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École de technologie supérieure

Responsable(s) de cours :

René Jr Landry

PLAN DE COURS

Hiver 2014
ELE751 : Systèmes de navigation embarqués (3 crédits)

Préalables
Aucun préalable requis

Unités d'agrément
Total d'unités d'agrément : 58,8

Qualités de l'ingénieur

Q10

Q11

Q12

Qualité visée dans ce cours

Qualité visée dans un autre cours

Indicateur enseigné

Indicateur évalué

Indicateur enseigné et évalué

Descriptif du cours
À la fin de ce cours, l’étudiant sera en mesure :
• de distinguer les différents systèmes de guidage en navigation aérienne ainsi que leurs principes, méthodes et architectures;
• d’appliquer des notions fondamentales dans la mise en opération d’instruments de navigation et des communications essentielles entre ces instruments;
• d’utiliser un système de navigation inertielle ainsi que les bases des calculs internes;
• de résoudre certains problèmes en navigation aérienne.

Systèmes de références géodésiques et de mécanique céleste. Éléments fondamentaux du géopositionnement et du guidage d’aéronefs. Instruments de guidage et de radionavigation. Modélisation et simulation des instruments de navigation à l’intérieur d’un tableau de bord à écrans. Systèmes de Navigation Globale par Satellites (GNSS) : principes des systèmes de navigation américain GPS, européen Galileo, russe Glonass, chinois Compass et systèmes augmentés. Navigation inertielle embarquée : technologies des senseurs inertiels (accéléromètres, gyroscopes, magnétomètres, compas électronique), systèmes de coordonnées géodésiques (transfert des repères), algorithmes de navigation par inertie. Navigation intégrée et embarquée : conception de systèmes hybrides par modélisation, simulation expérimentale et analyse. Principe et modélisation d’un système de gestion de vol (FMS).

Séances de travaux pratiques : modélisation et simulation d’instruments de guidage et de radionavigation, d’un système de navigation inertiel et d’un système de navigation hybride.

Objectifs du cours

À la fin de ce cours, l’étudiant sera en mesure :
• de distinguer les différents systèmes de guidage en navigation aérienne ainsi que leurs principes, méthodes et architectures;
• d’appliquer des notions fondamentales dans la mise en opération d’instruments de navigation et des communications essentielles entre ces instruments;
• d’utiliser un système de navigation inertielle ainsi que les bases des calculs internes;
• de résoudre certains problèmes en navigation aérienne

Stratégies pédagogiques

Trois heures de cours magistral par semaine.
Projet de conception d’un navigateur sur des systèmes embarqués et compétition.
La lecture du manuel principal est fortement recommandée pour compléter le cours.

Utilisation d’appareils électroniques

Un ordinateur sera utilisé pour les simulations des laboratoires et du projet intégrateur qui seront développées avec le logiciel Matlab-Simulink.

Horaire

Groupe	Jour	Heure	Activité
01	Mercredi	18:00 - 21:30	Activité de cours
	Vendredi	18:00 - 20:00	Laboratoire

Coordonnées de l’enseignant

Groupe	Nom	Activité	Courriel	Local	Disponibilité
01	René Jr Landry	Activité de cours	renejr.landry@etsmtl.ca	A-2645
01	Philippe Lavoie	Laboratoire	Philippe.Lavoie@etsmtl.ca

Cours

Date	Contenus traités dans le cours	Heures
	1. Introduction des systèmes de navigation aérienne Historique de la navigation aérienne. (1h) 1.2 Principes des systèmes de navigation passée. (1.5h) 1.3 Éléments fondamentaux de cinématique moderne. (2h) 1.4 Composition d’un cockpit de pilotage et de navigation. (1.5h)	6 heures
	*2. Principaux instruments de navigation aérienne)* 2.1 Éléments primaires de navigation (loi et principe). (2h) 2.2 Instruments essentiels de radionavigation. (4h)	6 heures
	*3. Systèmes de navigation par inertie (SNI)* 3.1 Composition, principe et caractéristique d’une SNI. (3h) 3.2 Modélisation mathématique et opérations essentielles. (3h) 3.3 Simulation et analyse des performances. (3h)	9 heures
	*4. Navigation par satellites GNSS et systèmes complémentaires* 4.1 Système de positionnement global (GPS). (3h) 4.2 Systèmes de navigation globale par satellites (GNSS). (3h) 4.3 Systèmes de navigation complémentaires SBAS et RTK. (3h)	9 heures
	*5. Intégration des systèmes de navigation et ses applications* 5.1 Intégration d’un récepteur GPS à un système inertiel (SNI). (3h) 5.2 Intégration des équipements de navigation primaires et secondaires (3h) 5.3 FMS et applications des systèmes de navigation modernes. (3h)	9 heures
	*TOTAL*	39 heures

Laboratoires et travaux pratiques

Laboratoires

Au cours de la session, l'étudiant(e) aura à réaliser deux laboratoires ayant pour objectif d’introduire les concepts fondamentaux de la navigation aérienne en vue de la réalisation d’un projet intégrateur. Ces laboratoires devront être réalisés à l’aide du logiciel Matlab/Simulink de manière individuelle ou en équipe de deux. Dans un premier temps, l’étudiant(e) sera guidé(e) au travers des différentes étapes menant à la simulation d’un ou de plusieurs instruments de radionavigation terrestre (p.ex. l’ADF, le VOR et le DME). Ce laboratoire amènera l’étudiant(e) à utiliser certains concepts fondamentaux en navigation tel que l’utilisation des différents repères orthogonaux (ECEF, ENU), les différentes représentations de l’altitude (élévation, ondulation) ainsi que les transformations entre les différentes représentations de la position d’un mobile. Par la suite, l’étudiant(e) sera initié(e) aux notions d’orientation d’une plateforme de navigation. L’étudiant(e) devra alors développer un modèle permettant de déterminer l’orientation d’un véhicule basé sur des mesures provenant d’accéléromètres et de gyroscopes. Ce laboratoire amènera l’étudiant(e) à se familiariser avec les notions d’alignement initial et de détermination de l’attitude d’une plateforme de navigation aérienne.

