Procédé passif pour évaluer des grandeurs..d'état d'une cible en mouvement émettant dans l'eau
'des impulsions sonores.
La présente invention concerne un procédé passif pour évaluer des grandeurs .d'état comme ladistance, la vitesse, le cap et/ou la fréquence d'émission d'une cible en mouvement émettant dans l'eau des impulsions sonores, comme un navire, une torpille ou un
<EMI ID=1.1> endroit. -de réception éloigné de la cible.
Un procédé connu de ce type, qualifie généralement de "ping steeling technique" utilise l'effet de. la propagation selon plusieurs voies dans le canal sonore. Dans ce cas', à partir des différences de durée de transit entre l'impulsion sonore reçue directement, c'est-à-dire dans la direction de relèvement allant du récepteur à .l'émetteur et celle ou celles reçues indirectement, on détermine tout d'abord, l'emplacement puis, par un traitement -d' intégration- dans le temps, également à peu près la vitesse de l'émetteur. Ce procédé suppose cependant de bonnes connaissances des rapports de propagation du son existantes. Dans, des zones à eaux peu. profondes,. on .ne peut pas utiliser ce:
procédé étant donné le niveau le plus souvent@. faible des connaissances des propriétés du canal en eau peu profonde.
L'invention a pour but de procurer un procédé passif du type spécifié au. moyen duquel les grandeurs d'état d'une cible puissent être déterminées indépendamment de la connaissance des. propriétés du canal sonore, avec une précision relativement élevée. Le procédé convient en particulier pour des réglons à eaux peu profondes. En même temps, ce procédé doit pouvoir être réalisé du côté du récepteur avec des antennes ou des bases habituelles dans le cas des installations de' sonar passives connues et chaque investissement supplémentaire de construction, en particulier pour l'antenne ou la base, doit être, évité..
Ce but est réalisé dans le cas d'un procédé du type indiqué dans, la partie non caractéristique de la revendication 1, par la partie caractéristique de cette revendication 1.
Dans le cas du procédé conforme à l'invention, on utilise précisément la propriété du canal en eau peu _ .profonde, _ qui jusqu'à présent s'était montrée - gênante pour la localisation acoustique, à savoir l'écho apparaissant renforcé avec les effets de l'étalement, de fréquence dû à 1 ' effet Doppl-er dans 1 ' écho d'un signal- de localisation et la, dépendance de cet étalement de
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sement- de construction supplémentaire n'est, nécessaire. Ce'procédé est réalisé sans modification aucune de .la structure des installations de sonars passifs usuelles, par exemple avec une base cylindrique, exclusivement au moyen- du- traitement, des signaux..Des .pas partiels nécessaires .pour' le procède dans le traitement des. signaux, .la formation de faisceau et L'analyse de;. fréquence existent déjà sans plus dans une .série.. d'installations de sonars passifs connues, de sorte que. le procédé peut être réalisé dans des. installations de sonars existantes .moyennant un minimum d'investis-.
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cas de conditions limites les plus défavorables, il . fournit des valeurs d'évaluation pour la distance entre la cible portant l'émetteur et le récepteur dont le .
.taux d'erreur est inférieur à 10%...-. ' Une réalisation avantageuse de 1.' invention est décrite dans la revendication 5. Par une détermination supplémentaire de la fréquence Doppler de l'impulsion d'émission contenue dans le signal direct, c'est-à-dire dans le signal arrivant dans la direction de relèvement, il est. possible de déterminer le cap de la cible à l'aide des -grandeurs d'état déterminées selon les revendications 3 et 4, en l'occurence fréquence d'émission et valeur de la vitesse de la cible.
Une réalisation avantageuse du procédé con-
<EMI ID=4.1> tion 6. Dans les deux directions ou canaux de .direction de réception -sélectifs non orientés vers la cible de l'installation de sonar, on obtient des extrêmes
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dire que dans le premier canal de direction, une fréquence d'écho Doppier maximale est détectée .et dans l'autre, une fréquence minimale. Par l'expression direction de réception sélective; on entend ici les
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sonars . passifs sont . parfaitement suffisants pour- l'obtention -de bons résultats. Grâce à la réception dirigée de l'écho, la limitation à un récepteur
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supprimée. Au contraire, le récepteur lui-même peut se déplacer sans limitation. L'effet Doppler dit propre qui apparaît dans ce cas peut être éliminé sans plus par calcul,.parce que la vitesse et le cap du récepteur sont connus.
Une réalisation . avantageuse dû procédé conforme à l'invention est décrite dans la revendication 7. Cette façon de faire permet d'éviter des imprécisions de mesure. qui peuvent apparaître dans la réalisation du procédé selon la revendication 6, lorsque les deux directions de réception sélectives non
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défavorable par rapport au cap de la cible qui est encore inconnu.
Une réalisation avantageuse du procédé conforme à l'invention est décrite dans la revendi-
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cap de la cible, vitesse de la cible et fréquence d'émission de l'émetteur de la cible, il est possible de .déterminer d'une manière suffisamment précise au moyen des mesures indiquées, la distance jusqu'à la-
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Une réalisation avantageuse du procédé con-
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cation 9. Grâce à ces- mesures, la fiabilité de l'évaluation de la distance' peut être nettement .accrue. Grâce' au grand nombre de valeurs de: rencontre .des directions de réception les .plus diverses utilisées pour ' réévaluation, il est possible d'éliminer les perturbations de la structure/de l'écho et .ainsi les faux points de.rencontré.
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forme à 1 '.invention est décrite en outre dans la revendication 11. L'utilisation des grandeurs d'état de
-la cible déterminées conformément .aux.revendications 3 <EMI ID=13.1> préalables des paramètres, permet d'abaisser considéra- blemént- les frais de calcul pour le procédé
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Pour le procédé décrit, ci-dessus, après la. localisation de la cible, en principe une seule impulsion d'émetteur suffit pour détecter complètement les grandeurs d'état définies de la cible. L'exploitation d'impulsions d'émetteur suivantes de la manière décrite sert simplement à améliorer les résultats de l'évaluation des grandeurs d'état.
