WO1993001505A1 - Systeme d'exploration des fonds marins - Google Patents

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WO1993001505A1
WO1993001505A1 PCT/FR1992/000593 FR9200593W WO9301505A1 WO 1993001505 A1 WO1993001505 A1 WO 1993001505A1 FR 9200593 W FR9200593 W FR 9200593W WO 9301505 A1 WO9301505 A1 WO 9301505A1
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reception
frequencies
channels
sonar
circuits
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PCT/FR1992/000593
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François-Marie DUTHOIT
Jean-Louis Vernet
Guy Le Parquier
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Thales SA
Original Assignee
Thomson CSF SA
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/89—Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S15/8902—Side-looking sonar
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/003—Bistatic sonar systems; Multistatic sonar systems

Definitions

  • the invention relates to the field of exploring the seabed in order to obtain an acoustic image, and more particularly relates to a system for exploring the seabed.
  • classification of an image it is necessary to obtain high resolution images, that is to say having a resolution of one to a few tens about centimeters.
  • high resolution images that is to say having a resolution of one to a few tens about centimeters.
  • fish provided with a side sonar providing, as the advancement, two rectangular images of each coast of the "fish ".
  • a description of such systems will be found, for example in US Patents 3,950,723 and US 4,199,746.
  • ROV Remote Operating Vehicle
  • Anglo-Saxon Remote Operating Vehicle
  • the subject of the invention is a seabed exploration system making it possible to explore these seabeds, minimizing the risks for the main building by using an autonomous vehicle controlled remotely, comprising only a minimum load because it does not carries only part of the sonar circuits.
  • the autonomous vehicle advantageously without connecting wire, only carries the circuits and the transmitting antenna, the main building carrying the reception circuits, the assembly carrying a bistatic sonar.
  • a method of exploring the seabed comprising an autonomous submarine vehicle comprising sonar emission means, associated with a main naval vessel, is characterized in that the sonar emission means on the vehicle autonomous comprise a transmitting antenna and a set of electronic circuits coupled to the antenna to form a directional and coded multi-channel transmission in an insonified field sector, and in that reception means are carried by the main building and include means detection to form a specialized reception channel with a large lobe in field coupled to a set of reception circuits comprising means for separating the received codes.
  • the system constitutes an option for making classification
  • FIG. 1 and 2 illustrate the seabed exploration system according to the invention, respectively in projection on a vertical plane and on a horizontal plane;
  • FIG. 3 illustrates the transmission circuits carried by the autonomous vehicle;
  • FIG. 4 illustrates the reception circuits carried by the main building.
  • the system comprises, as illustrated in FIGS. 1 and 2 in projection respectively on a vertical plane and on a horizontal plane,
  • ROV remote-controlled vehicle
  • a transmission antenna 11 formed from several acoustic transducers and a set of electronic transmission circuits 12 which implements channel formation and coding
  • a receiving antenna 21 and a set of electronic circuits 22 qri _net implements the separation of the codes received in the reception channel, associated with a work station.
  • the transmitting antenna 11 is located on the front of the ROV perpendicular to its advancing axis.
  • the direction of transmission of the central channel makes with the central axis of the reception lobe any angle except 180 ° but preferably between -90 ° and + 90 °. Indeed, the boat and the ROV cannot face each other, because in this case all the acoustic paths are close, which prohibits the formation of the image.
  • This antenna 11 carried by the autonomous remote-controlled vehicle is formed of acoustic transducers, for example aligned and equidistant; the distance between transducers is chosen to reject the image lobes outside the useful soundless sector (in fact, these could not be separated on reception).
  • This antenna forms channels so that each channel corresponds to a particular transmitted frequency.
  • each transducer successively receives N frequencies, N being the number of channels, and each frequency is assigned for each transducer of a phase shift depending on the direction of the channel to be formed at this frequency.
  • N being the number of channels
  • each frequency is assigned for each transducer of a phase shift depending on the direction of the channel to be formed at this frequency.
  • the block diagram of the transmission circuits 12 is shown in FIG. 3. They comprise a set 120 of local oscillators at frequencies î-, f_. . . resonateWhose outputs are connected to the corresponding inputs of a channel forming circuit 121.
