Navigation inertielle

La navigation inertielle a été utilisée sur les V1 et V2 allemands. Charles Stark Draper est connu comme le « père de la navigation inertielle ».

Dans le cas aéronautique, les asservissements de trajectoire comportent plusieurs fonctions[1] :

• Le guidage consiste à maîtriser l’évolution de la trajectoire de l’engin. Il vise à suivre une trajectoire de référence définie par les contraintes géométriques et cinématiques du problème et fournit à cet effet des consignes d’accélérations et d’angles d’attitude (exemple : Guidage de missile).
• le pilotage consiste à réaliser les consignes exprimées par le guidage, et à stabiliser l’engin. Le pilotage se fait principalement par actionnement des gouvernes.
• la navigation assure le bouclage de l’asservissement en fournissant une estimation de la position, vitesse et attitude de l’engin tout au long du vol.

Parmi les autres systèmes de navigation, il y a le positionnement par satellites, la navigation astronomique…

La navigation inertielle permet une navigation à l’estime, c’est-à-dire en connaissant le point de départ et le parcours entre celui-ci et le point courant, on retrouve les coordonnées à tout instant.

Une centrale inertielle est un ensemble de capteurs permettant de mesurer le mouvement.

L’accélération du mobile par rapport à un référentiel galiléen est mesurable grâce à des accéléromètres ; il en faut trois, un pour chaque axe de l’espace. Dans une centrale « à plate forme stabilisée », les accéléromètres sont stabilisés par des gyroscopes, ce qui permet de maintenir les capteurs alignés avec les axes Nord-Sud, Ouest-Est et la verticale. Dans une centrale « strap-down », les accéléromètres sont fixes par rapport au véhicule, mais la vitesse de rotation est mesurée par trois Gyromètres, le traitement de signal permet ensuite de faire les changements de repères[2].

Ces mesures ont l’avantage de ne pas dépendre de sources extérieures ; elles ont de plus un rafraîchissement de plusieurs centaines de hertz, nécessaire à la fonction de pilotage. Toutefois, à cause des problèmes de dérive (dégradation de la précision au fil du temps), les données peuvent être corrigées par un recalage avec une source complémentaire, par exemple un système de positionnement par satellites.

Grâce à des calculs tenant compte des effets de pesanteur et des accélérations d’entrainement et de Coriolis (liées à la rotation de la Terre) et utilisant des changements de repères, les données de la centrale inertielle permettent de fournir l’attitude de l’engin (lacet, tangage et roulis) et ses coordonnées dans le repère terrestre (latitude, longitude, altitude[2]).

Ce type de guidage est principalement utilisé avec les missiles à longue portée (missiles balistiques et missiles de croisière), lancés de silos ou de navires de guerre, puisque leurs cibles (immeubles, bunkers, etc.) sont fixes.

L'ensemble des avions de lignes modernes sont dotés d'un guidage inertiel sous la forme d'une IRS (Inertial Reference System), permettant de connaître la position et toutes les données liées, couplé à un système de navigation pour le guidage de type FMC "Boeing" (Flight Management Computer)/ FMGS "Airbus" (Flight Management & Guidance System). Les systèmes de positionnement par satellites, ainsi que les systèmes de radionavigation au sol ne sont utilisés que dans un but de recaler sa position du fait de la dérive inertielle du système. Les avions plus anciens (autour des années 1970) étaient dotés d'une INS (Inertial Navigation System) qui assurait à la fois la détermination de la position et la navigation d'un point à un autre. Cependant le système était beaucoup plus limité.

Il est également employé avec certaines armes à longue portée comme les missiles anti-navires ou air-air, de manière à leur permettre de se rendre sur la localisation générale d'une cible sans être détectés, le système de guidage actif étant activé en fin de course. Les sous-marins ne pouvant capter les ondes des systèmes de positionnement par satellites sous l'eau, disposent également de guidage inertiel.