Les systèmes de navigation inertielle (INS) pour drones assurent le positionnement autonome, l'estimation de la vitesse et la détermination de l'assiette des drones militaires et de défense, permettant ainsi une navigation fiable sans dépendance permanente vis-à-vis de signaux externes.
Cette page présente les principaux fournisseurs de systèmes INS pour drones proposant des solutions combinant accéléromètres, gyroscopes et technologies avancées de fusion de capteurs, destinées aux drones tactiques, aux munitions de type « loitering » et aux plateformes à longue endurance opérant dans des environnements contestés.
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Systèmes de navigation inertielle avancés (INS) pour une navigation fiable dans des environnements opérationnels difficiles
Solutions inertielles de pointe pour une navigation et un positionnement de haute précision dans les environnements sans GPS
Solutions avancées pour la modernisation de la défense : propulsion, capteurs, communication et systèmes de réalité augmentée
Solutions IMU, GPS/INS et d'orientation d'armes de qualité tactique
Solutions de navigation avancées pour les applications critiques dans les domaines de la défense et de l'aérospatiale
Technologies de pointe en matière de contrôle de vol et de navigation sans GNSS pour les plateformes d'UAV militaires et gouvernementales
Systèmes de détection inertielle MEMS, quartz et FOG de haute précision pour les applications militaires, aérospatiales et de défense
Capteurs inertiels et systèmes de navigation à fibre optique, gyroscopes laser en anneau et MEMS haute performance
Systèmes de détection inertielle et de navigation haute performance pour les véhicules terrestres militaires et les forces terrestres
Technologies de pointe pour drones destinées aux principaux acteurs de la défense, aux fabricants de drones et aux intégrateurs de systèmes
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Les systèmes de navigation inertielle (INS) pour drones assurent le positionnement, l’estimation de la vitesse, la détermination de l’attitude et la continuité de la navigation pour les véhicules aériens sans pilote (UAV) à usage militaire et de défense. En calculant les vecteurs d’état de l’appareil à partir des accéléromètres et des gyroscopes embarqués, un système de navigation inertielle pour drones fournit une base de navigation autonome qui ne dépend pas de signaux radiofréquences externes.
L’importance de la navigation inertielle des drones s’est accrue à mesure que les menaces liées à la guerre électronique se sont perfectionnées. Les environnements opérationnels modernes peuvent inclure des actions de brouillage, d’usurpation, de « meaconing » ou de blocage du Système mondial de navigation par satellite (GNSS), affectant les signaux GPS, Galileo, GLONASS et BeiDou. Pour les aéronefs sans pilote effectuant des missions hors de portée visuelle (BVLOS), la collecte de renseignements, des profils de frappe en profondeur, l’acquisition de cibles ou la surveillance maritime, une navigation résiliente est essentielle. Bien qu’un système INS pour drone soit généralement associé à des récepteurs GNSS pour une initialisation précise de la position et une correction périodique des erreurs, sa valeur fondamentale réside dans sa capacité à maintenir la navigation lorsque les signaux externes se dégradent ou disparaissent.
Système de navigation inertielle IRINS LEO pour drones, développé par Inertial Labs, une société du groupe VIAVI Solutions
L’architecture d’un drone à navigation inertielle doit être adaptée à la taille, au profil de mission, à la dynamique de vol et aux exigences d’autonomie de la cellule.
La navigation inertielle est une capacité fondamentale pour tous les drones de défense, mais le choix du matériel varie selon la classe de plateforme :
Les munitions autonomes nécessitent des configurations de systèmes de navigation inertielle pour drones hautement réactives. Lors des piqués d’attaque terminaux, des trajectoires d’esquive ou des opérations dans des zones de contre-mesures électroniques, la boucle de suivi de l’IMU interne fournit des données angulaires à haut débit pour le pilotage et l’engagement de la cible.
Les opérations de drones navals se déroulent dans des environnements dépourvus de repères, en mouvement et soumis à des vents violents. Les plateformes maritimes sans pilote utilisent les données de l’INS pour assurer le suivi à longue distance au-dessus de l’eau, la stabilisation, la navigation par rapport au pont et la récupération autonome sur les ponts d’envol de navires de guerre soumis au tangage.
Un système de navigation inertielle pour drone s’appuie sur une suite de capteurs internes à haute fréquence qui mesurent les mouvements physiques en trois dimensions.
