WO2004074861A2 - Dispositif et systeme de positionnement acoustique global - Google Patents

Dispositif et systeme de positionnement acoustique global Download PDF

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    • G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/42—Determining position

Definitions

  • the present invention relates to a device and a system for the global acoustic positioning of underwater devices.
  • GPS Global Positioning System
  • the GPS comprises a space part comprising a constellation of satellites placed in orbit around the Earth and emitting electromagnetic signals, a part of control on the ground, composed of stations following and controlling these satellites, and a user part, military or civil. From the electromagnetic signals emitted, the absolute position of any receiver, placed at or near the earth's surface can be determined with an accuracy of the order of 10 to 15 meters for civil use. The receiver uses for this the data transmitted by four satellites placed in different orbits and therefore at different distances.
  • the first three satellites allow a rough determination of the position including errors due to the offset between the clock of each of the satellites and that of the user, the fourth gives the actual instant of transmission of the signals.
  • GPS has now established itself as the real-time navigation system to equip boats and vehicles due to the low cost of its receiver and its ease of use day and night.
  • radio waves emitted by satellites do not propagate in marine environments where they are very quickly absorbed.
  • GPS positioning of underwater receivers by GPS is not possible, other navigation and underwater positioning systems have emerged. These technologies mainly have in common the implementation of acoustic waves.
  • a long baseline system which uses at least three acoustic beacons arranged at the bottom of the sea.
  • the underwater receiver receives the acoustic signals coming from said beacons and determines its position by the principle of triangulation. Knowing the speed of sound propagation in the sea, the measurement of travel time of the signal emitted by each of the buoys gives the relative distance of said device with respect to each of the buoys.
  • this system remains complex due to the difficulty and cost of installing beacons on the seabed. YOUNGBERG JW describes in US Patent 5,119,341 a method for extending GPS to underwater applications and in particular, for providing a navigation system to autonomous submarines.
  • This system implements wandering buoys which determine their position like any other GPS user, transmit it through transducers to underwater vehicles seeking to determine their position.
  • this system requires the implementation of at least three stray buoys so that the underwater vehicle can determine its position by triangulation while taking into account the possibility that signals coming from a buoy are not detected.
  • these buoys do not allow precise positioning because the determination of the dynamic position of the underwater vehicle does not integrate external factors (sea state, wind, etc.) which can influence the position of each of the buoys. and what could translate from roll, pitch, heading and heave sensors.
  • Acoustic underwater positioning systems are also known which use an ultra-short baseline system (USBL) to position underwater vehicles or targets, fixed or mobile, having a transponder.
  • USBL ultra-short baseline system
  • This system only involves a single transponder and a single acoustic antenna, of reduced surface area and comprising receiving elements.
  • An acoustic or electrical interrogation is sent to the transponder which in return sends an acoustic response.
  • This acoustic response is received by the receiving elements of the antenna, thus enabling the position of the transponder to be determined.
  • the distance is calculated on the basis of the time elapsed between the emission of the interrogation signal and the reception of the acoustic response signal and the directions are deduced from the measurement of the phase differences in the reception of the response signal by the different elements. receptors.
  • the acoustic antenna fixed or deployable, requires the use in parallel of an attitude sensor and a GPS to correct the movements of the antenna in area.
  • the acoustic antenna is therefore difficult to transport and requires the mobilization of a ship.
  • the respective positions, on board the ship, of the GPS antenna, of the attitude center and of the acoustic antenna of the USBL system with respect to the center of mass of the ship are such as corrections on the dynamic position. of the acoustic antenna are necessary considering the leverage effects between the acoustic antenna and the GPS antenna on the one hand, and the acoustic antenna and the attitude station on the other. In particular, these can be very important.
  • a first object of the present invention is to propose a device and a method for global acoustic positioning, simple in their design and in their implementation, economical, without necessary calibration of said device, with very great underwater range, autonomous, highly integrated and easily transportable at the user's discretion and capable of supporting several targets simultaneously simultaneously, for determining the position of underwater devices equipped with a transponder.
