EP3729129A1 - Drone marin de surface et procede de caracterisation d'un milieu subaquatique mis en ceuvre par un tel drone - Google Patents

Drone marin de surface et procede de caracterisation d'un milieu subaquatique mis en ceuvre par un tel drone

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Publication number
EP3729129A1
EP3729129A1 EP18842537.5A EP18842537A EP3729129A1 EP 3729129 A1 EP3729129 A1 EP 3729129A1 EP 18842537 A EP18842537 A EP 18842537A EP 3729129 A1 EP3729129 A1 EP 3729129A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sonar
transmissions
fish
drone
school
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP18842537.5A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Christophe CORBIERES
Maxence RIOBLANC
Guillaume Matte
Frédéric MOSCA
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
iXBlue SAS
Original Assignee
iXBlue SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by iXBlue SAS filed Critical iXBlue SAS
Publication of EP3729129A1 publication Critical patent/EP3729129A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/0206—Control of position or course in two dimensions specially adapted to water vehicles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/89—Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/96—Sonar systems specially adapted for specific applications for locating fish
    • G—PHYSICS
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    • G01S7/523—Details of pulse systems
    • G01S7/524—Transmitters
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/0094—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots involving pointing a payload, e.g. camera, weapon, sensor, towards a fixed or moving target
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/70—Determining position or orientation of objects or cameras
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/523—Details of pulse systems
    • G01S7/526—Receivers
    • G01S7/527—Extracting wanted echo signals
    • G01S7/5273—Extracting wanted echo signals using digital techniques

Definitions

  • the present invention generally relates to unmanned boats adapted to move autonomously or via a remote control.
  • It also relates to a method for exploring an underwater environment.
  • Unmanned boats adapted to move autonomously or via remote control also called “surface marine drones”, or “drones boats” are currently experiencing a strong development.
  • Such a multibeam sonar conventionally comprises a set of sonic or ultrasonic transmitters, distributed along the longitudinal axis of the boat. These emitters emit a set of sound waves (or ultrasound waves) according to respective coplanar emission directions, contained in an emission plane perpendicular to the longitudinal axis of the boat. Otherwise formulated, these sound waves are emitted in a directive manner, forming together a layer (the "swath") which extends under the boat, in line with it. These emission directions cover a given angular sector, generally having an opening of several tens of degrees. The sound waves emitted by the sonar reach different points of the seabed, located along the aforementioned line of measurement.
  • Receivers adapted to detect sound waves reflected from the bottom, then make it possible to obtain depth data for different points of this measurement line. These receivers are arranged more precisely along a line perpendicular to the longitudinal axis of the boat, which makes it possible, by combining the signals they receive, to determine from which point of the measurement line a retro acoustic wave thoughtful given.
  • Such a classic multibeam sonar allows, when the boat moves (in a straight line), to obtain, line by line, a two-dimensional image representative of the topography of the seabed considered.
  • the present invention proposes a surface marine drone comprising an onboard sonar, the sonar, of the multibeam type, comprising a plurality of sound wave transmitters arranged along a first axis and a plurality of receivers. sound waves arranged along a second axis that is not parallel to the first axis.
  • the marine drone further comprises:
  • a sonar control system configured to control, for a given position of the marine drone, a plurality of successive transmissions of sound waves
  • control system controlling the different transmitters, at each transmission, by a respective plurality of transmission signals, each signal transmission having an amplitude and a time offset with respect to a reference signal
  • control system varying the respective amplitudes or time offsets of said transmission signals, during said plurality of transmissions, in accordance with a predetermined transmission variation sequence, all the sound waves emitted during said plurality of emissions covering a given observation volume, and
  • an acquisition unit configured to:
  • multibeam sonars for determining a three-dimensional image of an underwater environment from a fixed position are, because of their high level of development, bulky, heavy, energy consumers, and sometimes expensive. These characteristics make them suitable for large-scale exploration or fishing vessels.
  • a surface marine drone is generally small, but, on the other hand, particularly mobile, therefore encourages it to be equipped with a single-beam sonar, or a conventional multibeam sonar adapted only to record data. depth along a measurement line, an image of the underwater environment considered being then obtained by displacement of the drone, as explained in the preamble.
  • the applicant proposes to equip such a marine drone with the aforementioned multibeam sonar, configured to raise, from a fixed position of the drone, a three-dimensional image of its underwater environment.
  • this marine drone is technically difficult, for the reasons mentioned above. But, in return, this drone turns out particularly useful for monitoring and characterizing an underwater environment. Indeed, it makes it possible to carry out such a characterization:
  • the surface marine drone according to the invention makes it possible to detect, monitor and characterize a school of fish, without disturbing it, from an optimal position, located for example in the center of this school of fish. It is indeed generally at the center of such a bench that the type of fish encountered, their concentration and their behavior are the most representative of the entire bank.
  • the invention thus finds a particularly interesting application in the context of an oceanographic study such as the determination of morphological and dynamic properties of the observed bench, or for a preliminary identification to a fishing operation.
  • the sonar is configured so that an aspect ratio of the observation volume, equal to the smallest dimension of the observation volume divided by the largest dimension of the observation volume, is greater than 0.2 ;
  • the largest external dimension of the marine drone is less than 2 meters
  • the sonar transmitters and receivers are integrated into the hull of the surface marine drone;
  • the sonar includes an electronic control unit for transmitters and receivers housed in the hold of the surface marine drone;
  • control system is further adapted to, prior to said plurality of sound wave emissions, control a displacement of the surface marine drone to said given position;
  • control system is also suitable for:
  • the marine drone being situated at said other position, the acquisition unit acquiring, for each of said transmissions, the echo signals picked up by the sonar receivers, response to the transmission considered, and determining, from the echo signals acquired in response to said plurality of transmissions, another three-dimensional image representative of the content of the observation volume;
  • the control system is further adapted to determine a representative data of said school of fish, other than a position of a center of the school of fish, according to said other three-dimensional image;
  • control system is further adapted to locate, according to said three-dimensional image, a center of the school of fish;
  • the sound power emitted is concentrated, by interference between the sound waves emitted, in a transmission plane,
  • the transmission plane pivots around a scanning axis
  • the transmission plane sweeps, as a result of said pivoting, the entire observation volume
  • the sonar transmitters are N in number.
  • This arrangement generally makes it possible to record a three-dimensional image of the contents of the observation volume with a higher rate (that is to say in a shorter time) than by scanning a plane. resignation.
  • the base of emission ie the matrix of rank N considered, can correspond in particular to
  • first axis and the second axis are separated by an angle of between 60 degrees and 90 degrees, that
  • the transmitters are distributed, along the first axis, at least 20 centimeters long, or at least 50 centimeters long, and that
  • the receivers are distributed along the second axis, at least 20 centimeters long, or even at least 50 centimeters long.
  • the invention also provides a method for characterizing an underwater environment implemented by a surface marine drone comprising an onboard sonar, the multibeam type sonar, comprising a plurality of sound wave transmitters arranged along a first axis and a plurality of sound wave receivers disposed along a second axis that is not parallel to the first axis.
  • a control sonar control system for a given position of the marine drone, a plurality of successive transmissions of sound waves
  • control system controlling the different transmitters at each transmission by a respective plurality of transmission signals, each signal having an amplitude and a time offset with respect to a reference signal
  • control system varying the respective amplitudes or time offsets of said transmission signals, during said plurality of transmissions, in accordance with a predetermined transmission variation sequence, all the sound waves emitted during said plurality of emissions covering a given observation volume,
  • an acquisition unit acquires, for each of said transmissions, echo signals picked up by the sonar receivers in response to the emission in question, and
  • the acquisition unit determines, based on the echo signals acquired in response to said plurality of transmissions, a representative three-dimensional image the content of the observation volume.
  • an aspect ratio of the observation volume equal to the smallest dimension of the observation volume divided by the largest dimension of the observation volume, is greater than 0.2;
  • control system also controls, prior to said plurality of sound wave transmissions, a displacement of the surface marine drone to said given position;
  • control system Whenever during the process, the control system:
  • the marine drone being located at said other position, the acquisition unit acquiring, for each of said transmissions, the echo signals picked up by the sonar receivers; response to the transmission considered, and determining, from the echo signals acquired in response to said plurality of transmissions, another three-dimensional image representative of the content of the observation volume;
  • the method further comprises a step of determining a datum representative of said school of fish, other than a position of a center of the school of fish, according to said other three-dimensional image;
  • control system locates, according to said three-dimensional image, the center of the school of fish;
  • control unit determines, according to said three-dimensional image, the respective positions of a plurality of points situated on the perimeter of the school of fish, and determines a position of the center of the school of fish according to the positions of these points; ;
  • the sound power emitted is concentrated, by interference between the sound waves emitted, in a transmission plane,
  • the transmission plane pivots around a scanning axis
  • the transmission plane sweeps, as a result of said pivoting, the entire observation volume.
  • the sonar transmitters being N in number
  • said plurality of sound wave emissions being associated, in a memory of the control system, with a respective plurality of rows of a matrix of rank N , for each of said sound wave emissions, the respective amplitudes of said transmission signals are proportional to the coefficients of the line of the rank matrix N associated with the emission in question.
  • This transmission mode is used in particular to record a three-dimensional image of the content of the observation volume in a shorter time than scanning a transmission plan.
  • the base of emission that is to say the matrix of rank N considered, can correspond in particular to a matrix of Hadamard of rank N. Alternatively, it could correspond to a diagonal matrix of rank N or to any other type matrix of N rank, rather than a rank N Hadamard matrix.
  • FIG. 1 diagrammatically, seen from the side, a surface marine drone implementing the teachings of the invention
  • FIG. 2 diagrammatically represents the surface marine drone of FIG. 1, viewed from below,
  • FIG. 3 diagrammatically shows characteristics of a first mode of operation of a sonar of the marine drone of FIG. 1;
  • FIGS. 4, 5 and 6 schematically represent a set of sound waves emitted, according to this first mode of operation, by the sonar of the marine drone of FIG. 1, seen respectively from the front (from the front), from the side, and from above,
  • FIGS. 7 to 9 schematically represent three successive transmissions of sound waves made according to another mode of operation of a sonar of the marine drone of FIG. 1;
  • FIG. 10 schematically represents the main steps of a method for characterizing an underwater environment, implemented by the marine drone of FIG. 1,
  • FIG. 11 diagrammatically, seen from above, a school of fish detected by the marine drone during the process of FIG. 10,
  • FIG. 12 schematically represents, viewed from above, positions successively occupied by the marine drone during the process of FIG. 10, and
  • FIG. 13 shows schematically, seen from above, a school of fish located partially in the observation volume of the surface marine drone.
