CA1157131A - Methode pour la teledetection de l'etat de la mer et dispositif pour sa mise en oeuvre - Google Patents
Methode pour la teledetection de l'etat de la mer et dispositif pour sa mise en oeuvreInfo
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Abstract
Méthode perfectionnée de détection à distance de l'état de la mer, c'est-à-dire de l'amplitude et de la fréquence des vagues dans une zone choisie. Dans cette méthode on détermine le spectre de fréquence des échos, sur des vagues de la zone, d'impulsions de radar émises séquentiellement. La méthode est caractérisée en ce que, on améliore le rapport du signal au bruit en procèdant aux étapes suivantes: prélèvement sur les signaux d'échos successifs de plusieurs séries d'échantillons correspondant chacune à un secteur distinct de la zone choisie; conservation sans changement de l'une de ces séries à laquelle correspond un secteur que l'on utilise comme secteur de référence; détermination du spectre de fréquence de chaque série d'échantillons de signaux; application à chacune des autres séries ou au spectre de fréquence correspondant, de corrections pour ramener ses valeurs à celles qui auraient correspondu au secteur de référence, en lui appliquant soit un facteur de correction lié à la différence de distance, par rapport au lieu d'émission, respectivement du secteur correspondant à la série considérée et du secteur de référence, pour tenir compte du degré d'affaiblissement différent des signaux radars en fonction de la distance de propagation, soit un facteur de correction lié à la différence d'azimut, par rapport au lieu d'émission, respectivement du secteur correspondant à la série considérée et du secteur de référence, pour tenir compte de l'incidence différente du vent résultant de l'orientation différente du secteur correspondant à la série considérée et du secteur de référence par rapport à la direction du vent, soit les deux facteurs de correction cidessus metnionnés, cumulativement; et combinaisons des spectres corrigés ou les spectres des séries corrigées avec celui de la série correspondant au secteur de référence. Dispositif de mise en oeuvre de ce procédé.
Description
L'inventi.on a pour objet une methocle pour la télédétec-tion rle lléta-t de la mer et un dispositif pour sa mise en oeuvre.
Plus particulièremer-t, l'invention concerne une méthode pour la télédétection de l'éta-t de la mer, par détermination du spectrs de fré-quence des échos successiFs sur les vagues, d'impulsions clr radar tralls-mises séquentiellement et un dispositiF pour sa mise en oeuvre.
ûn sait que les ondes électromagnétiques transm;.ses à partir d'un raclar vers une certaine zone de l'océan sont réfl6chies et/oLI
rotrodiFfusées sélecti.v2ment par les vagues~ en particulirr vers le radar. Les ondes électromaynétiques ayant une longueur d'onde déterminrie ~ont rétrodiFfustes en particulier par les vagues dont la longuPur d'onde est la moitié de celle des ondes émises, Les ondes rétrocii.ffusées sont afFectées d'un décalage de fréquence Dopp].er corresponclant à la vitrsse de cléplacernent des vagues dans la direction d'observation et ].eur sprctre comporte deux composantes discrètes désignées par "raies de ~ragg" cor-respondant respectivement aux vagues s'approchallt et sléloignant du radar~
Le rapport entre les amplitudes des deux raies de Dragg peut servir à
déterminer la direction du vrnt et dans certaines conditions, le spectre directionnel des vagues. La direction du vent par exemple peut être 2D déterminée en recherchant la direction de réception des ondes élrzctro_ magné-tiques p,our laquelle le rapport entre les ampli.tudes des rai.es est maximal ou ininimal. L'exploitation du spectre de frcqLIence Doppler et en particulier du spectre dit du deuxième ordre permet également de calculer la hauteur significative des vagues, c'est-à-dire la hauteur moyenne du tiers des vagues les plus hautes~ cette llauteur significative étant liée à la vitesse du vent sur la mer. On sait également que la précision en fréquence que l'on pourra ohtenir dans la mesure du spectre de fréquence sera dlautant meil'eure~que la durée de la mesure sera plus grande Comme il sera explir.;ué ultérieurement au dribut de la rlesr:ription, compte--tenu du fait que le décalage de fréquence Doppler du au déplace~
ment des vagues tde l'ordre de 0,2 Hz par exemple) est faible, il est nécr-ssairc, poL~r obtenir ulle bonne resolutioncllrls].a mesure cles fréquences(par exemple de l'ordre de 10 ilz), de porter la cduree cle mesure du spec-tre à, par exemple, au moins r:ent secondes~ Cette durée totale de . .
, ~A~7~3~
mesure est repar-tie .sur :Les echos successifs rétrodiffuses par les vagues de la zone a etudier, ces echos correspon-dant a une séquence d'impulsions de radar transmises succes-sivement.
Si la direction du vent etait invariable dans la zone observee par radar, on pourrait prolonger à volonte la duree des mesures afin d'ob-tenir une precision optimale.
Mais, dans la pratique, la duree to-tale des mesures doi-t etre limitee a la duree estimee de stabilite du vent car tout changemen-t dans sa directi.on induit une modification de la direction des cretes des vagues et modifie l'ampli-tude rela-tive des raies de Bragg.
D'autre part, si la me-thode consistant à multi-plier le nombre de mesures effectuées pendant cette durée limite, par augmentation cle la fréquence de répetition des impulsions transmises, permet une amélioration du rapport du signal au bruit, elle ne procure pas d'augmentation significative de la précision des mesures. En effet, des mesures trop rapprochees dans le temps risquant de ne pas etre independantes les unes des autres etant donne la fré-quence très basse du mouvement des vagues, il est necessaire qu'un certain laps de temps s'ecoule entre deux mesures pour detecter sur la meme zone des variations significatives.
La presente invention a donc pour but une methode de detection à distance de l'etat de la mer qui permet d'obtenir une precision optimale dans la determination du spectre de frequence des échos successifs, pour une zone de la mer ou de l'océan, d'impulsions de radar transmises sequentiellement.
Plus particulièrement,la presente invention a pour objet une méthode perfectionnée de detection à dis-tance de lletat de la mer, c'est-à-dire de l'amplitude et de la fréquence des vagues dans une zone choisie, dans laquelle on determine le spec-tre de frequence des echos, sur des vagues de cette zone, d'impulsions de radar emises sequentiellement. Cette methode est caracterisee en ce que .~ - 2 -. :: . . :: ~,:~
.
:, ~S'~31 l'on ameliore le rapport du si.ynal au brui.t en procédant aux diverses é-tapes suivantes:
a) on préleve sur les signaux d'échos successifs plusieurs séries d'échantillons correspondan-t chacune a un secteur distinct de la zone choisie;
b) on conserve sans changement l'une de ces séries a laquelle corxespond un sec-teur que l'on utilise comme secteur de référence;
c) on détermine le spectre de frequence de chaque 0 serie d'echantillons de signaux;
d) on applique a chacune des autres series des corrections pour ramener ses valeurs a celles qui auraient correspondu au sec-teur de reference, en lui appliquant un facteur de corxec-tion par rapport au lieu d'emission, res-pect:ivement du secteur correspondant a la série considéréeet du secteur de réference; et e) on combine les spectres des séries corrigees avec celui de la serie correspondant au secteur de reférence.
Selon une autre caractéristique, les etapes d) et e) de la méthode selon l'invention peuvent etre realisees . comme suit:
d) on applique a chacune des autres series ou au spectre de frequence correspondan-t, des corrections pour ramener ses valeurs à celles qui auraient correspondu au secteur de reference, en lui appliquant soi.t un facteur de correction :Lie à la difference de distance, par rapport au lieu d'emission, respectivement du secteur correspondant à
la serie considéree et du secteur de réference, pour tenir compte du degre d'affaiblissement différent des signaux radars en fonction de la distance de propagation, soit un facteur de correction lie a la difference d'azimut, par rapport au lieu d'emission, respectivement du secteur cor-respondant a la serie consideree et du secteur de reference, pour tenir compte de l'incidence differente du vent resul-tant de l'orientation difEerente du secteur correspondantà la serie consideree et du secteur de reference par rapport '- , -:
à la direction du vent, soit les deux fac-teurs de correc-tion ci-dessus mentionnés, cumula-tlvement; et e) on comb.Lne les spectres corriyes ou les spectres des séries COrriCJéeS avec celui de la serie co~espondant au secteur de réference.
L'in-térê-t de la méthode de la présen-te invention réside principalement dans le Eait que, à l'intérieur du délai limite imposé par la stabilité de la direction des crêtes de vagues étudiées, qui est liée à celle de la direction du vent, on peut mul-tiplier le nombre de mesures significatives en faisant intervenir des echan-tillons dont les caractéristiques sont toujours indépendantes les unes des autres car ils correspondent à des échos sur des secteurs distinc-ts de la zone observée.