  • Another object of the present invention is the production of a global acoustic positioning system ("GAPS") allowing in a given maritime area to underwater devices to know their exact position.
  • GAPS global acoustic positioning system
  • the invention relates to a device for the global acoustic positioning of underwater devices comprising positioning means for geographically referencing said device and a transceiver of acoustic positioning signals.
  • said acoustic signal transceiver is an ultra-short baseline system (USBL) which generates n first position measurements, where n is the number of underwater devices measured simultaneously, n being greater than or equal to 1,
  • USBL ultra-short baseline system
  • attitude measurement is meant a measurement of the orientation of said device in an inertial reference system, mathematically described by variables which are the heading, the roll and the pitch.
  • the present invention also relates to the following characteristics which must be considered in isolation or in all their technically possible combinations:
  • - n is equal to 6
  • the means for restoring the movements of the device include an attitude unit
  • the means for restoring the movements of the device include an inertial navigation center,
  • the refresh frequency of the signals delivered by said means for restoring the movements of the device is greater than or equal to 10 Hz
  • the device comprises a buoy
  • the buoy comprises self-propelling means
  • the device comprises mooring means
  • the device comprises a transmitter / receiver of radioelectric signals
  • the device comprises a transmitter / receiver of wired signals
  • the device comprises means for supplying autonomous energy, the positioning means for geographically referencing said device comprise a GPS.
  • the invention also relates to a global acoustic positioning system for underwater devices.
  • said system comprises a set of acoustic positioning devices as described above. Each of these positioning devices is placed at a point in a network of points defined by the repetition of the same elementary mesh cutting out a sea area to be covered.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a global acoustic positioning device, according to an embodiment of the invention
  • - Figure 2 is a schematic representation of a global acoustic positioning system, according to an embodiment of the invention.
  • Fig. 2a) shows said system with its protective envelope
  • FIG. 2b) schematically represents a section along the axis A - A of said system;
  • the object of the invention is to determine with very high precision the dynamic position and the heading of underwater devices 1.
  • underwater device 1 means any device 1 equipped with at least one transponder 2 capable of communicating with the global acoustic positioning device (GAPS) of the invention and advantageously of a receiver to receive its real position as determined by the positioning device, said device being able to navigate underwater to abyssal depths of 6000 m for example.
  • GAPS global acoustic positioning device
  • Examples of such devices are manned, remote-controlled or autonomous underwater vehicles, portable and individual beacons, etc.
  • the global acoustic positioning device for underwater devices includes positioning means for geographically referencing its position ( Figure 1). These means may for example comprise a GPS receiver receiving radioelectric signals emitted by several satellites 3 of a GPS system, said receiver comprising a receiving antenna 4 and a built-in computer 5 determining precisely the absolute position of said device or a transceiver receiving signals transmitted from a land site or a ship equipped with a GPS, said signals giving a relative position of the device.
  • the device comprises an ultra-short baseline system (USBL) 6.
  • This acoustic transceiver 6 for positioning signals generates n first position measurements, where n is the number of underwater devices 1 measured simultaneously by said device. positioning with n greater than or equal to 1.
  • the device is capable of simultaneously determining the position of at least two underwater devices 1.
  • six underwater devices 1 can be jointly processed in real time by the acoustic positioning device.
  • the USBL 6 type acoustic signal transceiver comprises a reduced diameter antenna, typically 300 mm, comprising four reception hydrophones 7 arranged, for example orthogonally to one another, on the periphery of the antenna and a transmission transducer 8 placed in the center of the antenna.
  • the emission transducer emits acoustic interrogations at regular time intervals, typically at a frequency of the order of 16 kHz for a range of 6000 m and up to 40 kHz for a range, lower, of 1000 m.
  • the transponder 2 When an underwater device 1 enters the transducer coverage area, the transponder 2 with which it is equipped in return emits an acoustic response if the latter 2 is placed in active location mode. This acoustic response is received by the receiving hydrophones 7 of the antenna, thus making it possible to determine the position of the transponder 2.
