Guidance, Navigation, and Control Solutions for Unmanned Heterogeneous Vehicles in a Collaborative Mission

iv Résumé (Solution de guidage navigation pilotage pour véhicules autonomes hétérogènes en vue d'une mission collaborative) L'application classique des techniques d'estimation et de contrôle, ba– sées sur des capteurs de haute performance, à des systèmes utilisant des capteurs de performances médiocres mais adaptés aux besoins nouveaux des troupes légères et à leurs contraintes est un enjeu pour l'avenir. Le travail présenté dans ce mémoire concerne le développement et l'applica– tion expérimentale de solutions de guidage-navigation-pilotage à de tels systèmes. Nous étudions d'abord le cas d'un robot terrestre sur lequel nous apportons une preuve de convergence pour une technique d'évitement d'obstacle décentralisée. Nous implémentons expérimentalement avec succès un algorithme de planification de trajectoire hors ligne dont nous utilisons les résultats en temps réel pour réaliser, via un estimateur non linéaire, un bouclage par retour dynamique. Dans un deuxième temps, nous mettons en évidence l'aspect critique lié au système informatique embarqué temps-réel nécessaire pour pou-voir envisager un vol autonome sur une plate-forme aérienne instable du type hélicoptère. Nous décrivons le système que nous avons développé et l'électronique embarquée utilisée. Ce système permet d'obtenir, avec une fiabilité et une fréquence suffisante, l'ensemble des informations des capteurs et sert à calculer des lois de commande. Le développement d'un modèle rigoureux pour notre hélicoptère échelle réduite s'est fait en 3 étapes successives, nous nous sommes dabord basés sur les études proposés dans la littérature pour élaborer un premier mod-èle dynamique d'hélicoptère modèle réduit, puis,dans un deuxième temps, nous avons construit un estimateur d'état incluant ce modèle dynamique de l'engin, recalé par les capteurs. Les résultats de filtrage obtenus ont permis dans un troisième temps d'améliorer le modèle par des phases suc-cessives d'identification et de réglages. L'implémentation en temps-réel de l'estimateur sur le calculateur embarqué a été réalisée ensuite ainsi que la stabilisation. Les erreurs d'estimation du cap lors de l'utilisation des différentes plate-formes (terrestre comme aérienne) nous ont guidé vers une util-isation nouvelle du champ magnétique ou plutôt de ses perturbations. Par une technique que nous exposons nous montrons comment utiliser les perturbations du champ magnétique pour améliorer considérablement l'estimation de position d'une centrale bas-coût au point qu'elle devient un instrument de localisation.