Projet Intégrateur

À la fin de la session, l'étudiant(e) aura à réaliser un projet intégrateur visant à mettre en pratique l’ensemble des notions vues en classe et au cours des deux premiers laboratoires afin de développer son propre instrument de navigation. En équipe de deux, les étudiants devront travailler à la réalisation d’un système de navigation hybride GPS/INS sur Matlab/Simulink. Chaque équipe devra réaliser son propre modèle et devra mettre en place des solutions permettant de minimiser l’impact du bruit de mesure des capteurs inertiels dans le but d’obtenir un système précis et robuste. Une compétition amicale sera réalisée à la fin de la session afin de déterminer l’équipe ayant développé le meilleur système de navigation.

Utilisation d'outils d'ingénierie

Les étudiants(es) utiliseront le logiciel Matlab/Simulink pour la réalisation de différentes fonctions de navigation aérienne et d'un projet intégrateur.

Évaluation

Activité	Description	%	Date de remise
	Deux (2) devoirs et un(1) quiz	30 %
	Projet intégrateur en laboratoire : 50 % Rapport préliminaire de mi-session et présentation Rapport final et compétition	25 % 25 %
	Examen final	20 %

Politique de retard des travaux
Tout travail (devoir pratique, rapport de laboratoire, rapport de projet, etc.) remis en retard sans motif valable, c’est-à-dire autre que ceux mentionnés à l’article 6.5.2 du Règlement des études, se verra attribuer la note zéro, à moins que d’autres dispositions soient communiquées par écrit par l’enseignant dans les consignes de chaque travail à remettre ou dans le plan de cours pour l’ensemble des travaux.

Dispositions additionnelles

Tous travaux remis en retard seront évalués de façon normale et 5% de la note sera retranchée par journée de retard.

Absence à un examen
• Pour les départements à l'exception du SEG :
Dans les cinq (5) jours ouvrables suivant la tenue de son examen, l'étudiant devra justifier son absence d’un examen durant le trimestre auprès de la coordonnatrice – Affaires départementales qui en référera au directeur du département. Pour un examen final, l'étudiant devra justifier son absence auprès du Bureau du registraire. Toute absence non justifiée par un motif majeur (maladie certifiée par un billet de médecin, décès d'un parent immédiat ou autre) à un examen entraînera l'attribution de la note zéro (0).

• Pour SEG :
Dans les cinq (5) jours ouvrables suivant la tenue de son examen, l'étudiant devra justifier son absence auprès de son enseignant. Pour un examen final, l'étudiant devra justifier son absence auprès du Bureau du registraire. Toute absence non justifiée par un motif majeur (maladie certifiée par un billet de médecin, décès d'un parent immédiat ou autre) à un examen entraînera l’attribution de la note zéro (0).

Infractions de nature académique
Les clauses du « Chapitre 10 : Plagiat et fraude » du « Règlement des études de 1er cycle » s’appliquent dans ce cours ainsi que dans tous les cours du département. Afin de se sensibiliser au respect de la propriété intellectuelle, tous les étudiants doivent consulter la page Citer, pas plagier ! http://www.etsmtl.ca/A-propos/Direction/Politiques-reglements/regl_etudes_1er_cycle.pdf

Documentation obligatoire

KAYTON, M., Fried, W.R., “Avionics Navigation Systems”, John Wiley & Sons, Inc., 1997

Ouvrages de références

WOLPER, J. S., “Understanding Mathematics for Aircraft Navigation”, May 2001

LIN, Ching-Fang, “Modern Navigation, Guidance & Control, Vol II”, Pearson Education, ISBN #: 0-13596-230-7.

FARRELL J.A. and BARTH M., “The Global Positioning Sys & Inertial Navigation”, McGraw Hill, ISBN #: 0-07-022045-X.

GROVES, P.D., “Principles of GNSS, Inertial, and Multisensor Integrated Navigation Systems”, Artech House, ISBN #: 978-1-58053-255-6.

MISRA P. and ENGE P., “Global Positioning System: Signals, Measurements & Performance”, Second Edition, Ganga-Jamuna, ISBN #: 0-9709544-1-7.

KAPLAN E. and HEGARTY C., “Understanding GPS: Principles and Applications”, Artech House, ISBN #: 1-58053-894-0.

GREWAL, M. S. and ANDREWS, A. P., “Kalman Filtering Theory and Practice Using MatLab”, 2nd Edition, John Wiley & Sons, ISBN #: 0-47139-254-5.

Adresse internet du site de cours et autres liens utiles

https://cours.etsmtl.ca/mga852/