  • Electronic means comprising a transmission support card 9 control the USBL system 6.
  • the overall acoustic positioning device also comprises means for restoring the movements of the device 10 delivering signals comprising at least one attitude measurement of said device in an inertial reference system ( Figures 1 and 2 b).
  • These restitution means 10 comprise either an attitude center or an inertial navigation center.
  • said central includes for example 3 fiber optic gyroscopes, 3 accelerometers and calculation cards which advantageously allow the calculation of the position and the maintenance of this position of the device during a masking of the constellation of GPS satellites.
  • the refresh frequency of the signals delivered by said means for restoring the movements of the device 10 is greater than or equal to 10 Hz.
  • the processing means 11 On reception of said signals, the processing means 11 synchronize the acquisitions of the set of measurements.
  • the acoustic signals are for example delivered by a Tx Rx card.
  • the processing means 11 in real time determine, upon receipt of all of these measurements, the actual position of the underwater appliance (s) 1 present in the coverage area or their relative position in the absence of absolute positioning means .
  • These processing means 11 take into account the variations in the speed of propagation of the sound between the position of the device and that of the transponder 2 of the underwater apparatus 1, said variations being due to variations in the salinity, the temperature of water and pressure.
  • the device comprises means for transmitting the actual position of the underwater appliance (s) 1 in and / or out of the water.
  • these means comprise a transmitter / receiver of radioelectric signals.
  • they comprise a wired signal transmitter / receiver 12.
  • the acoustic positioning device can be implemented in different ways. It can be a box fixed on a platform or a buoy for example. This buoy can be drifting or have self-propelling means. In the latter case, the buoy can be guided or programmed to come to position itself in a precise geographical point for example. This buoy may also have mooring means and energy supply means 13 for making said buoy autonomous.
  • the respective positions of the means for restoring the movements of the device 10 and of the transceiver 6 of acoustic signals with respect to the center of mass of said device are such that the lever arm effect between said restoring means 10 and said transmitter -Receiver 6 is zero for the determination of the real position of the underwater device 1.
  • the lever arm is not negligible, it is calibrated during the manufacture of the positioning device and it does not is not necessary to take this into account later.
  • the invention also relates to a global acoustic positioning system for underwater devices 1.
  • This system comprises a set of acoustic positioning devices as described above. Each of these positioning devices is placed at a given point in a sea area to be covered. These points are defined by the repetition of the same elementary mesh thus dividing the sea area into a network of points. Said network of points is therefore defined as a regular arrangement of points in the plane of the surface of the sea area. Each point being connected to another in a direction given by the length of the elementary mesh and in a direction perpendicular to that here, by the width of said elementary mesh.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of the invention with a drifting buoy of global acoustic positioning.
  • Figure 2 a) shows said buoy without its floats with its protective cover 14, made of stainless steel for example.
  • Figure 2 b) schematically shows a section along the axis A - A of said buoy.
  • This buoy comprises an antenna 4 and a GPS receiver 5, means for restoring the movements of the device 10, an acoustic signal transmitter-receiver 6 which is a USBL system.
  • This system comprises four reception hydrophones 7 and a transmission transducer 8 placed at the center of the USBL system 6.
  • Electronic means comprising a transmission support card 9 ensuring the control of the USBL 6 system.
  • the typical dimensions of this buoy are a total height H of 400 mm, a USBL antenna diameter of 300mm, a cover diameter of 240 mm and a height h of the protective casing of 280 mm.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de positionnement acoustique global d'appareils sous-marins (1) comprenant des moyens de positionnement pour référencer géographiquement ledit dispositif et un émetteur-récepteur (6) de signaux acoustiques de positionnement. Selon l'invention, ledit émetteur-récepteur de signaux acoustiques (6) est un système à ligne de base ultracourte (USBL) qui génère n premières mesures de position, où n est le nombre d'appareils sous-marins (1) mesurés simultanément, n étant supérieur ou égal à 1 et ledit dispositif comporte des moyens de restitution des mouvements du dispositif (10) délivrant des signaux, des moyens de traitement (11) en temps réel recevant l'ensemble de mesures pour déterminer la position réelle du ou des appareils sous-marins (1) et des moyens (12) pour émettre la position réelle du ou des appareils sous-marins (1) dans et/ou hors de l'eau.