  • FIG. 1 schematically represents the main elements of a surface marine drone 1 equipped with an improved multibeam sonar 10, which, in a remarkable manner, is capable of probing the underwater environment E of the drone in a three-dimensional manner, without the drone have to move for that.
  • the marine drone 1 comprises a hull 2, here of elongate shape along a longitudinal axis x (directed from the stern to the bow of the marine drone 1).
  • the marine drone When the marine drone moves in a straight line, its direction of travel coincides with this longitudinal axis x, drift effects aside. As the marine drone 1 is unmanned, it can be small. Its largest external dimension, which here corresponds to the total length L of its shell 2, is thus less than 2 meters. Here, it is more precisely included in 0.6 meters and 1.5 meters.
  • the marine drone Due to its small size, the marine drone is particularly discreet. It therefore advantageously makes it possible to monitor and / or characterize an underwater environment without disturbing it. Its small size makes it also very manageable, able to follow the movements of underwater species.
  • the sonar 10 of the marine drone whose operating characteristics will be described later, comprises a plurality of transducers 12, and an electronic control unit 11 of these transducers 12.
  • the transducers 12 are adapted to emit sound waves in the underwater environment surrounding the marine drone 1 and to receive sound waves reflected from this medium. Each of these transducers (12) is therefore adapted here to function both as a transmitter and as a receiver.
  • the term "sound waves” refers to acoustic waves of any frequency, whether in the audible range or in the ultrasound range.
  • Their control unit 11 may comprise digital-to-analog converters (for transmitting transducers) and analog-digital converters (for transducers operating in reception), as well as amplifiers and electronic filters adapted to shape transmission signals. to emit, or echo signals picked up by these transducers.
  • the transducers 12 are arranged in a cross (FIG. 2):
  • certain transducers are arranged one after the other along a first branch 13 of the cross, while
  • the other transducers are arranged one after the other along a second branch 14 of the cross perpendicular to its first branch 13 (known as a "Mills cross" arrangement).
  • the first branch 13 of the cross is here parallel to the longitudinal axis x of the marine drone 1, while its second branch 14 is parallel to a transverse axis y to the drone.
  • This transverse axis y perpendicular to the longitudinal axis x, is parallel to the deck of the marine drone.
  • the first and second branches 13, 14 preferably extend over more than 20 centimeters, here over more than 50 centimeters, so that the sonar has a high angular resolution.
  • the transducers of a multibeam sonar and their control unit are housed in a sonar protection shell, intended to be immersed, this protective shell being for example dragged behind a ship or housed against the hull of the ship.
  • the transducers 12 are integrated in the hull 2 of the marine drone 1, while their control unit 11 is housed in the hold 3 of the drone, isolated from the marine environment (that is to say in the interior volume of the drone delimited by its hull 2).
  • the hull 2 of the marine drone fulfills the role of protective housing of the sonar.
  • the transducers 12 are held together by a support member 15 itself inserted into a shallow housing 21 formed in the shell 2.
  • This support part 15 facilitates the manipulation of the transducers 12, and their integration with the hull 2 of the marine drone. It also makes it possible to conveniently test the operation of the sonar antenna, which is constituted by all of these transducers 12, prior to the integration of this antenna with the hull 2 of the marine drone 1.
  • the transducers 12 are electrically connected to their control unit 11.
  • the marine drone 1 also includes:
  • propulsion means 5 such as a motor driving a submerged propeller
  • an inertial sensor 6 comprising in particular a gyrometer
  • a communication module 7 adapted to exchange data over a wireless link, such as a radio transmission and reception module, and
  • an electronic navigation unit 4 adapted to control the sonar 10, the propulsion means 5, and the communication module 7.
  • the electronic navigation unit 4 comprises in particular a system sonar control 41, and a data acquisition unit 42 from the sonar.
  • the electronic navigation unit 4 is made by means of one or more processors and at least one memory. It is housed in the hold 3 of the marine drone.
  • control system 41 of the sonar 10 is configured to control, for a given position P1, P2, P3 of the marine drone 1 (FIG. 12), a plurality of successive transmissions of sound waves,
  • control system 41 controlling the different transmitters 12, at each transmission, by a respective plurality of transmission signals S1, S2, S3, S4, ... each transmission signal having an amplitude A1, A2, A3, A4 , ... and a time shift At1, At2, At3, At4, ... with respect to a reference signal Sref (FIGS. 3 and 7),
  • control system 41 varying the amplitudes A1, A2, A3, A4, ... or the time offsets At1, At2, At3, At4, ... of said transmission signals S1, S2, S3, S4, respectively, during said plurality of transmissions, in accordance with a predetermined transmission variation sequence, all the sound waves emitted during said plurality of transmissions covering a given observation volume V.
  • the acquisition unit 42 is configured for it to:
  • the time offsets At1, D ⁇ 2, D ⁇ 3, D ⁇ 4, ... respective transmission signals S1, S2, S3, S4, ... driving the emitters 12 are such that for each of said sound wave emissions, the transmitted sound power is concentrated, by interference between the sound waves emitted, in a transmission plane P.
  • the power emitted is therefore emitted in a directive manner, the sound waves emitted forming together a sheet of sound waves, or "mowed", not very thick (here not very thick along the transverse axis y, as illustrated by the figures 4 and 5).
  • the respective time offsets D 1, D 2, D 3, D 4, ... of said transmission signals vary so that the plane of P emission swivels around a scan axis, from one of the sound wave emissions to the next.
  • the emission plan P scans the entire observation volume V.
  • This first operating mode is described first of all for one of said transmissions.
  • the scanning of the emission plane P which makes it possible to raise the above-mentioned three-dimensional image, is described next.
  • the emission of sound waves is carried out by the second branch 14 of transducers 12, which extends transversely with respect to the marine drone 1.
  • the emission signals S1, S2, S3, S4,... are produced from the same reference signal Sref, to which time offsets D1, D2, D3, D4 are applied. , ... respective.
  • time offsets D 1, D 2, D 3, D 4,... are proportional to the respective positions of the emitters 12, along the transverse axis y.
  • the sound waves are emitted in phase and interfere constructively in the plane (x, z) which extends under the marine drone 1, in line with it. Otherwise formulated, the emission plane P then corresponds to the plane (x, z).
  • the global sound wave formed by the set of sound waves emitted (that is to say by the sum of these waves), propagates in the emission plane P by covering an angular sector S of this plane of which the angular aperture a is greater than 60 degrees, and can for example reach 120 degrees (Figure 5).
  • the transducers 12 of the second branch 13, parallel to the longitudinal axis x, operate in reception. They make it possible to capture echo-like reflected sound waves by elements of the underwater environment E affected by the aforementioned sound wave web.
  • a moment of reception of this reflected sound wave indicates the distance between the reflecting element and the sonar.
  • the acquisition unit 42 determines from which direction, within the angular sector S, comes such a reflected sound wave. This direction, combined with the distance separating the reflecting element and the sonar, makes it possible to completely determine the position of the reflecting element in the emission plane P.
  • These echo signals are acquired, by the acquisition unit, during a time interval which extends between the emission of sound waves considered, and the emission of sound waves following.
  • the sonar angular resolution is fixed, perpendicularly to the emission plane P, by the angular aperture Q1 of the emitted sound wave sheet.
  • this sheet is not very thick (the emission is directive, because of the extension, along the transverse axis y, of the second branch 14 of transducers 12): its angular aperture is, in practice, between 0.5 and 5 degrees.
  • the angular resolution of the sonar in the emission plane P.sub.2 O.sub.2 (sonar directivity in terms of reception) is also between 0.5 and 5 degrees.
  • the sonar thus individually probes the content of different approximately conical elementary zones ZO (FIG. 6), also called “beams", each of angular apertures 01 and 02 (respectively perpendicularly and parallel to the emission plane), distributed in the angular sector S of sonar emission.
  • ZO approximately conical elementary zones
  • An element of the underwater environment E present in one of these elementary zones can thus be detected and located relative to the marine drone.
  • Data related to an equivalent surface of backscattering of the detected element (generally called “scattering cross-section" in English) is also determined by the control unit 11 of the sonar, notably on the basis of the power of the wave sound retro-reflected by this element.
  • This data may be representative of a volume backscattering strength associated with this element, and / or of a point-specific backscattering intensity of this element ("target strength" in English).
  • the number of distinct beams whose content is thus probed is greater than 20. In the embodiment considered, it is more precisely equal to 64.
  • the detected element may correspond in particular to one or more fish, or to a parcel of the seabed located under the drone.
  • this scanning is obtained by a rotation of the emission plane P of the sonar with respect to the scan axis.
  • This scanning axis is here parallel to the deck of the marine drone 1.
  • the scanning axis is horizontal, at least in the absence of waves, when the drone is stationary.
  • the scan axis coincides more precisely with the longitudinal axis x of the marine drone 1.
  • the control system 41 varies the time offsets D1, D2, D3, D4, ... respective of the different transmission signals S1, S2, S3, S4,. .. with respect to the reference signal Sref.
  • the control system 41 thus varies, the angle the inclination b of the emission plane P between two angles tilt limit + bit ⁇ qc and - bit ⁇ qc.
  • the angular amplitude 2bit ⁇ 3c of this scan may be greater than 60 degrees. Here, it can reach 120 degrees.
  • the three-dimensional image determined by the acquisition unit 42 on the basis of the echo signals acquired in response to this sound wave emission sequence is representative of the content of each of the elementary zones ZO of the observation volume V and swept.
  • This image gathers in particular information relating to the positions (in a three-dimensional reference, such as the reference (x, y, z) for example) and equivalent areas of backscattering of the elements contained in this observation volume V.
  • the marine drone 1 makes it possible to monitor and characterize an underwater environment in a discrete manner, without disturbing it, and this from an optimal observation position.
  • this three-dimensional image can in practice be obtained for energy consumption lower than that required to acquire such an image by displacement (on the surface of the water) of a drone equipped with a classic multibeam sonar without scanning capability.
  • the observation volume V has a generally pyramidal shape (each of the sides of the base of this pyramid being either rectilinear or formed by an arc of hyperbole), with, at its summit, the sonar 10.