La présente invention propose également un disposi-tif pour la mise en oeuvre de la méthode selon l'invention qui comporte des moyens d'émission séquentielle dlimpulsions de radar, un système de réception des échos sur les vagues des impulsions transmises, comprenant des moyens de réception directifs et orientables captan-t sélectivement les échos reçus suivant une direction déterminée, une chaine de réception comprenant des moyens de démodulation et des moyens d'amplification à gain variable, et un système d'enregistrement et de traitement des signaux reçus. Le dispositif est caractérisé en ce qu'il comporte en outre des éléments de contrôle adap-tés à modifier le gain des moyens d'amplification et/ou à modifier l'orientation des moyens de réception, et en ce que le systeme d'enregistre-ment et de traitement est adapté a actionner les éléments de contrôle en fonction de l'emplacement géographique des différents secteurs de la zone reflectrice choisie, par rapport au secteur de référence.
Dlautres caractéristiques et avantages apparaltront a-la lecture de modes particuliers et non limi.tatifs de réalisation de :La méthode et de son dispositif de mise en oeuvre et en se referant aux dessins annexes sur lesquels:
h~ ~ 3 ,. a . : : .
Si7~3~L
la ~;~urc I represente un secteur angulaire d'une ~one observée d'ou proviennerlt les échos ;
la figure 2 représente des chronogremrnes des impulsions émises et dcs echos correspondants sur :Lesquel.s est prélevé un échantilLon unlque ;
la figure 3 représente une partie d'une courbe représentative de la variation en fonction du temps de l'amplitu~e des échan~
tillons prélevés sur les écllos à des instants d'échelnti].lonnage invariables ;
la figure 4A est une représen~ation tres schématisée d'un spec~
tre de fréquence des signaux reçus montrant en particulier le phénomène de rétrod;ff~lsion provoquant les raies de Bragg, l'an-gle de la direction du radar par rapyort à la direction du vent étant égal a 90 ;
l~ figure 4B est une représentation analogue à celle de la figure 4~ dans le cas ou le vent souffle vers la terre et où l'angle de la direction du radar par rapport a la directi.on du vent est égal ~ 120 ;
la figure 4C est une represent~ion analogue à celle de la Eigurc 4A dans le cas où le vent souffle vers la mer et o~ l'angle de la direction du radar par rapport à la direction du vent est: egal a 120 ;
la figure 5 represente une æone observee Z situee dans un secteur angulaire correspondant a un aæimut de recepti.on fixe et les sec-teuxs de la æone correspondant a trois instants d'echantillonnage differents ;
la figure 6 représente les chronogrammes des impulsions ~ émises et des échos correspondan-ts ~ reçus Suivant un azimut de récep-tion fixe où son-t prélevés trois échantillons avec des décalages de tempe différent9 ~ 2~ ~3 ;
la figure 7 représente plusieurs secteurs angulaires adjacents
Plus particulièremer-t, l'invention concerne une méthode pour la télédétection de l'éta-t de la mer, par détermination du spectrs de fré-quence des échos successiFs sur les vagues, d'impulsions clr radar tralls-mises séquentiellement et un dispositiF pour sa mise en oeuvre.
ûn sait que les ondes électromagnétiques transm;.ses à partir d'un raclar vers une certaine zone de l'océan sont réfl6chies et/oLI
rotrodiFfusées sélecti.v2ment par les vagues~ en particulirr vers le radar. Les ondes électromaynétiques ayant une longueur d'onde déterminrie ~ont rétrodiFfustes en particulier par les vagues dont la longuPur d'onde est la moitié de celle des ondes émises, Les ondes rétrocii.ffusées sont afFectées d'un décalage de fréquence Dopp].er corresponclant à la vitrsse de cléplacernent des vagues dans la direction d'observation et ].eur sprctre comporte deux composantes discrètes désignées par "raies de ~ragg" cor-respondant respectivement aux vagues s'approchallt et sléloignant du radar~
Le rapport entre les amplitudes des deux raies de Dragg peut servir à
déterminer la direction du vrnt et dans certaines conditions, le spectre directionnel des vagues. La direction du vent par exemple peut être 2D déterminée en recherchant la direction de réception des ondes élrzctro_ magné-tiques p,our laquelle le rapport entre les ampli.tudes des rai.es est maximal ou ininimal. L'exploitation du spectre de frcqLIence Doppler et en particulier du spectre dit du deuxième ordre permet également de calculer la hauteur significative des vagues, c'est-à-dire la hauteur moyenne du tiers des vagues les plus hautes~ cette llauteur significative étant liée à la vitesse du vent sur la mer. On sait également que la précision en fréquence que l'on pourra ohtenir dans la mesure du spectre de fréquence sera dlautant meil'eure~que la durée de la mesure sera plus grande Comme il sera explir.;ué ultérieurement au dribut de la rlesr:ription, compte--tenu du fait que le décalage de fréquence Doppler du au déplace~
ment des vagues tde l'ordre de 0,2 Hz par exemple) est faible, il est nécr-ssairc, poL~r obtenir ulle bonne resolutioncllrls].a mesure cles fréquences(par exemple de l'ordre de 10 ilz), de porter la cduree cle mesure du spec-tre à, par exemple, au moins r:ent secondes~ Cette durée totale de . .
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mesure est repar-tie .sur :Les echos successifs rétrodiffuses par les vagues de la zone a etudier, ces echos correspon-dant a une séquence d'impulsions de radar transmises succes-sivement.
Si la direction du vent etait invariable dans la zone observee par radar, on pourrait prolonger à volonte la duree des mesures afin d'ob-tenir une precision optimale.
Mais, dans la pratique, la duree to-tale des mesures doi-t etre limitee a la duree estimee de stabilite du vent car tout changemen-t dans sa directi.on induit une modification de la direction des cretes des vagues et modifie l'ampli-tude rela-tive des raies de Bragg.
D'autre part, si la me-thode consistant à multi-plier le nombre de mesures effectuées pendant cette durée limite, par augmentation cle la fréquence de répetition des impulsions transmises, permet une amélioration du rapport du signal au bruit, elle ne procure pas d'augmentation significative de la précision des mesures. En effet, des mesures trop rapprochees dans le temps risquant de ne pas etre independantes les unes des autres etant donne la fré-quence très basse du mouvement des vagues, il est necessaire qu'un certain laps de temps s'ecoule entre deux mesures pour detecter sur la meme zone des variations significatives.
La presente invention a donc pour but une methode de detection à distance de l'etat de la mer qui permet d'obtenir une precision optimale dans la determination du spectre de frequence des échos successifs, pour une zone de la mer ou de l'océan, d'impulsions de radar transmises sequentiellement.
Plus particulièrement,la presente invention a pour objet une méthode perfectionnée de detection à dis-tance de lletat de la mer, c'est-à-dire de l'amplitude et de la fréquence des vagues dans une zone choisie, dans laquelle on determine le spec-tre de frequence des echos, sur des vagues de cette zone, d'impulsions de radar emises sequentiellement. Cette methode est caracterisee en ce que .~ - 2 -. :: . . :: ~,:~
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:, ~S'~31 l'on ameliore le rapport du si.ynal au brui.t en procédant aux diverses é-tapes suivantes:
a) on préleve sur les signaux d'échos successifs plusieurs séries d'échantillons correspondan-t chacune a un secteur distinct de la zone choisie;
b) on conserve sans changement l'une de ces séries a laquelle corxespond un sec-teur que l'on utilise comme secteur de référence;
c) on détermine le spectre de frequence de chaque 0 serie d'echantillons de signaux;
d) on applique a chacune des autres series des corrections pour ramener ses valeurs a celles qui auraient correspondu au sec-teur de reference, en lui appliquant un facteur de corxec-tion par rapport au lieu d'emission, res-pect:ivement du secteur correspondant a la série considéréeet du secteur de réference; et e) on combine les spectres des séries corrigees avec celui de la serie correspondant au secteur de reférence.
Selon une autre caractéristique, les etapes d) et e) de la méthode selon l'invention peuvent etre realisees . comme suit:
d) on applique a chacune des autres series ou au spectre de frequence correspondan-t, des corrections pour ramener ses valeurs à celles qui auraient correspondu au secteur de reference, en lui appliquant soi.t un facteur de correction :Lie à la difference de distance, par rapport au lieu d'emission, respectivement du secteur correspondant à
la serie considéree et du secteur de réference, pour tenir compte du degre d'affaiblissement différent des signaux radars en fonction de la distance de propagation, soit un facteur de correction lie a la difference d'azimut, par rapport au lieu d'emission, respectivement du secteur cor-respondant a la serie consideree et du secteur de reference, pour tenir compte de l'incidence differente du vent resul-tant de l'orientation difEerente du secteur correspondantà la serie consideree et du secteur de reference par rapport '- , -:
à la direction du vent, soit les deux fac-teurs de correc-tion ci-dessus mentionnés, cumula-tlvement; et e) on comb.Lne les spectres corriyes ou les spectres des séries COrriCJéeS avec celui de la serie co~espondant au secteur de réference.