Description

Dispositif et système de positionnement acoustique global
La présente invention concerne un dispositif et un système de positionnement acoustique global d'appareils sous-marins.
Plusieurs systèmes de navigation et de positionnement par satellite, généralement connus sous le terme générique de GPS pour "Système de positionnement Global" sont opérationnels (le système américain "NAVSTAR" et son équivalent russe "GLONASS") ou sont en cours de développement (le projet Européen GALILEO). Le GPS comporte une partie spatiale comprenant une constellation de satellites placés en orbite autour de la Terre et émettant des signaux électromagnétiques, une partie de contrôle au sol, composée de stations suivant et contrôlant ces satellites, et une partie utilisateur, militaire ou civil. A partir des signaux électromagnétiques émis, la position absolue de n'importe quel récepteur, placé à ou à proximité de la surface terrestre peut être déterminée avec une précision de l'ordre de 10 à 15 mètres pour l'usage civil. Le récepteur utilise pour cela les données émises par quatre satellites placés sur des orbites différentes et donc à des distances différentes. Les trois premiers satellites permettent une détermination grossière de la position comprenant des erreurs dues au décalage entre l'horloge de chacun des satellites et celle de l'utilisateur, le quatrième donne l'instant réel d'émission des signaux. Le GPS s'est désormais imposé comme le système de navigation en temps réel pour équiper les bateaux et les véhicules de part le faible coût de son récepteur et sa simplicité d'utilisation de jour comme de nuit. Cependant, les ondes radios émises par les satellites ne se propagent pas dans les milieux marins où elles sont très rapidement absorbées. Le positionnement de récepteurs sous-marins par GPS n'étant pas possible, d'autres systèmes de navigation et de positionnement sous-marin ont vu le jour. Ces technologies ont principalement en commun la mise en œuvre d'ondes acoustiques.
On connaît par exemple un système à ligne de base longue (LBL) qui utilise au moins trois balises acoustiques disposées au fond de la mer. Le récepteur sous-marin reçoit les signaux acoustiques provenant desdites balises et détermine sa position par le principe de triangulation. Connaissant la vitesse de propagation du son dans la mer, la mesure du temps de parcours du signal émis par chacune des bouées donne la distance relative dudit dispositif par rapport à chacune des bouées. Cependant ce système reste complexe du fait de la difficulté et du coût de l'installation des balises sur les fonds marins. YOUNGBERG J. W. décrit dans le brevet US Patent 5,119,341 une méthode pour étendre le GPS à des applications sous-marines et en particulier, pour fournir un système de navigation à des sous-marins autonomes. Ce système met en œuvre des bouées errantes qui déterminant leur position comme n'importe quel autre utilisateur GPS, la transmettent grâce à des transducteurs vers des véhicules sous-marins cherchant à déterminer leur position. Cependant, ce système nécessite la mise en œuvre d'au moins trois bouées errantes pour que le véhicule sous-marin puisse déterminer sa position par triangulation tout en tenant compte de la possibilité que des signaux provenant d'une bouée ne soit pas détectés. De plus, ces bouées ne permettent pas un positionnement précis car la détermination de la position dynamique du véhicule sous- marin n'intègre pas les facteurs externes (état de la mer, vent, ..) pouvant influer sur la position de chacune des bouées et que pourraient traduire des capteurs de roulis, de tangage, de cap et de pilonnement. On connaît par ailleurs des systèmes de positionnement acoustique sous-marin utilisant un système à ligne de base ultracourte (USBL) pour positionner des véhicules sous-marins ou des cibles, fixes ou mobiles disposant d'un transpondeur. Ce système ne fait intervenir qu'un seul transpondeur et une seule antenne acoustique, de surface réduite et comportant des éléments récepteurs. Une interrogation acoustique ou électrique est envoyée au transpondeur qui émet en retour une réponse acoustique. Cette réponse acoustique est reçue par les éléments récepteurs de l'antenne permettant ainsi la détermination de la position du transpondeur. La distance est calculée sur la base du temps écoulé entre l'émission