation of the scenery. Moreover, from a possible compensation of any loss or degradation of a navigation system to the improvement of the navigation solution during the most critical operations, the interests of video are numerous.