Si l'on dispose cependant d'une série d'impulsions sonores émises par la cible, la grandeur d'état "distance de la cible" peut en outre encore être évaluée conformément à l'autre réalisation du procédé conforme à l'invention décrite dans la revendication 12. En liaison avec le procédé d'exploitation décrit dans la revendication 9 ou 10, on obtient deux résultats déterminés dé manière séparée de la même
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desquels on peut alors améliorer, par un. procédé de . compensation des erreurs, le résultat proprement dit de l'évaluation.
-Une réalisation avantageuse du procédé con- <EMI ID=16.1>
revendication 13. Ce procédé a l'avantage de se contenter d'une seule et au maximum cependant de trois directions. de réception sélectives qui sont décalées angulairement en azimut les unes des autres. Etant . donné que toute la structure de l'écho pendant toute, la durée de la réception.est utilisée pour déterminer les fréquences d'écho Doppler, et pas seulement des valeurs de_rencontre sélectionnées; des perturbations dans la structure de l'écho peuvent être facilement identifiées et éliminées sans plus lors du. calcul des grandeurs d'état. Les investissements électroniques pour la production du nombre maximum de- trois directions de <EMI ID=17.1>
vement faibles.
Une réalisation avantageuse du procédé conforme à l'invention est décrite dans la revendication 14.. La localisation de l'émetteur au moyen d'un faisceau de relèvement séparé permet', grâce au rapport signaux utiles/signaux parasites très élevé, de détecter d'une manière fiable le moment de la réception de l'écho ainsi qu'une valeur maximum et une valeur minimum des fréquences Doppler, la valeur maximum et la valeur minimum étant symétriques .par rapport à la fréquence moyenne de l'impulsion d'émetteur. La fonction de discontinuité se présentant dans le faisceau de relèvement dans l'allure en fonction du temps de la fréquence d'écho Doppler, rend possible une détermi-nation sûre . dé 'la fréquence moyenne donc.de la fréquence d'émetteur...
Une réalisation avantageuse du procédé conforme à l'invention est décrite dans la revendication 15, en particulier en liaison avec les revendica-
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procédé décrite plus haut, la vitesse et le cap de la cible sont ici aussi déterminés . à partir des valeurs extrêmes de la fréquence d'écho Dôppler, donc de la
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procédé, dans le cas présent pour chaque direction de réception, l'ensemble de l'allure dans le- temps. de la fréquence d'écho Doppler, c'est-à-dire la courbe de la fréquence d'écho Doppler dans le temps est déterminée sur la totalité de la durée de réception, de l'écho, des perturbations dans la: structure de l'écho peuvent être facilement identifiées et les valeurs effectivement extrêmes, qui correspondent aux effets Doppler minimum et maximum, peuvent être déterminées de manière beaucoup plus fiable.
Une autre- réalisation avantageuse du procédé conforme à l'invention est décrite dans la revendication 18. Pour certaines relations spatiales entre le cap de la cible et une direction de réception sélective choisie non orientée vers la cible, la fréquence d'écho Doppler minimum ou maximum ne peut pas être déterminée par des techniques de mesure. Dans ce cas, on peut cependant déterminer à partir des valeurs de fréquence d'écho Doppler en fonction du temps dans l'autre direction de réception sélective non orientée vers la cible conforme à l'invention, qui présente une autre relation spatiale avec l'émetteur, la fréquence d'écho Doppler minimum ou maximum qui ne peut pas être détectée dans la première direction de réception.
Une autre réalisation avantageuse encore du procédé conforme à l'invention est décrite dans la revendication 19. Ces mesures permettent d'augmenter notablement la fiabilité des grandeurs d'état calculées de la cible par le fait que l'on fait toujours appel, pour le calcul des grandeurs d'état, à la direction de réception dans laquelle la valeur extrême univoque de la fréquence d'écho Doppler apparaît.
Une réalisation avantageuse du procédé conforme à l'invention est décrite dans la revendication 23. Ces pas de- procédé supplémentaires permettent d'améliorer notablement de manière itérative les résultats d'évaluation pour les grandeurs d'état inconnues et ainsi d'atteindre une détection. et une détermination de cible extrêmement précises.
Le procédé conforme à l'invention ne convient pas uniquement lorsque la cible émet des impulsions sonores de manière omnidirectionnelle. Dans le cas d'autres modes d'émission utilisés fréquemment dans des' sonars actifs, comme les modes RDT, CRDT, ou XRDT, pour lesquels u. faisceau d'émission étroit pivote dans un domaine angulaire horizontal, le procédé conforme à l'invention donne aussi des résultats également bons pour les grandeurs d'état de la cible émettrice.
Suivant une autre réalisation du procédé conforme à l'invention- décrite dans la. revendication 25, conclut à une cible comportant un sonar actif émettant selon le mode RDT lorsqu'un décalage dans le temps apparaît entre les détections d'écho dans les deux directions de réception non orientées vers la cible. La période du faisceau d'émission peut alors être en outre calculé à partir de ce décalage dans le temps.
Suivant l'autre réalisation du procédé conforme à l'invention décrite dans la revendication 26, on peut également conclure-. à une cible comportant, un ... émetteur sous-marin travaillant selon le mode- RDT, lorsque, dans le faisceau dit de relèvement, donc dans ,la direction de réception sélective orientée vers, la
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1' impulsion d'émission et l'écho se produit. Ce décalage dans la temps est aussi une mesure de la période du faisceau d'émission.