  • This volume is limited vertically by the seabed, or if the aquatic environment is very deep, by the range of the sonar (higher here at 500 meters).
  • the aspect ratio of the observation volume V equal to its smallest dimension (for example, its height), divided by its largest dimension (for example its length), can here be greater than 0.2.
  • the ratio between the width and the length of the observation volume may in turn be greater than 0.5 .
  • the observation volume then has a comparable extension in all directions of the horizontal plane, without arbitrarily favoring a given direction of observation.
  • the elementary zones ZO of the observation volume V mentioned above correspond to approximately conical zones, as defined above, angularly offset with respect to each other about the transverse axis y, and also, thanks to the above-mentioned scanning, around the longitudinal axis x.
  • the imprint on the seabed of the ply formed by all the sound waves emitted may be slightly curved, of hyperbolic shape, instead of being rectilinear.
  • Sonar's emission plane P then corresponds to the mean plane defined by this layer of sound waves (which propagates along a slightly curved surface instead of being flat, whose intersection with the seabed is hyperbolic fingerprint mentioned above).
  • the scanning of the angle of inclination b can be done very finely: this angle can for example take successively up to 64 different values distributed between the angles of inclination limit ⁇ bit ⁇ 3c, 64 successive emissions of sound waves are then necessary to obtain a three-dimensional image of the observation volume V.
  • the control system 41 can therefore be programmed to control a more basic scan of the observation volume V, in which the inclination angle b has successively at most 10 different values ( and at least 2) distributed between the angles of inclination limit ⁇ max.
  • the image of the observation volume V thus obtained is less detailed (it is nevertheless sufficient for certain applications, for example for a first location of a school of fish). In return, this simplified operation reduces the power consumption of the sonar 10 and thus improve the autonomy of the marine drone 1.
  • the control system 41 is furthermore configured, in the event of detecting an element located at shallow depths below the marine drone 1, to control a focusing on this element of sound waves emitted by the transducers.
  • This focus makes it possible in particular to compensate for various parasitic effects (caused by Fresnel diffraction for example) which, in the so-called near-field zone immediately below the marine drone 1 (this zone here extends for about ten meters under the drone), could interfere with the operation of the sonar 10.
  • This focus allows in particular to maintain a reliable and calibrated to the aforementioned measures of backscattering intensity, even at shallow depth, from 1 meter under the marine drone 1.
  • the marine drone 1 which is adapted by its small size to approach species evolving at shallow depth, without disturbing them, then allows a precise observation and characterization of such species.
  • the above-mentioned focusing can for example be achieved by means of a focusing module (not shown) of the control unit 11 introducing, between the signals respectively transmitted to the different transducers 12 and / or received from them, respective delays. (quadratically varying according to the position of the transducer considered), suitable for focusing the sound waves emitted on the detected element, or for compensating for phase differences between the different signals received due to the proximity of this element.
  • the acquisition unit 42 (or, alternatively, the control unit 11) is configured, thanks to the inertial sensor 6, to detect parasitic movements of the marine drone 1, for example roll or roll movements. pitch, and process the acquired data to compensate for the influence of such movements on the three-dimensional image obtained.
  • the sonar 10 is furthermore configured to operate according to other modes of operation than the first operating mode which has just been described. This flexibility of use is permitted in particular by the fact that its transducers 12 can operate both in transmission and reception.
  • the transducers 12 of the first branch 13 of the Mills cross operate in transmission, while those of the second branch 14 operate in reception.
  • This second mode of operation is comparable in every respect to the first mode of operation, except that:
  • the layer of sound waves emitted extends transversely with respect to the marine drone (instead of extending longitudinally with respect thereto), and
  • the scanning axis coincides with the transverse axis y of the marine drone 1.
  • a better compromise between resolution and acquisition time can be found by controlling the transducers 12 according to more elaborate transmission and reception schemes, such as that of the third mode of operation described below, with reference to FIGS. 7 to 9.
  • This third mode of operation can in particular be used when the number N of emitters is equal to 2 P , where p is an integer.
  • the receivers are also N.
  • the emission signals S1, S2, S3, S4,... are produced from the same reference signal Sref, multiplied by gains g1, g2, g3, g4,. .. ( Figure 7).
  • the emission signals thus have amplitudes A1, A2, A3, A4,... Proportional to the gains g1, g2, g3, g4, respectively.
  • these transmission signals have no time shift with respect to each other (otherwise formulated, the time offsets At1, At2, At3, At4, ... of these signals with respect to the reference signal Sref all exhibit the same value).
  • Each sequence of sound wave transmissions which makes it possible to record a three-dimensional image, comprises an M number of transmissions.
  • Each of these emissions is identified, in this sequence, by an integer index (sequence number) i, the index i varying from 1 to M.
  • the values of the gains g1 (i), g2 (i), ..., gN (i), i varying from 1 to M, applied to produce the transmission signals S1, S2, S3, S4, ... which control the transmitters 12 during this sequence of transmissions, are stored in a memory of the control system 41.
  • the transmission sequence is more specifically associated, in this memory, with a respective plurality of lines of a matrix of rank N.
  • the i-th emission of this sequence is associated with the j-th line of this matrix.
  • the values of the gains g1 (i), g2 (i), ..., gN (i), stored in the memory of the control system, are then proportional to the coefficients of the row number j of this matrix of rank N.
  • the transmission variation sequence is thus defined by the data of the M lines of the matrix of rank N associated respectively with the M emissions of each sequence of transmissions.
  • the emission base used is that called Hadamard, for which the rank matrix N mentioned above is the rank N Hadamard matrix.
  • the zones Z H of the observation volume V where the sound power emitted is maximum are schematically represented by dashes (thick) in these figures.
  • observation volume V in a time advantageously shorter than what would be obtained by rotation of an emission plan (or by a method of opening synthesis sometimes called canonical method, described briefly below).
  • the number M of emissions per image is less than the number N of transmitters 12.
  • the applicant has indeed found that this reduction in the number of transmissions (which reduces by the duration of obtaining an image) degrades only very slightly the resolution of the image with respect to a reconstructed image from a sequence of N emissions (and associated receptions).
  • the multibeam sonar 10 of the marine drone 1 having been presented, the Overall operation of this drone can now be described in more detail.
  • the electronic navigation unit 4 is programmed to control the drone:
  • the navigation unit 4 transmits, thanks to its communication module 7, compressed data produced from the data from the sonar 10, in particular from the image three-dimensional, or three-dimensional images, of the marine environment of the drone surveyed by sonar.
  • compressed data notably allow the operator to visualize, at least in part, the contents of the underwater environment E of the drone, and to adapt his piloting of the drone to this content.
  • Compression of the data from the sonar 10 limits the amount of data to be transmitted, and again reduce the power consumption of the drone.
  • the electronic navigation unit 4 is programmed to record the data from the sonar in its memory. This data can be compressed before storage, to limit the memory space they occupy.
  • the compression ratios used are, however, lower than those used to produce the compressed data to be transmitted: the stored data, complementary to the transmitted data, allow, a posteriori, a finer analysis of the underwater environment E than the data transmitted in real time to allow the piloting of the drone.
  • the electronic navigation unit 4 records the data from the sonar, as explained above. It can also, optionally, transmit the compressed data mentioned above via the communication module 7.
  • FIGS. 10 to 13 schematically represents the main steps of a method of characterizing an underwater environment E, implemented by a surface marine drone such as that presented above.
  • This method starts with an optional step E0 for moving the marine drone to a first observation position P1.
  • This movement controlled by the electronic navigation unit 4, is achieved by the displacement means 5 mentioned above.
  • This first position P1 corresponds to a target position in the vicinity of which it is likely that fish or marine animals are present.
  • This first position is located for example near a floating device, generally called fish aggregating device (or "DCP"), which gathers around him a pelagic fauna evolving at shallow depths.
  • DCP fish aggregating device
  • This first step allows, for example, the marine drone 1 to move from an initial position PO where it was launched, in the vicinity of a vessel 200 of larger tonnage maneuvered by a crew, to this position P1 observation.
  • the method continues with a step a) of acquiring a three-dimensional image of the underwater environment E, that is to say a step during which the control system 41 controls the plurality of transmissions successive acquisition of sound waves, the acquisition unit 42 acquiring, for each of said transmissions, the echo signals picked up by the receivers 12 of the sonar 10 in response to the transmission considered, and determining, from the signals of echo acquired in response to said plurality of transmissions, a three-dimensional image representative of the contents of the observation volume V.
  • the next step T0 is a test step in which it is determined if fish are present in this observation volume V.
  • step E0 (arrow F2 of FIG. 10), by a displacement of the marine drone towards another target position.
  • Several distinct target positions can be tested successively until the presence of a marine population is detected by the sonar.
  • it can be provided to test, in step T0, whether the detected school of fish satisfies a given criterion, relating for example to a density of fish in the school, and, if this criterion is not satisfied, to execute step E0 again.
  • step a) of acquiring a three-dimensional image of the underwater environment E
  • step a) the marine drone 1 is therefore situated at the right, that is to say at the vertical position of the school of fish 100, this position being particularly favorable for observing and characterizing this school of fish 100.
  • the position of the school of fish 100 determined in step b) here corresponds to a center C of this school of fish 100. It is very interesting that the marine drone 1 thus acquires three-dimensional images of this bench, being located at the vertical of its center C, because it is indeed generally in the center of such a bench that the type of fish encountered, their concentration and their behavior are the most representative of the whole of the bank. It is also from this position that the dimensions of the bench can be determined with the greatest precision.
  • the ability of the marine drone 1 to acquire three-dimensional images of the aquatic environment, without having to move for it, is extremely useful in this process.
  • this three-dimensional imaging capability allows the marine drone 1 to observe the entire school of fish 100 detected while staying in line with it, which is the most favorable in terms of observation of the bench.
  • Steps b) and c) are now described in more detail, in the case of autonomous navigation of the marine drone 1.
  • step b) to locate the center C of the fish bank 100, the control system 41:
  • step a determines, by treatment of the three-dimensional image acquired during the previous execution of step a), the respective positions of a plurality of points situated on the perimeter 101 of the school of fish 100, then
  • a position of the center C of the school of fish determines a position of the center C of the school of fish according to the positions of these points, for example by calculating the position of a centroid of these points (that is to say by calculating an average position defined by these points) .