  • This circuit includes a set of phase shifters, a control input connected to the output of a processor 122 and outputs connected to power amplifiers 123 .
  • the processor 122 is also connected to the set of local oscillators.
  • the output signals of the power amplifiers 123 are applied to the transducers T ..,. . . T j - of the antenna.
  • the control of the phase shifts for the formation of the emission channels is ensured by the processor 122 receiving the yaw, roll and pitch parameters coming from sensor circuits 124 to effect electronic stabilization of the channels.
  • the emission is therefore formed by a number of adjacent fine brushes insonating the space towards the bottom of the sea on a sector of angle ⁇ jon.
  • Each beam is distinguished by its code (ie its frequency): the emission is said to be "colored” in frequency.
  • the fan-shaped track directions cover the angle sectoriserp, with overlaps at 3dB.
  • the electronic transmission circuits are entirely digital.
  • the signal to be transmitted is first recorded in memories PROMs with the delays or phase shifts necessary for all the frequencies.
  • the input of each power amplifier is connected to the output of a digital analog converter of circuit 121.
  • the receiver carried by the boat is shown in FIG. 4. It comprises a broadband reception antenna consisting of at least one hydrophone 21 of coefficient Q compatible with the frequency band to be passed. This band is determined by the desired distance resolution and it is a function of the frequencies transmitted.
  • a specialized reception channel with a large lobe in bearing is conventionally formed by a channel forming circuit 210.
  • the angular width ⁇ - of the reception sector is determined to obtain, at the detection distance, a zone sufficient land to cover the insonified area.
  • the signal received in this channel is then filtered by a bank of bandpass filters 211; each filter being centered on one of the frequencies received.
  • the filter bank is produced by fast Fourier transformation (FFT) of the signal.
  • FFT fast Fourier transformation
  • the doppler it results in a shift of the frequencies transmitted as a function of the speeds of the boat and of the vehicle ROV and of the directions of emission and reception.
  • the image is presented to the operator, for example in XY, each pixel having its channel number on the abscissa and the distance D from the reflection point on the background with respect to the ordinate relative to the phase center of the transmitting antenna 11.
  • the heading, distance and altitude information of the autonomous vehicle ROV which are generally known, either for certain cases because they are fixed (altitude), or because they are given by the sonar detector. . It is also possible to use the knowledge of the transmission time to dispense with the knowledge of the distance; this instant is advantageously known in advance by the fact that the transmitter and the receiver, respectively on the ROV and the boat are provided with synchronous clocks. This information can also be transmitted acoustically by equipping the ROV of a beacon generating underwater pulses, coded so as to transmit the course of the transmitter (not shown). The distance is deducted from the journey time of the direct journey.
  • the distances D are deduced therefrom.
  • the resolution on the bottom is 1.5m at 300m distance.
  • ⁇ ⁇ Vd c .
  • a minimum coefficient Q is therefore chosen which is achievable for fixing the total band NB, B determining the resolution in distance.
  • the number of transducers N- of the transmitting antenna is given by imposing a distance d between transducers such that, as indicated above, the image lobes are outside the insonified sector, that is to say: d ⁇ c 2f ma ⁇ sin ( ⁇ E / 2)
  • the transmission frequencies are equidistant and such that two successive frequencies are separated by at least B.
  • the Fresnel distance is calculated to verify that it is compatible with the classification distance. If it is too large, it is necessary to focus on the broadcast. With a digital emission control method, that is to say with independent transducers controlled by PROMS, this focusing is possible and therefore makes it possible to work at very close distances.
  • This focusing can be permanent if it is light because then it will not reduce the performance in detection on echo.
  • the Fresnel distance is equal to 11.2 meters and therefore there is no need to focus.
  • the Fresnel distance is such that it is necessary to focus slightly on the emission.
  • the invention is not limited to the embodiment described and shown.
  • a so-called transmitting antenna with "alternating phases in quadrature" on the ROV can be used.
  • Each transducer is offset by 11/2 compared to the previous one.
  • the antenna By successively transmitting the frequencies in pulses of duration 1 / B, one obtains, as previously, channels at different frequencies. So that the central emission channel at f is in line with the ROV, the antenna must be placed inclined arcsin (A / 4d) for the central frequency f. This is however not compulsory.