Des exemples de réalisation d'un procédé d'évaluation passif de grandeurs d'état d'une, cible seront décrits ci-après plus en détail avec référence aux dessins annexés, dans lesquels :
la Fig. 1 est une vue de principe d'un modèle de l'espace d'écho dans l'eau dans le cas d'une rela- . tion spatiale momentanée choisie de manière arbitraire entre un émetteur en mouvement S et un récepteur stationnaire ou en mouvement E;
la Fig. 2 est une vue semblable à celle de la Fig. 1 dans le cas d'un récepteur comportant au total trois directions de réception sélectives;
la Fig. 3 est une vue de principe des' courbes de fréquence d'écho Doppler-temps établies dans les diverses directions de réception sélectives dans le cas d'un émetteur ODT;
la Fig. 4 est une vue.semblable à la Fig. 3 de courbes de fréquence d'écho Doppler-temps dans le cas d'un émetteur RDT;
la Fig. 5 et la Fig. 6 sont un schéma synoptique d'un montage de circuit destiné à réaliser le procédé d'évaluation de grandeurs d'état;
la Fig. 7 est un schéma synoptique d'un extracteur de données dans le montage de circuit représenté sur les Fig. 5 et 6, et
la Fig. 8 est un schéma synoptique du déroulement du procédé selon une deuxième forme d'exécution.
Le procédé d'évaluation des grandeurs d'état inconnues d'une cible en mouvement à partir d'un .endroit de réception éloigné de la cible sera expliqué tout d'abord à propos de la vue de principe de la Fig. 1. On suppose dans ce cas que la cible émet à intervalles de l'énergie sonore, par exemple des impulsions sonores. Dans l'application préférée du procédé, la cible en mouvement est donc un navire de surface qui, possède à bord, habituellement une installation de sonar actif dont l'émetteur sonore, émet des <EMI ID=21.1>
bande étoile. La cible ou le navire de surface équipé de son émetteur dit-d'interception est indiqué en S sur la Fig. 1. Il se déplace à une vitesse vg inconnue du récepteur avec un cap kg. Le récepteur stationnaire ou en. mouvement E est, dans l'application préférée du procédé, un sous-marin stationnaire ou se déplaçant à la vitesse vE suivant le cap kE qui est équipé d'une installation de. sonar passif au moyen de laquelle les impulsions sonores- ou signaux d'interception peuvent être reçus. L'application du procédé suppose que le canal sonore entre l'émetteur S et le récepteur E
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en particulier pour des zones à eaux peu profondes, comme la mer du Nord. L'écho est produit par des discontinuités dans l'eau, qui par exemple dans le cas de l'eau de mer, apparaissent à la suite de différences de température ou de salinité, d'occlusions d'air, de la présence de particules ou de micro-organismes et qui provoquent des sauts d'impédance. Lors de l'impact de l'énergie .sonore émise par l'émetteur, ces discontinuités provoquent des réflexions et des dispersions.
Dans l'esprit, ces discontinuités peuvent par conséquent être considérées comme étant des centres de diffusion fictifs SCi qui sont activés à partir de l'émetteur en mouvement à la fréquence
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par une impulsion sonore de la fréquence moyenne fm.
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déplacement de l'émetteur et la direction dans laquelle
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l'émetteur. Une partie de l'énergie sonore est diffusée dans la direction de réception spatiale_"ment .sélective du récepteur, de sorte que ces centres de diffusion SCi apparaissent pour le récepteur comme étant des. émet-
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disposés le long de la direction de réception ou de l'axe du faisceau de- réception. Dans le cas d'un
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peuvent être détectées directement dans le canal de réception- sélective -du récepteur. Dans le cas d'un
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sont décalées d'un autre Doppler, le Doppler dit propre, qui résulte du déplacement relatif du récepteur
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décelées dans le récepteur sous la forme
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récepteur et la direction, sous lequel l'émetteur fictif est vu à partir du récepteur, dcnc la direction de réception sélective du récepteur. Etant donné que le vecteur de vitesse du récepteur et la direction de réception sélective sont connus, le Doppler propre peut être compensé dans le canal de réception et la fré- <EMI ID=32.1>
ainsi être détectée.
Les fréquences Doppler propres compensées
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de fréquences d'écho Doppler.
A l'aide du procédé décrit en détail ci-après, on évaluera à présent les grandeurs d'état de la cible
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récepteur E. Par grandeurs d'état, on entend le cap kg
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ou fréquence moyenne fm de l'émetteur d'interception de la cible et la. distance R séparant la cible S du récepteur E. Ces grandeurs d'état permettent de localiser une cible inconnue S à partir de l'endroit de réception E, et de décrire complètement le comportement de la cible par son cap, sa vitesse et sa fréquence d'émission-.
Le récepteur. E- présente au moins une direction.de réception sélective I, un faisceau dit Preformed Beam ou canal de réception, orienté. Cette direction
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elle ne peut pas être orientée directement vers la cible S, ce qui est qualifié ci-après de "non orientée vers la cible". L'écho produit à la suite du phénomène physique décrit plus haut dans l'eau par l'impulsion sonore de durée T est détecté dans la direction de réception sélective I ou dans le canal de réception orienté. Cet écho est une fonction du temps et est aussi qualifié de signal d'écho. A partir de l'écho reçu dans la direction de réception sélective I sont formés les spectres de fréquence, en l'occurence en déterminant pour un grand nombre de moments d'une grille de temps partant de la réception de l'écho,
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contenues dans les spectres de fréquence et en les
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<EMI ID=40.1> <EMI ID=41.1> récepteur est nulle. Si le récepteur E se déplace
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résultant, c'est-à-dire l'effet Doppler dit propre; effectuer dans le récepteur une compensation de vitesse dépendant de. la direction.
Indépendamment de l'acquisition des valeurs de
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vers la cible, on calcule pour la même direction de
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Sur base de la corrélation apparaissant dans la Fig. 1
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et de la relation
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où il a été établi que
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on obtient
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Il ressort de l'équation (7) que les fréquences Doppler fi à calculer sont fonction des variables indépendantes
<EMI ID=51.1>
(1) sert à présent à calculer les -fréquences d'écho Doppler fi pour un grand nombre de moments successifs ti et sont réunis en des courbes de lissage f = h(t).
