FR2479450A1

FR2479450A1 - Systeme de navigation en surface pour vehicule aerien et/ou aquatique

Info

Publication number: FR2479450A1
Application number: FR8103668A
Authority: FR
Inventors: Horst-Dieter Lerche
Original assignee: Vereinigte Flugtechnische Werke GmbH; Vereinigte Flugtechnische Werke Fokker GmbH
Current assignee: Vereinigte Flugtechnische Werke GmbH; Vereinigte Flugtechnische Werke Fokker GmbH
Priority date: 1980-03-26
Filing date: 1981-02-24
Publication date: 1981-10-02
Also published as: FR2479450B1; DE3011556A1; DE3011556C2; GB2072988B; GB2072988A

Abstract

A.SYSTEME DE NAVIGATION EN SURFACE POUR VEHICULE AERIEN ETOU AQUATIQUE, B.SYSTEME CARACTERISE EN CE QUE LE CORRELATEUR 4 COUPLE PAR L'INTERMEDIAIRE D'UNE INTERFACE 10 ET D'UN SYSTEME D'ASSEMBLAGE DE DONNEES 11 AVEC LE DISPOSITIF DE MESURE D'ALTITUDE 2 RECOIT DONNEES A PARTIR D'UN SYSTEME DE REFERENCE DE ROUTE ETOU DE POSITION 3, CES DONNEES PARVENANT AU CORRELATEUR PAR L'INTERMEDIAIRE D'UN ETAGE DE TRAITEMENT 13 AINSI QUE PAR L'INTERMEDIAIRE DU SYSTEME D'ASSEMBLAGE DE DONNEES 11 ET DE L'INTERFACE 10. C.L'INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT A LA NAVIGATION AERIENNE.

Description

1.-

L'invention est relative à un système de navi-

gation en surface pour véhicule aérien et/ou aquatique avec une mémoire dont les données représentent les valeurs d'altitude connues à l'avance d'un domaine opérationnel, qui sont traitées pour déterminer la position dans un corrélateur avec des données d'altitude détectées en valeurs actuelles au cours de l'action

avec un dispositif de mesure d'altitude.

Dans le cas de véhicule aérien, ont été mis en oeuvre depuis un certain temps, des systèmes de navigation basés sur la corrélation de terrain X pour augmenter la précision lors de la détermination de position. Une détermination de position précise est très importante, notamment pour des véhicules aériens destinés à des missions militaires, car la suite de la mission

considérée dépend de cette précision. Parmi les systèmes de na-

vigation connus jusqutà ce jour, ceux travaillant avec corréla-

tion de terrain- présentent la précision la plus élevée, ltindé-

pendance de stations existantes Remplissant une condition supplé-

mentaire dans le sens de l'autonomie de bord.

Les systèmes de navigation connus avec corréla-

tion de terrair.1 fonctionnent selon le principe de la corréla-

tion d'altitude, c'est-à-dire que l'altitude respective par rapport au sol est mesurée en des points discrets et les valeurs ainsi détectées sont ensuite traitées dans un corrélateur avec

une altitude de référence mémorisée du trajet de vol. La préci-

sion de tels systèmes de navigation, convenant également pour des véhicules aquatiques, peut alors 8tre sensiblement améliorée par des procédés d'actualisation. Pendant le voyage au-dessus d'un domaine dit domaine de contr8le, le profil d'altitude se

trouvant au-dessous est mesuré le long de la route avec une uni-

té de détection spéciale et par comparaison numérique des don-

nées-quantifiées du terrain avec les informations sur le terrain mémorisées comme données de référence, la position réelle est déterminée. Les systèmes de navigation)connus jusqu'à ce

jour, exigent pour une mission planifiée à l'avance, l'établise-

sement d'une route de consigne. Bien que cette route de consi-

gne n'ait pas besoin de représenter une route rectiligne, ceci

n'est toutefois pas satisfaisants parce que des routes quelcon-

ques non prescrites à l'avance, sont fondamentalement avantageu-

ses pour des entreprises à caractère militaire.