  • the positions of the points of the perimeter 101 of the school of fish can be determined by means of a contour detection algorithm.
  • the center C of the school of fish may be determined, in step b), by directly calculating the position of a barycentre of the different points of the observation volume V at which one or more fish have been detected, rather than by previously detecting the outline of the bench.
  • step b If only a part 100 'of the school of fish 101 is situated in the observation volume V (situation shown schematically in FIG. 13), it is the position of the center C of this part 100' of the school of fish which, here , is determined in step b) by the control system 41.
  • Step b) is followed by a test step T, during which the control system 41 determines whether the surface marine drone 1 is located above the center C of the school of fish 100. If this is true the case, the process resumes in step a) (arrow F6 of Figure 10).
  • step T shows that the marine drone 1 is shifted, in the horizontal plane (x, y), relative to the center C of the school of fish
  • step c) of displacement from the marine drone 1 to the right of the center C of the school of fish (arrow F4 of Figure 10).
  • step a) (arrow F5 of FIG. 10).
  • FIG. 12 schematically illustrates such tracking.
  • the marine drone 1, launched at the initial position PO, is first moved to the first observation position P1. From this first position, he acquires a three-dimensional image of his aquatic environment. This shows that a school of fish 100 is present in the observation volume V (FIG. 11), and makes it possible to determine its center C.
  • the marine drone then moves to a second position P2 located at the center of this center. Then, following a subsequent displacement of the school of fish, the marine drone adjusts its position by moving to a third position P3 (located at the base of a new position occupied by the center of the bench), and thus of after.
  • a third position P3 located at the base of a new position occupied by the center of the bench
  • the control system 41 of the marine drone 1 is furthermore programmed here, after step a), to perform a step d) of determining at least one datum representative of the school of fish 100, other than the position of its center, according to the data acquired by the acquisition unit 42 in step a).
  • Said datum may for example relate to the size of the school of fish (width, length, height, volume, etc.), to its morphology, to a density or to a number of fish in the bank (such an estimate can be based in particular on the above-mentioned backscattering intensity measurements), or on the mobility of these fish.
  • the cross which is arranged sonar transducers could be aligned differently to the marine drone.
  • the branches of this cross could for example be arranged at 45 degrees between the longitudinal axis and the transverse axis of the marine drone, instead of being aligned with them.
  • the transducers could also be arranged in a grid (matrix), rather than cross.
  • control system the acquisition unit, and the control unit of the transducers could be distributed differently between these units.
  • determination of the center position of the school of fish could of course be done by the acquisition unit rather than by the control system.
  • control and acquisition units could also be realized by means of the same electronic module of the electronic unit of navigation of the marine drone.
  • the transducer control unit could also be integrated into the electronic navigation unit.

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Abstract

L'invention concerne un drone marin (1) de surface comprenant: -un sonar (10) embarqué du type multifaisceaux, -un système de pilotage (41) du sonar configuré pour commander, pour une position donnée du drone, une pluralité d'émissions successives d'ondes sonores,le système de pilotage pilotant les émetteurs (12)du sonar de manière à faire varier les caractéristiques des ondes sonores émises, de l'une desdites émissions à la suivante, et -une unité d'acquisition (42)configurée pour déterminer, à partir de signaux d'écho acquis en réponse à ladite pluralité d'émissions, une image tridimensionnelle représentative du contenu d'un volume d'observation donné. L'invention concerne également un procédé de caractérisation d'un milieu subaquatique mis en œuvre par un tel drone. Figure

Description

Drone marin de surface et procédé de caractérisation d’un milieu subaquatique mis en œuyre par un tel drone
DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION
La présente invention concerne de manière générale les bateaux sans équipage adaptés à se déplacer de manière autonome ou via un pilotage à distance.
Elle concerne également un procédé d’exploration d’un milieu subaquatique.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE
Les bateaux sans équipage adaptés à se déplacer de manière autonome ou via un pilotage à distance, appelés aussi « drones marins de surface », ou « drones bateaux », connaissent actuellement un fort développement.
Ces drones marins, également appelés «unmanned surface véhiculé » en anglais (c’est-à-dire véhicules de surface sans équipage), sont en particulier utilisés à des fins militaires, pour éviter d’exposer la vie d’un pilote.
Ils sont également utilisés à des fins océanographiques, car, de par leur mobilité, ils permettent une caractérisation plus complète d’un environnement marin qu’une bouée d’observation fixe. En outre, réaliser une série d’observations au moyen d’un tel drone est généralement moins coûteux que de recourir à un navire d’exploration classique, manœuvré par un équipage.
Pour pouvoir mesurer une profondeur d’une colonne d’eau située sous un tel drone marin de surface, ou pour détecter la présence de poissons dans cette colonne d’eau, il est connu de l’équiper avec un sonar de type mono- faisceau, c’est-à-dire à un seul émetteur, simple et léger. L’article « Fish findings with autonomous surface véhiculés for the pelagic fisheries », de R. Hauge et al. (Océans 2016 MTS/IEEE Monterey, pages 1 à 5), par exemple, décrit un petit voilier autonome (sans équipage), équipé d’un unique émetteur, faiblement consommateur, disposé à l’extrémité inférieure d’une quille du voilier.
Il est connu aussi d’équiper un bateau sans équipage avec un sonar multifaisceaux (à plusieurs émetteurs et plusieurs récepteurs) permettant d’obtenir des données de profondeur pour toute une ligne de mesure perpendiculaire à l’axe longitudinal de la coque du bateau, et donc perpendiculaire à la direction de marche de ce bateau. Cela est toutefois nettement plus contraignant que d’employer un sonar mono-faisceau car la forme de la coque doit alors être adaptée pour installer une « antenne » ultrasonore multifaisceaux, et car cela augmente nettement la consommation énergétique du bateau.
Un tel sonar multifaisceaux comprend classiquement un ensemble d’émetteurs sonores ou ultrasonores, répartis le long de l’axe longitudinal du bateau. Ces émetteurs émettent un ensemble d’ondes sonores (ou ultrasonores) suivant des directions d’émissions respectives coplanaires, contenue dans un plan d’émission perpendiculaire à l’axe longitudinal du bateau. Autrement formulé, ces ondes sonores sont émises de manière directive, formant ensemble une nappe (la « fauchée ») qui s’étend sous le bateau, à l’aplomb de celui-ci. Ces directions d’émission couvrent un secteur angulaire donné, présentant généralement une ouverture de plusieurs dizaines de degrés. Les ondes sonores émises par le sonar atteignent différents points du fond marin, situés le long de la ligne de mesure précitée. Des récepteurs, adaptés à détecter des ondes sonores réfléchies par le fond, permettent alors d’obtenir des données de profondeur pour différents points de cette ligne de mesure. Ces récepteurs sont disposés plus précisément le long d’une ligne perpendiculaire à l’axe longitudinal du bateau, ce qui permet, en combinant les signaux qu’ils reçoivent, de déterminer de quel point de la ligne de mesure provient une onde sonore rétro-réfléchie donnée.
Un tel sonar multifaisceaux classique permet, lorsque le bateau se déplace (en ligne droite), d’obtenir, ligne par ligne, une image bidimensionnelle représentative de la topographie du fond marin considéré.
OBJET DE L’INVENTION
Dans ce contexte, la présente invention propose un drone marin de surface comprenant un sonar embarqué, le sonar, du type multifaisceaux, comportant une pluralité d’émetteurs d’ondes sonores disposés le long d’un premier axe et une pluralité de récepteurs d’ondes sonores disposés le long d’un deuxième axe qui n’est pas parallèle au premier axe.
Selon l’invention, le drone marin comprend en outre :
- un système de pilotage du sonar configuré pour commander, pour une position donnée du drone marin, une pluralité d’émissions successives d’ondes sonores,
le système de pilotage pilotant les différents émetteurs, à chaque émission, par une pluralité respective de signaux d’émission, chaque signal d’émission présentant une amplitude et un décalage temporel par rapport à un signal de référence,
le système de pilotage faisant varier les amplitudes ou les décalages temporels respectifs desdits signaux d’émission, au cours de ladite pluralité d’émissions, conformément à une séquence de variation d’émission prédéterminée, l’ensemble des ondes sonores émises au cours de ladite pluralité d’émissions couvrant un volume d’observation donné, et
- une unité d’acquisition configurée pour :
- acquérir, pour chacune desdites émissions, des signaux d’écho captés par les récepteurs du sonar en réponse à l’émission considérée, et pour
- déterminer, à partir des signaux d’écho acquis en réponse à ladite pluralité d’émissions, une image tridimensionnelle représentative du contenu du volume d’observation.
A la différence d’un sonar multifaisceaux classique tel que présenté en préambule, avec le sonar multifaisceaux équipant le drone selon l’invention, il est possible d’obtenir une image tridimensionnelle représentative du contenu du volume d’observation, depuis une position donnée du drone, sans nécessiter pour cela qu’il ne se déplace.
Actuellement, les sonars multifaisceaux permettant de déterminer une image tridimensionnelle d’un environnement subaquatique depuis une position fixe sont, du fait de leur niveau de perfectionnement élevé, encombrants, lourds, consommateurs d’énergie, et parfois coûteux. Ces caractéristiques les destinent ainsi aux navires d’exploration ou de pèche de fort tonnage.
Le fait qu’un drone marin de surface soit généralement de petite taille, mais, en revanche, particulièrement mobile, incite donc à l’équiper d’un sonar mono-faisceau, ou d’un sonar multifaisceaux classique adapté seulement à relever des données de profondeur le long d’une ligne de mesure, une image de l’environnement subaquatique considéré étant alors obtenue par déplacement du drone, comme expliqué en préambule.
Pourtant, la demanderesse propose d’équiper un tel drone marin avec le sonar multifaisceaux précité, configuré pour relever, depuis une position fixe du drone, une image tridimensionnelle de son environnement subaquatique.
La réalisation de ce drone marin est difficile techniquement, pour les raisons mentionnées plus haut. Mais, en contrepartie, ce drone s’avère particulièrement utile pour surveiller et caractériser un environnement subaquatique. En effet, il permet de réaliser une telle caractérisation :
- de manière discrète, grâce à la petite taille du drone et à sa capacité d’imagerie sonar tridimensionnelle sans déplacement,
- et ce depuis une position d’observation de cet environnement optimale.