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fournis au préalable en tant que valeurs d'évaluation. Les valeurs d'évaluation admises de manière arbitraire, mais en relation avec la réalité, sont modifiées chaque fois pour un paramètre, les pas de modification ou de variation devant être convenablement choisis, et une courbe de lissage est établie pour chaque valeur
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lissage f = h(t) et les valeurs de fréquence d'écho Doppler-temps fSC = g(t) obtenues à partir des valeurs de mesure est à présent calculée (courbe de fréquence d'écho Doppler-temps, comme indiquée en I sur la
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luation du jeu de paramètres dont les courbes de lissage associées donnent la variance minimum, est fournie en tant que grandeur d'état de la cible S.
Dans le cas des quatre paramètres présents, qui doivent tous être modifiés les uns à la suite des autres en des pas adéquats, les travaux dé -calcul, sont- pratiquement très importants. Ces travaux peuvent cependant être nettement simplifiés par le fait qu'au
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partir de l'écho, on calculé les grandeurs d'état pour
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d'état distance R de la cible, subsiste en tant que. paramètre dans les courbes de lissage avec le temps comme variable indépendante. La variation des valeurs d'évaluation pour les paramètres R individuels et le
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des travaux de calcul précédemment nécessaire.
Pour calculer les grandeurs d'état fm, vg et-
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d'une direction de-réception sélective additionnelle 0, qui est orientée vers la cible S. Le' Preformed Beàm ou canal de réception orienté est par conséquent aussi qualifié de faisceau de relèvement. L'écho est à présent détecté, en outre, dans la direction de réception 0 orientée vers la cible. De la manière décrite, on détermine les spectres de fréquence de l'écho détecté et à partir de ces spectres, les valeurs de
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ti débute ici par l'arrivée du signal d'interception direct qui, à cause de la réception directe, coïncide avec la réception de l'écho et donc avec le moment de la détection de l'écho. L'allure de la courbe de fréquence d'écho Doppler-temps formée des valeurs de fréquence d'écho Doppler-temps . pour la direction de réception 0 orientée vers la cible est illustrée sur la Fig. 3 et désignée sur cette figure par 0. Comme cela ressort de cette figure, l'allure de la fréquence d'écho Doppler dans le temps est caractérisée par une fonction de discontinuité qui, au moment ti = 0, saute d'une valeur minimum à une valeur maximum, ou, dans le cas d'un cap .opposé de . la cible, saute dans le sens opposé, puis reste alors constante.
Si le cap de la cible S est situé sur la ligne droite reliant le récepteur et la cible, la valeur minimum et la valeur maximum correspondent aux fréquences d'écho Doppler minimum et maximum. Dans tous les autres cas, ces valeurs extrêmes au point 0, désignées ci-après par'
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d'émission ou fréquence moyenne fm.
La fréquence moyenne fm est déterminée à partir des valeurs extrêmes supérieure et inférieure à l'endroit t = + Oau moyen de l'équation
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et à partir de celle-ci, la composante de vitesse radiale de la cible S
<EMI ID=64.1>
A partir des valeurs de fréquence, d'écho Doppler-temps
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vers la cible; on détermine une valeur extrême fex qui est ou bien la fréquence d'écho Doppler maximum fmax ou
<EMI ID=66.1>
fm calculée, on calcule la vitesse de la cible au moyen de l'équation suivante
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lement qualifiée de variation de fréquence Doppler ou de demi-largeur de bande Doppler.
A partir de la composante de vitesse radiale
<EMI ID=69.1>
de la cible S'au moyen de
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Dans le cas de certaines relations spatiales entre la cible S et la direction de réception sélective I non orientée vers la cible du récepteur E, il n'est pas possible de déterminer une fréquence d'écho Doppler
<EMI ID=71.1>
mesure. En particulier, pour de, grandes distances de la cible, dans le cas de durées ti longues, le rapport S/N est trop petit, de sorte, que. les fréquences d'écho Doppler. chutent fortement. Des fréquences d'écho
<EMI ID=72.1>
manière approximative présenteraient de grandes erreurs qui fausseraient considérablement les grandeurs d'état à évaluer. Pour obtenir, même dans ces cas, une évaluation des grandeurs d'état fiable et présentant peu d'erreurs, le récepteur E dispose, comme le montré la Fig. 2, d'une autre direction de réception II non orientée vers la cible, pour laquelle l'écho est aussi <EMI ID=73.1>
propos de la première direction de réception I non orientée vers la cible, les fréquences d'écho Doppler fSCi sont déterminées suivant une grille de temps partant de la réception de l'écho et donc du moment de la détection de l'écho. Un exemple de courbe de fré-
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tion de'réception II obtenue ainsi est illustré sur la Fig. 3 et est. désigné par II. La deuxième direction de réception II non orientée vers la cible est décalée par pivotement d'un certain angle de la première direction de réception I non orientée vers la cible et est de préférence symétrique par . rapport à celle-ci, avec référence à la direction de réception 0 orientée vers la cible en tant qu'axe de symétrie.
A partir des valeurs de fréquence d'écho
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tion de réception sélective II non orientée vers la cible, on détermine d'une manière analogue les fré-
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quence d'écho Doppler maximum ou minimum, on détermine au moyen de celles-ci les variations de fréquence
<EMI ID=77.1>
<EMI ID=78.1>
tions (10 et (11).
L'établissement des courbes de lissage fi = h(t) et le calcul de la variance s'effectuent
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réception I et II non orientée vers la cible dans laquelle apparaît la plus forte variation de fréquence Doppler A fmax. Dans les cas où, dans les directions de
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au moins deux variations de fréquence Doppler d'égale valeur A fmax apparaissent, comme il en est pour l'exemple représenté sur la Fig.. 3, on recherche la direction de réception dans laquelle la variation de fréquence Doppler maximum apparaît plus précocement.