2.- L'invention a en conséquence pour but de créer un systèm de navigation du type initialement mentionné, pour

la mise en oeuvre de routes quelconques, non prescrites à l'a-

vance. A cet effet, l'invention concerne, ut système caractéri-

sé en ce que le corrélateur couplé par l'intermédiaire d'une

interface et d'un système d'assemblage de données avec le dis-

positif de mesure d'altitude, reçoit d'autres données à partir

d'un système de référence de route et/ou de position, ces don-

nées parvenant au corrélateur par l'intermédiaire d'un étage de

traitement ainsi que par l'intermédiaire du système d'assembla-

ge de données et de l'interface. Ces dispositions permettent, pour une conception appropriée du corrélateur, notamment pour une mémorisation appropriée de données suffisantes concernant le terrain, de suivre des routes quelconques, non prescrites à

l'avance. Dans ce cas, il peut tire prévu que l'étage de trai-

tement t à partir des données du système de référence de route et de po-

sition,,en étant initié- par les données d'altitude simultané-

ment détectées, détermine un modèle de route pour le trajet

futur dans le domaine opérationnel, tandis que les données d'al-

titude du domaine opérationnel emmagasinées dans la mémoire, en vue de leur corrélation avec les données d'altitude détectées conformément aux données respectivement déterminées du modèle

de route, sont traitées et assorties.

Il peut en outre, être prévu quel'étage de trai-

tement forme des domaines de contrôle constitués virtuellement à partir de domaines de corrélation unitaires, les longueurs et/ou les largeurs des domaines de corrélation en fonction des

longueurs de corrélation optimales et des grandeurs caractéris-

tiques déterminées à partir de chaque type de terrain pour le

procédé de corrélation statique, étant susceptibles d'être in-

troduites en tant que paramètres susceptibles d'être sélection-

nés de l'étage de traitements. Les domaines de corrélation à 1'-

intérieur d'un domaine de contrôle virtuel peuvent alors se rac-

corder sans solution de continuité, empiéter l'un sur l'autre,

et comporter l'un par rapport à l'autre, un intervalle limité.

Il est en outre avantageux que le premier domaine de corréla-

tion respectif à l'intérieur d'un domaine de contrôle s'étende

sur la totalité de la largeur, tandis que les domaines de cor-

rélation suivants se raccordent avec une largeur réduite en fonc-

tion de la position déterminée dans le premier domaine de corré-

lationo Cette façon de procéder offrait également la possibilité, lorsque les limites du domaine de contr8le sont atteintes par le domaine de corrélation, de.déclencher dans le corrélateur un

ordre pour corriger la route. LSétendue de la correction corres-

pondante peut alors être contrô81ée dans le domaine de corréla-

tion suivant le domaine de corrélation déclenchant l'ordre.

Il peut tre prévu que l'étage de traitement

calcule simultanément avec la mesure d'altitude et le traite-

ment ainsi initié des mesures d'altitude, 1 'angle moyen de route à partir des données de route existantes en tant qutangle d'entrée dans un domaine de contr8le respectif et applique ces données au corrélateur en vue de la transformation du domaine de corrélation pour la corrélation fine suivante.-Les données

d'altitude emmagasinées dans la mémoire sont assorties en fonc-

tion des données du modèle de route respectif en une route sui-

vant une ligne de trame droite" pour effectuer une corrélation de lignes* L'invention va âtre expliquée plus en détail en se référant au dessin cijoint, dans lesquels:

- la figure 1 est un schéma par blocs d'un sys-

tème de navigation pour des routes quelconques,

- la figure 2 montre le principe de fonctionne-

ment pour un procédé de corrélation fine,

- la figure 3 montre le principe de fonctionne-

ment pour l'assortiment des données d'altitude pour une corré-

lation de ligne,

- la figure 4 montre le principe de fonctionne-

ment pour la détermination de l'angle d'entrée dans un domaine

de contrôle.

