Champ magnétique terrestre

Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1 PRÉSENTATION DU SUJET DE RECHERCHE 
1.1 Mise en contexte
1.2 Problématique
1.3 Objectifs de recherche
1.4 Méthodologie suivie
CHAPITRE 2 REVUE DE LA LITTÉRATURE 
2.1 Magnétomètre
2.1.1 Définition
2.1.2 Types
2.1.2.1 Magnétomètre vectoriel
2.1.2.2 Magnétomètre scalaire
2.1.3 Critères de performance
2.1.4 Utilisations
2.1.5 Fusion matérielle et logicielle des magnétomètres
2.1.5.1 Fusion matérielle
2.1.5.2 Fusion logicielle
2.2 Modèles du champ magnétique
2.2.1 Champ magnétique terrestre
2.2.2 Champ géomagnétique international de référence (IGRF)
2.2.3 Modèle magnétique mondial (WMM)
2.3 Modèle de mesure des magnétomètres
2.4 Modèles de mesure des capteurs inertiels
2.4.1 Modèle de mesure des accéléromètres
2.4.2 Modèle de mesure des gyroscopes
2.5 Sources d’erreur des magnétomètres
2.5.1 Erreurs de nature stochastique
2.5.1.1 Bruit blanc
2.5.1.2 Bruit corrélé
2.5.2 Erreurs de nature déterministe
2.5.2.1 Erreur de fer dur
2.5.2.2 Erreur de fer doux
2.5.2.3 Biais
2.5.2.4 Facteur d’échelle
2.5.2.5 Mauvais alignement des axes
2.5.2.6 Non-orthogonalité
2.5.2.7 Non-linéarité
2.5.2.8 Influence de la température
2.5.3 Résumé
2.6 Calibration des magnétomètres
2.6.1 Méthodes basiques
2.6.1.1 Première méthode
2.6.1.2 Deuxième méthode
2.6.2 Méthodes avancées
2.6.2.1 Méthode de Merayo et al. (2000)
2.6.2.2 Méthode d’Ali et al. (2012)
CHAPITRE 3 SYSTÈME D’ATTITUDE ET DE CAP (AHRS)
3.1 Repères de référence
3.1.1 Repères terrestres
3.1.2 Repère local (L) et repère de navigation (N)
3.1.3 Repère mobile (B)
3.1.4 Repère du capteur (S)
3.2 Représentations de l’attitude d’un système mobile
3.2.1 Matrice des cosinus de direction (DCM)
3.2.2 Angles d’Euler
3.2.3 Quaternion
3.2.4 Résumé
3.3 Équation de propagation de l’attitude
3.4 Algorithme AHRS
CHAPITRE 4 OPTIMISATION PAR ESSAIMS PARTICULAIRES ET FILTRE DE KALMAN 
4.1 Optimisation par essaims particulaires
4.1.1 Modèle standard
4.1.2 PSO appliqué à la calibration des magnétomètres
4.1.3 Méthodes développées
4.1.3.1 Formalisation
4.1.3.2 Critères d’arrêt et de processus
4.1.3.3 Méthode de calibration par bloc (OuniPB)
4.1.3.4 Méthode de calibration par échantillon (OuniPE)
4.2 Filtre de Kalman
4.2.1 Filtre de Kalman en navigation
4.2.1.1 Équations du filtre de Kalman étendu
4.2.2 Modèle développé .
4.2.2.1 Modèle d’état
4.2.2.2 Modèle de propagation d’erreur
4.2.2.3 Modèle de mesure
4.2.2.4 Équations de la mise à jour du filtre EKF
4.2.2.5 Matrices de covariance du EKF
4.2.2.6 Estimation des matrices de covariance du filtre EKF
CHAPITRE 5 POST-TRAITEMENT ET ÉTUDE STATIQUE
5.1 Analyse de la variance d’Allan
5.1.1 Méthode et équations
5.1.2 Tests et analyse des résultats
5.1.2.1 Application de la variance d’Allan sur les mesures du magnétomètre
5.1.2.2 Application de la variance d’Allan sur les mesures de l’accéléromètre
5.1.2.3 Application de la variance d’Allan sur les mesures du gyroscope
5.1.2.4 Conclusion sur les résultats de l’analyse de la variance d’Allan
5.2 Analyse de la fonction d’autocorrélation
5.2.1 Méthode et équations
5.2.2 Tests et analyse des résultats
5.2.2.1 Application de la fonction d’autocorrélation sur les mesures du magnétomètre
5.2.2.2 Application de la fonction d’autocorrélation sur les mesures de l’accéléromètre
5.2.2.3 Application de la fonction d’autocorrélation sur les mesures du gyroscope
5.2.2.4 Conclusion sur les résultats de l’analyse de la fonction d’autocorrélation
CHAPITRE 6 ÉTUDES DES PERFORMANCES DES ALGORITHMES DÉVELOPPÉS
6.1 Présentation des matériels de test
6.1.1 Micro-iBB
6.1.2 Système de référence d’attitude
6.1.3 Véhicule de test et placement des matériels de test
6.2 Présentation des scénarios de test
6.2.1 Présentation des scénarios de test pour la calibration du magnétomètre
6.2.2 Présentation des scénarios de test pour le modèle AHRS
6.2.3 Scénario de référence
6.2.4 Scénario difficile
6.3 Présentations et analyses des résultats des tests de calibration
6.3.1 Présentations et analyses des résultats des méthodes de calibration étudiées
6.3.1.1 Première méthode basique
6.3.1.2 Deuxième méthode basique
6.3.1.3 Méthode de Merayo et al. (2000)
6.3.1.4 Méthode d’Ali et al. (2012)
6.3.2 Résultats de méthodes de calibration développées
6.3.2.1 Méthode de calibration par bloc (OuniPB)
6.3.2.2 Méthode de calibration par échantillon (OuniPE)
6.4 Présentations et analyses des résultats de l’algorithme AHRS
6.4.1 Présentations et analyses des résultats du scénario de référence
6.4.1.1 Résultats avec les valeurs initiales des matrices de covariance
6.4.1.2 Impact de l’estimation des matrices de covariance
6.4.2 Présentations et analyses des résultats du scénario difficile
6.4.3 Résultats avec les mesures du Micro-iBB
6.4.4 Résultats avec les mesures de Xsens
6.4.4.1 Application des matrices de covariance initiales
6.4.4.2 Application des matrices de covariance estimées
CONCLUSION
RECOMMANDATIONS