  • frequency coding requires dividing the reception frequency band by the number of channels, which has the drawback of limiting the resolution in distance.
  • a first variant to increase band B consists of forming multiple channels at reception to angularly separate n groups of identical frequencies: thus, taking the previous example, three groups of seven different frequencies to form the 21 transmission channels are then issued; at reception three channels are formed in reception to cover the reception sector ⁇ ⁇ instead of one.
  • This technique is limited by the fact that the classification distance must remain large enough to be able to separate angularly at reception the channels of the same frequency.
  • the receiving sonar can only separate at most 1.5m at a distance of 300 m, which limits the factor n of increase in the band to a classification distance d ⁇ . For 15 meters, n is limited to 1.5 N / ⁇ l ⁇ 5..
  • a second solution for increasing the band B consists in carrying out a time coding.
  • the same signal is transmitted sequentially in the direction of the channels, the transmission being directive on site to limit the response time.
  • the channel transmissions are shifted one by one by this duration and, on reception, the channel signals are separated in time. Directivity in elevation is obtained by a greater height of the emission transducers.
  • Mixed time-frequency coding can also be implemented.
  • the system can be completely independent of the sonar detector carried by the boat by receiving on a specialized transducer (hydrophone), for example baffle. It can be towed.
  • a specialized transducer for example baffle. It can be towed.
  • the system according to the invention makes it possible to perform a "high resolution" acoustic image at very large distances for the frequencies used, and this without any problem of data transmission.
  • This system can be installed without difficulty on a small autonomous ROV vehicle since the transmitting antenna is quite small (29 cm at 200 kHz).
  • the invention can be applied to an anti-mine missile (minekiller): it is a "one-way" machine which carries a charge of destruction.
  • the vehicle being consumable, the on-board equipment must be limited to the maximum and moreover the resolution is all the better the closer the vehicle is to the target.
  • the system which is the subject of the invention is particularly well suited to this application.
  • An advantage of this structure, with colored multi-channel emission on the autonomous vehicle and, single-channel reception on the boat is that the resolution does not depend on the distance between the boat and the soundproofed area, nor on the distance between the boat and the autonomous vehicle.
  • the receiver carried by the ship is preferably single-channel, it can be with a wide lobe and does not require stabilization.
  • the only constraint is to direct a hydrophone in the approximate direction of the vehicle.
  • This hydrophone can be mounted on the antenna of a mine hunting sonar or, as described above, use one or more of the transducers of the sonar antenna already installed. All existing self-propelled autonomous vehicles con ⁇ come for the implementation of the invention.

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Abstract

Le système d'exploration des fonds marins comporte un véhicule sous-marin autonome (10) comportant des moyens d'émission sonar, associé à un bâtiment naval principal (20). Les moyens d'émission sonar sur le véhicule autonome comportent une antenne d'émission (11) et un ensemble de circuits électroniques (12) couplés à l'antenne (11) pour former une émission multivoies directives et codées dans un secteur gisement insonifié. Des moyens de réception (21, 22) sont portés par le bâtiment principal et comportent des moyens de détection (21) pour former une voie de réception spécialisée à lobe large en gisement couplée à un ensemble de circuits de réception (22) comportant des moyens de séparation (211) des codes reçus. L'invention qui préserve la sécurité du batiment naval principal s'appplique, notamment, aux systèmes de détection de mines posées au fond.

Description

Système d'exploration des fonds marins
L'invention se rapporte au domaine de l'exploration des fonds marins en vue d'en obtenir une image acoustique, et a plus particulièrement pour objet un système d'exploration des fonds marins . Pour rechercher les zones caractéristiques dans une image, opération que l'on appelle "classification d'une image" , il est nécessaire d'obtenir des images haute résolution, c'est-à-dire ayant une résolution d'une à quelques dizaines de centimètres environ. Pour cela, il est connu de remorquer à une altitude de quelques mètres au-dessus du fond un "poisson" muni d'un sonar latéral fournissant, au fur et à mesure de l'avancement, deux images rectangulaires de chaque côte du "poisson" . On trouvera une description de tels systèmes, par exemple dans les brevets US 3 950 723 et US 4 199 746. Lorsqu'il s'agit d'effectuer l'imagerie de zones suscepti¬ bles de comporter des mines posées sur le fond, il est en outre essentiel que la sécurité du bâtiment naval soit assurée ; cela peut être obtenu par son éloignement de la zone visualisée . Un des moyens pour garantir le mieux la sécurité est alors d'utili- ser un sonar situé à l'avant du bâtiment et de détecter dans une zone située le plus en avant possible par rapport à l'axe de marche du bâtiment, à une distance suffisante.