L'in-térê-t de la méthode de la présen-te invention réside principalement dans le Eait que, à l'intérieur du délai limite imposé par la stabilité de la direction des crêtes de vagues étudiées, qui est liée à celle de la direction du vent, on peut mul-tiplier le nombre de mesures significatives en faisant intervenir des echan-tillons dont les caractéristiques sont toujours indépendantes les unes des autres car ils correspondent à des échos sur des secteurs distinc-ts de la zone observée.
La présente invention propose également un disposi-tif pour la mise en oeuvre de la méthode selon l'invention qui comporte des moyens d'émission séquentielle dlimpulsions de radar, un système de réception des échos sur les vagues des impulsions transmises, comprenant des moyens de réception directifs et orientables captan-t sélectivement les échos reçus suivant une direction déterminée, une chaine de réception comprenant des moyens de démodulation et des moyens d'amplification à gain variable, et un système d'enregistrement et de traitement des signaux reçus. Le dispositif est caractérisé en ce qu'il comporte en outre des éléments de contrôle adap-tés à modifier le gain des moyens d'amplification et/ou à modifier l'orientation des moyens de réception, et en ce que le systeme d'enregistre-ment et de traitement est adapté a actionner les éléments de contrôle en fonction de l'emplacement géographique des différents secteurs de la zone reflectrice choisie, par rapport au secteur de référence.
Dlautres caractéristiques et avantages apparaltront a-la lecture de modes particuliers et non limi.tatifs de réalisation de :La méthode et de son dispositif de mise en oeuvre et en se referant aux dessins annexes sur lesquels:
h~ ~ 3 ,. a . : : .
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la ~;~urc I represente un secteur angulaire d'une ~one observée d'ou proviennerlt les échos ;
la figure 2 représente des chronogremrnes des impulsions émises et dcs echos correspondants sur :Lesquel.s est prélevé un échantilLon unlque ;
la figure 3 représente une partie d'une courbe représentative de la variation en fonction du temps de l'amplitu~e des échan~
tillons prélevés sur les écllos à des instants d'échelnti].lonnage invariables ;
la figure 4A est une représen~ation tres schématisée d'un spec~
tre de fréquence des signaux reçus montrant en particulier le phénomène de rétrod;ff~lsion provoquant les raies de Bragg, l'an-gle de la direction du radar par rapyort à la direction du vent étant égal a 90 ;
l~ figure 4B est une représentation analogue à celle de la figure 4~ dans le cas ou le vent souffle vers la terre et où l'angle de la direction du radar par rapport a la directi.on du vent est égal ~ 120 ;
la figure 4C est une represent~ion analogue à celle de la Eigurc 4A dans le cas où le vent souffle vers la mer et o~ l'angle de la direction du radar par rapport à la direction du vent est: egal a 120 ;
la figure 5 represente une æone observee Z situee dans un secteur angulaire correspondant a un aæimut de recepti.on fixe et les sec-teuxs de la æone correspondant a trois instants d'echantillonnage differents ;
la figure 6 représente les chronogrammes des impulsions ~ émises et des échos correspondan-ts ~ reçus Suivant un azimut de récep-tion fixe où son-t prélevés trois échantillons avec des décalages de tempe différent9 ~ 2~ ~3 ;
la figure 7 représente plusieurs secteurs angulaires adjacents
2~ ~3~ ~ d'une zone ooservée Z correspondant à plusieLIrs azimuts de réception différents mais voisins et les parties élémer,taires des zones correspondant à un échantillon de signal prélevé sur les échos re~cus suivant plusieurs azimuts ;
la figure 3 représente les chronogrammes des ilnpulsions trans-mises et des échos re~cus suivant plu~ieLIrs azimuts de réception sur chacun desquels est prélevé un échantillon unique correspon-dant à un decala~e de temps identique pour tous les azimuts ;
7~3~L
- la figure 9 represFJnts l.e cas général d~un secteur cngul.aiIe d'urle ~one Z subdi.vis~ie en parties acljacentes correspondant ~ dr-~s azimuts cle récep-tion cliFrérents ~o~ z- B3, airlsi que les parties élémentai.res correspondants a plusie-lrs échantillons successi~s de signal prélevés sur les échos successifs ~o~ z~ ~3 à des instan-ts clifférents décalés respectivement d~intervalles de temps 2' ~3 ;
- la f;.gure 10 représen-te les chronocJrammes des impulsior1s tranq-mises et des échos re~us dans le cas général de la ~igure 9 et - la figure 11 représente schématiquemel1t un exempl.e de réalisation du disposi-tiP de mise en oeuvre cle l t inVerl ti.on .
La m~thode générale de mssure utilisée antérieuremEnt pour abtenir le spectre de Fréquence des signaux ré-trodiffusés par les vayues, decri.te ci-après, est illustrée par les ~igures 1 et 2 correspondant au cas où un échantillon unique est prélevé sur chacun des échos d~une série d'echos recus suivant un azimut Fixe. Elle consiste essentiellement 3.
prélever sur les échos successifs ou sur certains d'entre eux une série d'échantillons pour détecter la lente déformation de leur enveloppe provoquée par le mouvement des vagues.
Le secteur angulaire représenté à la figure 1 dans llangle d'ouverture d'un radar contient la zone hachurée Z d'où proviennent, à
un instant donné, les échos captés par une antenne de réception orien-tée suivant un azimut choisî. Si des impulsions de durée ~ sont émises avec une période de répétition T, il leur correspond, à l'intérieur d~un secteur angulaire de réception, des zones de réflexion ou de rétrodif-fusion des impulsions transmises dont la proFondeur radiale est pro-portionnelle à la durée~ . Si, par exemple, la durée ~ des impulsions transmises es-t égale à 100 ~S, la profondeur de la zone hachurée Z d'où
proviennrnt les échos de chaque impulsion es-t de 15 km, en tenan-t compte du trajet aller et retour des ondes de radar et de leur vitesse de prD-pagation dans l~air. Sur un echo ~ d~impulsion transmise, on prélève un échantillon de durée très brève par rapport à .la durée ~ , décalé
d~un intervalle de temps ~ par rapport à l'instant de transmission du milieu de l'impulsion corresp~ndante (Fig. 2). On détermine alors l~am-plitude et la phase de l'échanti1.lon. 5ur tous les échos d'impulsions ..3~L
ultérisurs ou sur certains d'entre eux on déterrnine l.~rlmpli.tude et la phase des échantillons prélevf3s avec le rneme décalaye de temps ~ par rappor-t à l'ins-t~nt d'émission du milieu dlimpulsion correspondrlnte.
Cet ensemble de valeurs dlamplitude et ds phase permet d'établir une courbe représentative des variations de lfamplituds et de la phase des échantillons en fonction du temps (-Fig. 3), ces varia-tions étant dues au mouvement des vagues dans la zone obscrvée. Sur J.~ensemblr d~échan-tillons discrets mesuré, on effectue une transformée de Fourier rapide (FFT) permet-tant d'établir le spr-ctre de frsquence correspondant. Ce spectre ds frequsnce compor-te en particulier (figures 4A, ~B, 4C), deux raies A~ et A- correspondant à cles dr~calages de fréquence Dopplor gené-ralement faibl.es et dépsndan-t de la fréquence de l~onde électromagné-tique émise, qu~il convient de mesurer avec une bonne réso].ution rn fré-quence (inférieure à 1 Hz par exemple pour un décalage de fréquence100 Doppler de 0,2 Hz affectant une oncde érnise dont la fréquencs es-t de 4 MHz) pour obtenir une bonne précision dans les mesures. Il est néces-saire de ce fait d~efFectuer l~échantillonnage sur une durée importante (une centaine de secondes au minimum et de préférence supérieure). En outre, dans la pratique, il es-t préférable d'effectuer successi.vr.1rnent plusieurs cycles de mesure indépendants et successifs (chacun durant ur1e centaine de secondes au minimum) et de sornmer les modules des spectres de fréquence correspondants pour diminuer l'influence du bruit de fond comrne il es-t bien connu des spécialistes.
Ainsi qu'il a déjà été remarqué plus haut, la durée totale des mesures doit etre limitée à la durée de s-tabilité de l'état de la surface de la mer, Comme cette durée de stabilité n~est en général pas bien connue dans la zone de mesure, on a intr3rêt à réduire le plus possible la durée des mesures si l'on veut obtenir un spectre de fréquence réel--lement significatif de l'état de la mer.