Comme le montre le schéma par blocs de la figure

1, le système de navigation conforme à l'invention est consti-

tué d'une unité TERCOM 1 (TERCOM signifie Terrain contour Mat-

ching), d'un dispositif de mesure d'altitude 2, par exemple un appareillage radar de mesure d'altitude, et/ou uDn appareillage barométrique de mesure d'altitude, ainsi qui d'un système de

référence de route et de position 3. L'unité TERCOM 1 est cons-

tituée d'un corrélateur 4, d'un microprocesseur 5, d'une mémoire de masses 6 et de deux mémoires de travail 7, 8. Tous ces étages

constitutifs sont en liaison les uns avec les autres à l'inté-

rieur de l'unité TERCOM 1, par l'intermédiaire d'un conducteur de données 9. A la place du corrélateur 4, peuvent également être

mis en oeuvre plusieurs microprocesseurs conformés à cet effet.

le conducteur de données 9 aboutit ensuite, par l'intermédiaire d'une interface 10 prévue à l'extérieur de l'unité TERCOM 1, à un système d'assemblage de données 11, qui est en liaison aussi bien avec un étage de traitements 12 du dispositif de mesure d'altitude 2, qu'avec un étage de traitements 13 du système de

référence de route et de position 3. En outre, ce système d'as-

semblage de données Il pbut être utilisé comme cela est indiqué, -10 pour la transmission de données à des étages constitutifs, non

représentés plus en détail, par exemple des appareillages d'af-

fichage, dans le véhicule porteur considéré.

le système de navigation conforme à l'invention

peut être construit et exploité sur la base d'un concept de cor-

rélation modulaire, comme cela est décrit dans notre demande de brevet P 28 30 992. Ce concept garantit dans une large mesure, la liberté de choix pour des routes quelconques à l'intérieur

d'un domaine opérationnel correspondant à des routes différen-

tes, à des formes de trajets différentes, à des angles d'entrée

et à des points d'entrée différents. Pour tenir compte des in-

fluences des routes et des formes de trajets différentes il est nécessaire que le système de référence de route et de position présente une précision de durée de route suffisante, ce que

garantissent les appareillages aujourd'hui disponibles.

Lors du fonctionnement du système de navigation, le traitement de l'information de route est simultanément initié

avec la mesure d'altitude. Pendant la mesure des valeurs d'alti-

tude dans le dispositif de mesure d'altitude 2 et ce traite-

ment à la suite dans l'étage de traitements 12, s'effectue le calcul du modèle de route à partir du signal de route et/ou du

signal de position du système de référence de route et de posi-

tion. Avant l'exécution du calcul de corrélation proprement dit, les valeurs de consigne d'altitude mémorisées dans les mémoires 69 7, 8 sont traitées conformément aux données du modèle de

route et assorties. De cette façon, on est assuré que les in-

fluences de formes de trajets quelconques sur le résultat de

corrélation, et donc sur la précision des indications de navi-

gation, sont prises en compte. Les signaux du modèle de route

traités dans l'étage de traitements 13, sont transmis par l'in-

termédiaire de l'emplacement de coupure (système d'assemblage 4, - 5.-

de données 11) dans l'unité TERCOM 1.

Lors de l'exploitation du système de navigation

en surface conforme à l'invention, trois principes de fonc-

tionnement différents sont possibles selon le trajet, Sont com-

muniEà ces principes2 la méthode de calcul de la position ac-

tualisée, et en outre, la détermination des informations de rou-

te et de vitesse. Comme on le voit sur la figure 2, il est défi-

ni ce que l'on appelle un domaine de contrôle virtuel 15, cons-

titué de domaines de corrélation individuels 16, 17 à 22. Les domaines de correlation individuels 16, 17 à 22 peuvent, soit

empiéter l'un sur l'autre comme cela est représenté, soit pré-

senter l'un par rapport à l'autre un intervalle limité, ou bien se raccorder l'un à l'autre sans solution de continuité. Les longueurs des domaines de corrélation sont choisies de façon

correspondante à la longueur de corrélation optimale, qui re-

présente une grandeur caractéristique pour le type de terrain

considéré, et pour le procédé de corrélation statistique. Tan-

dis que la largeur du premier domaine de corrélation 16 dans le domaine de contrôle 15 correspond à la largeur de ce domaine de contrâle, les domaines de corrélation suivants 17, 18 à 22 se raccordent avec une largeur réduite. Grâce à ce principe qui représente en pratique une corrélation fine, la sécurité des indications de navigation est sensiblement augmentée, car de

ce fait, une élimination des éléments aberrants s'effectue.

