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MESURES ANGULAIRES PAR SENSEURS |
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I TECHNOLOGIE ET PRINCIPE DE LA MESURE :
Les senseurs externes sont des capteurs de position angulaire (voire de vitesse angulaire ), mesurant l'attitude par rapport à une référence externe.
1°) PRINCIPE D'UN SENSEUR SOLAIRE :
On distingue les senseurs analogiques et les senseurs digitaux.
a) Senseur solaire analogique: il utilise la propriété de l'éclairement de varier comme le cosinus de l'angle des rayons avec la normale aux cellules réceptrices. On obtient l'angle
q de la direction du soleil avec la normale au plan des cellules. La précision est de l'ordre de 1° et l'utilisation se limite à l'acquisition soleil.
Un système équivalent fonctionne avec les cellules au fond d'un "puits".
On peut alors combiner plusieurs plans de cellules pour réaliser un senseur de zéro.
b) Senseur solaire digital: il repose sur l'analyse de l'image du soleil par des détecteurs disposés au foyer optique du système de visée. La précision bien meilleure est de l'ordre de 0°.01.
La position du centre soleil est le barycentre des détecteurs CCD éclairés.
c) Senseur à fente pour satellite spinné :
Le spin d'un satellite quand il est présent, oblige à utiliser des senseurs à fente. Le principe de mesure de l'élévation du soleil repose sur le temps séparant deux "pulses" lumineux consécutifs.
Ce type de senseur fonctionne comme une caméra où la position d'une étoile est repérée sur un plan image par des cellules CCD. Un calcul barycentrique permet ensuite de déterminer la direction.
2°) PRINCIPE D'UN SENSEUR TERRESTRE OPTIQUE :
Les mesures utilisent la propriété de la Terre, d'apparaître dans l'infrarouge lointain, comme un disque uniforme d'aspect pratiquement indépendant de l'éclairement solaire, de la saison,.... C'est donc ce disque qui va servir de référence pour les mesures des front thermiques lors du balayage du bord, par la transition espace froid ( 4° K) - espace chaud( disque terrestre).
Un "top" électronique est émis par un ou deux bolomètres, suivant le type d'appareil, à chaque transition froid -chaud ou chaud-froid.
Le balayage peut être oscillant ou tournant.
C'est l'image du disque terre qui se déplace devant le ou les bolomètres.
L'image du centre terre est restituée grâce à 2 traces ou 4 transitions.
La précision des senseurs terrestres est excellente typiquement 0°.1 mais peut fournir 0°.01.
La mise en œuvre des senseurs terrestres demande une étude précise de l'implantation sur le satellite, une orientation qui fasse en sorte que le soleil ne puisse apparaître dans le champ du senseur pour ne pas l'aveugler ou même le détruire.
b) Senseurs terre statiques :
Une optique forme l'image du disque Terre vu en infrarouge, dans le plan focal, où 4 thermopiles "baignent" plus ou moins dans l'image.
L'analyse des informations délivrées par les thermopiles permet de remonter à la position du centre terre et donc à la direction Satellite-Terre.
3°) MESURE DE LA DIRECTION D'UN AXE k : (Par exemple un axe de spin)
Un senseur terre-soleil suffit pour reconstituer la direction de k, connaissant celle de satellite-terre et satellite-soleil.
4°) MESURE DE VITESSE:
Par un senseur ESS qui grâce à la période de défilement du soleil ou de la terre peut déduire la vitesse angulaire.
II UTILISATION ET PROPRIETES :
1°) En pointage inertiel : On distingue
La mesure continue
effectuée par 2 senseurs :
2 senseurs stellaires, ce qui pose suivant la mission le problème des occultations par la terre, la Lune ou le soleil et oblige à embarquer une carte du ciel et la stocker en mémoire.
1 senseur stellaire et un senseur solaire, avec les mêmes remarques que précédemment
Les missions interplanétaires se prêtent bien à ce type de mesure, car il n'y a pas de risque d'occultation des étoiles visées lorsque celles-ci sont bien choisies.
Les senseurs présentent comme l'inconvénient d'une faible bande passante, d'une précision court-terme médiocre(bruit) mais un avantage, la précision long terme( pas de dérive séculaire)
La mesure discontinue
utilisant des gyroscopes ou des gyromètres intégrateurs. Généralement utilisés comme référence inertielle entre les mesures des senseurs externes, ils présentent l'avantage d'une grande bande passante, d'une bonne précision à court terme( peu de bruit) et l'inconvénient d'une mauvaise précision à long terme à cause des dérives. Des recalages réguliers doivent être programmés.2°) En pointage Terre :
Le repère de référence et le repère local tournant à la pulsation orbitale
wo ( pour une orbite circulaire).Le senseur principal est le SENSEUR TERRE. Il mesure la direction du centre de la terre et donc le roulis et le tangage. Les informations sur ces 2 angles sont nulles lorsque l'axe Z "pointe" le centre Terre.
Le senseur de lacet est le plus souvent un senseur solaire en mesure discontinue ou un senseur d'étoile polaire pour une orbite équatoriale.
:La mesure est entachée d'erreurs inhérentes à tout système physique. Un traitement des mesures s'impose pour obtenir une "estimée" convenable de cette mesure. L'estimée sera désignée par un ^ ( â, ê,...) et la mesure indexée par m(
wm, xm,...).1°) Exemple de mesure d'angle 1 axe :
Prenons un système de mesure mixte en discontinu avec gyro et senseur.
2°) PRINCIPE D'UN OBSERVATEUR 1 AXE :
Toujours sur un système hybride avec gyro et senseurs. Le gyro présente l'inconvénient d'une dérive à long terme qui dégrade la mesure. On cherche donc à minimiser la variance de l'erreur d'estimation, dans un filtre estimateur.
Celui qui apparaît ci-dessous est simple et à gains constants.
GUIZIOU Robert Juillet 2000