Suivant un premier mode de réalisation, à ltintérieur de la zone observée Z corr~spondant à un azimut fixe de reception des richos, on prélève pour un meme écho ~ par exemple trois schantillons succes-sifs rec~us avec des décalages de temps ~ 2~ Z3 (figures 5, 6). Le nombre d~échantillons prélevés n~est bien entendu pas limita-tif. Il leur correspondl à l~intérieur de la ZOI19 étudisf~ trois parties de zone ~7~
la figure 3 représente les chronogrammes des ilnpulsions trans-mises et des échos re~cus suivant plu~ieLIrs azimuts de réception sur chacun desquels est prélevé un échantillon unique correspon-dant à un decala~e de temps identique pour tous les azimuts ;
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- la figure 9 represFJnts l.e cas général d~un secteur cngul.aiIe d'urle ~one Z subdi.vis~ie en parties acljacentes correspondant ~ dr-~s azimuts cle récep-tion cliFrérents ~o~ z- B3, airlsi que les parties élémentai.res correspondants a plusie-lrs échantillons successi~s de signal prélevés sur les échos successifs ~o~ z~ ~3 à des instan-ts clifférents décalés respectivement d~intervalles de temps 2' ~3 ;
- la f;.gure 10 représen-te les chronocJrammes des impulsior1s tranq-mises et des échos re~us dans le cas général de la ~igure 9 et - la figure 11 représente schématiquemel1t un exempl.e de réalisation du disposi-tiP de mise en oeuvre cle l t inVerl ti.on .
La m~thode générale de mssure utilisée antérieuremEnt pour abtenir le spectre de Fréquence des signaux ré-trodiffusés par les vayues, decri.te ci-après, est illustrée par les ~igures 1 et 2 correspondant au cas où un échantillon unique est prélevé sur chacun des échos d~une série d'echos recus suivant un azimut Fixe. Elle consiste essentiellement 3.
prélever sur les échos successifs ou sur certains d'entre eux une série d'échantillons pour détecter la lente déformation de leur enveloppe provoquée par le mouvement des vagues.
Le secteur angulaire représenté à la figure 1 dans llangle d'ouverture d'un radar contient la zone hachurée Z d'où proviennent, à
un instant donné, les échos captés par une antenne de réception orien-tée suivant un azimut choisî. Si des impulsions de durée ~ sont émises avec une période de répétition T, il leur correspond, à l'intérieur d~un secteur angulaire de réception, des zones de réflexion ou de rétrodif-fusion des impulsions transmises dont la proFondeur radiale est pro-portionnelle à la durée~ . Si, par exemple, la durée ~ des impulsions transmises es-t égale à 100 ~S, la profondeur de la zone hachurée Z d'où
proviennrnt les échos de chaque impulsion es-t de 15 km, en tenan-t compte du trajet aller et retour des ondes de radar et de leur vitesse de prD-pagation dans l~air. Sur un echo ~ d~impulsion transmise, on prélève un échantillon de durée très brève par rapport à .la durée ~ , décalé
d~un intervalle de temps ~ par rapport à l'instant de transmission du milieu de l'impulsion corresp~ndante (Fig. 2). On détermine alors l~am-plitude et la phase de l'échanti1.lon. 5ur tous les échos d'impulsions ..3~L
ultérisurs ou sur certains d'entre eux on déterrnine l.~rlmpli.tude et la phase des échantillons prélevf3s avec le rneme décalaye de temps ~ par rappor-t à l'ins-t~nt d'émission du milieu dlimpulsion correspondrlnte.
Cet ensemble de valeurs dlamplitude et ds phase permet d'établir une courbe représentative des variations de lfamplituds et de la phase des échantillons en fonction du temps (-Fig. 3), ces varia-tions étant dues au mouvement des vagues dans la zone obscrvée. Sur J.~ensemblr d~échan-tillons discrets mesuré, on effectue une transformée de Fourier rapide (FFT) permet-tant d'établir le spr-ctre de frsquence correspondant. Ce spectre ds frequsnce compor-te en particulier (figures 4A, ~B, 4C), deux raies A~ et A- correspondant à cles dr~calages de fréquence Dopplor gené-ralement faibl.es et dépsndan-t de la fréquence de l~onde électromagné-tique émise, qu~il convient de mesurer avec une bonne réso].ution rn fré-quence (inférieure à 1 Hz par exemple pour un décalage de fréquence100 Doppler de 0,2 Hz affectant une oncde érnise dont la fréquencs es-t de 4 MHz) pour obtenir une bonne précision dans les mesures. Il est néces-saire de ce fait d~efFectuer l~échantillonnage sur une durée importante (une centaine de secondes au minimum et de préférence supérieure). En outre, dans la pratique, il es-t préférable d'effectuer successi.vr.1rnent plusieurs cycles de mesure indépendants et successifs (chacun durant ur1e centaine de secondes au minimum) et de sornmer les modules des spectres de fréquence correspondants pour diminuer l'influence du bruit de fond comrne il es-t bien connu des spécialistes.
Ainsi qu'il a déjà été remarqué plus haut, la durée totale des mesures doit etre limitée à la durée de s-tabilité de l'état de la surface de la mer, Comme cette durée de stabilité n~est en général pas bien connue dans la zone de mesure, on a intr3rêt à réduire le plus possible la durée des mesures si l'on veut obtenir un spectre de fréquence réel--lement significatif de l'état de la mer.
Suivant un premier mode de réalisation, à ltintérieur de la zone observée Z corr~spondant à un azimut fixe de reception des richos, on prélève pour un meme écho ~ par exemple trois schantillons succes-sifs rec~us avec des décalages de temps ~ 2~ Z3 (figures 5, 6). Le nombre d~échantillons prélevés n~est bien entendu pas limita-tif. Il leur correspondl à l~intérieur de la ZOI19 étudisf~ trois parties de zone ~7~
3 dss distance~3 cl:ifft::rtJr1tes cle l.a source ùe~ ondes de radar. ~e~ trois parties de zDne peu\/rlnt r~tre disjointes (cas rsprr'ssnté), adjacen-ts~ ou se recouvrir partiellsM~nt. les trc)ls échantillons correspondant r.~ des parties de zone réfléchissantes différerltes au Moins en partie sont ds ce fait indépendants les uns des aUtrE~s. Il en est de meme des spectres de fréquence que l'on obtient à partir des différents échantillons de chaque écho ou des différentes séries cl~échanti.llons prr'levéc avec le même décalage de temps ~ 2 ou ~3 sur les rchos successifs. Mais, pour effec-tuer valablement une cornbinaison des échantillons prélevés avec des décalayes de temps différents ou des spectres de frr'~quer1ce établis à par-tir de ces échantillons ou séries d~chantillons, à l~issue d'un cycle de mesures, il sst nécessaire de tenir comp-te de l'affaiblis-sement et des modifications du signal dus à la propagation des ondes électromagnetiques. En prenan-t pour référence la partie centrale de la zone (décalage ~2)~ on multiplie les modules des spectres de fréquence établis 3 partir des échantillons ou séries d'échantillons prélevés avec les décalages ~ 1 et ~ et associés 3 des parties de zone respec-tivement plus proches et plus éloignées du dispositif d'émission-réception des ondes radar que la par-tie centrale, par un coefficient inférieur e-t supérieur 3 l~unité respectivement. De cet-te manière, les modules des spectres de fréquence associés aux parties de ~one en de~cà et au-del3 de la partie centra].e de réfsrence, se voient affectés d'une ampli-tude égale à celle qu1ils auraient si les échantillons correspondan-ts avaient été prélevés dans la pa~tie centrale. On supprirne ainsi les variations dues 3 la dispersion géographique des différen-tes parties de la zone, mais les spectres de fréquence corrigés restent indépendants les uns des autres en ce qui concerns le bruit. On procède alors 3 la combinaison des deux spectres de fréquence corrigés~ avec le spectIe de -fréquence associé 3 la partie centrale de la zone, pour obtenir un spectre de fréquence pourvu d~un meilleur rapport du signal au bruit. Les correc-tions sont e-ffectuées de préférence sur les amplitudes des spectres de fréquence mais peuvent égalermen-t être bffectuées sur les amplitudes des échantillons ou séries déchantillons prélevés avec les décalages ~1 et ~3 avant de procéder 3 la détermination drs spectres de fréquence qui leur corresponden-t et les résultats obtenus sont identiques.
Suivant un second mode de réalisation de la méthode (figurss 7, ~) la zone ob~ervée es-t consti.tuée de plusieurs parties ou secteurs 7~3~
angulaires clif-f~ents, chLlcl.lr~ u~ ay~n-t un angl~ au C;omms~ éy~l à
l'nuverturc ~ isccau de Lacl~:c utili~é. Ia ro-~tion ~u fai.sceau est obtenue p2r un pivotemcrlt mécanique ou ~lectronicl~ie ~u dispositi-f d'~mis-siorl-réception. Les ~if-~é~en~s secteu~s pcuvent ê-tre adjaccnts (cas représenté), par~iellement s~lperposés ou disjoint~ selnn l.'amplit~l~le de la rotation quÆ l'on fsit subir au ~isposi.tif d'émissiorl-récep~ion. L~
zone es-t corlstituée par exempl.e par quatre secteurs ancJ~laires dont les a~imuts sont respectivement ~D~ 2 et ~3. Le nombre clc ~,cctelJ:~s anyullires choisi n'cst bien sar pas limi.tatif. On pollrra, par exemple, choi~lr pour ce~ azimLIts les valeLIrs rc~,pectivss O, 5, 10 et 15o DBS
impLIlsions ds durés ~ éten-t émisss succesF7ivcment avec une pé~iocls de répé-ti-tion T, on choisit de ~étect~r ~ucce~sivsment dss échos ~ 0~
~ 2~ LCiVant l.es q-latrs azimuts différsn-ts ~ 0~ 2 et ~3. 5ur chaque echo de la serie d'ëchos detectee suivant un même azimut on pre-lève un echalltil].on décalé d'un même intervalle de temps Z par rapport ~ l'instant d'emission du mi].ieu de l'impulsion qui leur correspond et provenant d'une partie de zone constituee par une bande circulaire ~.
centree sur le l;eu de réception. A partir de chaque serie d'échantillons correspondallt ~ un même secteur angulaire, on détermine le spectre de fre-quence associé. Com~e l'amplitude relative des raies de Bragg varie en fonction de l'angle entre la direction de reception et la direction du vent (figures 4A9 48, 4C par exemple), la sommation des spectres de fré~
quence obtenus suivant les différents azimuts de reception ne peut être valablement effectuée qu'après l'application des corrections qui tiennent compte de ces variations d'amplitude.
On se réfère alors à un modèle de diagramme directionnel représen-- tant l'énergie transportée par les vagues autour de la direction du vent, celle-ci ayant é'é déterminée préalablement par exemp].e en recherchant la direction de ré.ception pour laquelle le rapport entre les intensités des raies de Bragg est maximal ou minimal. On peut utiliser un modèle théo-rique ou un modèle résultant d'étalonnages realises prealablement dans la zone de mer étudiee. Si l'on connaît la direction du vent, en se refe-rant au modèle, on determine les coefficients multiplicatifs à appliquer aux modules des spectres de frequence associés aux séries d'echantillons correspondant aux azimuts de reception ~o~ ~2 et e3 par exemple pour tenir compte du ait que les angles ~ O~oC 2 et~C3 formes par les axes de ees secteurs angulaires et la direction du vent sont differents de l'angle ~l forme par l'axÆ du secteur angulaire d'azimut ~l pris comme secteur de reference.
~5~3~
Après application cle ces corrections, les modulea des spectres corrigés peuvent atre additionnés au Module du spectre non corrigé asso-cié à la serie cl'échantillons correspondant au secteur d~azimut ~1 de préférence, bien qu'ils correspondent à des secteurs angulaires dont les orientations sont différentes. Si la zone de mer incluant les différents secteurs angulaires est homogène, ce qui est généralement le cas, le spsctre de fréquence résultant de la ~30mme ~ventuellemsnt pondérée~ OlJ
autre cornbinaisorl des quatre spectres indépendants les uns des autres sera afFecté d'un meilleur rapport de signal au hruit.
Pour les rai.sons déjà indiquées, les prélèvernerlts d'échantil-lons sur les échos correspondant à un certain azirnut sont effectués périodiquement, compte tenu de la fréquence d'évolution des phénornènes sur la mrr. Dans le cas par-ticulier représenté~ les séquences d~explo-ration des quatre azirnu-ts de réception s'enchalnent sans interruption, l~échantil]onnage sur l~écho ~ O correspondan-t à l'azimu-t ~0 suivant immédi.atement l'échantillonnage sur le dernier écho ~ 3 correspondant à l'azimut ~ 3 de la séquence précédente.
Le troisième mode de réalisation de la rnéthode est une combi-naison des deux précédentes, c'est-à-dire que l'on prélève des séries d'échantillons correspondant à des portions de la zone à explorer qui sont à des distances différen-tes du lieu de réception e-t/ou proviennent de secteurs angulaires d7azimuts différents (figures 9, lO). Des impul-sions de durée ~ sont émises en séquence avec une période de répétition T et l'on détecte successivement les échos provenant de quatre azimuts O l~ ~2 et ~3. Sur chacun des échos ~
provenant d'un meme azimut ~0~ ~1' g 2 ou 43 par exemple, on prélève au moins un échantillon décalé, par rappor-t à l~instant d~émission du milieu de l'impulsion correspondante transmise, d'un intexvalle ~1 et de préférence plusieurs ~trois en l'occurrence avec les décalages ~ 2~ ~3~ On constitue des séries d~échantillons, chacune d~elles correspondant à des réflexions sur une meme portion de la zone à explorer et on détermine les spectres de fréquence associés. On applique alors aux modules cles spectres de fréquence, associés respec-tivement aux séries d'échantillon~ décalés des intervalles ~ 1~ et ~3 et corres-pondant à des por-tions de la zone à explorer situées de psrt et ~L~7~.3~
dlautre de la porLion centrale pri.se con~ne portion de ~one de réérence, des coefficients correcteurs analogues à ceux indiqués dans la partie de la description relative aux figures 5, 6~ pour tenir compte de ].'affai--blissement des ondes lié à leur propagatio~. On répète les mêmes opéra-tions pour les séries d'échantillons d'échos reçus suivant les autres a~i~
muts el~ ~2~ et ~3. Les corrections liées ~ la distance peuvent, bien entendu, être également appllquées aux amplitudes des échantillons avant la détermination des spectres de fréquence. On procede également aux opé-rations mentionnées dans la partie de la description relative aux figures 7 et 8 et consistant :
a appliquer des coefficients correcteur.s aux modules des spectres de fréquence, associés a des séries d'échantillons provenant de portions de zone appartenant aux secteurs d'azimut ~ O,- ~ et ~3, pour tenir compte des orientations des axes de ces secteurs angulaires par rapport a la direction du vent (angles ~ o~ ~ 2~ et ~3 respectivement) différen tes de celle du secteur d'a~imut ~1 pris comme référence (angle ~1 par rapport à la direction du vent), à affecter, après application des corrections liées à la distance et à l'azimut, aux modules des spectres de fréquence associés à des séries d'échantillons correspondant a des portions de zone différentes de la por-tion de référence~ des amplitudes égales à celle qu'ils auraient si les échantillons correspondaient tous à cette portion de référence. Cependant, les spectres de fréquence restent, en ce qui concerne le bruit , indépen-dants les uns des autres car ils correspondent à des réflexions sur des portions de zone différentes mais homogènes et de ce fait leur so~nation va accroître le rapport du signal au bruit.
Dans l'exemple choisi où l'on dispose de séquences de quatre impul-sions, douze échantillons indépendants et significatifs, c'est-à-dire pro-venant de parties indépendantes de la zone explorée, peuvent être exploi-: tés.
Dans ce mode de réalisation également ].es secteurs angulaires choi-sis peuvent etre adjacents, disjoints ou se recouvrir partiellement.
Le dispositif comporte (fig.ll) une antenne d'émission 1 direction--nelle ou non directi.onnelle9 adaptée à transmettre des impulsions de ra-dar se propageant dans l'atmosphère au voisinage de l'interface eau/air ~onde de surface) et de~moyens de réception di.rec~ifs et orientables cons-titués par une antemle réceptrice directionnelle fixe 2 pourvue d'un cer-tain nombre d'elements d'antenne (2a, 2b, 2c...2n) alignes à intervalles re~uliers suivant une direction déterminee et qui donne un lobe de direc-tivité fixe. L'axe du lobe de l'antenne réceptrice 2. est rendu orientable 1 a 7~3~
rilectrolliqLIL?rnon-t par un cnsemble3dernQyo;ls cla déphor3arJe (licJIll3s à rctard)~
Chaque él~ment cl'antennr (2a, 2b .. 2n) est relié à uns ]igne à retard particul.ière (3a, 3b, 3c... 3n) de l'ansemb].e 3 adaptée à appl.:iquer aux signaux captés par.l'élément d'antenne correspondant un retard déterminr3 variable. Ainsi qu'il est connu du technicien dan6 le domaine du radar, par un choix judicieux cdes retards appliqués aux signaux resus respsc-tivement par les ~ilements d'arlterlnr3 e-t une somrna-tion de ces siynaux convenablement retard~s, on peut obtenir un siynal global analogue 3 celui qu'on aurait resu avec une antenne de réception orientable. Les 1n diFFérents signaux resLIltan-ts captés par l'antenne 2 en réponse aux irnpulsions transm:ises en séquence sont introdui.-ts dans une chairlo cle réception 4 constitués d'un élément ds réception 5, d'un dérnoclulatc3ur 6 adapté à mél.anger le signal resu provenant de l'élémen-t cle réception S
avec 1B signal engendré par un synthétiseur 7, d'un fil-tre passo-bas 15 adapté à filtrer le signal issu du démodul.ateur 6 et d'un arnplificateur à gain variable B connecté à la sortie du filtre passe-bas 15. Le signal de basse fréquence issu de l'amplificateur 8 est introduit dans un convertisseur analogique-numérique 9 puis introduit dans un système d'enregistrement et de traitemen-t 10. Celui-ci est adapté à enregistrer les signaux reçus e-t à commander le yain de l'amplificateur B ainsi qu'à
modifier l'orientation de l~antenne réceptrice. Le systèrne d'enregis-trement et de traitement est adapté à engendrer des siynaux cle commande et à les transmettre à l'ensemble 3 par l'intermédiaire d'un élément de contr81e 14 des lignrss à retard 3a, 3b ... 3n pour donner à l'antenne réceptrice une orientation dé-terminée. Le gain de l'amplificateur 8 est commandé par le système d'enregistrement et de traitemen-t 10 par l'in-termédiaire d'éléments de controle comportan-t une mémoire numérique 11 dans laquelle le calculateur transfère un programme de g~in déterminé
et un convertisseur numérique-analogique 12 pour la transformation des signaux numérisés transférés dans la mémoire numérique en un signal ana-logique. Celui-ci est appliqué à l'entrée de commande de gain de l'ampli-ficateur B. Le synthétiseur 7 est connecté à un ensemble d'émission 13 adapté à engendrer des impulsinns dont la fréquence est celle des signaux du synthétiseur et à ampli.fier lesdites impulsions avant leur transmis-sion à l'antenne d'émission 1.
7~3~L
Lolsque l~)n ~reut supprimer l~influence de l~affaiblisscmerlt dcs si gna~1x en ~onctioTI de leur distance de propa~ation, on co~nmande lc trans-fert dans la memoirc numérique 11 d'un ensemble de valeurs numériques de gain dont la ]ec~ure en séquence permet de ~aire varier le gain cle l'am-plificateur 8 pend~nt la réception de chacun des echos.
De la même manière, si les échantillorls successifs doivent etre pré-levés sur des échos recus suivant des azimuts di~férents de l'antenne, le système d'enregistren1ent et de traitement est adapté à engendrer, entre la recept;on de deux échos successi~s1 c1es signaux pour faire varier la longu~ur de chaque ]igne à retard 3a, 31~,,.3n, et ainsi r~odifier le dla-gramme directionnel de l'antenne 2 pour l'orienter successivement suivant les directions choisies.
Le système d'enrcgistrement et de traitement 10 est égalernent adap-té à effectuer des moyennes sur les échantillons ou ensembles d'échantil-lons obtenus à ]'issue de chaque cycle de mesure et des calculs de trans-formée de Fourier rapides pour obtenir les spectres de fr~quence corres-ponda~ts. Il est aussi adapté à corriger les spectres obtenus résultant des transformations de Fourier appliqués aux échos venant de directions différentes.
2D Avant le début des cycles de mesure, on procède à un étalonnage préalable de la chaî11e de réception 4. Un signal d'amplitude connu est in-troduit dans la chaîne de réception et l'on demande au système d'enregistre-ment et de traitement 10 de régler le progranlme de gain pour que la ten-sion de sortie soit proche d'une valeur optimale. On procède ensuite à un étalonnage de la courbe de gain en mesurant la variation du niveau des si-gnaux reçus en fonction de leur distance de propagation, puis à une som-mation d'échantillons correspondant respectivement à plusieurs intervalles de temps de pi-opagation pour que chaque somme soit du m~eme ordre de gran-deur. On procè,de alors à l'acquisition des données.
Suivant un second mode de réalisation de la méthode (figurss 7, ~) la zone ob~ervée es-t consti.tuée de plusieurs parties ou secteurs 7~3~
angulaires clif-f~ents, chLlcl.lr~ u~ ay~n-t un angl~ au C;omms~ éy~l à
l'nuverturc ~ isccau de Lacl~:c utili~é. Ia ro-~tion ~u fai.sceau est obtenue p2r un pivotemcrlt mécanique ou ~lectronicl~ie ~u dispositi-f d'~mis-siorl-réception. Les ~if-~é~en~s secteu~s pcuvent ê-tre adjaccnts (cas représenté), par~iellement s~lperposés ou disjoint~ selnn l.'amplit~l~le de la rotation quÆ l'on fsit subir au ~isposi.tif d'émissiorl-récep~ion. L~
zone es-t corlstituée par exempl.e par quatre secteurs ancJ~laires dont les a~imuts sont respectivement ~D~ 2 et ~3. Le nombre clc ~,cctelJ:~s anyullires choisi n'cst bien sar pas limi.tatif. On pollrra, par exemple, choi~lr pour ce~ azimLIts les valeLIrs rc~,pectivss O, 5, 10 et 15o DBS
impLIlsions ds durés ~ éten-t émisss succesF7ivcment avec une pé~iocls de répé-ti-tion T, on choisit de ~étect~r ~ucce~sivsment dss échos ~ 0~
~ 2~ LCiVant l.es q-latrs azimuts différsn-ts ~ 0~ 2 et ~3. 5ur chaque echo de la serie d'ëchos detectee suivant un même azimut on pre-lève un echalltil].on décalé d'un même intervalle de temps Z par rapport ~ l'instant d'emission du mi].ieu de l'impulsion qui leur correspond et provenant d'une partie de zone constituee par une bande circulaire ~.
centree sur le l;eu de réception. A partir de chaque serie d'échantillons correspondallt ~ un même secteur angulaire, on détermine le spectre de fre-quence associé. Com~e l'amplitude relative des raies de Bragg varie en fonction de l'angle entre la direction de reception et la direction du vent (figures 4A9 48, 4C par exemple), la sommation des spectres de fré~
quence obtenus suivant les différents azimuts de reception ne peut être valablement effectuée qu'après l'application des corrections qui tiennent compte de ces variations d'amplitude.
On se réfère alors à un modèle de diagramme directionnel représen-- tant l'énergie transportée par les vagues autour de la direction du vent, celle-ci ayant é'é déterminée préalablement par exemp].e en recherchant la direction de ré.ception pour laquelle le rapport entre les intensités des raies de Bragg est maximal ou minimal. On peut utiliser un modèle théo-rique ou un modèle résultant d'étalonnages realises prealablement dans la zone de mer étudiee. Si l'on connaît la direction du vent, en se refe-rant au modèle, on determine les coefficients multiplicatifs à appliquer aux modules des spectres de frequence associés aux séries d'echantillons correspondant aux azimuts de reception ~o~ ~2 et e3 par exemple pour tenir compte du ait que les angles ~ O~oC 2 et~C3 formes par les axes de ees secteurs angulaires et la direction du vent sont differents de l'angle ~l forme par l'axÆ du secteur angulaire d'azimut ~l pris comme secteur de reference.
~5~3~
Après application cle ces corrections, les modulea des spectres corrigés peuvent atre additionnés au Module du spectre non corrigé asso-cié à la serie cl'échantillons correspondant au secteur d~azimut ~1 de préférence, bien qu'ils correspondent à des secteurs angulaires dont les orientations sont différentes. Si la zone de mer incluant les différents secteurs angulaires est homogène, ce qui est généralement le cas, le spsctre de fréquence résultant de la ~30mme ~ventuellemsnt pondérée~ OlJ
autre cornbinaisorl des quatre spectres indépendants les uns des autres sera afFecté d'un meilleur rapport de signal au hruit.
Pour les rai.sons déjà indiquées, les prélèvernerlts d'échantil-lons sur les échos correspondant à un certain azirnut sont effectués périodiquement, compte tenu de la fréquence d'évolution des phénornènes sur la mrr. Dans le cas par-ticulier représenté~ les séquences d~explo-ration des quatre azirnu-ts de réception s'enchalnent sans interruption, l~échantil]onnage sur l~écho ~ O correspondan-t à l'azimu-t ~0 suivant immédi.atement l'échantillonnage sur le dernier écho ~ 3 correspondant à l'azimut ~ 3 de la séquence précédente.
Le troisième mode de réalisation de la rnéthode est une combi-naison des deux précédentes, c'est-à-dire que l'on prélève des séries d'échantillons correspondant à des portions de la zone à explorer qui sont à des distances différen-tes du lieu de réception e-t/ou proviennent de secteurs angulaires d7azimuts différents (figures 9, lO). Des impul-sions de durée ~ sont émises en séquence avec une période de répétition T et l'on détecte successivement les échos provenant de quatre azimuts O l~ ~2 et ~3. Sur chacun des échos ~
provenant d'un meme azimut ~0~ ~1' g 2 ou 43 par exemple, on prélève au moins un échantillon décalé, par rappor-t à l~instant d~émission du milieu de l'impulsion correspondante transmise, d'un intexvalle ~1 et de préférence plusieurs ~trois en l'occurrence avec les décalages ~ 2~ ~3~ On constitue des séries d~échantillons, chacune d~elles correspondant à des réflexions sur une meme portion de la zone à explorer et on détermine les spectres de fréquence associés. On applique alors aux modules cles spectres de fréquence, associés respec-tivement aux séries d'échantillon~ décalés des intervalles ~ 1~ et ~3 et corres-pondant à des por-tions de la zone à explorer situées de psrt et ~L~7~.3~
dlautre de la porLion centrale pri.se con~ne portion de ~one de réérence, des coefficients correcteurs analogues à ceux indiqués dans la partie de la description relative aux figures 5, 6~ pour tenir compte de ].'affai--blissement des ondes lié à leur propagatio~. On répète les mêmes opéra-tions pour les séries d'échantillons d'échos reçus suivant les autres a~i~
muts el~ ~2~ et ~3. Les corrections liées ~ la distance peuvent, bien entendu, être également appllquées aux amplitudes des échantillons avant la détermination des spectres de fréquence. On procede également aux opé-rations mentionnées dans la partie de la description relative aux figures 7 et 8 et consistant :
a appliquer des coefficients correcteur.s aux modules des spectres de fréquence, associés a des séries d'échantillons provenant de portions de zone appartenant aux secteurs d'azimut ~ O,- ~ et ~3, pour tenir compte des orientations des axes de ces secteurs angulaires par rapport a la direction du vent (angles ~ o~ ~ 2~ et ~3 respectivement) différen tes de celle du secteur d'a~imut ~1 pris comme référence (angle ~1 par rapport à la direction du vent), à affecter, après application des corrections liées à la distance et à l'azimut, aux modules des spectres de fréquence associés à des séries d'échantillons correspondant a des portions de zone différentes de la por-tion de référence~ des amplitudes égales à celle qu'ils auraient si les échantillons correspondaient tous à cette portion de référence. Cependant, les spectres de fréquence restent, en ce qui concerne le bruit , indépen-dants les uns des autres car ils correspondent à des réflexions sur des portions de zone différentes mais homogènes et de ce fait leur so~nation va accroître le rapport du signal au bruit.
Dans l'exemple choisi où l'on dispose de séquences de quatre impul-sions, douze échantillons indépendants et significatifs, c'est-à-dire pro-venant de parties indépendantes de la zone explorée, peuvent être exploi-: tés.
Dans ce mode de réalisation également ].es secteurs angulaires choi-sis peuvent etre adjacents, disjoints ou se recouvrir partiellement.
Le dispositif comporte (fig.ll) une antenne d'émission 1 direction--nelle ou non directi.onnelle9 adaptée à transmettre des impulsions de ra-dar se propageant dans l'atmosphère au voisinage de l'interface eau/air ~onde de surface) et de~moyens de réception di.rec~ifs et orientables cons-titués par une antemle réceptrice directionnelle fixe 2 pourvue d'un cer-tain nombre d'elements d'antenne (2a, 2b, 2c...2n) alignes à intervalles re~uliers suivant une direction déterminee et qui donne un lobe de direc-tivité fixe. L'axe du lobe de l'antenne réceptrice 2. est rendu orientable 1 a 7~3~
rilectrolliqLIL?rnon-t par un cnsemble3dernQyo;ls cla déphor3arJe (licJIll3s à rctard)~
Chaque él~ment cl'antennr (2a, 2b .. 2n) est relié à uns ]igne à retard particul.ière (3a, 3b, 3c... 3n) de l'ansemb].e 3 adaptée à appl.:iquer aux signaux captés par.l'élément d'antenne correspondant un retard déterminr3 variable. Ainsi qu'il est connu du technicien dan6 le domaine du radar, par un choix judicieux cdes retards appliqués aux signaux resus respsc-tivement par les ~ilements d'arlterlnr3 e-t une somrna-tion de ces siynaux convenablement retard~s, on peut obtenir un siynal global analogue 3 celui qu'on aurait resu avec une antenne de réception orientable. Les 1n diFFérents signaux resLIltan-ts captés par l'antenne 2 en réponse aux irnpulsions transm:ises en séquence sont introdui.-ts dans une chairlo cle réception 4 constitués d'un élément ds réception 5, d'un dérnoclulatc3ur 6 adapté à mél.anger le signal resu provenant de l'élémen-t cle réception S
avec 1B signal engendré par un synthétiseur 7, d'un fil-tre passo-bas 15 adapté à filtrer le signal issu du démodul.ateur 6 et d'un arnplificateur à gain variable B connecté à la sortie du filtre passe-bas 15. Le signal de basse fréquence issu de l'amplificateur 8 est introduit dans un convertisseur analogique-numérique 9 puis introduit dans un système d'enregistrement et de traitemen-t 10. Celui-ci est adapté à enregistrer les signaux reçus e-t à commander le yain de l'amplificateur B ainsi qu'à
modifier l'orientation de l~antenne réceptrice. Le systèrne d'enregis-trement et de traitement est adapté à engendrer des siynaux cle commande et à les transmettre à l'ensemble 3 par l'intermédiaire d'un élément de contr81e 14 des lignrss à retard 3a, 3b ... 3n pour donner à l'antenne réceptrice une orientation dé-terminée. Le gain de l'amplificateur 8 est commandé par le système d'enregistrement et de traitemen-t 10 par l'in-termédiaire d'éléments de controle comportan-t une mémoire numérique 11 dans laquelle le calculateur transfère un programme de g~in déterminé
et un convertisseur numérique-analogique 12 pour la transformation des signaux numérisés transférés dans la mémoire numérique en un signal ana-logique. Celui-ci est appliqué à l'entrée de commande de gain de l'ampli-ficateur B. Le synthétiseur 7 est connecté à un ensemble d'émission 13 adapté à engendrer des impulsinns dont la fréquence est celle des signaux du synthétiseur et à ampli.fier lesdites impulsions avant leur transmis-sion à l'antenne d'émission 1.
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Lolsque l~)n ~reut supprimer l~influence de l~affaiblisscmerlt dcs si gna~1x en ~onctioTI de leur distance de propa~ation, on co~nmande lc trans-fert dans la memoirc numérique 11 d'un ensemble de valeurs numériques de gain dont la ]ec~ure en séquence permet de ~aire varier le gain cle l'am-plificateur 8 pend~nt la réception de chacun des echos.
De la même manière, si les échantillorls successifs doivent etre pré-levés sur des échos recus suivant des azimuts di~férents de l'antenne, le système d'enregistren1ent et de traitement est adapté à engendrer, entre la recept;on de deux échos successi~s1 c1es signaux pour faire varier la longu~ur de chaque ]igne à retard 3a, 31~,,.3n, et ainsi r~odifier le dla-gramme directionnel de l'antenne 2 pour l'orienter successivement suivant les directions choisies.
Le système d'enrcgistrement et de traitement 10 est égalernent adap-té à effectuer des moyennes sur les échantillons ou ensembles d'échantil-lons obtenus à ]'issue de chaque cycle de mesure et des calculs de trans-formée de Fourier rapides pour obtenir les spectres de fr~quence corres-ponda~ts. Il est aussi adapté à corriger les spectres obtenus résultant des transformations de Fourier appliqués aux échos venant de directions différentes.
2D Avant le début des cycles de mesure, on procède à un étalonnage préalable de la chaî11e de réception 4. Un signal d'amplitude connu est in-troduit dans la chaîne de réception et l'on demande au système d'enregistre-ment et de traitement 10 de régler le progranlme de gain pour que la ten-sion de sortie soit proche d'une valeur optimale. On procède ensuite à un étalonnage de la courbe de gain en mesurant la variation du niveau des si-gnaux reçus en fonction de leur distance de propagation, puis à une som-mation d'échantillons correspondant respectivement à plusieurs intervalles de temps de pi-opagation pour que chaque somme soit du m~eme ordre de gran-deur. On procè,de alors à l'acquisition des données.
Claims (11)
1. Méthode perfectionnée de détection à distance de l'état de la mer, c'est-à-dire de l'amplitude et de la fré-quence des vagues dans une zone choisie, dans laquelle on dé-termine le spectre de fréquence des échos, sur des vagues de ladite zone, d'impulsions de radar émises séquentiellement, caractérisée en ce que, on améliore le rapport du signal au bruit en procèdant aux étapes suivantes:
a) on prélève sur les signaux d'échos successifs plusieurs séries d'échantillons correspondant chacune à un secteur distinct de la zone choisie, b) on conserve sans changement l'une de ces séries à
laquelle correspond un secteur que l'on utilise comme secteur de référence, c) on détermine le spectre de fréquence de chaque série d'échantillons de signaux, d) on applique à chacune des autres séries des corrections pour ramener ses valeurs à celles qui auraient correspondu au secteur de référence, en lui appliquant un facteur de correction par rapport au lieu d'émission, respectivement du secteur correspondant à la série considérée et du secteur de référence, e) on combine les spectres des séries corrigées avec celui de la série correspondant au secteur de référence.
a) on prélève sur les signaux d'échos successifs plusieurs séries d'échantillons correspondant chacune à un secteur distinct de la zone choisie, b) on conserve sans changement l'une de ces séries à
laquelle correspond un secteur que l'on utilise comme secteur de référence, c) on détermine le spectre de fréquence de chaque série d'échantillons de signaux, d) on applique à chacune des autres séries des corrections pour ramener ses valeurs à celles qui auraient correspondu au secteur de référence, en lui appliquant un facteur de correction par rapport au lieu d'émission, respectivement du secteur correspondant à la série considérée et du secteur de référence, e) on combine les spectres des séries corrigées avec celui de la série correspondant au secteur de référence.
2. Méthode perfectionnée de détection à distance de l'état de la mer, c'est-à-dire de l'amplitude et de la fréquence des vagues dans une zone choisie, dans laquelle on détermine le spectre de fréquence des échos, sur des vagues de ladite zone, d'impulsions de radar émises séquentiellement, caractérisée en ce que, on améliore le rapport du signal au bruit en procèdant aux étapes suivantes:
a) on prélève sur les signaux d'échos successifs plusieurs séries d'échantillons correspondant chacune à un secteur distinct de la zone choisie, b) on conserve sans changement l'une de ces séries à laquelle correspond un secteur que l'on utilise comme secteur de référence, c) on détermine le spectre de fréquence de chaque série d'échantillons de signaux, d) on applique à chacune des autres séries ou au spectre de fréquence correspondant, des corrections pour ramener ses valeurs à celles qui auraient correspondu au secteur de référence, en lui appliquant soit un facteur de correction lié à la dif-férence de distance, par rapport au lieu d'émission, respecti-vement du secteur correspondant à la série considérée et du secteur de référence, pour tenir compte du degré d'affaiblis-sement différent des signaux radars en fonction de la distance de propagation, soit un facteur de correction lié à la différence d'azimut, par rapport au lieu d'émission, respectivement du secteur correspondant à la série considérée et du secteur de référence, pour tenir compte de l'incidence différente du vent résultant de l'orientation différente du secteur correspondant à la série considérée et du secteur de référence par rapport à
la direction du vent, soit les deux facteurs de correction ci-dessus mentionnés, cumulativement, e) on combine les spectres corrigés ou les spectres des séries corrigées avec celui de la série correspondant au secteur de référence.
a) on prélève sur les signaux d'échos successifs plusieurs séries d'échantillons correspondant chacune à un secteur distinct de la zone choisie, b) on conserve sans changement l'une de ces séries à laquelle correspond un secteur que l'on utilise comme secteur de référence, c) on détermine le spectre de fréquence de chaque série d'échantillons de signaux, d) on applique à chacune des autres séries ou au spectre de fréquence correspondant, des corrections pour ramener ses valeurs à celles qui auraient correspondu au secteur de référence, en lui appliquant soit un facteur de correction lié à la dif-férence de distance, par rapport au lieu d'émission, respecti-vement du secteur correspondant à la série considérée et du secteur de référence, pour tenir compte du degré d'affaiblis-sement différent des signaux radars en fonction de la distance de propagation, soit un facteur de correction lié à la différence d'azimut, par rapport au lieu d'émission, respectivement du secteur correspondant à la série considérée et du secteur de référence, pour tenir compte de l'incidence différente du vent résultant de l'orientation différente du secteur correspondant à la série considérée et du secteur de référence par rapport à
la direction du vent, soit les deux facteurs de correction ci-dessus mentionnés, cumulativement, e) on combine les spectres corrigés ou les spectres des séries corrigées avec celui de la série correspondant au secteur de référence.
3. Méthode selon la revendication 1, caractérisé en ce que, à l'étape d), le facteur de correction est lié à la différence de distance, par rapport au lieu d'émission, respec-tivement du secteur correspondant à la série considérée et du secteur de référence, pour tenir compte du degré d'affaiblisse-ment différent des signaux radars en fonction de la distance de propagation.
4. Méthode selon la revendication 1, caractérisé
en ce que, à l'étape d), le facteur de correction est lié à la différence d'azimut, par rapport au lieu d'émission, respectivement du secteur correspondant à la série considérée et du secteur de référence, pour tenir compte de l'incidence différente du vent résultant de l'orientation différente du secteur correspondant à la série considérée et du secteur de référence par rapport à
la direction du vent.
en ce que, à l'étape d), le facteur de correction est lié à la différence d'azimut, par rapport au lieu d'émission, respectivement du secteur correspondant à la série considérée et du secteur de référence, pour tenir compte de l'incidence différente du vent résultant de l'orientation différente du secteur correspondant à la série considérée et du secteur de référence par rapport à
la direction du vent.
5. Méthode selon la revendication 1, caractérisé
en ce que, à l'étape d), le facteur de correction est lié
cumulativement à la différence de distance et d'aziment, par rapport au lieu d'émission, respectivement du secteur corres-pondant à la série considérée et du secteur de référence, pour tenir compte du degré d'affaiblissement différent des signaux radars en fonction de la distance de propagation, et de l'incidence différente du vent résultant de l'orientation différente du secteur correspondant à la série considérée et du secteur de référence par rapport à la direction du vent.
en ce que, à l'étape d), le facteur de correction est lié
cumulativement à la différence de distance et d'aziment, par rapport au lieu d'émission, respectivement du secteur corres-pondant à la série considérée et du secteur de référence, pour tenir compte du degré d'affaiblissement différent des signaux radars en fonction de la distance de propagation, et de l'incidence différente du vent résultant de l'orientation différente du secteur correspondant à la série considérée et du secteur de référence par rapport à la direction du vent.
6. Méthode selon la revendication 1, 3 ou 4, dans laquelle les corrections sont appliquées au spectre de fréquence correspondant.
7. Méthode selon la revendication 1, 3 ou 4, dans laquelle la combinaison des spectres de l'étape (e) consiste en une sommation, de ceux-ci.
8. Méthode selon la revendication 1, 3 ou 4, dans laquelle la combinaison des spectres de l'étape (e) consiste en une sommation pondérée de ceux-ci.
9. Dispositif pour la mise en oeuvre de la méthode selon la revendication 1 comportant:
des moyens d'émission séquentielle d'impulsions de radar, un système de réception des échos sur les vagues des impulsions transmises, comportant des moyens de réception di-rectifs et orientables captant sélectivement les échos reçus suivant une direction déterminée, une chaîne de réception comportant des moyens de démodulation et des moyens d'amplification à gain variable, et un système d'enregistrement et de traitement des signaux reçus, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des éléments de contrôle adaptés à modifier le gain des moyens d'amplifica-tion et/ou à modifier l'orientation des moyens de réception, et en ce que le système d'enregistrement et de traitement est adapté à actionner les éléments de contrôle en fonction de l'emplacement géographique des différents secteurs de la zone réflectrice choisie, par rapport au secteur de référence.
des moyens d'émission séquentielle d'impulsions de radar, un système de réception des échos sur les vagues des impulsions transmises, comportant des moyens de réception di-rectifs et orientables captant sélectivement les échos reçus suivant une direction déterminée, une chaîne de réception comportant des moyens de démodulation et des moyens d'amplification à gain variable, et un système d'enregistrement et de traitement des signaux reçus, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des éléments de contrôle adaptés à modifier le gain des moyens d'amplifica-tion et/ou à modifier l'orientation des moyens de réception, et en ce que le système d'enregistrement et de traitement est adapté à actionner les éléments de contrôle en fonction de l'emplacement géographique des différents secteurs de la zone réflectrice choisie, par rapport au secteur de référence.
10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé
en ce que les éléments de contrôle comportent une mémoire numé-rique recevant une liste de valeurs numérisées et des moyens de conversion des valeurs numériques en un signal analogique de contrôle du gain d'amplification.
en ce que les éléments de contrôle comportent une mémoire numé-rique recevant une liste de valeurs numérisées et des moyens de conversion des valeurs numériques en un signal analogique de contrôle du gain d'amplification.
11. Dispositif selon la revendication 9, dans lequel les moyens de réception directifs et orientables sont constitués par une pluralité d'éléments de réception fixes disposés en alignement et interconnectés par l'intermédiaire d'un ensemble de moyens de déphasage appliquant aux signaux reçus par chaque élément de réception un retard variable, caractérisé en ce que les éléments de contrôle comportent un élément pour transmettre à l'ensemble des moyens de déphasage des signaux de commande engendrés par le système d'enregistrement et de traitement.
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