En particulier, le drone marin de surface selon l’invention permet de détecter, surveiller et caractériser un banc de poissons, sans le perturber, depuis une position optimale, située par exemple au centre de ce banc de poissons. C’est en effet généralement au centre d’un tel banc que le type de poissons rencontrés, leur concentration et leur comportement sont les plus représentatifs de l’ensemble du banc.
L’invention trouve ainsi une application particulièrement intéressante dans le cadre d’une étude océanographique comme la détermination de propriétés morphologiques et dynamiques du banc observé, ou pour un repérage préliminaire à une opération de pèche.
D’autres caractéristiques non limitatives et avantageuses du drone marin de surface conforme à l’invention, prises séparément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes :
- le sonar est configuré pour qu’un rapport d’aspect du volume d’observation, égal à la dimension la plus petite du volume d’observation divisée par la dimension la plus grande du volume d’observation, soit supérieur à 0,2 ;
- la dimension externe la plus grande du drone marin est inférieure à 2 mètres ;
- les émetteurs et récepteurs du sonar sont intégrés à la coque du drone marin de surface ;
- le sonar comprend une unité de commande électronique des émetteurs et des récepteurs logée dans la cale du drone marin de surface ;
- le système de pilotage est adapté en outre pour, préalablement à ladite pluralité d’émissions d’ondes sonores, commander un déplacement du drone marin de surface jusqu’à ladite position donnée ;
- le système de pilotage est adapté en outre pour :
- détecter un banc de poissons par traitement de ladite image tridimensionnelle,
- commander un déplacement du drone marin de surface jusqu'à une autre position, située au droit du banc de poissons, et pour ensuite
- commander à nouveau ladite pluralité d’émissions successives d’ondes sonores, le drone marin étant situé à ladite autre position, l’unité d’acquisition acquérant, pour chacune desdites émissions, les signaux d’écho captés par les récepteurs du sonar en réponse à l’émission considérée, et déterminant, à partir des signaux d’écho acquis en réponse à ladite pluralité d’émissions, une autre image tridimensionnelle représentative du contenu du volume d’observation ;
- le système de pilotage est adapté en outre pour déterminer une donnée représentative dudit banc de poissons, autre qu’une position d’un centre du banc de poissons, en fonction de ladite autre image tridimensionnelle ;
- le système de pilotage est adapté en outre pour localiser, en fonction de ladite image tridimensionnelle, un centre du banc de poissons ;
- ladite autre position est située au droit du centre du banc de poissons ;
- les décalages temporels respectifs desdits signaux d’émission, variant conformément à ladite séquence d’émissions, sont tels que :
- pour chacune desdites émissions d’ondes sonores, la puissance sonore émise soit concentrée, par interférence entre les ondes sonores émises, dans un plan d’émission,
- entre chacune desdites émissions et l’émission suivante, le plan d’émission pivote autour d’un axe de balayage,
- au cours de ladite pluralité d’émissions d’ondes sonores, le plan d’émission balaye, du fait desdits pivotements, l’ensemble du volume d’observation ;
- les émetteurs du sonar sont au nombre de N.
On peut prévoir alors que ladite pluralité d’émissions d’ondes sonores est associée, dans une mémoire du système de pilotage, à une pluralité respective de lignes d’une matrice de rang N, et pour chacune desdites émissions d’ondes sonores, les amplitudes respectives desdits signaux d’émission sont proportionnelles aux coefficients de la ligne de la matrice de de rang N associée à l’émission considérée.
Cette disposition permet généralement de relever une image tridimensionnelle du contenu du volume d’observation avec une cadence plus élevée (c’est-à-dire en un temps plus court) que par balayage d’un plan d’émission.
La base d’émission, c’est-à-dire la matrice de rang N considérée, peut correspondre notamment à
- une matrice de Hadamard de rang N, ou à
- une matrice diagonale de rang N.
On peut prévoir aussi que le premier axe et le deuxième axe soient séparés par un angle compris entre 60 degrés et 90 degrés, que
- les émetteurs soient répartis, le long du premier axe, sur au moins 20 centimètres de long, voire sur au moins 50 centimètres de long, et que
- les récepteurs soient répartis, le long du deuxième axe, sur au moins 20 centimètres de long, voire sur au moins 50 centimètres de long.
L’invention prévoit également un procédé de caractérisation d’un environnement subaquatique mis en œuvre par un drone marin de surface comprenant un sonar embarqué, le sonar, du type multifaisceaux, comportant une pluralité d’émetteurs d’ondes sonores disposés le long d’un premier axe et une pluralité de récepteurs d’ondes sonores disposés le long d’un deuxième axe qui n’est pas parallèle au premier axe.
Selon l’invention, au cours du procédé :
- un système de pilotage du sonar commande, pour une position donnée du drone marin, une pluralité d’émissions successives d’ondes sonores,
le système de pilotage pilotant les différents émetteurs, à chaque émission, par une pluralité respective de signaux d’émission, chaque signal présentant une amplitude et un décalage temporel par rapport à un signal de référence,
le système de pilotage faisant varier les amplitudes ou les décalages temporels respectifs desdits signaux d’émission, au cours de ladite pluralité d’émissions, conformément à une séquence de variation d’émission prédéterminée, l’ensemble des ondes sonores émises au cours de ladite pluralité d’émissions couvrant un volume d’observation donné,
- une unité d’acquisition acquiert, pour chacune desdites émissions, des signaux d’écho captés par les récepteurs du sonar en réponse à l’émission considérée, et
- l’unité d’acquisition détermine, à partir des signaux d’écho acquis en réponse à ladite pluralité d’émissions, une image tridimensionnelle représentative du contenu du volume d’observation.
D’autres caractéristiques non limitatives et avantageuses de ce procédé sont les suivantes :
- un rapport d’aspect du volume d’observation, égal à la dimension la plus petite du volume d’observation divisée par la dimension la plus grande du volume d’observation, est supérieur à 0,2 ;
- au cours du procédé, le système de pilotage commande en outre, préalablement à ladite pluralité d’émissions d’ondes sonores, un déplacement du drone marin de surface jusqu’à ladite position donnée ;
- au cours du procédé, le système de pilotage :
- détecte un banc de poissons par traitement de ladite image tridimensionnelle,
- commande un déplacement du drone marin de surface jusqu'à une autre position située au droit du banc de poissons, et ensuite,
- commande à nouveau ladite pluralité d’émissions successives d’ondes sonores, le drone marin étant situé à ladite autre position, l’unité d’acquisition acquérant, pour chacune desdites émissions, les signaux d’écho captés par les récepteurs du sonar en réponse à l’émission considérée, et déterminant, à partir des signaux d’écho acquis en réponse à ladite pluralité d’émissions, une autre image tridimensionnelle représentative du contenu du volume d’observation;
- le procédé comprend en outre une étape de détermination d'une donnée représentative dudit banc de poissons, autre qu’une position d’un centre du banc de poissons, en fonction de ladite autre image tridimensionnelle ;
- au cours du procédé, le système de pilotage localise, en fonction de ladite image tridimensionnelle, le centre du banc de poissons ;
- ladite autre position est située au droit du centre du banc de poissons ;
- l'unité de pilotage détermine, en fonction de ladite image tridimensionnelle, les positions respectives d’une pluralité de points situés sur le pourtour du banc de poissons, et détermine une position du centre du banc de poissons en fonction des positions de ces points ;
- la séquence des étapes de :
- commande de ladite pluralité d’émissions successives d’ondes sonores, et, pour chacune desdites émissions, acquisition des signaux d’écho captés par les récepteurs du sonar en réponse à l’émission considérée, puis détermination, à partir des signaux d’écho acquis en réponse à ladite pluralité d’émissions, d’une image tridimensionnelle représentative du contenu du volume d’observation,
- localisation du centre du banc de poissons, et
- en cas de décalage du drone marin par rapport au centre du banc de poissons, déplacement du drone marin jusqu’au droit du centre du banc de poissons,
est exécutée plusieurs fois successivement ;
- les décalages temporels respectifs desdits signaux d’émission, variant conformément à ladite séquence d’émissions, sont tels que :
- pour chacune desdites émissions d’ondes sonores, la puissance sonore émise est concentrée, par interférence entre les ondes sonores émises, dans un plan d’émission,
- entre chacune desdites émissions et l’émission suivante, le plan d’émission pivote autour d’un axe de balayage,
- au cours de ladite pluralité d’émissions d’ondes sonores, le plan d’émission balaye, du fait desdits pivotements, l’ensemble du volume d’observation.
On peut prévoir aussi que, les émetteurs du sonar étant au nombre de N, et ladite pluralité d’émissions d’ondes sonores étant associée, dans une mémoire du système de pilotage, à une pluralité respective de lignes d’une matrice de rang N, pour chacune desdites émissions d’ondes sonores, les amplitudes respectives desdits signaux d’émission sont proportionnelles aux coefficients de la ligne de la matrice de rang N associée à l’émission considérée.
Ce mode d’émission est notamment mis en œuvre pour relever une image tridimensionnelle du contenu du volume d’observation en un temps plus court que par balayage d’un plan d’émission.
La base d’émission, c’est-à-dire la matrice de rang N considérée, peut correspondre notamment à une matrice de Hadamard de rang N. En variante, elle pourrait correspondre à une matrice diagonale de rang N ou à tout autre type de matrice de rang N, plutôt qu’à une matrice de Hadamard de rang N.
DESCRIPTION DETAILLEE D’UN EXEMPLE DE RÉALISATION
La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d’exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l’invention et comment elle peut être réalisée.
Sur les dessins annexés :
- la figure 1 représente schématiquement, vu de côté, un drone marin de surface mettant en œuvre les enseignements de l’invention,
- la figure 2 représente schématiquement le drone marin de surface de la figure 1 , vu de dessous,
- la figure 3 représente schématiquement des caractéristiques d’un premier mode de fonctionnement d’un sonar du drone marin de la figure 1 ;
- les figures 4, 5 et 6 représentent schématiquement un ensemble d’ondes sonores émises, selon ce premier mode de fonctionnement, par le sonar du drone marin de la figure 1 , vu respectivement de l’avant (de face), de côté, et de dessus,
- les figure 7 à 9 représentent schématiquement trois émissions successives d’ondes sonores réalisées conformément à un autre mode de fonctionnement d’un sonar du drone marin de la figure 1 ;
- la figure 10 représente schématiquement les principales étapes d’un procédé de caractérisation d’un environnement subaquatique, mis en œuvre par le drone marin de la figure 1 ,
- la figure 11 représente schématiquement, vu de dessus, un banc de poissons détecté par le drone marin au cours du procédé de la figure 10,
- la figure 12 représente schématiquement, vu de dessus, des positions occupées successivement par le drone marin au cours du procédé de la figure 10, et
- la figure 13 représente schématiquement, vu de dessus, un banc de poissons situé partiellement dans le volume d’observation du drone marin de surface.