Dans le cas des sonars frontaux montés sur le chasseur lui-même, il n'est pas possible d'atteindre la résolution voulue car soit la fréquence est trop basse pour obtenir la portée nécessaire, soit l'antenne de réception est de dimensions trop importantes .
Dans une solution connue, pour concilier ces deux impéra¬ tifs, un "poisson" , non plus remorqué mais autopropulsé se dé¬ place devant le bateau auquel il est relié généralement par un câble non porteur où transitent les signaux du sonar et l'éner¬ gie nécessaire à la propulsion. On a alors un système sonar émission et réception qui est entièrement porté par le véhicule autopropulsé. Un tel système risque d'être détruit par les mi¬ nes, ce qui est un premier inconvénient. Un deuxième inconvé¬ nient est la nécessité d'une transmission de signaux du sonar par le câble et donc la nécessité d'une liaison physique entre le poisson autopropulsé et le bâtiment principal.
Par ailleurs, il se développe de plus en plus l'utilisa¬ tion de véhicules sous-marins non habités dotés d'une autonomie croissante, désignés sous le nom de ROV en anglo-saxon (Remote Operating Véhicule) . Ils sont conçus pour être programmés en vue d'une mission particulière . Ils comportent en général un fil de liaison appelé "ombilical" destiné à être relié au bateau et par lequel transitent les données .
L'invention a pour objet un système d'exploration de fonds marins permettant d'explorer ces fonds, minimisant les risques pour le bâtiment principal en utilisant un véhicule autonome commandé à distance, ne comportant qu'une charge minimale du fait qu'il ne porte qu'une partie des circuits sonar. Pour cela, le véhicule autonome, avantageusement sans fil de liaison, ne porte que les circuits et l'antenne d'émission, le bâtiment principal portant les circuits de réception, l'ensemble portant un sonar bistatique.
Selon l'invention, un procédé d'exploration des fonds marins comportant un véhicule sous -marin autonome comportant ries moyens d'émission sonar, associé à un bâtiment naval , principal, est caractérisé en ce que les moyens d'émission sonar sur le véhicule autonome comportent une antenne d'émission et un ensemble de circuits électroniques couplés à l'antenne pour former une émission multivoies directives et codées dans un secteur gisement insonifie, et en ce que des moyens de réception sont portés par le bâtiment principal et comportent des moyens de détection pour former une voie de réception spécialisée à lobe large en gisement couplée à un ensemble de circuits de réception comportant des moyens de séparation des codes reçus . En plus de la suppression des inconvénients déjà cités, on obtient par rapport au sonar latéral monté sur un véhicule les avantages suivants : utilisation possible en coopération avec le sonar détecteur de coque existant : le système constitue une option pour faire de la classification,
- possibilité de faire du point fixe,
- en présence d'un objet sur le fond, présence de deux ombres portées suivant deux directions différentes (zone non insonifiée par l'émetteur, zone non vue par le récepteur) , ce qui augmente les chances de détection.
L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristi¬ ques apparaîtront à l'aide de la description qui suit, en réfé¬ rence aux figures annexées :
- Les figures 1 et 2 illustrent le système d'exploration des fonds marins selon l'invention, respectivement en projection sur un plan vertical et sur un plan horizontal ;
- La figure 3 illustre les circuits d'émission portés par le véhicule autonome ; - La figure 4 illustre les circuits de réception portés par le bâtiment principal.
Le système comporte, comme illustré sur les figures 1 et 2 en projection respectivement sur un plan vertical et sur un plan horizontal,
- un véhicule autonome commandé à distance (ROV) 10, avec une antenne d'émission 11 formée de plusieurs transduc¬ teurs acoustiques et un ensemble de circuits électroniques d'émission 12 qui met en oeuvre la formation des voies et le codage,
- sur le bateau 20, une antenne de réception 21 et un ensemble de circuits électroniques 22 qri _net en oeuvre la sépa¬ ration des codes reçus dans la voie de fjception, associés à un e station de travail.