Sur la Fig . 3, il s'agirait .de la: deuxième direction de réception sélective Il non orientée vers la cible dans laquelle la fréquence d'écho Doppler minimale fmin est .détectée chronologiquement la première.
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cible conformément à l'équation (10), la valeur de la
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positif ou négatif.' Compte tenu de ce signe et de la
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II qui est sélectionnée, il est possible d'écrire
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cible d'une manière générale comme suit
<EMI ID=86.1>
où x est la direction de réception non orientée de la cible.1 ou II sélectionnée et devrait être introduit avec 1 ou 2.
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à l'aide des trois directions de réception sélectives 0, I, II esquissées sur la Fig. 2, et qui présentent déjà une très bonne précision, peuvent encore être améliorées de manière itérative par le procédé cidessous.
La valeur de distance R déterminée après l'établissement des courbes de lissage au moyen du calcul de variance en tant que valeur d'évaluation fixe est introduite à titre de paramètre et une courbe de. lissage fi = h(t) est établie par calcul des fréquences d'écho Doppler suivant l'équation (1). Un des paramètres restants, par exemple la fréquence moyenne fm, est modifié par échelons au départ des valeurs calcu- <EMI ID=89.1>
lissage sont chaque fois calculées. Par le calcul de la variance pour les valeurs de fréquence d'écho Doppler-
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une valeur améliorée pour le paramètre en question, dans cet exemple pour la fréquence moyenne fm. Au moyen de cette valeur d'évaluation de paramètre améliorée, on procède à nouveau au calcul de la distance R de la cible comme décrit plus haut, et on obtient une valeur d'évaluation à nouveau améliorée pour la distance de la cible. A l'aide de cette valeur d'évaluation améliorée pour la distance de la cible, on forme à nouveau des courbes de lissage avec des variations correspondantes d'un autre paramètre, par exemple la vitesse, vg de la cible, après quoi- le procédé décrit se répète. Au total, les pas de procédé décrits plus haut sont répétés de manière itérative jusqu'à ce. que la modification de la valeur d'évaluation améliorée de façon continue pour la distance de la.cible n'excède plus une valeur-prédéterminée.
- Dans le cas du procédé expliqué au moyen de la courbe de fréquence d'écho Doppler-temps de la Fig. 3, on suppose que l'émetteur d'interception de la cible S émet d'une manière omnidirectionnelle. Dans des installations de sonars actifs, il est cependant fréquemment possible de changer de mode d'émission. Un des autres modes d'émission les plus courants est le mode dit RDT
(Rotational Directional Transmission) avec les modifications CRDT et XRDT. Dans le cas de tous ces modes <EMI ID=91.1>
un angle horizontal plus ou moins grand. Dans le cas de l'émetteur RDT, un faisceau d'émission pivote d'un
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l'émetteur CRDT, trois faisceaux d'émission décalés de <EMI ID=93.1> angle horizontal de 120[deg.]. Dans le cas d'un émetteur
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de l'autre pivotent.en sens opposé sur un angle de 90[deg.].
Dans le cas de cibles S équipées de tels émetteurs d'interception, les dites grandeurs d'état peuvent aussi être déterminées d'une manière analogue. Sur la Fig. 4, les courbes de fréquence d'écho Dopplèrtemps obtenues à partir de l'écho dans les directions '
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RDT. Le point zéro de la grille .-de' temps pour la détermination des valeurs de fréquence d'écho Dbppler-
<EMI ID=96.1>
l'impulsion sonore ou signal d'interception à partir de la direction de réception 0 orientée vers la cible. Comme le montre la Fig. 4, le moment de l'arrivée du
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c'est-à-dire le moment du début de la réception de l'écho, ne coïncident pas dans. la direction. de réception 0 orientée vers la cible, mais présentent un décalage dans le temps. A partir de ce décalage dans le temps, on conclut à la présence d'un émetteur RDT. La
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que double décalage dans le temps. A partir de la
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Comme le montrent les courbes de fréquence d'écho Doppler-temps de la Fig. 4 dans les directions de réception I et II non orientées vers la cible, les moments du début de la détection de l'écho dans les deux directions de réception I et II ne coïncident pas, comme dans le cas d'un émetteur ODT, mais sont également décalés dans le temps. Ce décalage dans le temps est aussi caractéristique de la présence d'un émetteur RDT dans la cible. Le décalage dans le temps correspond
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l'émetteur RDT.
Le calcul et l'évaluation des grandeurs.d'état
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manière que celle décrite plus haut pour la configuration particulière d'un émetteur ODT. Comme le montrent les courbes de fréquence d'écho., Doppler-temps fSCi � g( t) sur la Fig. 4,. dans une des directions de réception non orientée de la cible, ici dans la direction de réception. II, apparaissent dans certaines circonstances des ambiguïtés de le fonction. Ceci est dû essentiellement au fait que par l'attaque sonore spatialement non simultanée pas à pas de l'espace d'écho, à des moment déterminés, deux fréquences différentes du spectre d'écho peuvent apparaître simultanément. Le calcul de la variance s'effectue avantageusement avec référence aux valeurs de fréquence d'écho Doppler-temps provenant de celle des deux directions de réception non orientée vers la cible, dans laquelle n'apparaît aucune ambiguïté.
Celle-ci serait sur la Fig. 4 la direction de réception I. Le calcul des fréquences d'écho Doppler selon l'équation
<EMI ID=102.1>
doivent alors bien entendu être réalisés compte tenu de cette direction de réception sélectionnée.
Les Pige 5 et 6 illustrent schématiquement un plan synoptique d'un montage de circuit possible dans le récepteur E pour exécuter le procédé décrit de l'évaluation des grandeurs d'état inconnues d'une cible à émission sonore.