La figure 1 représente schématiquement les principaux éléments d’un drone marin 1 de surface muni d’un sonar 10 multifaisceaux perfectionné, qui, de manière remarquable, est apte à sonder l’environnement subaquatique E du drone de manière tridimensionnelle, sans que le drone n’ait à se déplacer pour cela.
Le drone marin 1 comprend une coque 2, ici de forme allongée selon un axe longitudinal x (dirigé de la poupe vers la proue du drone marin 1 ).
Lorsque le drone marin se déplace en ligne droite, sa direction de marche coïncide avec cet axe longitudinal x, effets de dérive mis à part. Comme le drone marin 1 est sans équipage, il peut être de petite taille. Sa dimension externe la plus grande, qui correspond ici à la longueur totale L de sa coque 2, est ainsi inférieure à 2 mètres. Ici, elle est plus précisément comprise en 0,6 mètre et 1 ,5 mètre.
Du fait de ses dimensions réduites, le drone marin est particulièrement discret. Il permet donc avantageusement de surveiller et/ou caractériser un milieu subaquatique sans le perturber. Sa petite taille le rend en outre très maniable, apte à suivre les déplacements d’espèces subaquatiques.
Le sonar 10 du drone marin, dont les caractéristiques de fonctionnement seront décrites plus loin, comprend une pluralité de transducteurs 12, et une unité de commande 11 électronique de ces transducteurs 12.
Les transducteurs 12 sont adaptés à émettre des ondes sonores dans le milieu subaquatique environnant le drone marin 1 et à recevoir des ondes sonores réfléchies provenant de ce milieu. Chacun de ces transducteurs (12) est donc adapté ici à fonctionner aussi bien en tant qu’émetteur qu’en tant que récepteur. L’expression « ondes sonores » désigne des ondes acoustiques de fréquences quelconques, qu’elles soient situées dans le domaine audible ou dans le domaine des ultrasons.
Leur unité de commande 11 peut comprendre des convertisseurs numérique-analogique (pour les transducteurs fonctionnant en émission) et analogique-numérique (pour les transducteurs fonctionnant en réception), ainsi que des amplificateurs et filtres électroniques adaptés pour mettre en forme des signaux d’émission à émettre, ou des signaux d’écho captés par ces transducteurs.
Les transducteurs 12 sont disposés en croix (figure 2) :
- certains transducteurs sont disposés les uns à la suite des autres le long d’une première branche 13 de la croix, tandis que
- les autres transducteurs sont disposés les uns à la suite des autres le long d’une deuxième branche 14 de la croix, perpendiculaire à sa première branche 13 (disposition dite en « croix de Mills »).
La première branche 13 de la croix est ici parallèle à l’axe longitudinal x du drone marin 1 , tandis que sa deuxième branche 14 est parallèle à un axe transversal y au drone. Cet axe transversal y, perpendiculaire à l’axe longitudinal x, est parallèle au pont du drone marin. Les première et deuxième branches 13, 14 s’étendent préférentiellement sur plus de 20 centimètres, ici sur plus de 50 centimètres, pour que le sonar dispose d’une résolution angulaire élevée.
Habituellement, les transducteurs d’un sonar multifaisceaux et leur unité de commande sont logés dans une coque de protection du sonar, destinée à être immergée, cette coque de protection étant par exemple traînée derrière un navire ou logée contre la coque du navire.
Ici, au contraire, les transducteurs 12 sont intégrés à la coque 2 du drone marin 1 , tandis leur unité de commande 11 est logée dans la cale 3 du drone, isolée du milieu marin (c’est-à-dire dans le volume intérieur du drone délimité par sa coque 2). Autrement formulé, la coque 2 du drone marin rempli le rôle de carter de protection du sonar.
Cette disposition permet de s’affranchir d’une coque de protection spécifique au sonar, ce qui allège considérablement le drone marin. Une flottabilité suffisante du drone marin peut ainsi être atteinte, bien que le drone soit équipé du sonar 10 multifaisceaux précité, intrinsèquement complexe et lourd.
Dans l’exemple de réalisation décrit ici, les transducteurs 12 sont maintenus ensemble par une pièce de support 15 elle-même insérée dans un logement 21 peu profond ménagé dans la coque 2. Cette pièce de support 15 facilite la manipulation des transducteurs 12, et leur intégration à la coque 2 du drone marin. Elle permet aussi de tester de manière commode le fonctionnement de l’antenne du sonar, qui est constituée par l’ensemble de ces transducteurs 12, préalablement à l’intégration de cette antenne à la coque 2 du drone marin 1.
Les transducteurs 12 sont connectés électriquement à leur unité de commande 11.
Le drone marin 1 comprend aussi :
- des moyens de propulsion 5, tels qu’un moteur entraînant une hélice immergée,
- un capteur inertiel 6 comportant notamment un gyromètre,
- un module de communication 7 adapté à échanger des données par une liaison sans fil, tel qu’un module d’émission et de réception d’ondes radio, et
- une unité électronique de navigation 4, adaptée à piloter le sonar 10, les moyens de propulsion 5, et le module de communication 7.
L’unité électronique de navigation 4 comprend notamment un système de pilotage 41 du sonar, et une unité d’acquisition 42 des données issues du sonar. L’unité électronique de navigation 4 est réalisée au moyen d’un ou plusieurs processeurs et d’au moins une mémoire. Elle est logée dans la cale 3 du drone marin.
De manière remarquable, le système de pilotage 41 du sonar 10 est configuré pour commander, pour une position P1 , P2, P3 donnée du drone marin 1 (figure 12), une pluralité d’émissions successives d’ondes sonores,
le système de pilotage 41 pilotant les différents émetteurs 12, à chaque émission, par une pluralité respective de signaux d’émission S1 , S2, S3, S4, ... chaque signal d’émission présentant une amplitude A1 , A2, A3, A4, ... et un décalage temporel At1 , At2, At3, At4, ... par rapport à un signal de référence Sref (figures 3 et 7),
le système de pilotage 41 faisant varier les amplitudes A1 , A2, A3, A4, ... ou les décalages temporels At1 , At2, At3, At4, ... respectifs desdits signaux d’émission S1 , S2, S3, S4, au cours de ladite pluralité d’émissions, conformément à une séquence de variation d’émission prédéterminée, l’ensemble des ondes sonores émises au cours de ladite pluralité d’émissions couvrant un volume d’observation V donné.
L’unité d’acquisition 42 est configurée quant à elle pour :
- acquérir, pour chacune desdites émissions, des signaux d’écho captés par les récepteurs 12 du sonar 10 en réponse à l’émission considérée, et pour
- déterminer, à partir des signaux d’écho acquis en réponse à ladite pluralité d’émissions, une image tridimensionnelle représentative du contenu du volume d’observation V.
Commander cette pluralité d’émissions successives, les caractéristiques des ondes sonores émises variant de l’une de ces émissions à la suivante, permet avantageusement de déterminer cette image tridimensionnelle, sans que le drone marin 10 n’ait à se déplacer pour cela.
Plusieurs modes de fonctionnement du sonar, caractérisés chacun par une séquence de variation d’émission qui lui est propre, sont envisageables.
Un premier mode de fonctionnement du sonar 10 est décrit maintenant, en référence, aux figures 3 à 6.
Dans ce premier mode de fonctionnement, les décalages temporels At1 , Dί2, Dί3, Dί4,... respectifs des signaux d’émission S1 , S2, S3, S4, ... pilotant les émetteurs 12 sont tels que, pour chacune desdites émissions d’ondes sonores, la puissance sonore émise est concentrée, par interférence entre les ondes sonores émises, dans un plan d’émission P.
A chaque émission, la puissance émise est donc émise de manière directive, les ondes sonores émises formant ensemble une nappe d’ondes sonores, ou « fauchée », peu épaisse (ici peu épaisse selon l’axe transversal y, comme illustré par les figures 4 et 5).
Au cours de la séquence d’émissions successives, qui permet de relever l’image tridimensionnelle précitée, les décalages temporels Dΐ1 , Dί2, Dί3, Dί4,... respectifs desdits signaux d’émission varient de manière à ce que le plan d’émission P pivote autour d’un axe de balayage, de l’une des émissions d’ondes sonores à la suivante.
Au cours de cette séquence d’émissions, du fait de ces pivotements, le plan d’émission P balaye l’ensemble du volume d’observation V.
Les caractéristiques de ce premier mode fonctionnement sont décrites tout d’abord pour l’une desdites émissions. Le balayage du plan d’émission P, qui permet de relever l’image tridimensionnelle précitée, est décrit ensuite.
L’émission d’ondes sonores est réalisée par la deuxième branche 14 de transducteurs 12, qui s’étend transversalement par rapport au drone marin 1.
Pour chaque émission d’ondes sonores, les signaux d’émissions S1 , S2, S3, S4, ... sont produits à partir d’un même signal de référence Sref, auquel sont appliqués des décalages temporels Dί1 , Dί2, Dί3, Dί4,... respectifs.
Ces décalages temporels Dΐ1 , Dί2, Dί3, Dί4,... sont proportionnels aux positions respectives des émetteurs 12, le long de l’axe transversal y. Le plan d’émission P, dans lequel les ondes sonores émises interfèrent constructivement, s’étend alors longitudinalement par rapport au drone marin.
Lorsque ces décalages temporels Dί1 , Dί2, Dί3, Dί4,... présentent tous la même valeur (par exemple une valeur nulle), les ondes sonores sont émises en phase et interfèrent constructivement dans le plan (x,z) qui s’étend sous le drone marin 1 , à l’aplomb de celui-ci. Autrement formulé, le plan d’émission P correspond alors au plan (x,z).
En revanche, lorsque ces décalages temporels Dΐ1 , Dί2, Dί3, Dί4,... présentent des valeurs distinctes, certaines des ondes sonores sont émises en avance, par rapport aux autres ondes sonores, si bien que le plan d’émission P dans lequel ces ondes sonores interfèrent constructivement est alors décalé angulairement par rapport au plan (x,z), comme représenté schématiquement sur les figures 3 et 4. L’angle l’inclinaison b du plan d’émission P du sonar, formé entre ce plan et l’axe vertical z (axe vertical descendant) est ainsi fixé par les valeurs des décalages temporels Dΐ1 , Dί2, Dί3, Dί4,... .