L’unité de mesure inertielle (IMU) constitue le cœur de détection de l’INS ; elle contient des accéléromètres et des gyroscopes orthogonaux. La qualité de l’IMU influe directement sur le taux de dérive, la stabilité du cap et les performances de navigation en cas de coupures du GNSS :
La navigation à l’estime pure étant sujette à une accumulation continue d’erreurs de position au fil du temps, les architectures INS des drones militaires et des UAV modernes utilisent la fusion des capteurs pour limiter la dérive, valider les mouvements et maintenir la précision de navigation en cas de dégradation ou de perte du signal GNSS.
| Technologie | Intégration au système INS des drones |
| Capteurs EO/IR | Les capteurs EO/IR peuvent être fusionnés avec les données de sortie de l’INS des UAV afin de comparer les images optiques ou infrarouges en temps réel aux estimations de mouvement issues du système inertiel. Cela permet de vérifier le déplacement le long de la trajectoire, d’identifier des repères visuels et de corriger la dérive transversale sans émettre de signaux détectables. |
| Systèmes LiDAR | Le LiDAR fournit des données spatiales en 3D qui peuvent être fusionnées avec les données de navigation inertielle du drone pour permettre la localisation dans des environnements complexes. Intégré à un INS, il contribue à réduire la dérive de position et facilite l’évitement d’obstacles en milieu urbain, dans les canyons ou dans des espaces confinés. |
| Systèmes assistés par radar | La navigation assistée par radar complète le système INS d’un drone en mesurant la vitesse au sol, l’altitude et le mouvement par rapport au terrain. Ces mesures fournissent des données de correction pour la solution inertielle en cas de mauvaises conditions météorologiques, de brouillard, de poussière, de fumée ou d’obscurité. |
| Navigation référencée par le terrain (TRN) | La TRN intègre l’altimétrie radar ou laser à l’INS d’un drone en comparant les profils de terrain mesurés à des modèles numériques d’élévation embarqués. Elle constitue une source de correction passive de la dérive inertielle, en particulier pour les systèmes autonomes avancés, les profils de croisière à basse altitude et les armes à longue portée. |
| Odométrie visuelle | L’odométrie visuelle utilise des images séquentielles capturées par une caméra pour estimer les mouvements incrémentiels et peut être fusionnée avec les données de l’IMU au sein du filtre de navigation du drone. Cela contribue à réduire la dérive du système INS lors des interruptions du GNSS en fournissant des estimations de vitesse relative et de mouvement à partir des caractéristiques visibles. |
| SLAM | Le SLAM combine les données des capteurs embarqués avec les données inertielles pour créer une carte locale tout en estimant la position du drone au sein de celle-ci. Intégré à un INS de drone, il permet la navigation dans des environnements non cartographiés, en intérieur, souterrains ou privés de signal GPS. |
Les données à haut débit fournies par un INS sont distribuées aux systèmes de vol, de mission et de charge utile afin d’assurer un contrôle stable et une exécution précise de la mission.
Système de navigation inertielle ANELLO Aerial INS pour drones, développé par ANELLO Photonics
La télémétrie de l’INS fournit le retour d’information immédiat dont ont besoin les ordinateurs de contrôle de vol et les pilotes automatiques pour commander les surfaces de contrôle, ajuster la puissance des moteurs et effectuer des changements de cap. Les mises à jour inertielles à faible latence contribuent à maintenir la stabilité en cas de turbulences, de cisaillement du vent, de vol stationnaire, de décollage, de récupération et de manœuvres défensives brusques.
L’ordinateur de mission combine les données de l’IMU avec celles des capteurs auxiliaires à l’aide de filtres de Kalman étendus (EKF), de filtres non linéaires ou d’autres méthodes d’estimation. Cela permet d’obtenir une solution de navigation unifiée qui reste utilisable même lorsque les mises à jour GNSS ne sont plus fiables.
La plupart des drones militaires combinent la navigation inertielle avec le GNSS et d’autres capteurs auxiliaires afin d’améliorer la précision à long terme. En fonction des exigences de la mission, les architectures peuvent recourir à une fusion de capteurs « souple », « étroite » ou « profondément intégrée » pour combiner les mesures inertielles avec la navigation par satellite, les données aérodynamiques, la navigation visuelle, le radar, le LiDAR ou d’autres sources de positionnement. Cela permet aux plateformes de maintenir leur précision en cas de dégradation partielle du signal, tout en préservant leur capacité opérationnelle lors des interruptions du GNSS.
Les charges utiles ISR nécessitent des données de référence angulaires à haut débit pour piloter la stabilisation du cardan et garantir la clarté des images pendant les manœuvres. Des données précises de navigation et d’attitude facilitent également le géoréférencement des cibles. Une précision accrue de la navigation et de l’attitude réduit directement l’erreur de localisation de la cible (TLE), en particulier à des distances d’engagement étendues.
Les essaims de drones peuvent utiliser des réseaux de données tactiques pour partager des données de navigation entre les plateformes. Les futures architectures de navigation collaborative pourraient permettre aux drones dotés d’un positionnement plus précis d’assister les systèmes voisins, contribuant ainsi à maintenir l’intégrité de la formation et la continuité de la mission dans des environnements de navigation dégradés.
Les systèmes de navigation inertielle pour drones sont de plus en plus développés dans le cadre d’architectures PNT résilientes plus larges, combinant autonomie embarquée, sources de référence alternatives et techniques de traitement avancées.
Ensemble, ces avancées orientent la conception des INS des drones vers des architectures de navigation multicouches capables de maintenir la continuité des missions dans des environnements contestés, dégradés et privés de signal GPS.
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