Avant le calcul de l'information actualisée finale, plusieurs

informations de position sont déterminées, de façon correspon-

dante au nombre des domaines de corrélation. Avec une simple logique de décision (bonne qualité du critère de corrélation ou bien lissage), la première position actuelle est déterminée

dans le corrélateur 4. Pour une longueur suffisamment significa-

tive sur le terrain du domaine de contrôle, on peut déterminer par des calculs répétés la route à l'intérieur du domaine de

contrôle et les erreurs de route supplémentaires.

Le principe de la corrélation fine représenté sur la figure 2 avec la détermination corrélative du trajet de vol, facilite également le processus de recherches. Partant du

domaine de corrélation 16, dans lequel, du fait de l'erreur ma-

ximale d'entréela stratégie de recherches doit s'étendre sur la totalité de la largeur du domaine de contr8le, le processus de corrélation peut dans les domaines de corrélation suivants 17 à 22, être limité à une zone autour de la dernière position précédemment annoncée. Sur la totalité de la longueur du domaine

de contrôle, est apparemment déplacée,selon la route, une fené-

tre de corrélation de largeur constante mais réduite, le critère étant l'évolution de la fonction de corrélation. Di'avance s'ef-

fectue par impulsions équivalent à un multiple entier de l'in-

tervalle de trame. La synchronisation entre les valeurs théori-

ques et réelles est alors assurée par l'intermédiaire de l'in-

formation de vitesse du système de référence de route et de po-

sition 3, si bien que de cette façon, à partir de la succession

de mesuroed'altitude prises en continu, la bande de valeurs réel-

les valables pour la corrélation par l'intermédiaire de la fend-

tre de corrélation (domaine de corrélation) considérée, peut être sélectionnée. Les calculs individuels de corrélation ne sont alors pas effectués le long des lignes de trame mémorisées, mais

avec le modèle de route actuel.

Comme le montre l'exemple de réalisation selon la figure 3, il est également possible d'assurer la corrélation

dans le cas de trajet courbe le long de lignes droites. On uti-

lise ici après l'assortiment, le principe de corrélation de

lignes le long de lignes de trame mémorisées. La différence im-

portante par rapport aux autres principes de fonctionnement ré-

side en ce que, avant d'effectuer le calcul de corrélation, les

valeurs de consigne de la matrice d'altitude mémorisée du ter-

rain sont assorties conformément au modèle de route préparé.

Comme le montre la figure 3, un domaine de contr8le 30 est alors

recouvert d'une trame, grâce à quoi, dans ce domaine de contr8-

le, 64 emplacements de trame 31 prennent naissance. La corréla-

tion entre les valeurs de consigne assorties et les valeurs réel-

les mesurées, est effectuée le long des nouvelles lignes de trame 33, 34 représentées à côté, c'est-à-dire qu'il s'effectue une corrélation apparente avec le modèle de route 32. Dans le cas de ce principe de fonctionnement, les trajets courbes 32 sont

transformés en trajets rectilignes 33, 34 et ensuite une corré-

lation de lignes est effectuée, le calcul de la position actuel-

le s'effectuant d'après le procédé décrit jusqu'à maintenant.