L’onde sonore globale, formée par l’ensemble des ondes sonores émises (c’est-à-dire par la somme de ces ondes), se propage dans le plan d’émission P en couvrant un secteur angulaire S de ce plan dont l’ouverture angulaire a est supérieure à 60 degrés, et peut par exemple atteindre 120 degrés (figure 5).
Dans ce premier mode de fonctionnement, les transducteurs 12 de la deuxième branche 13, parallèle à l’axe longitudinal x, fonctionnent en réception. Ils permettent de capter des ondes sonores réfléchies, à la manière d’un écho, par des éléments de l’environnement subaquatique E atteints par la nappe d’ondes sonores précitée.
Un instant de réception de cette onde sonore réfléchie indique la distance entre l’élément réfléchissant et le sonar. Par ailleurs, sur la base des signaux d’écho reçus respectivement par les multiples transducteurs 12 de la première branche 13, l’unité d’acquisition 42 (ou, en variante, l’unité de commande du sonar, ou encore le système de pilotage) détermine de quelle direction, à l’intérieur du secteur angulaire S, provient une telle onde sonore réfléchie. Cette direction, combinée à la distance séparant l’élément réfléchissant et le sonar, permet de déterminer complètement la position de l’élément réfléchissant dans le plan d’émission P.
L’ensemble des signaux d’échos captés ainsi par les récepteurs 12, en réponse à l’émission des ondes sonores décrite plus haut, permet donc d’obtenir une image bidimensionnelle, représentative du contenu de l’environnement subaquatique E du drone dans le plan d’émission P. Ces signaux d’échos sont acquis, par l’unité d’acquisition, pendant un intervalle temporel qui s’étend entre l’émission d’ondes sonores considérée, et l’émission d’ondes sonores suivante.
La résolution angulaire du sonar est fixée, perpendiculairement au plan d’émission P, par l’ouverture angulaire Q1 de la nappe d’ondes sonores émise. Comme déjà indiqué, cette nappe est peu épaisse (l’émission est directive, du fait de l’extension, le long de l’axe transversal y, de la deuxième branche 14 de transducteurs 12) : son ouverture angulaire est, en pratique, comprise entre 0,5 et 5 degrés.
La résolution angulaire du sonar dans le plan d’émission P, 02, (directivité du sonar en termes de réception) est comprise également entre 0,5 et 5 degrés.
Le sonar sonde donc, individuellement, le contenu de différentes zones élémentaires ZO approximativement coniques (figure 6), appelées aussi « faisceaux », chacune d’ouvertures angulaires 01 et 02 (respectivement perpendiculairement, et parallèlement au plan d’émission), réparties dans le secteur angulaire S d’émission du sonar.
Un élément de l’environnement subaquatique E présent dans l’une de ces zones élémentaires peut ainsi être détecté et localisé par rapport au drone marin. Une donnée liée à une surface équivalente de rétrodiffusion de l’élément détecté (généralement appelée « scattering cross-section » en anglais) est aussi déterminée par l’unité de commande 11 du sonar, sur la base notamment de la puissance de l’onde sonore rétro-réfléchie par cet élément. Cette donnée peut être représentative d’une intensité de rétrodiffusion volumique (« volume backscattering strength » en anglais) associée à cet élément, et/ou d’une intensité de rétrodiffusion, ponctuelle, de cet élément (« target strength » en anglais).
Le nombre de faisceaux distincts dont le contenu est ainsi sondé est supérieur à 20. Dans le mode de réalisation considéré, il est plus précisément égal à 64.
L’élément détecté peut correspondre notamment à un ou plusieurs poissons, ou à une parcelle du fond marin située sous le drone.
Le balayage du plan d’émission P, qui permet de passer d’une imagerie bidimensionnelle telle que décrite ci-dessus, à une imagerie tridimensionnelle, peut maintenant être décrit.
Comme déjà indiqué, ce balayage est obtenu par une rotation du plan d’émission P du sonar par rapport à l’axe de balayage. Cet axe de balayage est ici parallèle au pont du drone marin 1. L’axe de balayage est donc horizontal, tout au moins en l’absence de vagues, lorsque le drone est immobile.
Dans ce premier mode de fonctionnement, l’axe de balayage coïncide plus précisément avec l’axe longitudinal x du drone marin 1.
De l’une des émissions d’ondes sonores à la suivante, pour faire pivoter le plan d’émission P autour de cet axe de balayage, le système de pilotage 41 fait varier les décalages temporels Dΐ1 , Dί2, Dί3, Dί4,... respectifs des différents signaux d’émission S1 , S2, S3, S4, ... par rapport au signal de référence Sref.
Au cours de la séquence d’émissions d’ondes sonores, qui permet de relever l’image tridimensionnelle mentionnée plus haut, le système de pilotage 41 fait ainsi varier, l’angle l’inclinaison b du plan d’émission P entre deux angles d’inclinaison limite + bitΐqc et - bitΐqc. En pratique, l’amplitude angulaire 2bitΐ3c de ce balayage peut être supérieure à 60 degrés. Ici, elle peut atteindre 120 degrés.
L’image tridimensionnelle déterminée par l’unité d’acquisition 42, sur la base des signaux d’écho acquis en réponse à cette séquence émissions d’ondes sonores est représentative du contenu de chacune des zones élémentaires ZO du volume d’observation V ainsi balayé. Cette image rassemble en particulier des informations relatives aux positions (dans un repère à trois dimensions, tel que le repère (x,y,z) par exemple) et surfaces équivalentes de rétrodiffusion des éléments contenus dans ce volume d’observation V.
Grâce à sa petite taille et à sa capacité d’imagerie sonar tridimensionnelle sans déplacement, le drone marin 1 permet de surveiller et caractériser un milieu subaquatique de manière discrète, sans le perturber, et ce depuis une position d’observation optimale.
En outre, moyennant une optimisation de la consommation énergétique du sonar, cette image tridimensionnelle peut en pratique être obtenue pour une consommation énergétique inférieure à celle nécessaire pour acquérir une telle image par déplacement (à la surface de l’eau) d’un drone muni d’un sonar multifaisceaux classique sans capacité de balayage.
L’ouverture a du secteur angulaire S d’émission du sonar, et l’amplitude 2bitΐ3c du balayage, toutes deux particulièrement grandes, permettent, même à une faible profondeur sous le drone, de sonder une région très étendue horizontalement, ce qui est très utile pour la détection et l’observation d’espèces aquatiques évoluant dans une colonne d’eau s’étendant sous le drone marin.
Vue la forme de la nappe d’ondes sonore émise par le sonar 10, le volume d’observation V présente ici une forme globalement pyramidale (chacun des côtés de la base de cette pyramide étant soit rectiligne, soit formé d’un arc d’hyperbole), avec, à son sommet, le sonar 10. Ce volume est limité verticalement par le fond marin, ou si le milieu aquatique est très profond, par la portée du sonar (supérieure ici à 500 mètres).
Compte tenu des valeurs pouvant être présentées par l’ouverture a du secteur angulaire S d’émission, et par l’amplitude 2 max du balayage, le rapport d’aspect du volume d’observation V, égal à sa dimension la plus petite (par exemple, sa hauteur), divisée par sa dimension la plus grande (par exemple sa longueur), peut ici être supérieur à 0,2. Dans un plan horizontal, le rapport entre la largeur et la longueur du volume d’observation (dimensions de ce volume, respectivement selon l’axe transversal y, et selon l’axe longitudinal x) peut quant à lui être supérieur à 0,5. Le volume d’observation présente alors une extension comparable dans toutes les directions du plan horizontal, sans privilégier arbitrairement une direction d’observation donnée.
Les zones élémentaires ZO du volume d’observation V mentionnées ci- dessus correspondent à des zones approximativement coniques, tels que définies précédemment, décalées angulairement les unes par rapport aux autres autour de l’axe transversal y, et aussi, grâce au balayage précité, autour de l’axe longitudinal x.
Lorsque l’angle d’inclinaison b du plan d’émission P est proche de l’un des angles d’inclinaison limite ± max, l’empreinte sur le fond marin de la nappe formée par l’ensemble des ondes sonores émises peut être légèrement incurvée, de forme hyperbolique, au lieu d’être rectiligne. Le plan d’émission P du sonar correspond alors au plan moyen défini par cette nappe d’ondes sonores (qui se propage le long d’une surface légèrement incurvée au lieu d’être plane, dont l’intersection avec le fond marin est l’empreinte hyperbolique mentionnée ci- dessus).
Le balayage de l’angle d’inclinaison b peut être réalisé très finement : cet angle peut par exemple prendre successivement jusqu’à 64 valeurs différentes réparties entre les angles d’inclinaisons limite ±bitΐ3c ;64 émissions successives d’ondes sonores sont alors nécessaires pour obtenir une image tridimensionnelle du volume d’observation V.
Cependant, la durée nécessaire pour obtenir une telle image augmente avec le nombre d’émissions effectuées pour obtenir cette image. En effet, deux émissions d’une telle séquence doivent être séparées par une durée minimale, correspondant approximativement à la durée de propagation aller et retour d’une onde sonore sur toute la hauteur du volume d’observation. Pour réduire la durée nécessaire pour obtenir une telle image, le système de pilotage 41 peut donc être programmé pour commander un balayage plus sommaire du volume d’observation V, dans lequel l’angle d’inclinaison b présente successivement au plus 10 valeurs différentes (et au minimum 2) réparties entre les angles d’inclinaisons limite ± max. L’image du volume d’observation V obtenue ainsi est moins détaillée (elle est néanmoins suffisante pour certaines applications, par exemple pour une première localisation d’un banc de poissons). En contrepartie, ce fonctionnement simplifié permet de réduire la consommation électrique du sonar 10 et d’améliorer ainsi l’autonomie du drone marin 1.
Le système de pilotage 41 est configuré par ailleurs pour, en cas de détection d’un élément situé à faible profondeur sous le drone marin 1 , piloter une focalisation, sur cet élément, des ondes sonores émises par les transducteurs.