L'ensemble de ces moyens contribue à réaliser un sonar bistatique, c'est-à-dire dans lequel les moyens d'émission et de réception sont éloignés, dont on trouvera une théorie dans l'ouvrage de Y. T. Chan, Underwater Acoustic Data Processing, NATO ASI Séries Juillet 1988, vol. 161 pages 3-24. Le brevet US 4 654 835 décrit une réalisation particulière d'un sonar bistatique classique que l'on peut qualifier de sonar bistatique vertical, l'émission et la réception se faisant en des points ayant quasiment les mêmes coordonnées dans un plan horizontal.
L'antenne d'émission 11 est située sur l'avant du ROV perpendiculairement à son axe d'avancée. La direction d'émission de la voie centrale fait avec l'axe central du lobe de réception un angle quelconque sauf 180° mais préférentiellement compris entre -90° et +90° . En effet, le bateau et le ROV ne peuvent se faire face, car dans ce cas tous les trajets acoustiques sont voisins, ce qui interdit la formation de l'image. Cette antenne 11 portée par le véhicule autonome commandé à distance est formée de transducteurs acoustiques par exemple alignés et équidistants ; la distance entre transducteurs est choisie pour rejeter les lobes images en dehors du secteur insonifie utile (en effet, ceux-ci ne pourraient être séparés à la réception) .
Cette antenne forme des voies de manière qu'à chaque voie corresponde une fréquence émise particulière . Pour cela chaque transducteur reçoit successivement N fréquences, N étant le nombre de voies, et chaque fréquence est affectée pour chaque transducteur d'un déphasage fonction de la direction de la voie à former à cette fréquence. Par voie, donc par fréquence, les déphasages des signaux des transducteurs suivent une loi prédéfinie .
Le schéma synoptique des circuits d'émission 12 est repré- sente sur la figure 3. Ils comportent un ensemble 120 d'oscilla¬ teurs locaux aux fréquences î- , f_ . . . „ dont les sorties sont reliées aux entrées correspondantes d'un circuit de formation de voies 121. Ce circuit comporte un ensemble de déphaseurs, une entrée de commande reliée à la sortie d'un processeur 122 et des sorties reliées à des amplificateurs de puissance 123. Le processeur 122 est également relié à l'ensemble d'oscillateurs locaux .
Les signaux de sortie des amplificateurs de puissance 123 sont appliqués aux transducteurs T.. , . . . Tj- de l'antenne . La commande des déphasages pour la formation des voies d'émission est assurée par le processeur 122 recevant les paramètres de lacet, roulis, tangage issus de circuits capteurs 124 pour effectuer une stabilisation électronique des voies .
L'émission est donc formée d'un certain nombre de pin- ceaux fins adjacents insonifiant l'espace vers le fond de la mer sur un secteur gisement d'angle θ„. Chaque faisceau est particularisé par son code (i. e. sa fréquence) : l'émission est dite "colorée" en fréquence. Les directions des voies disposées en éventail couvrent le secteur d'angle Θp, avec des recouvrements à 3dB .
Suivant un mode de réalisation préféré, les circuits élec¬ troniques d'émission sont entièrement numériques . Pour cela, dans le circuit de formation des voies 121, le signal à émettre est d'abord enregistré dans des mémoires PROMs avec les re- tards ou déphasages nécessaires pour toutes les fréquences . L'entrée de chaque amplificateur de puissance est reliée à la sortie d'un convertisseur numérique analogique du circuit 121.
Le récepteur porté par le bateau est représenté sur la figure 4. Il comporte une antenne de réception large bande cons¬ tituée d'au moins un hydrophone 21 de coefficient Q compatible avec la bande de fréquence à passer. Cette bande est déterminée par la résolution en distance souhaitée et elle est fonction des fréquences émises .