du signal d'interrogation et la réception du signal de réponse acoustique et les directions sont déduites de la mesure des différences de phase dans la réception du signal de réponse par les différents éléments récepteurs. Cependant, l'antenne acoustique, fixe ou à déploiement, requière l'utilisation en parallèle d'un capteur d'attitude et d'un GPS pour corriger les mouvements de l'antenne en surface. L'antenne acoustique est donc difficilement transportable et nécessite la mobilisation d'un navire. De plus, les positions respectives, à bord du navire, de l'antenne GPS, de la centrale d'attitude et de l'antenne acoustique du système USBL par rapport au centre de masse du navire sont telles que des corrections sur la position dynamique de l'antenne acoustique sont nécessaires en considérant les effets de bras de levier entre l'antenne acoustique et l'antenne GPS d'une part, et l'antenne acoustique et la centrale d'attitude, d'autre part. En particulier, ces derniers peuvent s'avérer très importants. Un premier objet de la présente invention est de proposer un dispositif et une méthode de positionnement acoustique global, simple dans leur conception et dans leur mise en oeuvre, économique, sans calibrage nécessaire dudit dispositif, à très grande portée sous-marine, autonome, hautement intégré et facilement transportable au gré de l'utilisateur et pouvant prendre en charge seul plusieurs cibles simultanément, pour la détermination de la position de dispositifs sous- marins équipés d'un transpondeur.
Un autre objet de la présente invention est la réalisation d'un système de positionnement acoustique global (Global acoustic positioning System -"GAPS") permettant dans une zone maritime donnée à des dispositifs sous-marins de connaître leur exacte position.
A cet effet, l'invention concerne un dispositif de positionnement acoustique global d'appareils sous-marins comprenant des moyens de positionnement pour référencer géographiquement ledit dispositif et un émetteur-récepteur de signaux acoustiques de positionnement. Selon l'invention,
- ledit émetteur-récepteur de signaux acoustiques est un système à ligne de base ultracourte (USBL) qui génère n premières mesures de position, où n est le nombre d'appareils sous-marins mesurés simultanément, n étant supérieur ou égal à 1 ,
- ledit dispositif comporte :
- des moyens de restitution des mouvements du dispositif délivrant des signaux comportant au moins une mesure de l'attitude dudit dispositif dans un système de référence inertiel, - des moyens de traitement en temps réel recevant l'ensemble des mesures pour déterminer la position réelle du ou des appareils sous- marins,
- des moyens pour émettre la position réelle du ou des appareils sous-marins dans et/ou hors de l'eau, et en ce que les positions respectives des moyens de restitution des mouvements du dispositif et de l'émetteur-récepteur de signaux acoustiques par rapport au centre de masse dudit dispositif sont telles que l'effet de bras de levier entre lesdits moyens de restitution et ledit émetteur-récepteur est nul.
On entend par "mesure de l'attitude", une mesure de l'orientation dudit dispositif dans un système de référence inertiel, mathématiquement décrite par des variables qui sont le cap, le roulis et le tangage.
Dans différents modes de réalisation, la présente invention concerne également les caractéristiques suivantes qui devront être considérées isolément ou selon toutes leurs combinaisons techniquement possibles :
- n est supérieur ou égal à 2,
- n est égal à 6, - les moyens de restitution des mouvements du dispositif comportent une centrale d'attitude,
- les moyens de restitution des mouvements du dispositif comportent une centrale de navigation inertielle,
- la fréquence de rafraîchissement des signaux délivrés par lesdits moyens de restitution des mouvements du dispositif est supérieure ou égale à 10 Hz,
- le dispositif comprend une bouée,
- la bouée est dérivante,
- la bouée comprend des moyens d'autopropulsion, - le dispositif comprend des moyens d'amarrage,
- le dispositif comprend un émetteur/récepteur de signaux radioélectriques,
- le dispositif comprend un émetteur/récepteur de signaux filaires,
- le dispositif comprend des moyens d'alimentation en énergie autonome, les moyens de positionnement pour référencer géographiquement ledit dispositif comprennent un GPS.