Egalement dans le cas de ce principe de fonc-

tionnement, les étapes suivantes peuvent être distinguées dans les étapes constitutives de l'unité TERCOM 1 en fonction de la programmation so 6.7,- 1 D DJclenchement de la mesure d altitude et du traitement de 2.a rolute P 2 Determination du profil dc!altitude réel du terrain9 r Calouel des données du modele de routbe Apreès @exécution deCre corrélation prise 9n1 1 g decompression ei memorsaton da. profil dValtit-:de mesaré le long de la route9 ,o- ransmission dia modèle de route% 6e tzrai'temen' des valeurs de coae.sign 6 1 calcul d 9 index 602 transLert' de la mremoire de travail 7 dans la mémoire de traveil 89

6 5 inlterpolation pondclée-ré-

7o Corroela';1ionï zpce le long des nou.velles lignes de trame% I 5 8o: ezm!iionz de la position actuelle par 7u2e logique.de d(Cisio:% 9'=e é o rOraneformai uol deans le sys èeme geodesiq.sq i0o délitran.ce des aleurs de position actuelleso A 0('3C'; dr. 'braitement de route initié par la me= sucne dialtiótude9 il est également possible de détecter la. ngle de rouGbte0 la figu'e 4 mniotre le principe de fonctionnement pour la dléermination de larngle moyen de route et la transorna= tJ.on du. dome de oorration 25 à litérieu du domaine de oontrOle@ 24 en une phase non critique en temps pour l ensemble de d exeution Ide la coorélation, le critère de temps exigible

po"i- la durée de corréelati'on demeure pare suite du mode de tra-

e sail rcusii nnon Dalpéo La correlation grossièree autour de eangle de zroute moyen o' le long de la ligne de trame trasz

-'rm-eé 27 se situant parallèlement a% modèle de route 269 dorne-

350 une premièe appro'.imat-bionz d%óe preo'szon correcte pour la position ' d e-rminer.e la corréelation fine qui s.it et

qLui s'effectue avceo le modèle de trajet prépare 26, nie dèter-

mlination preeie d la position dans in secteur ét roitement limi t es effectuée autou de la position déterminee à premiLè2e approximationo Ainsi9 la dépense de traitement du signal et le

_jenps pour e7,écuter la correélation sont considérablement reé-

duits. Dans le cas dlun processus de détermination de position, les étapes suivantes. déterminées dans lIunité TERCOM 1 par une programmation adéquate, sont accomplies s 8.- 1.- Déclenchement de la mesure d'altitude et du traitement de route 2.- détermination du profil d'altitude du terrain 3.- détermination d'un angle de route moyen (droite de comparaison) 4.- transformation du domaine de corrélation autour de l'angle

de route moyen.

Décompression sur valeurs d'altitude absolues Détermination des coordonnées à transformer x, Y, Calcul d'index, Interpolation, Calcul des valeurs rapportées à la hleurmoyenne

Mémorisation d'lun domaine de contrôle.

Après la cl8ture d'un processus de corrélation,

les étapes suivantes sont accomplies dans l'unité TERCOM 1 éga-

lement en fonction d'une programmation effectuée à l'avance: Prise en charge, décompression et mémorisation du profil d'altitude mesuré le long de la route, Prise en charge de l'angle de route moyen,

Corrélation grossière du profil d'altitude mémo-

risé et du profil d'altitude mesurée dans le réseau cable de grillee du domaine opérationnel, Corrélation fine avec le modèle de route dans une zone de recherches limitée, Détermination de la position, Rétrotransformation dans le système géodésique,

- Délivrance des valeurs de position actuelles.

Le systeme de navigation en surface conforme à l'invention, du fait de la détection et du traitement approprié des informations de route et de vitesse, est en mesure de suivre des routes quelconques non prescrites à l'avance, et de ce fait, il est particulièrement adapté à des missions de

caractère militaire. La condition nécessaire est que les don-

n6es d'altitude du territoire opérationnel, soient disponibles dans les mémoires 6, 7 et 8, ce qui, du fait de la technique

de mémorisation actuelle, est possible sans grande dépense.

R E V E N DICAT I 0 N S

1.- Système de navigation en surface pour véhi-

cule aérien et/ou aquatique avec une mémoire dont les données

représentent les valeurs d'altitude connues à l'avance d'un do-

maine opérationnel, qui sont traitées pour déterminer la posi- tion dans un corrélateur avec des données d'altitude détectées en valeurs actuelles au cours de l'action avec un dispositif de mesure d'altitude, système caractériRé en ce que le corrélateur (4) couplé par l'intermédiaire d'une interface (10) et d'un

système d'assemblage de données (11) avec le dispositif de me-

sure d'altitude (2) reçoit d'autres données à partir d'un sys-

tème de référence de route et/ou de position (3), ces données

parvenant au corrélateur par l'intermédiaire d'un étage de trai-

tement [13) ainsi que par l'intermédiaire du système d'assembla-

ge de données (11) et de l'interface (10).