Avec cette antenne, on forme de manière classique une voie de réception spécialisée à lobe large en gisement par un circuit de formation de voie 210. La largeur angulaire θ- du secteur de réception est déterminée pour obtenir, à la distance de détection, une zone de terrain suffisante pour couvrir le secteur insonifie . Le signal reçu dans cette voie est ensuite filtré par un banc de filtres passe-bande 211 ; chaque filtre étant centré sur une des fréquences reçues . Par exemple, le banc de filtres est réalisé par transformation de Fourier rapide (FFT) du signal. En ce qui concerne le doppler, il se traduit par un déca¬ lage des fréquences émises fonction des vitesses du bateau et du véhicule ROV et des directions d'émission et de réception. Ces données étant connues, les filtres sont asservis pour avoir tou¬ jours une fréquence centrale égale à la fréquence reçue. Une console de visualisation 212 permet d'afficher à par¬ tir des signaux détectés une représentation de la zone insonifiée. L'image est présentée à l'opérateur par exemple en XY chaque pixel ayant pour abscisse son numéro de voie et pour ordonnée la distance D du point de réflexion sur le fond par rapport au centre de phase de l'antenne d'émission 11.
Pour construire l'image, on utilise les informations de cap, distance et altitude du véhicule autonome ROV qui sont généralement connus, soit pour certains cas parce qu'ils sont fixes (altitude) , soit parce qu'ils sont donnés par le sonar détecteur. On peut utiliser également la connaissance de l'ins¬ tant d'émission pour s'affranchir de la connaissance de la distance ; cet instant est avantageusement connu à l'avance par le fait que l'émetteur et le récepteur, respectivement sur le ROV et le bateau sont munis d'horloges synchrones . Ces informa - tions peuvent aussi être transmises par voie acoustique en équi¬ pant le ROV d'une balise génératrice d'impulsions sous-marines, codées de façon à transmettre le cap de l'émetteur (non représentée) . La distance est déduite du temps de parcours du trajet direct.
Compte -tenu du fait que le bateau et le ROV sont les foyers d'une ellipsoïde dont on connaît le "parcours constant", (c'est-à-dire le parcours acoustique pour un temps donné) on en déduit les distances D . Avec un sonar détecteur de coque à la fréquence de 200kHz et muni d'une antenne de 1, 5m de longueur, la résolution sur le fond est de 1, 5 mètre à 300 m de distance .
Avec le véhicule ROV on désire "classlfier", c'est-à-dire pouvoir s'approcher à la distance de classification, d , ROV-objet.
Si Δ l est la résolution désirée sur le fond, la largeur du lobe de chaque voie à l'émission, à 3dB d'atténuation est
< = Δ Vdc. La longueur L de l'antenne d'émission du ROV est alors donnée par o = 0, 886c/fL, f étant la fréquence de fonction¬ nement et c la vitesse du son dans l'eau.
Le nombre de voies formées N correspond au nombre de fré¬ quences . Si B est la bande émise, la bande totale vaut N. B et le coefficient Q de chaque capteur de l'antenne de réception ne doit pas être inférieur à f . /NB (f étant choisie comme fréq ^uence milieu, f mi .n = f o -NB/2) .
On choisit donc un coefficient Q minimal qui soit réalisa¬ ble pour fixer la bande totale NB, B déterminant la résolution en distance .
La résolution en distance dépend des orientations respecti¬ ves de l'axe d'émission et de l'axe de réception. Lorsqu'ils sont alignés (cas du sonar monostatique) , cette résolution vaut c/2B et lorsqu'ils sont perpendiculaires elle est voisine de c/B (en supposant distance ROV-bateau = distance bateau-objet) ; on prend par exemple c/l, 5B pour évaluer la résolution en distance .
Pour fixer N et B, on considère par exemple que la résolu¬ tion en distance Δd doit être au moins égale à Δl. Le secteur angulaire Θ,-, d'observation du ROV est alors déterminé par ΘE = N. θ
Enfin le nombre de transducteurs N- de l'antenne d'émission est donné en imposant une distance d entre transducteurs telle que, comme indiqué ci-dessus, les lobes images soient hors du secteur insonifie, c'est-à-dire : d < c 2fmaχsin (θE/2 )
Les fréquences d'émission sont équidistantes et telles que deux fréquences successives soient séparées d'au moins B .