L'invention concerne également un système de positionnement acoustique global pour des dispositifs sous-marins. Selon l'invention, ledit système comprend un ensemble de dispositifs de positionnement acoustique tels que décrits précédemment. Chacun de ces dispositifs de positionnement est placé en un point d'un réseau de points défini par la répétition d'une même maille élémentaire découpant une zone de mer à couvrir. Dans différents modes de réalisation possibles, l'invention sera décrite plus en détail en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif de positionnement acoustique global, selon un mode de mise en œuvre de l'invention; - la figure 2 est une représentation schématique d'un système de positionnement acoustique global, selon un mode de réalisation de l'invention. La fig. 2a) montre ledit système avec son enveloppe protectrice et la fig. 2b) représente schématiquemβnt une coupe suivant l'axe A - A dudit système; L'objet de l'invention est de déterminer avec une très haute précision la position dynamique et le cap d'appareils sous-marins 1. On entend par "appareil sous-marin" 1 , tout appareil 1 équipé d'au moins un transpondeur 2 capable de communiquer avec le dispositif de positionnement acoustique global (GAPS) de l'invention et avantageusement d'un récepteur pour recevoir sa position réelle telle que déterminée par le dispositif de positionnement, ledit appareil pouvant naviguer sous l'eau jusqu'à des profondeurs abyssales de 6000 m par exemple. Des exemples de tels appareils sont des véhicules sous- marins habités, télécommandés ou autonomes, des balises portables et individuelles, ...
Le dispositif de positionnement acoustique global d'appareils sous-marins comprend des moyens de positionnement pour référencer géographiquement sa position (Figure 1 ). Ces moyens peuvent comprendre par exemple un récepteur GPS recevant des signaux radioélectriques émis par plusieurs satellites 3 d'un système GPS, ledit récepteur comprenant une antenne de réception 4 et un calculateur intégré 5 déterminant de façon précise la position absolue dudit dispositif ou un émetteur-récepteur recevant des signaux émis depuis un site terrestre ou un navire équipé d'un GPS, lesdits signaux donnant une position relative du dispositif.
Le dispositif comprend un système à ligne de base ultracourte (USBL) 6. Cet émetteur-récepteur de signaux acoustiques 6 de positionnement génère n premières mesures de position, où n est le nombre d'appareils sous-marins 1 mesurés simultanément par ledit dispositif de positionnement avec n supérieur ou égal à 1. De manière préférentielle, le dispositif est capable de déterminer simultanément la position d'au moins deux appareils sous-marins 1. Avantageusement, six appareils sous-marins 1 peuvent être conjointement traités en temps réel par le dispositif de positionnement acoustique. Comme décrit plus haut, l'émetteur-récepteur de signaux acoustiques de type USBL 6 comprend une antenne de diamètre réduit, typiquement 300 mm comportant quatre hydrophones de réception 7 disposés, par exemple orthogonalement l'un par rapport à l'autre, sur la périphérie de l'antenne et un transducteur d'émission 8 placée au centre de l'antenne. Le transducteur d'émission émet des interrogations acoustiques à intervalles de temps réguliers, typiquement à une fréquence de l'ordre de 16 kHz pour une portée de 6000 m et jusqu'à 40 kHz pour une portée, inférieure, de 1000m . Lorsqu'un appareil sous-marin 1 pénètre dans la zone de couverture du transducteur, le transpondeur 2 dont il est équipé émet en retour une réponse acoustique si ce dernier 2 est placé en mode actif de localisation. Cette réponse acoustique est reçue par les hydrophones de réception 7 de l'antenne permettant ainsi la détermination de la position du transpondeur 2. Des moyens électroniques comprenant une carte support émission 9 assurent le contrôle du système USBL 6. Le dispositif de positionnement acoustique global (GAPS) comprend aussi des moyens de restitution des mouvements du dispositif 