Le récepteur E présente un formateur de faisceaux 10 bien connu au moyen duquel trois canaux de réception orientés sont produits, de sorte que le récepteur E n' est sensible que dans trois directions de réception sélectives 0, I, II. Les canaux de réception ou faisceaux orientés sont indiqués sur la Fig. 5 et dans la .description suivante, selon les directions de
<EMI ID=103.1>
réception médian 0, qualifié de faisceau de relèvement, est orienté sur la -cible S (direction de réception 0 orientée vers la cible), les deux autres canaux de
<EMI ID=104.1>
orientées vers la cible) étant disposés symétriquement
<EMI ID=105.1>
sont, traités séparément. A cet effet, chaque canal de réception 0, I, II est suivi d'un processeur FFT 11, d'un extracteur de données 12 et d'un dispositif de recherche de minimum-maximum 13. L'adjonction de ces composants est caractérisée par un numéro ajouté au chiffre de référence qui est sélectionné d'une manière
<EMI ID=106.1>
sorte, que, par exemple,.- parmi les composants qui suivent le canal de réception médian 0, l'extracteur de données 12 est caractérisé par le chiffre, de référence
120 et le dispositif de recherche de minimum-maximum
<EMI ID=107.1>
grammes sont chaque fois amenés à l'extracteur de données 12. Celui-ci décide si une impulsion sonore est détectée et extrait dans ce cas le début et la fin de l'écho produit par cette impulsion, ainsi que son allure dans le temps. A titre de résultat, on obtient toutes les valeurs de fréquence Doppler-temps fn = g(n), comme elles sont représentées sur les Fig. 3 et 4 en tant que fréquences d'écho Doppler fSC dans le temps t, en débutant par la détection de l'écho au <EMI ID=108.1>
Une forme d'exécution possible d'un extracteur de données 12 est illustrée sur la Fig. 7. A partir des
<EMI ID=109.1>
chercheur de maximum 14 extrait la fréquence qui présente la plus grande amplitude, la fréquence d'écho Doppler fn. Les fréquences d'écho Doppler fn sont amenées au moyen d'un circuit-porte 15 au chercheur de minimum-maximum 13 correspondant lorsque la dispersion
2.
<EMI ID=110.1>
effet.. toutes les fréquences d'écho Doppler fn détectées aux divers moments n sont inscrites dans un
<EMI ID=111.1>
parallèle. A partir du contenu correspondant du regis-
<EMI ID=112.1>
<EMI ID=113.1>
moyennes 17. A partir de cette valeur moyenne et de
<EMI ID=114.1>
calcul 18 est calculée la dispersion
<EMI ID=115.1>
L'étage de calcul 18 est à cet effet connecté par son entrée à la sortie du formateur de valeurs moyennes 17 et à chacune des sorties parallèles du registre à
<EMI ID=116.1>
19 fournit à l'entrée de commande du circuit-porte 15,
<EMI ID=117.1>
<EMI ID=118.1>
processus d'extraction fournit pour chaque canal de direction 0, I, II, un jeu de valeurs de fréquence
<EMI ID=119.1> courbes sur les Fig. 3 et 4 qui sont identifiées par
<EMI ID=120.1>
Lès fréquences d'écho Doppler fn extraites sont chaque fois fournies au chercheur de minimummaximum 13 qui donne la fréquence d'écho Doppler la
<EMI ID=121.1>
de minimum-maximum 130, qui est associé au canal de direction médian 0, est suivi d'un additionneur/diviseur 20 qui calcule la fréquence moyenne fin selon
<EMI ID=122.1>
20 est connectée .une entrée et à une des sorties du chercheur de minimum-maximum 130 est connectée l'autre entrée d'un soustracteur 21. Le soustracteur 21 calcule la différence de fréquence entre la fréquence d'écho ,Doppler la plus grande ou la plus petite, les fréquences dites limites, au moment n = 0 et la fréquence moyenne fm. Le.soustracteur 21 est suivi d'un multiplicateur/diviseur 22 qui par son entrée, est à nouveau connecté à la sortie de l'additionneur/diviseur.20 et calcule au moyen de la vitesse du son c dans l'eau qui
<EMI ID=123.1>
de la vitesse vg de la cible selon l'équation (9).
Chaque chercheur'de minimum-maximum 131, 132 est suivi d'un soustracteur 23, 24 qui est en outre connecté à la sortie de l'additionneur/diviseur 20. Les soustracteurs 23 et 24 calculent à partir de chacune des valeurs extrêmes des fréquences d'écho. Doppler fex
<EMI ID=124.1>
<EMI ID=125.1>
fm. Les variations de fréquence Doppler A f dans chaque canal de direction sont comparées dans un comparateur
25 ou 26 et la variation de fréquence Doppler la plus importante est chaque fois fournie à la sortie. Les sorties des deux . comparateurs 25 et 26 sont connectées aux deux entrées d'un autre comparateur 27 qui déter-mine la variation de fréquence Doppler la plus grande
<EMI ID=126.1>
duites et fournit simultanément le chiffre d'identification x pour le canal de réception I ou II dans lequel apparaît cette variation de fréquence Doppler la plus
<EMI ID=127.1>
prendre la valeur "1" ou "2" selon le canal de direction, forme une grandeur de commande pour un électeur
28, par exemple un multiplexeur, auquel sont amenées les. valeurs de fréquence d'écho Doppler-temps apparaissant aux sorties des deux extracteurs de données
121, 122. Les fréquences d'écho Doppler fn et les valeurs de temps n, qui ont été obtenues à partir du canal de direction dont le chiffre d'identification x se trouve à l'entrée de commande de l'électeur 28, sont appliquées à un processeur. d'évaluation de distance
29 (Fig. 6).