Dans un exemple, les valeurs numériques suivantes ont été retenues :
- fréquence centrale : f = 200 kHz
- distance de classification : d c = 15 mètres
- résolution sur le fond : ^ 1 = 35 cm
- θ( = 1, 34° - B = 2,86 kHz
- Q = 3
- N = 21
- ΘE = 28°
- L = 29 cm - d = 9 mm
- N£ = 31
La distance de Fresnel est calculée pour vérifier qu'elle est compatible avec la distance de classification. Si elle est trop grande, il est nécessaire de focaliser à l'émission. Avec un procédé numérique de commande d'émission, c'est-à-dire avec des transducteurs indépendants pilotés par des PROMS, cette focalisation est possible et permet donc de travailler à des distances très proches.
Cette focalisation peut être permanente si elle est légère car alors elle ne réduira pas les performances en détection sur écho. Avec les valeurs numériques indiquées pour l'exemple ci-dessus, la distance de Fresnel, vaut 11, 2 mètres et donc il n'est pas nécessaire de focaliser.
Ces valeurs sont données à titre d'exemple. Notamment le véhicule autonome ROV peut s'approcher plus près et donc iden¬ tifier avec une meilleure résolution par exemple A 1 = 10cm pour d = 5 mètres . Dans ce cas, la distance de Fresnel est telle c qu'il faut légèrement focaliser à l'émission.
L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation dé- crit et représenté . En particulier, une antenne d'émission dite à "phases alternées en quadrature" sur le ROV peut être utili¬ sée . Chaque transducteur est décalé de 11/2 par rapport au précédent. Le lobe d'émission est alors un lobe image de direction θ telle que sinθ = λ/4d variable avec la fréquence . En émettant successivement les fréquences dans des impulsions de durée 1/B, on obtient, comme précédemment, des voies à des fréquences différentes . Pour que la voie centrale d'émission à f soit dans l'axe du ROV, l'antenne doit être placée inclinée de arcsin( A /4d) pour la fréquence centrale f . Ceci n'est cependant pas obligatoire.
Par ailleurs, le codage en fréquence oblige à diviser la bande de fréquence dé réception par le nombre de voies, ce qui présente l'inconvénient de limiter la résolution en distance .
Une augmentation de la bande dans chaque voie conduirait à un trop faible secteur angulaire d'émission
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Une première variante pour augmenter la bande B consiste à former des voies multiples à la réception pour séparer angulairement n groupes de fréquences identiques : ainsi en reprenant l'exemple précédent, trois groupes de sept fréquences différentes pour former les 21 voies d'émission sont alors émises ; à la réception trois voies sont formées en réception pour couvrir le secteur de réception θ^ au lieu d'une . Cette technique est limitée par le fait que la distance de classification doit rester suffisamment grande pour pouvoir séparer angulairement à la réception les voies de même fréquence. Ainsi avec l'exemple précédent, le sonar récepteur ne peut séparer au plus que 1, 5m à 300 m de distance, ce qui limite le facteur n d'augmentation de la bande à une distance de classification dβ . Pour 15 mètres, n est limité à 1, 5 N/ Δl ~ 5. . Une deuxième solution pour augmenter la bande B consiste à effectuer un codage temporel. Pour cela le même signal est émis séquentiellement dans les directions des voies, l'émission étant directive en site pour limiter la durée de réponse. Les émissions des voies sont décalées une à une de cette durée et, à la réception, les signaux des voies sont séparés temporellement . La directivité en site est obtenue par une hauteur plus grande des transducteurs d'émission. Un codage mixte temps -fréquence peut également être mis en oeuvre.
A la réception, le système peut être complètement indépen- dant du sonar détecteur porté par le bateau en recevant sur un transducteur spécialisé (hydrophone) par exemple baffle. H peut être remorqué.
Le système selon l'invention permet d'effectuer une image¬ rie acoustique "haute résolution" à des distances très grandes pour les fréquences utilisées, et ceci sans aucun problème de transmission de données .
Ce système peut être installé sans difficulté sur un petit véhicule autonome ROV puisque l'antenne d'émission est assez petite (29 cm à 200 kHz) .
Enfin l'invention peut s'appliquer à un missile anti-mine (minekiller) : c'est un engin "aller- simple" qui porte une charge de destruction. Le véhicule étant consommable, le matériel embarqué doit être limité au maximum et de plus la résolution est d'autant meilleure que le véhicule se rapproche de la cible. Le système objet de l'invention est particulièrement bien adapté à cette application.