10 délivrant des signaux comportant au moins une mesure d'attitude dudit dispositif dans un système de référence inertiel (Figures 1 et 2 b). Ces moyens de restitution 10 comprennent soit une centrale d'attitude, soit une centrale de navigation inertielle. Dans ce dernier cas, ladite centrale comporte par exemple 3 gyroscopes à fibre optique, 3 accéléromètres et des cartes de calculs qui avantageusement permettent le calcul de la position et de l'entretien de cette position du dispositif lors d'un masquage de la constellation de satellites GPS. De manière avantageuse, la fréquence de rafraîchissement des signaux délivrés par lesdits moyens de restitution des mouvements du dispositif 10 est supérieure ou égale à 10 Hz. Ces signaux sont envoyés vers des moyens de traitement 11. A la réception desdits signaux, les moyens de traitement 11 synchronisent les acquisitions de l'ensemble de mesures. Les trois entrées de base du dispositif, obtenues de manière synchrone, correspondent donc à l'acquisition d'une mesure de localisation géographique dudit dispositif de positionnement, les signaux générés par les moyens de restitution des mouvements du dispositif 10 et enfin, les acquisitions de signaux acoustiques par le système USBL. Les signaux acoustiques sont par exemple délivrés par une carte Tx Rx. Les moyens de traitement 11 en temps réel déterminent à la réception de l'ensemble de ces mesures la position réelle du ou des appareils sous-marins 1 présents dans la zone de couverture ou leur position relative en cas d'absence de moyens de positionnement absolue. Ces moyens de traitement 11 prennent en compte les variations dans la vitesse de propagation du son entre la position du dispositif et celle du transpondeur 2 de l'appareil sous-marin 1 , lesdites variations étant dues à des variations dans la salinité, la température de l'eau et la pression.
Le dispositif comprend des moyens pour émettre la position réelle du ou des appareils sous-marins 1 dans et/ou hors de l'eau. Dans un mode de réalisation, ces moyens comprennent un émetteur/récepteur de signaux radioélectriques. Dans un autre mode de réalisation, ils comprennent un émetteur/récepteur de signaux filaires 12.
Le dispositif de positionnement acoustique peut être mise en œuvre de différentes façons. Il peut s'agir d'une boite fixée sur une plateforme ou d'une bouée par exemple. Cette bouée peut être dérivante ou disposer de moyens d'autopropulsion. Dans ce dernier cas, la bouée peut être guidée ou programmée pour venir se positionner en un point géographique précis par exemple. Cette bouée peut aussi avoir des moyens d'amarrage et des moyens d'alimentation en énergie 13 pour rendre ladite bouée autonome.
Les positions respectives des moyens de restitution des mouvements du dispositif 10 et de l'émetteur-récepteur 6 de signaux acoustiques par rapport au centre de masse dudit dispositif sont telles que l'effet de bras de levier entre lesdits moyens de restitution 10 et ledit émetteur-récepteur 6 est nul pour la détermination de la position réelle de l'appareil sous-marin 1. Dans le cas où le bras de levier n'est pas négligeable, il est calibré lors de la fabrication du dispositif de positionnement et il n'est pas nécessaire d'en tenir compte ultérieurement.
L'invention concerne également un système de positionnement acoustique global pour d'appareils sous-marins 1. Ce système comprend un ensemble de dispositifs de positionnement acoustique tel que décrit précédemment. Chacun de ces dispositifs de positionnement est placé en un point donné d'une zone de mer à couvrir. Ces points sont définis par la répétition d'une même maille élémentaire découpant ainsi la zone de mer en un réseau de points. Ledit réseau de points est donc défini comme une disposition régulière de points dans le plan de la surface de la zone de mer. Chaque point étant relié à un autre dans une direction donnée par la longueur de la maille élémentaire et dans une direction perpendiculaire à celle-ci, par la largeur de ladite maille élémentaire.