La sortie du comparateur 27, à laquelle apparaît la variation de fréquence Doppler maximale
<EMI ID=128.1>
multiplicateur-diviseur 30 dont les autres entrées sont occupées, d'une part, par la vitesse du son cet, d'autre part, grâce à une connexion à l'additionneur/diviseur 20, par la fréquence moyenne fm calculée. Le multiplicateur/diviseur 30 calcule selon l'équation
<EMI ID=129.1>
cateur/diviseur 30 et la sortie du multiplicateur/diviseur 22 sont connectées à un diviseur 31 suivi d'un réseau arc-cosinus 32. A la sortie du réseau arc-
<EMI ID=130.1>
tion (.il ) , peut être obtenu. Pour tenir compte de la
<EMI ID=131.1>
cible et du canal de réception sélectionné, un additionneur 33 suit encore le réseau arc-cosinus 32, cet additionneur étant connecté d'autre part à la sortie d'un élément de calcul 34. Dans l'élément de calcul 34 est introduit le chiffre caractéristique x déterminé par le comparateur 27 et à partir de la sortie du multiplicateur/diviseur 30, le signe de la variation de
<EMI ID=132.1>
34 calcule le deuxième terme de l'équation (12) qui est ajouté dans l'additionneur 33 à la grandeur de sortie du réseau arc-cosinus 32. On peut obtenir à la sortie
<EMI ID=133.1>
rence à la ligne de liaison entre l'émetteur E et la cible S selon l'équation (12).
<EMI ID=134.1>
présente un. calculateur de courbes de lissage 35, un
<EMI ID=135.1>
forme d'un registre à décalage à entrée série et sortie parallèle et un détecteur de minimum 38. Dans le calculateur de courbes de lissage 35 sont introduites toutes les grandeurs d'état déterminées, comme la
<EMI ID=136.1>
réception 0 orientée vers la cible et les directions de
<EMI ID=137.1>
la vitesse du son c dans l'eau. De plus, le calculateur de courbes de lissage 35 reçoit des valeurs d'évaluation arbitraires, mais sélectionnées compte tenu de. la réalité, Rj de la distance de la cible, qui ont été modifiées selon des échelons j=l à k. De plus, les valeurs de temps n de la direction de réception non orientée vers la cible I ou II sélectionnée sont amenées au calculateur de lissage 35, ce qui 's'effectue par l'intermédiaire de l'électeur 28. Le calculateur de courbes de lissage 35 calcule à présent, pour la grille
<EMI ID=138.1>
l'allure des fréquences d'écho Doppler fj selon l'équation (1). Le résultat est appliqué au calculateur de variance 36 qui reçoit, en outre, les fréquences d'écho Doppler fn obtenues à partir de l'écho dans le canal de
<EMI ID=139.1>
sélectionné. Le calculateur de variance 36 calcule la
<EMI ID=140.1>
avec référence aux fréquences d'écho Doppler fn selon :
<EMI ID=141.1>
<EMI ID=142.1>
valeurs d'évaluation Rj font l'objet d'un stockage intermédiaire dans la mémoire 37. Le détecteur de minimum 38 détermine la variance minimum à partir du contenu de la mémoire et produit la valeur d'évaluation
<EMI ID=143.1>
déterminée. Le chiffre caractéristique x présenté -de. manière exponentielle dans les équations de la Fig. 6 sert simplement à caractériser celui des deux canaux de réception I- ou II non orientée vers la cible dans
<EMI ID=144.1>
<EMI ID=145.1>
d'écho Doppler-temps fn = g(n) de laquelle s'effectue le calcul de la variance.
La Fi.g. 8 est un plan synoptique d'un procédé semblable pour évaluer les grandeurs d'état de la cible qui est modifié par le fait qu'au moyen du traitement des signaux, l'écho n'est pas détecté dans trois directions de réception séparées seulement, mais dans un grand nombre de directions de réception sélectives décalées en azimut les unes des autres chaque fois d'ùn même angle, dites faisceaux en éventail 40. Parmi les directions de réception, il en est une, dite faisceau de relèvement 41, qui est orientée vers la cible. Le faisceau de relèvement 41 se trouve dans ce cas de préférence au milieu des faisceaux en éventail 40. La formation de faisceau proprement dite s'effectue dans le bloc 42 "préparation du signal" par un traitement correspondant des signaux de sortie d'éléments d'antenne individuels d'une antenne de réception 43 reliée
<EMI ID=146.1>
analyse de fréquence des signaux d'écho reçus dans les faisceaux individuels et, dans le cas d'un récepteur E en mouvement, la compensation de l'effet Doppler propre. Les jeux de données des fréquences d'écho
<EMI ID=147.1>
obtenues à partir des faisceaux individuels sont appliqués à un calculateur 44 en association avec la.
<EMI ID=148.1>
Le. calculateur 44 calcule d'une part les fréquences d'écho Doppler fi en fonction de la direc-
<EMI ID=149.1>
<EMI ID=150.1>
<EMI ID=151.1>
<EMI ID=152.1>
et forme, d'autre part, selon la méthode d'évaluation des moindres carrés moyens, la différence quadratique
<EMI ID=153.1>
appliquées et les fréquences d'écho Doppler calculées fi, associées par la direction de réception et le
<EMI ID=154.1> et R, préintroduits lors du premier calcul- des fréquences d'écho Doppler fi en tant que valeurs fictives, sont dans ce cas modifiés de manière itérative jusqu'à ce que la différence précitée soit minimum. Les paramètres trouvés pour le maximum sont fournis en tant que grandeurs d'état recherchées.
