Les unités de référence de mouvement (MRU) sont des systèmes de détection inertielle de précision qui mesurent les mouvements d'un navire ou d'une plate-forme, notamment le roulis, le tangage, le soulèvement, le taux de rotation angulaire et l'accélération. Ces capteurs sont utilisés à bord des navires de guerre, sur les plates-formes sans pilote, les charges utiles stabilisées, les systèmes sous-marins et les équipements de levé.
Cette page présente les principaux fabricants d’unités de référence de mouvement (MRU) qui fournissent des solutions pour la navigation, le positionnement dynamique, la stabilisation des radars et des systèmes EO/IR, la compensation active du soulèvement, ainsi que les opérations de lancement ou de récupération.
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Solutions IMU, GPS/INS et d'orientation d'armes de qualité tactique
Systèmes de détection inertielle MEMS, quartz et FOG de haute précision pour les applications militaires, aérospatiales et de défense
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Une unité de référence de mouvement (MRU) est un système de détection inertielle de précision utilisé pour mesurer et estimer le mouvement et l’orientation d’un navire, d’un véhicule ou d’une plate-forme stabilisée. Dans les applications navales et de défense, les MRU fournissent généralement des données relatives au roulis, au tangage, au soulevé, au taux de rotation angulaire et à l’accélération ; certains systèmes fournissent également des données liées au cap, à la vitesse ou à la position. Ces données permettent aux équipements de navigation, aux capteurs, aux armes, aux antennes et aux charges utiles de mission de compenser les mouvements de la plate-forme en temps réel.
Les MRU modernes peuvent intégrer une assistance par système mondial de navigation par satellite (GNSS), des capteurs de cap, une compensation du bras de levier et la fusion de capteurs. Une MRU se distingue d’une unité de mesure inertielle (IMU), d’un système de navigation inertielle (INS) ou d’un système de référence d’attitude et de cap (AHRS) par son rôle principal : une IMU mesure l’accélération et le taux de rotation angulaire, un AHRS estime l’attitude et le cap, tandis qu’un INS estime les états de navigation tels que la position et la vitesse.
Unité de référence de mouvement MRU-E d’Inertial Labs, une société du groupe VIAVI Solutions
Les unités de référence de mouvement basées sur des systèmes microélectromécaniques (MEMS) utilisent des accéléromètres et des gyroscopes compacts pour détecter les mouvements linéaires et angulaires. Leur faible encombrement, leur poids réduit et leur faible consommation d’énergie les rendent adaptées aux navires de surface, aux plateformes sans pilote, aux systèmes portables, aux charges utiles stabilisées et aux installations soumises à des contraintes d’espace. Leurs performances dépendent de la qualité des capteurs, de l’étalonnage, de la compensation thermique, de la résistance aux vibrations, du filtrage, du biais et du bruit.
Les systèmes à gyroscope à fibre optique (FOG) mesurent la rotation angulaire en utilisant l’effet Sagnac, sans recourir à un rotor en rotation mécanique. Les MRU basées sur la technologie FOG offrent une grande stabilité angulaire et une faible dérive, ce qui les rend adaptées aux applications où les performances de navigation, de levé topographique, de stabilisation ou des systèmes d’armes exigent une précision de référence de mouvement plus rigoureuse ou une stabilité autonome plus longue.
Un système MRU assisté par GNSS combine les mesures inertelles avec les données de navigation par satellite afin de limiter les erreurs à long terme et d’améliorer les estimations de cap, de vitesse ou de position. Un système GNSS à antennes multiples peut fournir un cap réel sans s’appuyer sur le champ magnétique terrestre. Les performances dépendent de la géométrie des antennes, de la visibilité des satellites, des interférences, de la qualité de l’installation et du comportement inertiel lorsque le GNSS est dégradé, brouillé, usurpé ou indisponible.
Une MRU sous-marine intègre des capteurs inertiels et des composants électroniques de traitement dans un boîtier conçu pour fonctionner en profondeur. Ces unités peuvent équiper des véhicules télécommandés (ROV), des véhicules sous-marins autonomes (AUV), des équipements d’exploration sous-marine, des systèmes sonar et d’autres charges utiles. Le choix doit également tenir compte de la résistance à la pression, de la résistance à la corrosion, des connecteurs, de la rigidité de montage, de la température, de l’alimentation et des interfaces de données.