On décrira maintenant un mode de réalisation de dispositifs de positionnement acoustique nouveaux et utiles conformes à l'invention. La Figure 2 montre un exemple de mode de réalisation de l'invention avec une bouée dérivante de positionnement acoustique global. La Figure 2 a) montre ladite bouée sans ses flotteurs avec son enveloppe protectrice 14, en acier inoxydable par exemple. La Figure 2 b) représente schématiquement une coupe suivant l'axe A - A de ladite bouée. Cette bouée comprend une antenne 4 et un récepteur GPS 5, des moyens de restitution des mouvements du dispositif 10, un émetteur-récepteur de signaux acoustiques 6 qui est un système USBL. Ce système comprend quatre hydrophones de réception 7 et un transducteur d'émission 8 placés au centre du système USBL 6. Des moyens électroniques comprenant une carte support émission 9 assurant le contrôle du système USBL 6. Les dimensions typiques de cette bouée sont une hauteur totale H de 400 mm, un diamètre d'antenne USBL de 300mm, un diamètre de couvercle de 240 mm et une hauteur h de l'enveloppe protectrice de 280 mm.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de positionnement acoustique global d'appareils sous-marins (1) comprenant des moyens de positionnement pour référencer géographiquement ledit dispositif et un émetteur-récepteur de signaux acoustiques de positionnement (6), caractérisé en ce que
- ledit émetteur-récepteur de signaux acoustiques (6) est un système à ligne de base ultracourte (USBL) qui génère n premières mesures de position, où n est le nombre d'appareils sous-marins (1) mesurés simultanément, n étant supérieur ou égal à 1 , - ledit dispositif comporte :
- des moyens de restitution des mouvements du dispositif (10) délivrant des signaux comportant au moins une mesure de l'attitude dudit dispositif dans un système de référence inertiel,
- des moyens de traitement (11 ) en temps réel recevant l'ensemble des mesures pour déterminer la position réelle du ou des appareils sous-marins (1),
- des moyens (12) pour émettre la position réelle du ou des appareils sous-marins (1) dans et/ou hors de l'eau, et en ce que les positions respectives des moyens de restitution des mouvements du dispositif (10) et de l'émetteur-récepteur (6) de signaux acoustiques par rapport au centre de masse dudit dispositif sont telles que l'effet de bras de levier entre lesdits moyens de restitution (10) et ledit émetteur-récepteur (6) est nul.
2. Dispositif de positionnement selon la revendication 1 , caractérisé en ce que n est supérieur ou égal à 2.
3. Dispositif de positionnement selon la revendication 2, caractérisé en ce que n est égal à 6.
4. Dispositif de positionnement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de restitution des mouvements du dispositif (10) comportent une centrale d'attitude.
5. Dispositif de positionnement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de restitution des mouvements du dispositif (10) comportent une centrale de navigation inertielle.
6. Dispositif de positionnement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la fréquence de rafraîchissement des signaux délivrés par lesdits moyens de restitution des mouvements du dispositif (10) est supérieure ou égale à 10 Hz.
7. Dispositif de positionnement selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend une bouée.
8. Dispositif de positionnement selon la revendication 7, caractérisé en ce que la bouée est dérivante.
9. Dispositif de positionnement selon la revendication 7, caractérisé en ce que la bouée comprend des moyens d'autopropulsion.
10. Dispositif de positionnement selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'amarrage.
11. Dispositif de positionnement selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend un émetteur/récepteur de signaux radioélectriques.
12. Dispositif de positionnement selon l'une des revendications 1 à 11 , caractérisé en ce qu'il comprend un émetteur/récepteur de signaux filaires.
13. Dispositif de positionnement selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'alimentation en énergie autonome (13).
14. Dispositif de positionnement selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que les moyens de positionnement pour référencer géographiquement ledit dispositif comprennent un GPS (4, 5).
15. Système de positionnement acoustique global pour appareils sous-marins (1) caractérisé en ce qu'il comprend un ensemble de dispositifs de positionnement acoustique selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, chacun desdits dispositifs étant placé en un point d'un réseau de points défini par la répétition d'une même maille élémentaire découpant une zone de mer à couvrir.
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