Dans ce cas, il est avantageux d'établir au préalable d'une manière aussi précise que possible les valeurs de départ pour les paramètres utilisés dans le procédé d'évaluation. A cet effet, le vecteur de vitesse de la cible est déterminé, dans un autre
<EMI ID=155.1>
jeux de données disponibles des fréquences d'écho Doppler fSCi dont l'effet Doppler propre a été compensé. A cet effet, jusqu'à un moment déterminé tl, les
<EMI ID=156.1>
jeux de données de tous les faisceaux ou de toutes les directions de réception. De celles-ci, on élimine la
<EMI ID=157.1>
moyen de celles-ci à présent la grandeur d'état fréquence d'émission fm selon l'équation
<EMI ID=158.1>
<EMI ID=159.1>
<EMI ID=160.1>
De plus, dans le calculateur 45, la fréquence Doppler Fd de l'impulsion sonore parvenant dans le faisceau de relèvement 41, donc la fréquence Doppler du signal direct de l'impulsion sonore, est lue et la <EMI ID=161.1>
l'équation
<EMI ID=162.1>
<EMI ID=163.1>
<EMI ID=164.1>
fréquence d'émission fm sont fournis au calculateur 44 à titre de valeurs de départ pour lé procédé d'évaluation.
En outre, une valeur de départ pour le paramètre distance R de la cible peut aussi être -calculée dans le calculateur 45�. A cet effet, le calculateur 45 lit, parmi les jeux . de données disponibles dans une
<EMI ID=165.1>
<EMI ID=166.1>
partir de l'arrivée du signal direct dans le faisceau de relèvement 41, et calcule selon les équations (15). et (17), à l'aide des grandeurs d'état vs, kS, fm déterminées selon les équations (18) à (20), la distance R de la cible, qui est alors fournie au calculateur 44 à titre de valeur de départ.
Si plusieurs impulsions sonores de l'émetteur de la cible sont disponibles pour le traitement, la grandeur d'état distance R de la cible peut encore être évaluée d'une autre manière. Au moyen du faisceau de relèvement 41, on relève en continu le gisement de la cible S par rapport à une direction de référence, par exemple le Nord, et on le retient en fonction du temps.
<EMI ID=167.1>
temps t sont fournies à un calculateur 46. Ce calculateur élimine des valeurs de mesure, le mouvement propre du récepteur E et détermine, à partir des valeurs de mesure compensées, les variations d'angle de <EMI ID=168.1>
calculateur 46 calcule selon l'équation
<EMI ID=169.1>
<EMI ID=170.1>
<EMI ID=171.1>
<EMI ID=172.1>
en mesures d'arc ou en degrés. Les valeurs vg et kg sont fournies au calculateur 46 par le calculateur 45. Pendant ce temps, la grandeur d'état R inconnue est préintroduite en tant que valeur fictive. Dans un procédé d'évaluation faisant appel aux moindres carrés moyens, la valeur paramétrique préintroduite est modifiée de manière itérative jusqu'à ce que l'écart quadratique moyen de la variation d'angle de relèvement calculée et mesurée soit minimum. La valeur paramétrique associée de la distance R est fournie en tant que grandeur d'état distance de cible R. Dans le cas ou l'emplacement du récepteur et la direction de relèvement 41 sont connus, la distance de cible R est une mesure directe de l'emplacement de la cible (EMP).
Pour le procédé d'évaluation précité, il est aussi possible d'introduire la valeur du paramètre R déterminée par le calculateur 45 comme décrit plus haut, à titre de valeur de départ, de telle sorte que les travaux de calcul nécessaires sont fortement réduits. Etant donné qu'à présent la grandeur d'état, distance de cible R, a été déterminée par deux voies distinctes, il est possible, en vue d'améliorer le résultat de l'évaluation, d'effectuer encore un calcul de compensation des erreurs sur les deux résultats.
En lieu et' place de l'estimation faisant appel aux moindres carrés moyens, comme mentionné plus haut, on peut aussi utiliser d'autres procédés d'évaluation adéquats, par exemple le procédé d'évaluation à maximum .de vraisemblance. Les valeurs paramétriques qui satisfont aux conditions du critère d'évaluation, sont chaque fois fournies en tant que grandeurs d'état <EMI ID=173.1>
être réalisé d'une manière tant unidimensionnelie que bidimensionnelle. Dans. le premier cas, les fréquences d'écho. Doppler fi sont calculées en fonction de la direction de réception i. pour un moment ti prédér , terminé et sont comparées aux fréquences d'écho Doppler
<EMI ID=174.1>
correspondantes..
L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits du procédé. Si l'on se contente de l'évaluation des grandeurs d'état vitesse de la cible, cap de la cible et fréquence d'émission de l'émetteur de la cible et si on se limite au repérage de la cible à partir d'un récepteur stationnaire ou quasi stationnaire, on peut éviter la consommation électrique nécessaire pour la conformation de faisceaux afin d'obtenir des faisceaux de réception les plus étroits possibles ou une caractéristique de réception du
<EMI ID=175.1>
qu'on supprime ainsi également la nécessité de prévoir une compensation de l'effet Doppler propre du récepteur, car les fréquences d'écho Doppler détectées par un récepteur stationnaire correspondent directement aux
<EMI ID=176.1>
on peut également déterminer dans le signal d'écho les fréquences d'écho, Doppler extrêmes fmax et fmin et la fréquence Doppler de l'impulsion d'émission fD et au départ de cela, comme décrit plus haut, les grandeurs d'état vitesse vg de la' cible, cap kg de la cible et fréquence d'émission fm, La grandeur d'état distance de cible R ne peut. alors être déterminée que lorsque plusieurs impulsions d'émission de l'émetteur de la cible sont disponibles. Comme décrit plus haut, celleci est alors déterminée de manière itérative au moyen d'un procédé d'évaluation adéquat à partir de variations d'angle de relèvement dans le temps calculées et mesurées, les grandeurs d'état vitesse vg de la cible
<EMI ID=177.1>
utilisées comme valeurs de départ.
1.- Procédé passif pour évaluer des ..grandeurs d'état comme la distance, la vitesse, le cap et/ou la fréquence d'émission d'une cible en mouvement qui émet des impulsions sonores-dans l'eau, comme un bateau, une torpille ou un engin analogue .comportant un sonar actif, à partir d'un récepteur éloigné de la cible, caractérisé en ce qu'on détecte le? fréquences Doppler
<EMI ID=178.1>