Un avantage de cette structure, avec émission multivoies colorées sur le véhicule autonome et, réception monovoie sur le bateau est que la résolution ne dépend pas de la distance ba¬ teau-zone insonifiée, ni de la distance bateau -véhicule autonome .
D'autre part, le bateau étant passif (seulement récepteur) , ce système est très intéressant sur le plan de la sécurité, notamment pour une appHcation en chasse aux mines .
Enfin le récepteur porté par le navire étant de préférence monovoie, il peut être à lobe large et ne nécessite pas de stabilisation. La seule contrainte est de diriger un hydrophone dans la direction approximative du véhicule . Cet hydrophone peut être monté sur l'antenne d'un sonar de chasse aux mines ou comme décrit ci- dessus utiliser un ou plusieurs des transducteurs de l'antenne du sonar déjà installé . Tous les véhicules autonomes autopropulsés existants con¬ viennent pour la mise en oeuvre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système d'exploration des fonds marins comportant un véhicule sous -marin autonome (1) comportant des moyens d'émis¬ sion sonar, associé à un bâtiment naval principal (2) , caractérisé en ce que les moyens d'émission sonar sur le 5 véhicule autonome comportent une antenne d'émission (11) et un ensemble de circuits électroniques (12) couplés à l'antenne (11) pour former une émission multivoies directives et codées dans un secteur gisement insonifie, et en ce que des moyens de réception (21, 22) sont portés par le bâtiment principal et comportent des moyens de détection (21) pour former une voie de réception spécialisée à. lobe large en gisement couplée à un ensemble de circuits de réception (22) comportant des moyens de séparation (211) des codes reçus .
2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que 15 les différents codes de voies sont des fréquences .
3. Système selon l'une des revendications 1 et 2, caracté¬ risé- en ce que l'antenne d'émission (11) portée par le véhicule autonome (1) est orthogonale à l'axe d'avancée du véhicule, l'axe central de la voie de réception formant avec l'axe
^ d'avancée du véhicule autonome un angle compris entre -90° et +90° .
4. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'antenne d'émission comporte un ensemble de transducteurs alignés et équidistants, d'espacement choisi pour que les lobes
25 images soient en dehors du secteur insonifie, les transducteurs étant commandés via un circuit de formation de voies (121) piloté par un processeur (122) par des signaux dont les phases et les fréquences suivent des lois prédéfinies , fonction des directions des voies d'émission à former aux différentes 0 fréquences de code.
5. Système selon l'une des revendications 1 à 4, caractéri¬ sé en ce que les circuits électroniques d'émission sont des circuits numériques .
6. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les circuits de réception (22) comportent un circuit de forma¬ tion de voie réception lobe large (210) couplé aux moyens de séparation (211) dont les sorties sont reliées à une console de visualisation (212) .
7. Système d'exploration des fonds marins comportant un véhicule sous -marin autonome (1) comportant des moyens d'émission sonar, associé à un bâtiment naval principal (2) , caractérisé en ce que les moyens d'émission sonar sur le ® véhicule autonome comportent une antenne d'émission (11) et un ensemble de circuits électroniques (12) couplés à l'antenne (11) pour former une émission multivoies directives et codées dans un secteur gisement insonifie, et en ce que des moyens de réception (21, 22) sont portés 5 par le bâtiment principal et comportent des moyens de détection (21) pour former un nombre limité, typiquement inférieur ou égal à 5, de voies de réception spécialisées à lobe large en gisement, couplées à un ensemble de circuits de réception (22) comportant des moyens de séparation (211) des codes reçus, les 0 mêmes groupes de codes étant utilisables dans des groupes de voies d'émission directives adjacentes .
8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que les codes de voies étant des fréquences, un même ensemble de fréquences est utilisé à l'émission dans des groupes adjacents de voies adjacentes couvrant le secteur insonifie, les fréquences identiques associées à des voies d'émission différentes étant séparées spatialement par les voies lobe large de réception de directions différentes.
9. Système selon l'une des revendications 1 et 7 caractérisé en ce que la position du véhicule autonome est connue grâce à la goniomé rie d'une balise fixée sur le véhicule autonome émettant une impulsion codée de façon à transmettre le cap de l'émetteur.
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