Capteurs inertiels à faible coût

Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1 PRÉSENTATION DU SUJET DE RECHERCHE
1.1 Mise en contexte
1.2 Motivation et défis
1.3 Objectifs du projet
1.4 Méthodologie de développement
1.4.1 Phase 1 (Septembre 2010 – Janvier 2011)
1.4.2 Phase 2 (Février 2011 – Janvier 2012)
1.4.3 Phase 3 (Février 2012 à aujourd’hui)
CHAPITRE 2 REVUE DE LA LITTÉRATURE
2.1 Capture de mouvements
2.1.1 Capture optique
2.1.2 Capture mécanique
2.1.3 Capture magnétique
2.1.4 Capture de mouvements par inertie
2.1.5 Autres technologies de capture
2.2 Navigation à l’intérieur des bâtiments
2.2.1 Systèmes de type LPS (Sources externes)
2.2.2 Systèmes de type PDR
2.2.3 Solutions hybride : PDR / LPS
2.3 Capteurs inertiels à faible coût
2.3.1 Caractérisation des erreurs de nature déterministe
2.3.2 Modélisation des erreurs de nature déterministe
2.3.3 Caractérisation et modélisation des erreurs de nature stochastique
2.4 Algorithmes de navigation par inertie
2.4.1 Algorithmes pour la capture de mouvements
2.4.2 Algorithmes pour la navigation à l’intérieur des bâtiments
2.5 Analyse des systèmes existants utilisant une technologie semblable d’IMU
2.6 Synthèse de la revue de la littérature
CHAPITRE 3 PRINCIPES DE LA NAVIGATION INERTIELLE
3.1 Concepts en navigation
3.1.1 Repères de référence
3.1.2 Représentation et propagation de l’attitude du système
3.1.3 Représentation de la vitesse et de la position en coordonnées ECEF
3.1.4 Représentation de la gestuelle (BVH)
3.1.5 Représentation du déplacement pédestre (KML)
3.2 IMU et capteurs inertiels de type MEMS
3.2.1 Vue d’ensemble d’un IMU
3.2.2 Accéléromètres
3.2.3 Gyroscopes
3.2.4 Magnétomètres
3.2.5 Fusion des capteurs
3.3 Sources d’erreurs des capteurs inertiels
3.3.1 Erreurs de type déterministe
3.3.2 Erreurs de type stochastique
3.4 Modèles de propagation de l’erreur
3.5 Modèles de référence
3.6 Filtre de Kalman
3.7 Synthèse des principes de la navigation inertielle
CHAPITRE 4 CALIBRATION DES CAPTEURS INERTIELS
4.1 Présentation du matériel d’étalonnage
4.2 Présentation des IMUs utilisés pour les tests
4.3 Correction des erreurs de type déterministe
4.3.1 Méthode multi-positions
4.3.2 Détection des états stationnaires
4.3.3 Calibration du biais initial des magnétomètres
4.3.4 Calibration initiale des capteurs
4.3.5 Calibration continue des capteurs
4.3.6 Démonstration du besoin de la calibration
4.3.7 Analyse des performances et discussion
4.4 Caractérisation des erreurs de type stochastique
4.4.1 Application de la variance d’Allan
4.4.2 Analyse des résultats et discussion
CHAPITRE 5 ALGORITHMES D’ATTITUDE ET DE POSITIONNEMENT
5.1 Développement de l’algorithme AHRS
5.1.1 Alignement initial de l’IMU
5.1.2 Correction de la position des IMUs avec les boîtiers
5.1.3 Modèle dynamique de mise à jour de l’attitude
5.1.4 Ajout des modèles de connaissances
5.1.5 Modélisation du filtre EKF pour corriger la dérive de la solution
5.1.6 Analyse des performances et discussion
5.2 Développement de l’algorithme INS
5.2.1 Ajout de l’intégration de l’accélération et de la vitesse
5.2.2 Ajout des modèles de connaissances
5.2.3 Modélisation du filtre EKF pour corriger la dérive de la solution
5.2.4 Discussion
5.3 Développement de méthodes de soutien
CHAPITRE 6 RÉALISATION DU PROTOTYPE IBNAV
6.1 Conception du micro-logiciel des IMUs
6.1.1 Objectifs de la conception
6.1.2 Architecture du micro-logiciel des IMUs
6.1.3 Fonctionnalités du micro-logiciel des IMUs
6.1.4 Résultats et possibilités supplémentaires
6.2 Développement du système de communication
6.2.1 Objectifs du développement
6.2.2 Architecture du système de communication
6.3 Réalisation de l’architecture matérielle
6.3.1 Objectifs de la réalisation
6.3.2 Composition de l’architecture
6.4 Analyse du système ibNav (Coût, poids et consommation)
CHAPITRE 7 RÉALISATION DE LA PLATEFORME D’ÉTUDES IPAD
7.1 Objectifs de la réalisation
7.2 Implémentation des interfaces graphiques utilisateurs
7.2.1 Interface principale
7.2.2 Interface pour les données brutes
7.2.3 Interface pour les algorithmes
7.2.4 Interface pour la capture de mouvements et la localisation à l’intérieur des bâtiments
7.3 Outils intégrés
7.3.1 Mise en place de la communication UDP / TCP
7.3.2 Mise en place d’une base de données
7.3.3 Réalisation d’une interface 2D / 3D utilisant la librairie OpenGL puis Unity3D
7.3.4 Réalisation d’une librairie pour la création de graphiques
7.3.5 Mise en place de diverses API
CHAPITRE 8 SYSTÈME GLOBAL ET TRANSFERT TECHNOLOGIQUE
8.1 Synthèse et rendu du projet ibNav
8.1.1 Tableaux synthétique des développements réalisés lors de la Phase 3
8.1.2 Faiblesses et forces
8.2 Transfert technologique vers VTADS, MEDOC et d’autres projets
8.2.1 Le Micro-iBB, une création à partir d’ibNav
8.2.2 Le logiciel iOS ibNav 2 vers iMetrik Show Case
CONCLUSION
RECOMMANDATIONS
ANNEXE I RENDU À LA FIN DE LA PHASE 1 DU PROJET IBNAV
ANNEXE II RAISONS DE L’IMPLÉMENTATION DE LA PHASE 3
ANNEXE III PHOTOS DE SYSTÈMES PERMETTANT LA CAPTURE DE MOUVEMENTS
ANNEXE IV CONVERTION COORDONNÉES CARTÉSIENNES ET GÉODÉSIQUES
ANNEXE V INFORMATIONS TECHNIQUES SUR LES CENTRALES INERTIELLES UTILISÉES
ANNEXE VI ERREURS DÉTERMINISTES POUR CHAQUE IMU DU PROJET IBNAV
ANNEXE VII ERREURS STOCHASTIQUES POUR CHAQUE IMU DU PROJET IBNAV
ANNEXE VIII TABLEAU DES LIMITATIONS DES ARTICULATIONS DU CORPS HUMAIN
ANNEXE IX POSTER DE PRÉSENTATION DU PROJET IBNAV
LISTE DE RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES