CA3056289A1

CA3056289A1 - Dispositif de detection de presence par ultrasons

Info

Publication number: CA3056289A1
Application number: CA3056289A
Authority: CA
Inventors: Gabriel VASILE
Original assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Current assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Priority date: 2017-03-24
Filing date: 2018-03-19
Publication date: 2018-09-27
Also published as: EP3602115A1; US20200018849A1; FR3064369B1; WO2018172288A1; FR3064369A1

Abstract

L'invention concerne un dispositif de détection de la présence d'une cible (T), comprenant un générateur, une paire (202) de capteurs (202M, 202S), et une unité de traitement (210) adaptée à : a) recevoir et échantillonner des signaux ultrasonores; b) obtenir, par transformée de Hilbert, des premier et deuxième signaux complexes; c) filtrer par filtrage adapté chacun des signaux complexes; d) associer à chaque échantillon du premier signal complexe filtré l'échantillon du deuxième signal complexe filtré présentant la meilleure corrélation, d'où il résulte un couple d'échantillons pour chaque instant de réception; e) sélectionner des couples successifs d'échantillons dans un intervalle autour de chaque instant de réception; f) calculer une valeur de corrélation statistique entre les couples sélectionnés à l'étape e); et g) détecter la présence de la cible lorsque l'une des valeurs de corrélation s'écarte significativement des autres valeurs de corrélation.

Description

DISPOSITIF DE DETECTION DE PRESENCE PAR ULTRASONS
Domaine La présente demande concerne un dispositif acoustique, en particulier un dispositif de détection de présence par ultrasons.
Exposé de l'art antérieur On utilise des dispositifs de détection de présence par ultrasons, par exemple dans certaines applications de surveillance sous-marine telles que la surveillance de ports ou la détection de bancs de poissons. De tels dispositifs sont également utilisés dans des applications de surveillance d'éléments dérivant dans un fleuve ou une rivière, par exemple près de points de captage d'eau utilisés pour la production hydroélectrique ou le refroidissement de centrales.
Les dispositifs connus présentent des problèmes de fiabilité de la détection de présence, lorsque :
- l'eau est agitée de turbulences ;
- les ultrasons émis par le dispositif sont réfléchis par des parois telles que le lit d'une rivière ;
- les éléments que l'on cherche à détecter sont animés de mouvements rapides ;
- les cibles réfléchissent peu les ultrasons, par exemple des débris de petites dimensions, par exemple inférieures au cm, des amas de tels débris, ou des cibles molles telles que des méduses ou des sacs plastiques ; ou - le niveau de turbidité de l'eau est élevé.
Résumé
Un mode de réalisation prévoit un dispositif de détection par ultrasons, permettant de résoudre tout ou partie des inconvénients décrits ci-dessus.
Un mode de réalisation prévoit un dispositif de détection de cibles, particulièrement simple à fabriquer.

2 PCT/EP2018/056893 Un mode de réalisation prévoit un dispositif mettant en oeuvre des gros capteurs, par exemple de diamètre supérieur à
2,5 cm, couramment disponibles et faciles à mettre en oeuvre.
Un mode de réalisation prévoit un dispositif permettant de détecter la présence de cibles réfléchissant peu les ultrasons.
Un mode de réalisation prévoit un dispositif permettant de détecter la présence de cibles pouvant être en mouvement, dans un milieu aquatique pouvant être turbulent et/ou turbide.
Un mode de réalisation prévoit un dispositif permettant de détecter la présence d'une cible de manière fiable en présence d'une paroi.
Ainsi, un mode de réalisation prévoit un dispositif de détection de la présence d'une cible, comprenant : un générateur d'un train d'ultrasons de longueurs d'onde décroissantes en fonction du temps ou croissantes en fonction du temps, susceptibles d'être réfléchis par la cible ; une paire de premier et deuxième capteurs ; et une unité de traitement adaptée à : a) recevoir et échantillonner des premier et deuxième signaux ultrasonores provenant d'une région observée et reçus respectivement par les premier et deuxième capteurs, d'où
il résulte des échantillons des premier et deuxième signaux, chaque échantillon correspondant à un instant de réception ; b) obtenir, par transformée de Hilbert de chacun des premier et deuxième signaux, des premier et deuxième signaux complexes ; c) filtrer par filtrage adapté chacun des premier et deuxième signaux complexes ; d) associer à chaque échantillon du premier signal complexe filtré l'échantillon du deuxième signal complexe filtré présentant la meilleure corrélation, d'où il résulte, pour chaque instant de réception, un couple de premier et deuxième échantillons des premier et deuxième signaux complexes filtrés ; e) sélectionner, pour chaque instant de réception, des couples successifs d'échantillons situés dans un intervalle de temps autour de l'instant de réception considéré ; f) calculer, pour chaque instant de réception, une valeur de corrélation

3 PCT/EP2018/056893 représentative d'une corrélation statistique entre les couples sélectionnés à l'étape e) ; et g) détecter la présence de la cible lorsque l'une au moins des valeurs de corrélation s'écarte significativement des autres valeurs de corrélation.
Selon un mode de réalisation, la valeur de corrélation E(tn) pour chaque instant de réception est définie par la relation :
E(tn)- ______________________________________________ Covi2(tn) VCovii(tn).Cov22(tn) où Cov désigne la matrice de covariance des couples sélectionnés à l'étape e).
Selon un mode de réalisation, les premier et deuxième capteurs sont disposés à une distance centre à centre supérieure à 4 fois la longueur d'onde des ultrasons.
Selon un mode de réalisation, l'étape a4) comprend :
définir une droite de référence parallèle à l'axe passant par les premier et deuxième capteurs ; pour chaque instant de réception, obtenir une valeur de déphasage, représentative de la différence entre, d'une part, le déphasage mesuré et, d'autre part, le déphasage théorique pour le point de la droite de référence correspondant à l'instant de réception ; et déterminer la distance entre l'axe des capteurs et la cible, à partir de la valeur de déphasage.
Selon un mode de réalisation, l'étape g) comprend :
calculer pour chaque instant de réception une valeur d'amplitude représentative du module moyen des échantillons des couples sélectionnés à l'étape e) ; et détecter la présence de la cible lorsque l'une au moins des valeurs d'amplitude s'écarte significativement des autres valeurs d'amplitude.
Selon un mode de réalisation, l'étape g) comprend :
calculer pour chaque instant de réception une valeur de déphasage représentative de la différence moyenne entre les arguments des premier et deuxième échantillons des couples sélectionnés à l'étape e) ; et détecter la présence de la cible lorsque l'une au moins des valeurs de déphasage s'écarte significativement des autres valeurs de déphasage.
Selon un mode de réalisation, les capteurs sont adaptés à ne pas détecter significativement les ultrasons provenant de directions faisant un angle supérieur à 80 avec l'axe passant par les capteurs.
Brève description des dessins Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
la figure 1 illustre un mode de réalisation d'un dispositif de détection de présence d'une cible par ultrasons ;
les figures 2A à 2D sont des chronogrammes illustrant schématiquement des exemples d'étapes mises en oeuvre par un dispositif de détection de présence d'une cible ; et la figure 3 est une vue de côté d'une paire de capteurs, illustrant schématiquement un exemple d'une autre étape mise en oeuvre par un dispositif de détection de présence d'une cible.
Description détaillée De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures et, de plus, les diverses figures ne sont pas tracées à l'échelle. En particulier, les dimensions des dispositifs de repérage par ultrasons sont exagérées par rapport à celles des régions observées dans lesquelles les cibles peuvent être situées. Par souci de clarté, seuls les éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés.
Dans la description qui suit, sauf précision contraire, les expressions "sensiblement", et "de l'ordre de"
signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près, ou, s'agissant d'une orientation, à 10 degrés près, de préférence à 5 degrés près. Sauf précision contraire, l'expression "signifi-cativement", s'agissant d'une variation d'une valeur ou d'une différence entre des valeurs, signifie de plus de 5 %, de préférence de plus de 10 %.
Sauf précision contraire, l'expression "théorique", s'agissant d'une valeur en un point donné, signifie que cette valeur peut être calculée, d'après un modèle théorique de propagation d'ultrasons, en supposant que les ultrasons sont réfléchis par une cible en ce point. Le modèle théorique, par exemple un modèle de propagation à vitesse constante, est à la portée de l'homme du métier et n'est détaillé.
La figure 1 illustre schématiquement un mode de réalisation d'un dispositif 200 de détection de présence et de repérage d'une cible T par ultrasons.
Le dispositif 200 comprend une paire 202 de capteurs 202M et 202S. Les capteurs de la paire sont disposés à une distance B de centre à centre, selon la direction d'un axe 204.
L'axe 204 passe au milieu de la ligne des paires de capteurs.
Chacun des capteurs 202M, 202S est sensible aux ultrasons provenant d'une région observée 206 qui entoure un axe d'observation 208. L'axe d'observation 208 fait avec l'axe 204 un angle O. La région observée peut s'étendre à partir des capteurs sur des dimensions supérieures au mètre, voire très supérieures au mètre, par exemple plus de 10 m.
A titre d'exemple, la distance B est de quelques cm, par exemple de l'ordre de 2,5 à 10 cm. La paire de capteurs est alors en pratique quasi-ponctuelle à l'échelle de la région à
observer.
Les capteurs sont reliés à une unité de traitement 210. A titre d'exemple, l'unité de traitement comprend un circuit numérique, tel qu'un microprocesseur adapté à mettre en oeuvre un programme enregistré dans une mémoire, et des éléments de conversion analogique-numérique des signaux en provenance des capteurs. L'unité de traitement peut être associée à un ordinateur par une liaison à distance, par exemple par le réseau Internet.
Un générateur d'ultrasons 212, relié à l'unité de traitement et de préférence distinct des capteurs, permet d'émettre des ultrasons en direction de la région observée 206.
Le générateur 212 peut être disposé au milieu des capteurs ou à
une position déportée. Un avantage d'un générateur d'ultrasons distinct des capteurs est qu'il peut être positionné de manière à optimiser les réflexions des ultrasons par la cible, en fonction de la configuration de la région à observer, par exemple en fonction de la présence de parois telles que le lit d'une rivière ou un fond marin.
Le générateur 212 est prévu pour émettre par impulsions des ultrasons de longueur d'onde A en direction de la région observée 208. La longueur d'onde A est typiquement de l'ordre de 0,15 à 0,5 cm, correspondant dans l'eau à des fréquences comprises entre 300 kHz et 1 MHz.
En fonctionnement, les impulsions sont émises par le générateur, réfléchies par une cible éventuelle, et reçus par les capteurs. L'unité de traitement met alors en oeuvre un procédé permettant de détecter la présence de la cible. Un exemple d'un tel procédé est décrit ci-après en section 1, et une variante est décrite en section 2. Une étape optionnelle du procédé, pour la détection de la présence d'une cible en présence d'une paroi, est décrite en section 3.
1. Exemple de procédé de détection de présence d'une cible Les figures 2A à 2D sont des chronogrammes illustrant des exemples d'étapes mises en oeuvre à chaque impulsion par l'unité de traitement 210.
A une étape initiale non représentée, l'impulsion d'ultrasons est générée. L'impulsion est un train d'ultrasons de longueurs d'onde A décroissantes en fonction du temps ou croissantes en fonction du temps, susceptibles d'être réfléchis par la cible. A titre d'exemple, la fréquence balaye la plage des fréquences comprises entre 300 kHz et 1,2 MHz. A titre d'exemple, la durée totale de l'impulsion est comprise entre 0,5 ms et 2 ms, par exemple 1 ms.
A l'étape de la figure 2A, chaque capteur de la paire 202 reçoit un signal ultrasonore. Le capteur 202M reçoit un signal RMO et le capteur 202S reçoit un signal RSO, en fonction du temps t. Ces signaux correspondant au train d'ultrasons, réfléchis par une cible éventuelle, qui parvient aux deux capteurs à des instants tM et tS (au centre des impulsions reçues). L'instant central de l'émission de l'impulsion sert ici de référence de temps t=0, et le temps de vol des ultrasons correspond ainsi à l'instant central de réception. Les instants tM et tS présentent un décalage en fonction de la position de la cible. En pratique, la durée de l'impulsion est très supérieure au décalage entre les instants tM et tS.
Les signaux RMO et RSO sont ensuite échantillonnés.
Chaque échantillon RMO(tn) ou RSO (tn) correspond à un instant de réception tn des ultrasons par le capteur correspondant. A titre d'exemple, la fréquence d'échantillonnage 1/At du signal RMO est sensiblement égale à 4 fois la fréquence centrale de l'impulsion. A titre d'exemple, les fréquences d'échantillonnage sont identiques pour les signaux échantillonnés RMO et RSO. A
titre de variante, la fréquence d'échantillonnage du signal RSO
est supérieure à celle du signal RMO, par exemple 8 fois supérieure.
Pour chacun des signaux RMO et RSO, on détermine ensuite par transformation de Hilbert, un signal complexe échantillonné, respectivement RM1 et RS1. Pour chaque échantillon RM1(tn) ou RS1(tn), le module et l'argument correspondent respectivement à l'amplitude et à la phase relative des ultrasons reçus.
A l'étape de la figure 2B, on obtient des signaux complexes échantillonnés RM2 et RS2, par filtrage adapté de chacun des signaux RM1 et RS1.
A titre d'exemple, le filtrage adapté de RM1 ou RS1 consiste, pour chaque temps de vol tn, à mettre en oeuvre la relation :

R2 (tn) = R1 (tn+n )f1 (tn y )At (1) n=-N1 où R1 est le signal RM1 ou RS1, R2 est le signal RM2 ou RS2, et f1 est un signal complexe échantillonné représentatif des ultrasons émis par le générateur entre des instants t_Ni et tN1, échantillonné à la fréquence 1/At et obtenu par transformée de Hilbert.
Le signal f1 peut correspondre directement au signal émis, ou à un signal reçu par l'un des capteurs après propagation dans l'eau, par exemple mesuré au cours d'une phase de préréglage du dispositif. A titre de variante, le signal f1 peut être un signal de référence de filtre adapté obtenu de la manière décrite en relation avec la section II et la figure 2 du document "Reference Selection for an Active Ultrasound Wild Salmon Monitoring System", de Vasile G. et al., MTS/IEEE North American OCEANS conference, Washington DC, USA, publié en 2015.
Le filtrage adapté a pour effet de concentrer autour d'un même instant, tM pour le signal RM2, et tS pour le signal R52, les ultrasons réfléchis par une cible. On obtient alors des impulsions 502 dans chacun des signaux. A titre d'exemple, la largeur des impulsions est de l'ordre de la durée At, par exemple de sorte que dans chaque signal l'impulsion 502 ne concerne significativement qu'un ou deux échantillons. Pour chaque échantillon RM2(tm) ou R52(t5), le module et l'argument sont représentatifs respectivement de l'amplitude et de la phase relative des ultrasons réfléchis par la cible.
A l'étape de la figure 2C, à chaque échantillon R42(tn) du signal RM2, on associe l'échantillon RS2(tny) pour lequel le signal R52 présente la meilleure corrélation avec le signal RM2. On obtient un signal complexe échantillonné défini par la relation RS3(tn) = R52(tny). On a ainsi formé un couple d'échantillons RM2(tn), RS3(tn) pour chaque instant de réception tn. A titre d'exemple, la corrélation est sur une période de durée At2, centrée sur l'échantillon RM2(tn) pour le signal RM2 et sur l'échantillon R52(tny) pour le signal R52.
A titre de variante, le signal R52 peut être suréchantillonné, par exemple d'un facteur 8, avant l'étape de la figure 6C, ou le signal R52 peut avoir conservé la fréquence d'échantillonnage du signal RSO dans le cas où cette fréquence est plus élevée que celle du signal RMO.
A titre d'exemple, le signal RS3 peut être déterminé, dans le cas présent d'impulsions ultrasonores, d'une manière similaire à celle décrite pour des impulsions radar en section 1.3 page 17 du document "Imagerie Radar à Synthèse d'Ouverture interférométrique et polarimétrique", Thèse de doctorat de Vasile G., Université de Savoie, France, 2007.
A l'étape de la figure 2D, pour chaque instant de réception tn', on forme un vecteur V(tnY) des échantillons RM2(tnY) et RS3(tnY), c'est-à-dire :
v(tno=( Rm2(tnO\
(2) lRs3(tn0) Pour chaque instant de réception tn on sélectionne N2 instants de réception tn, consécutifs les plus proches de l'instant tn, situés entre des instants tn-N2/2 et tn+N2/2. A
titre d'exemple, l'entier N2 est commun à tous les instants de réception. On détermine ensuite une matrice Cov(tn) de covariance (de dimension 2x2) des vecteurs V(trIO sélectionnés.
A titre d'exemple, on recherche la matrice Cov(tn), pour des signaux correspondant à des ultrasons, de la manière décrite pour des ondes radar en section IIC, paragraphe 2 et équation [13] du document "Stable scatterers detection and tracking in heterogeneous clutter by repeat pass SAR
interferometry" de G. Vasile et al., Asilomar Conference on Signals, Systems, and Computers, Pacific Grove, California, USA, p 1343-1347, publiée en 2010. Ainsi, la matrice Cov(tn) peut être trouvée comme solution de l'équation :

v(t) Cc - (3) vHetn.).cov- Irt.n vetn f) W=n-N2/2 Où vH(tn) est le vecteur transposé complexe conjugué du vecteur VH(tn), et Cov-1(tn) est la matrice inverse de la matrice Cov(tn). Pour trouver cette solution, on peut procéder par itérations successives. La matrice de covariance peut aussi être déterminée par d'autres méthodes connues.
FEUILLE INCORPOREE PAR RENVOI (REGLE 20.6) L'unité de traitement est ici adaptée à mettre en outre en oeuvre un signal E(t) de corrélation de phase dont chaque valeur E(tn) est définie par la relation :
Covi2(tn) E(tn)- __________________________________________________ (4) VCovii(tn).Cov22(tn) où 11 représente le module.
La présence de la cible T peut alors être détectée lorsque l'une E(tno) des valeurs du signal de corrélation de phase est supérieure à un seuil, par exemple 0,3. La présence de la cible peut aussi être détectée lorsque l'une des valeurs du signal de corrélation s'écarte significativement des autres des valeurs de ce signal, par exemple, s'écarte de plus de 0,3.
L'utilisation d'un signal de corrélation statistique entre signaux reçus par les deux capteurs, tel que le signal E(t), permet de détecter la présence d'une cible de manière fiable. En particulier, on peut détecter de manière particulièrement fiable la présence d'une cible pouvant être peu réfléchissante et/ou en mouvement en milieu turbulent et/ou turbide.
2. Variante plus particulièrement fiable du procédé de la section 1 On propose ici, à titre de variante, de compléter le procédé de la section 1, afin d'en améliorer encore la fiabilité.
L'unité de traitement mesure, pour chaque paire de capteurs, en fonction de l'instant de réception, en plus du signal E(t) :
- un signal d'amplitude I(t) des ultrasons reçus par la paire de capteurs, par exemple l'amplitude des ultrasons reçus par le capteur 202M ; et - un signal de déphasage A(t) entre les ondes ultrasonores reçues par le capteur 202M et celles reçues par le capteur 202S.
Le signal de déphasage peut n'être défini que pour les valeurs utiles, qui correspondent aux instants où l'amplitude est suffisante pour que l'on puisse mesurer le déphasage.

De préférence, les signaux d'amplitude et de déphasage sont des signaux échantillonnés de valeurs I(tn) et 4,(tn), les instants de réception tn étant par exemple à intervalles réguliers. Un exemple préféré de détermination des signaux d'amplitude et de déphasage mesurés est décrit ci-après.
Pour chaque instant de réception, on détermine en outre la valeur d'amplitude mesurée I(tn) par la relation :
I(tn) vli(tn,).C,,y71(tn).v(tni) (5) et on détermine, comme déphasage mesuré 4,(tn), l'argument de l'élément Cov12(tn) (1ere ligne, 2eme colonne) de la matrice Cov(tn).
Chaque valeur I(tn) ainsi obtenue est représentative des modules des échantillons RM2(tnY) et RS3(tnY) sélectionnés autour de l'instant tn. A titre de variante, on peut choisir pour la valeur I(tn) toute valeur représentative des modules des échantillons sélectionnés, par exemple une valeur moyenne de ces modules. En outre, chaque valeur &(tn) obtenue ici est représentative des différences entre les arguments de chaque couple RM2(tnY), RS3(tnY) d'échantillons sélectionnés. A titre de variante, on peut choisir pour la valeur &I(tn) toute valeur représentative de ces différences, par exemple la valeur moyenne des différences entre arguments des couples sélectionnés.
Le dispositif peut alors détecter la présence de la cible lorsque l'une au moins, I(tno), des valeurs du signal d'amplitude I(t) franchit un seuil, ou s'écarte des autres des valeurs de ce signal, par exemple de plus de 10 %. Le dispositif peut aussi détecter la présence de la cible lorsque l'une au moins, M)(tno), des valeurs du signal de déphasage M)(t) s'écarte des autres valeurs de ce signal, par exemple de plus de 10 %.
Selon un avantage, du fait du filtrage adapté, les signaux d'amplitude et de déphasage ainsi mesurés ont un rapport signal sur bruit amélioré, permettant la détection d'une cible réfléchissant peu les ultrasons.
Par ailleurs, le dispositif 200 peut mettre en oeuvre des gros capteurs, par exemple de diamètre supérieur à 2,5 cm, FEUILLE INCORPOREE PAR RENVOI (REGLE 20.6) la distance B centre à centre entre capteurs étant par exemple supérieure à 4 fois la longueur d'onde centrale des ultrasons.
un avantage de l'utilisation de gros capteurs est qu'ils permettent un rapport signal sur bruit et une résolution particulièrement élevés, du fait que de tels capteurs ont des plages de fréquence particulièrement larges. En effet, le filtrage adapté permet un rapport signal sur bruit et une résolution d'autant plus élevés que la plage de fréquences balayée par le train d'ultrasons est large.
Le dispositif détecte alors avec une fiabilité
particulièrement élevée la présence d'une cible pouvant être peu réfléchissante et/ou en mouvement, dans une eau pouvant être turbulente et/ou turbide.
3. détection en présence d'une paroi On cherche ici à détecter de manière fiable la présence d'une cible, cela même en présence d'une paroi délimitant la région observée.
Pour cela, on met en oeuvre entre les étapes des figures 2C et 2D une étape optionnelle qui utilise les signaux RS2 et RS3 de l'étape de la figure 2C. Cette étape fournit un signal RS3' qui remplace ensuite le signal RS3 dans l'étape de la figure 2D.
La figure 3 est une vue de côté de la paire 202 de capteurs. A titre d'exemple, on a positionné le dispositif pour que l'axe 204 reliant les capteurs soit parallèle à une paroi 600 telle que le fond d'une rivière. La paroi 600 correspond à
une droite 601 dans le plan de la figure (c'est-à-dire dans le plan de l'axe 204 et de l'axe d'observation 208).
Pour chaque échantillon RS3(tn) du signal RS3 déterminé à l'étape de la figure 2C, on détermine sur la droite 601 le point 602 pour lequel le temps de vol théorique correspond au temps de réception tn. On calcule alors une valeur Allf(tn) représentative du déphasage théorique A(1)'(tn) pour le point 602. Le temps de vol théorique et le déphasage théorique correspondent respectivement au temps de vol et au déphasage que l'on calcule en supposant que les ultrasons sont réfléchis par une cible située en un point considéré, d'après un modèle de propagation des ultrasons.
A titre d'exemple, pour une paire de capteurs quasi-ponctuelle et une distance paire-générateur quasi-ponctuelle à
l'échelle de la distance capteurs-cible, et pour repérer une cible proche du point 604 de rencontre entre l'axe d'observation 208 et la paroi 600 (c'est-à-dire une distance cible-point 604 beaucoup plus petite que la distance capteurs-cible, par exemple plus de 20 fois plus petite), on peut calculer les valeurs Allf(tn) à partir de la relation suivante :
A(tn) = 21T ________________________ PO tn10)77tn (6) où po est la distance entre le capteur 202M et le point 604, f est la fréquence centrale des impulsions ultrasonores, et comme décrit précédemment, 0 est l'angle entre les axes 208 et 204 et B est la distance entre les capteurs 202M et 202S.
On note que les valeurs Allf(tn) calculées d'après la relation (5) correspondent au déphasage théorique pour le point 602 auquel on a ajouté une valeur constante ilf0, égale à
Allf(t604)-Bcose, où t604 est le temps de vol théorique pour le point 604. A titre de variante, pour obtenir la valeur Allf(tn), on peut ajouter toute valeur constante, c'est-à-dire ne dépendant pas de tn, au déphasage théorique A' (tn) pour le point 602.
On obtient ensuite un signal complexe échantillonné
RS3' à partir du signal RS3 en ajoutant la valeur Allf(tn) à
l'argument de chaque échantillon RS3(tn).
L'unité de traitement peut ensuite obtenir une valeur de déphasage Al(tn) pour chaque instant de réception tn à
partir des signaux RM2 et RS3', d'une manière similaire à celle décrite en relation avec la figure 2D pour obtenir le signal de déphasage A(t) à partir des signaux RM2 et RS3.
La présence de la cible T devant la paroi peut alors être détectée lorsque l'une, Ae(tno), des valeurs Al(tn) du signal A(1)1(t) s'écarte significativement des autres des valeurs de ce signal, par exemple de plus de 10%. En effet, la valeur A1)1 (tno) obtenue pour une paire de capteurs ne dépend que de la distance r de la cible à la paroi 600, et la valeur Ae(tno) correspond à la cible tandis que les autres valeurs Ae(tn) correspondent à la paroi. La présence d'une cible est détectée de manière fiable, même en présence d'une paroi réfléchissant les ultrasons.
De préférence, les capteurs 202M et 202S sont adaptés à ne pas détecter significativement les ultrasons provenant de directions faisant un angle supérieur à 80 avec l'axe 204. Ceci permet d'obtenir des valeurs Allf(tn) suffisantes pour que la valeur de déphasage Ae(tn) dépende essentiellement de la distance entre la cible et l'axe 204, ce qui permet de détecter la cible avec une fiabilité élevée, même en présence d'une paroi.
L'étape optionnelle de la présente section 3 permet ainsi de détecter de manière fiable la présence d'une cible, pouvant être peu réfléchissante et/ou en mouvement, dans une eau pouvant être turbulente et/ou turbide, en présence éventuelle d'une paroi.

4. Autres modes de réalisation Les divers exemples et variantes décrits ci-dessus peuvent être enrichis pour permettre la détermination de positions possibles de la cible.
A titre d'exemple, on peut définir des positions possibles de la cible dans la partie de la région observée pour laquelle le temps de vol théorique des ultrasons correspond à
l'instant de réception tno associé à la valeur E(tno), I(tno), A(1)(tno) ou Ae(tno).
En outre, à l'étape optionnelle de la section 3, on peut déterminer la distance r à la paroi d'une cible proche du point 604. Pour cela, on peut utiliser la valeur Ae(tno). En effet, cette valeur ne dépend significativement que de la distance r.
En outre, bien qu'une paroi soit présente ici à titre d'exemple, on peut à titre de variante repérer la cible par sa distance à d'autres surfaces, telles que, dans le cas d'une distance générateur-capteur quasi-ponctuelle, un cylindre de rayon r0 et d'axe l'axe 204. La droite 601 est alors située à la distance r0 de l'axe 204. En effet, la valeur Ae(tno) ne dépend significativement que de la distance entre la cible et l'axe 204. En particulier, la valeur constante le mentionnée ci-dessus permet que la valeur Ae(tno) soit nulle lorsque la cible est sur le cylindre, et la distance entre la cible est le cylindre est alors particulièrement simple à obtenir.
Des modes de réalisation particuliers ont été décrits.
Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, des procédés de détection d'une cible éventuelle ont été décrits ici à titre d'exemple. On notera que ces procédés peuvent être utilisés pour détecter la présence de plusieurs cibles et éventuellement repérer plusieurs cibles.
En outre, bien que dans la variante de la section 2, les signaux d'amplitude I(t) et de déphasage A(t) mesurés aient été déterminés d'une manière particulière, on peut mesurer l'amplitude et le déphasage par tout procédé adapté. A titre d'exemple, chaque valeur I(tn) peut être représentative des modules des échantillons R42(tn) et RS3(tn), par exemple la moyenne des modules. A titre d'exemple, chaque valeur A(1)(tn) peut être la différence entre arguments des échantillons RS3(tn) et R42(tn).

Claims

REVENDICATIONS

1. Dispositif de détection de la présence d'une cible (T), comprenant :
un générateur (212) d'un train d'ultrasons de longueurs d'onde (A) décroissantes en fonction du temps ou croissantes en fonction du temps, susceptibles d'être réfléchis par la cible ;
une paire (202) de premier (202M) et deuxième (202S) capteurs ; et une unité de traitement (210) adaptée à :
a) recevoir et échantillonner des premier (RM0) et deuxième (RS0) signaux ultrasonores provenant d'une région observée (206) et reçus respectivement par les premier et deuxième capteurs, d'où il résulte des échantillons des premier (RM0(t n)) et deuxième (RS0(t n)) signaux, chaque échantillon correspondant à un instant de réception (t n) ;
b) obtenir, par transformée de Hilbert de chacun des premier et deuxième signaux, des premier (RM1) et deuxième (RS1) signaux complexes ;
c) filtrer par filtrage adapté chacun des premier et deuxième signaux complexes ;
d) associer à chaque échantillon (RM2(t n)) du premier signal complexe filtré (RM2) l'échantillon (RS2(t n')) du deuxième signal complexe filtré (RS2) présentant la meilleure corrélation, d'où il résulte, pour chaque instant de réception (t n), un couple de premier (RM2(t n)) et deuxième échantillons (RS3(t n)) des premier et deuxième signaux complexes filtrés ;
e) sélectionner, pour chaque instant de réception, des couples successifs d'échantillons situés dans un intervalle de temps (t n-N2/2, t n+N2/2) autour de l'instant de réception considéré ;
f) calculer, pour chaque instant de réception, une valeur de corrélation (E(t n)) représentative d'une corrélation statistique entre les couples sélectionnés à l'étape e) ; et g) détecter la présence de la cible (T) lorsque l'une au moins E(t n0) des valeurs de corrélation s'écarte significativement des autres valeurs de corrélation.

2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la valeur de corrélation E(t n) pour chaque instant de réception (tn) est définie par la relation :
où Cov désigne la matrice de covariance des couples (RM2(t n'), RS3(tnY)) sélectionnés à l'étape e).

3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les premier (202M) et deuxième (202S) capteurs sont disposés à une distance centre à centre (B) supérieure à 4 fois la longueur d'onde des ultrasons.

4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'étape a4) comprend :
définir une droite (601) de référence parallèle à
l'axe (204) passant par les premier et deuxième capteurs ;
pour chaque instant de réception (t n), obtenir une valeur de déphasage (.DELTA..PHI.1(t n)), représentative de la différence entre, d'une part, le déphasage mesuré (.DELTA..PHI.(t n)) et, d'autre part, le déphasage théorique (.DELTA..PSI.(t n)) pour le point (602) de la droite de référence correspondant à l'instant de réception ; et déterminer la distance entre l'axe des capteurs et la cible, à partir de la valeur de déphasage.

5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l'étape g) comprend :
calculer pour chaque instant de réception (t n) une valeur d'amplitude (I(t n)) représentative du module moyen des échantillons des couples (RM2(t n'), RS3(t n')) sélectionnés à
l'étape e) ; et détecter la présence de la cible lorsque l'une au moins (I(t n0)) des valeurs d'amplitude s'écarte significativement des autres valeurs d'amplitude.

6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l'étape g) comprend :
calculer pour chaque instant de réception une valeur de déphasage (.DELTA..PHI.(t n), .DELTA..PHI.1(t n)) représentative de la différence moyenne entre les arguments des premier et deuxième échantillons des couples (RM2(t n'), RS3(t n')) sélectionnés à l'étape e) ; et détecter la présence de la cible lorsque l'une (.DELTA..PHI.1(t n0)) au moins des valeurs de déphasage s'écarte significativement des autres valeurs de déphasage.

7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les capteurs (202M, 202S) sont adaptés à ne pas détecter significativement les ultrasons provenant de directions faisant un angle supérieur à 80° avec l'axe (204) passant par les capteurs.