2.- Système selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que l'étage de traitement 13), à partir des données du système de référence de route et de position (3), initié par les données d'altitude simultanément détectées, détermine un modèle de route (23, 26, 32) pour le trajet futur dans le

domaine opérationnel, tandis que les données d'altitude du do-

maine opérationnel emmagasinées dans la mémoire (6, 7, 8), en vue de leur corrélation avec les données d'altitude détectées conformément aux données respectivement déterminées du modèle

de route (23, 26, 32) sont traitées et assorties.

3.- Système selon l'une quelconque des revendi-

cations 1 et 2, caractérisé en ce que l'étage de traitement (13) forme des domaines de contr8le (15, 24, 30) constitués virtuellement à partir de domaines de corrélation unitaires

(16 à 22), les longueurs et/ou les largeurs des domaines de cor-

relation (16 à 22) en fonction des longueurs de corrélation op-

timales et des grandeurs caractéristiques déterminées à partir

de ohaque type de terrain pour le procédé de corrélation stati-

que, étant susceptibles d'être introduites en tant que paramè-

tres susceptibles d'être sélectionnés de l'étage de traitement (13). 4.Système selon la revendication 3, caractériè sé en ce que les domaines de corrélation (16 à 22) empiètent les uns sur les autres à l'intérieur d'un domaine de contr8le

virtuel (15).

9o- 10.-

5.- Système selon la revendication 3, caracté-

risé en ce que les domaines de corrélation à l'intérieur d'un

domaine de contr8le virtuel, présentent l'un par rapport à l'au-

tre un intervalle limité.

6.- Système selon la revendication 3, caracté- risé en ce que les domaines de corrélation à l'intérieur d'un domaine de contr8le virtuel, s'alignent les uns sur les autres

sans solution de continuité.

7.- Système selon l'une quelconque des revendica-

l0 tions 1 à 6, caractérisé en ce que le premier domaine de corré-

lation respectif (16) à l'intérieur d'un domaine de contrôle

(15) s'étend sur la totalité de la largeur, tandis que les do-

maines de corrélation suivants (17 à 22) se raccordent avec une largeur réduite en fonction de la position déterminée dans le

premier domaine de corrélation (16).

8.- Système selon l'une quelconque des revendi-

cations 1 à 7, caractérisé en ce que les domaines de corréla-

tion (17 à 22) de largeur réduite, faisant suite au premier do-

maine de corrélation (16) dans un domaine de contr8le (15)j

déclenchent. lorsque est atteinte -a limite du domaine de con-

tr8le (15)) un ordre dans le corrélateur (4) pour la correction

de la route.

9.- Système selon l'une quelconque des revendi-

cations 1 à 8, caractérisé en ce que l'étendue de la correction de route ainsi déclenchée est contrôlée dans les domaines de

corrélation (19 à 22) qui font suite aux domaines de corréla-

tion (18) déclenchant l'ordre.

10.- Système selon l'une quelconque des revendi-

cations 1 à 9, caractérisé en ce que l'étage de traitement (13)

calcule simultanément avec la mesure d'altitude et le traite-

ment ainsi initié des mesures d'altitude, l'angle moyen de route ( c<) à partir des données de route existantes en tant qu'angle d'entrée dans un domaine de contrÈle respectif (24) et applique ces données au corrélateur (4) en vue de la transformation du

domaine de corrélation (24) pour la corrélation fine suivante.

11.- Système selon l'une quelconque des revendi-

cations 1 à 10, caractérisé en ce que les données d'altitude em-

magasinées dans la mémoire (6, 7, 8) sont assorties en fonction des données du modèle de route respectif (32) en une route (33,

34) suivant une ligne de trame droite, pour effectuer une cor-

rélation de lignes.