Les MRU fournissent des informations sur l’assiette et le mouvement du navire aux systèmes de navigation, de contrôle et de positionnement dynamique (DP). Les mesures de roulis, de tangage, de soulevé et de vitesse angulaire aident les systèmes de contrôle à distinguer les mouvements propres de la plate-forme des mouvements commandés, tandis que l’intégration avec le GNSS, les capteurs de cap, les log-vélocimètres Doppler (DVL) ou d’autres sources de navigation peut améliorer la solution globale. Une faible latence et une synchronisation temporelle précise sont particulièrement importantes dans les boucles de contrôle en temps réel.
Les mouvements du navire peuvent modifier rapidement la direction d’orientation des antennes radar, des terminaux de communication et des charges utiles électro-optiques/infrarouges (EO/IR). Un capteur MRU fournit une référence permettant de compenser la dynamique de la plate-forme. La fréquence de mise à jour, la latence, l’alignement du montage, la définition du repère de coordonnées et la synchronisation temporelle sont essentiels, car toute erreur peut se traduire directement par une erreur de pointage.
Les systèmes d’armement et de conduite de tir navals peuvent nécessiter des données précises sur l’assiette et le mouvement angulaire de la plate-forme lors du calcul des solutions de pointage ou d’engagement. Les données MRU peuvent contribuer à la mise en place de référentiels stabilisés utilisés par les systèmes de direction de tir, les capteurs et les équipements de mission. Les performances doivent être évaluées dans le cadre du budget d’erreur global, incluant l’alignement, la flexion structurelle, la synchronisation, les données de navigation et les caractéristiques associées des capteurs ou des effecteurs.
Système INS/MRU sous-marin M5000 de Micro Magic
Les systèmes de sonar, de levés hydrographiques et de cartographie bathymétrique peuvent être très sensibles aux mouvements du navire. Le roulis et le tangage modifient l’orientation du faisceau acoustique, tandis que le tangage vertical modifie la hauteur du transducteur. Une unité de référence de mouvement maritime permet aux systèmes de traitement de compenser les observations en fonction des mouvements du navire. Les performances de levé dépendent également du timing, des décalages des capteurs, des bras de levier, de la vitesse du son, de la précision de positionnement et de l’étalonnage. Une compensation du soulevé différée ou post-traitée peut améliorer les résultats lorsque des données en temps réel strictes ne sont pas requises.
Les systèmes de compensation active du tangage utilisent des estimations des mouvements du navire pour réduire les mouvements verticaux transmis aux charges manipulées par les grues, les treuils et les équipements de déploiement sous-marins. Une MRU peut fournir en temps réel des informations sur le tangage et l’accélération verticale. L’emplacement des capteurs et les effets des bras de levier sont importants, car le mouvement au niveau de la MRU peut différer de celui observé à l’extrémité de la grue, au niveau du puits central, au point de mise à l’eau ou au niveau de la charge utile suspendue.
Les données de mouvement peuvent faciliter la mise à l’eau et la récupération d’embarcations, de systèmes sans pilote, d’équipements sous-marins et d’aéronefs. Sur les navires équipés pour l’aviation, la surveillance des mouvements peut fournir les valeurs de roulis, de tangage, de soulèvement du pont et les vitesses associées à des fins d’évaluation opérationnelle. L’unité de référence mobile (MRU) doit refléter les mouvements au point de manutention ou d’atterrissage concerné, en utilisant une transformation de coordonnées et une compensation de bras de levier lorsqu’elle est installée à un autre endroit.
Les normes applicables à une MRU dépendent de la plate-forme, de la fonction, de l’installation, du cahier des charges d’acquisition et des exigences de qualification. Parmi les références courantes, on peut citer :
La qualification doit être évaluée au regard du programme naval ou de défense concerné, plutôt que de partir du principe que toutes les unités de référence de mouvement (MRU) nécessitent le même régime d’essais.
Le développement des MRU se concentre de plus en plus sur l’amélioration de la précision du mouvement, de la résilience et de l’intégration, tout en réduisant la taille, le poids et la consommation d’énergie. Parmi les domaines importants, on peut citer :
Ces avancées renforcent le rôle de la technologie de référence de mouvement dans la navigation résiliente, la stabilisation de précision, les opérations maritimes autonomes et les systèmes intégrés de missions navales.
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