Intégrité d'un système de navigation hybridé inertie-vision

La phase d'approche constitue l'un des segments les plus critiques des opérations aériennes. Une localisation à la fois précise et intègre est indispensable. Dans des environnements radiofréquences dégradés, où la disponibilité du GNSS ne peut plus être garantie, le maintien de telles performances représente un défi majeur. Cette thèse étudie l'intégration de la vision comme source de mesure complémentaire au sein d'un système de navigation pour avion de ligne civil, dans le cadre du segment final d'une approche PBN CAT I.Si la navigation basée vision a fait l'objet de nombreux travaux dans la littérature, son intégration dans un cadre conforme aux contraintes opérationnelles de l'aviation civile, incluant l'utilisation de capteurs inertiels de classe navigation, le respect du cadre réglementaire et la satisfaction des exigences d'intégrité, reste encore peu explorée. Cette thèse aborde ce problème selon trois axes : le positionnement réglementaire et opérationnel, la conception du système de navigation, et la surveillance de l'intégrité.Dans un premier temps, un cadre réglementaire et opérationnel est proposé pour un système de navigation intégrant la vision, ciblant le segment final d'une approche PBN CAT I. Ce cadre permet de dériver les exigences applicables au système, ainsi que les allocations de risque en termes de continuité et d'intégrité associées à la vision. Dans un second temps, une architecture de navigation hybride inertie-vision-GNSS-barométrique est développée. Elle repose sur un filtre de Kalman en erreurs et sur une fonction vision basée sur le recalage sur amers, en exploitant un amer unique robuste correspondant au centre de piste. Une architecture duale est introduite afin de dissocier la navigation assistée par la vision de la navigation nominale basée GNSS, permettant ainsi l'intégration de la vision sans dégrader les contraintes d'intégrité associées au GNSS. Dans un troisième temps, une méthode dédiée de surveillance d'intégrité est proposée. Elle combine un algorithme séquentiel de détection de pannes, basé sur l'accumulation d'innovations quadratiques normalisées, avec un calcul en temps réel des rayons de protection reposant sur des hypothèses de dynamique des pannes et l'identification de modes critiques.Le système proposé est implémenté dans un environnement de simulation Monte Carlo. En conditions sans panne, les résultats montrent que la vision ne se substitue pas au GNSS mais permet de contenir la dérive inertielle de manière suffisante pour maintenir les performances requises pour une approche PBN CAT I après perte du service GNSS. La caractérisation des pannes vision met en évidence que leur dynamique peut localement être approximée par des profils quasi constants ou linéaires tant que l'amer reste dans le champ de vue, ce qui justifie l'utilisation d'une détection séquentielle. Les rayons de protection obtenus restent compatibles avec les seuils d'alerte associés. Bien que les performances de détection ne soient pas entièrement validées au regard des exigences probabilistes, les résultats fournissent des éléments d'analyse pertinents concernant les occurrences de fausses alarmes et de détections manquées.Dans l'ensemble, cette thèse propose un cadre cohérent pour l'intégration de la vision dans la navigation aéronautique civile, développe une architecture de fusion de données compatible avec les contraintes opérationnelles, et introduit une méthode de surveillance d'intégrité adaptée aux spécificités des mesures vision.