Cette focalisation permet notamment de compenser différents effets parasites (causés par de la diffraction de Fresnel par exemple) qui, dans la zone dite de champ proche située immédiatement sous le drone marin 1 (cette zone s’étend ici sur une dizaine de mètres sous le drone), pourraient perturber le fonctionnement du sonar 10. Cette focalisation permet notamment de conserver un caractère fiable et calibré aux mesures précitées d’intensité de rétrodiffusion, même à faible profondeur, à partir de 1 mètre sous le drone marin 1. Le drone marin 1 , qui est adapté de par sa petite taille à approcher des espèces évoluant à faible profondeur, sans les perturber, permet donc ensuite une observation et caractérisation précise de telles espèces.
La focalisation précitée peut par exemple être réalisée au moyen d’un module de focalisation (non représenté) de l’unité de commande 11 introduisant, entre les signaux transmis respectivement aux différents transducteurs 12 et/ou reçus de ceux-ci, des retards respectifs (variant quadratiquement en fonction de la position du transducteur considéré), appropriés pour focaliser les ondes sonores émises sur l’élément détecté, ou pour compenser des déphasages entre les différents signaux reçus causés par le proximité de cet élément.
Par ailleurs, l’unité d’acquisition 42 (ou, en variante, l’unité de commande 11 ) est configurée pour, grâce au capteur inertiel 6, détecter des mouvements parasites du drone marin 1 , par exemple des mouvements de roulis ou de tangage, et traiter les données acquises pour compenser l’influence de tels mouvements sur l’image tridimensionnelle obtenue.
Le sonar 10 est configuré par ailleurs pour fonctionner selon d’autres modes de fonctionnement que le premier mode de fonctionnement qui vient d’être décrit. Cette souplesse d’utilisation est permise notamment par le fait que ses transducteurs 12 peuvent fonctionner aussi bien en émission qu’en réception.
Ainsi, dans un deuxième mode de fonctionnement du sonar 10, similaire au premier de fonctionnement, les transducteurs 12 de la première branche 13 de la croix de Mills fonctionnent en émission, tandis que ceux de la deuxième branche 14 fonctionnent en réception.
Ce deuxième mode de fonctionnement est comparable en tout point au premier mode de fonctionnement, si ce n’est que :
- la nappe d’ondes sonores émises s’étend transversalement par rapport au drone marin (au lieu de s’étendre longitudinalement par rapport à celui-ci), et que
- l’axe de balayage coïncide avec l’axe transversal y du drone marin 1.
Comme mentionné plus haut, lorsque l’image tridimensionnelle du volume d’observation est relevée grâce à une rotation du plan d’émission autour de son axe de balayage, un compromis doit être trouvé entre la résolution de cette image et la durée nécessaire pour l’acquérir.
Un meilleur compromis entre résolution et durée d’acquisition peut être trouvé en commandant les transducteurs 12 selon des schémas d’émission et de réception plus élaborés, comme celui du troisième mode de fonctionnement décrit ci-dessous, en référence aux figures 7 à 9.
Ce troisième mode de fonctionnement peut notamment être employé lorsque le nombre N d’émetteurs est égal à 2P, où p est un nombre entier. Les récepteurs sont également au nombre de N.
Pour chaque émission d’ondes sonores, les signaux d’émissions S1 , S2, S3, S4, ... sont produits à partir d’un même signal de référence Sref, multiplié par des gains g1 , g2, g3, g4, ... respectifs (figure 7). Les signaux d’émissions présentent ainsi des amplitudes A1 , A2, A3, A4, ..., proportionnelles respectivement aux gains g1 , g2, g3, g4. Par ailleurs, ces signaux d’émission ne présentent pas de décalage temporel les uns par rapport aux autres (autrement formulé, les décalages temporels At1 , At2, At3, At4,... de ces signaux par rapport au signal de référence Sref présentent tous la même valeur). Chaque séquence d’émissions d’ondes sonores, qui permet de relever une image tridimensionnelle, comprend un nombre M d’émissions. Chacune de ces émissions est repérée, dans cette séquence, par un indice entier (numéro d’ordre) i, l’indice i variant de 1 à M.
Les valeurs des gains g1 (i), g2(i), ..., gN(i), i variant de 1 à M, appliqués pour produire les signaux d’émission S1 , S2, S3, S4, ... qui pilotent les émetteurs 12 lors de cette séquence d’émissions, sont stockés dans une mémoire du système de pilotage 41.
La séquence d’émissions est plus précisément associée, dans cette mémoire, à une pluralité respective de lignes d’une matrice de rang N.
Ainsi, la i-ème émission de cette séquence est associée à la j-ème ligne de cette matrice. Les valeurs des gains g1 (i), g2(i), ..., gN(i), stockées dans la mémoire du système de pilotage, sont alors proportionnelles aux coefficients de la ligne numéro j de cette matrice de rang N. La séquence de variation d’émission est donc définie, dans ce troisième mode de fonctionnement, par la donnée des M lignes de la matrice de rang N associées respectivement aux M émissions de chaque séquence d’émissions.
Dans ce troisième mode de fonctionnement, différentes matrices de rang N, c’est-à-dire différentes bases d’émission, peuvent être envisagées.
De préférence, la base d’émission employée est celle dite de Hadamard, pour laquelle la matrice de rang N mentionnée ci-dessus est la matrice de Hadamard de rang N.
On peut prévoir par exemple que l’émission numéro i soit associée à la ligne numéro i de cette matrice de Hadamard, soit j=i.
A titre d’exemple, on pourrait prévoir aussi, en variante, que : j=1 pour i=1 , et que j=2i-1 pour i > 1.
A titre d’illustration, un exemple simplifié de séquence d’émission est représenté sur les figures 7 à 9, pour N=4 émetteurs et M=3 émissions :
- pour la première émission d’ondes sonores (i=1 ), associée à la ligne 1 (j=1 ) de la matrice de Hadamard de rang 4 (figure 7) :
gi (i ) = i ; g2(i ) = i ; g3(i ) = i ; g4(i ) = 1 ;
- pour la deuxième émission d’ondes sonores (i=2), associée à la ligne 2 (j=2) de cette matrice (figure 8):
g 1 (2) = 1 ; g2(2) = - 1 ; g3(2) = 1 ; g4(2) = - 1 ; et - pour la troisième émission d’ondes sonores, (i=3), associée à la ligne 2 (j=2) de cette matrice (figure 9) :
g 1 (3) = 1 ; g2(3) = 1 ; g3(3) = - 1 ; g4(3) = - 1.
Les zones ZH du volume d’observation V où la puissance sonore émise est maximale (du fait d’interférences entre les ondes sonores émises) sont représentées schématiquement par des tirets (épais), sur ces figures.
Au cours d’une telle séquence d’émissions, faire varier l’amplitude des signaux d’émission conformément aux coefficients de différentes lignes d’une matrice de Hadamard de rang N, permet, pour une résolution spatiale donnée, de relever une image tridimensionnelle du volume d’observation V en un temps avantageusement plus court que ce qui serait obtenu par rotation d’un plan d’émission (ou encore par une méthode de synthèse d’ouverture appelée parfois méthode canonique, décrite succinctement plus bas).
Pour cela, on peut prévoir notamment, que le nombre M d’émissions par image (tridimensionnelle) soit inférieur au nombre N d’émetteurs 12. La demanderesse a en effet constaté que cette réduction du nombre d’émissions (qui réduit d’autant la durée d’obtention d’une image) ne dégrade que très légèrement la résolution de l’image par rapport à une image reconstruite à partir une séquence de N émissions (et réceptions associées).
Il est particulièrement intéressant de réduire ainsi le nombre d’émissions nécessaires pour acquérir une image, car cela permet de réduire la consommation énergétique du sonar 10, et donc d’augmenter l’autonomie du drone marin 1.
En outre, pour les applications de suivi de banc de poissons décrites plus loin, il est intéressant de pourvoir acquérir une telle image rapidement, pour éviter notamment que le banc 100 ne sorte du volume d’observation V entre une acquisition d’image et la suivante.
Comme déjà indiqué, d’autres bases d’émission que celle de Hadamard peuvent être employées. On peut prévoir par exemple, à chaque émission, de piloter un seul des émetteurs 12, et de changer d’émetteur entre une émission et la suivante (méthode d’émission parfois appelée méthode canonique dans la littérature spécialisée). La matrice de rang N associée, dans la mémoire du système de pilotage, à la pluralité d’émissions d’ondes sonores, est alors une matrice diagonale (par exemple la matrice identité).
Le sonar 10 multifaisceaux du drone marin 1 ayant été présenté, le fonctionnement d’ensemble de ce drone peut maintenant être décrit plus en détail.
Tout d’abord, l’unité électronique de navigation 4 est programmée pour piloter le drone :
- en fonction de commandes données par un opérateur situé à distance, reçues par l’intermédiaire du module de communication 7, et/ou
- de manière autonome, sans intervention extérieure.
Lorsque le drone marin 1 est piloté à distance par cet opérateur, l’unité de navigation 4 transmet, grâce à son module de communication 7, des données compressées produites à partir des données issues du sonar 10, en particulier à partir de l’image tridimensionnelle, ou des images tridimensionnelles, de l’environnement marin du drone relevées au moyen du sonar. Ces données (compressées) permettent notamment à l’opérateur de visualiser, au moins en partie, le contenu de l’environnement subaquatique E du drone, et d’adapter son pilotage du drone à ce contenu. La compression des données issues du sonar 10 (réalisée par exemple par l’unité électronique de navigation 4) permet de limiter la quantité de données à transmettre, et de réduire là encore la consommation électrique du drone.
Ici, l’unité électronique de navigation 4 est programmée par ailleurs pour enregistrer les données issues du sonar dans sa mémoire. Ces données peuvent être compressées préalablement à leur stockage, pour limiter l’espace mémoire qu’elles occupent. Les taux de compression utilisés alors sont toutefois moins élevés que ceux employés pour produire les données compressées à transmettre : les données stockées, complémentaires des données transmises, permettent, a posteriori, une analyse plus fine de l’environnement subaquatique E que les données transmises en temps réel pour permettre le pilotage du drone.
Lorsque le drone marin 1 navigue de manière autonome, sans intervention extérieure, l’unité électronique de navigation 4 enregistre les données issues du sonar, comme expliqué ci-dessus. Elle peut aussi, de manière optionnelle, transmettre les données compressées mentionnées ci-dessus via le module de communication 7.
Les déplacements du drone marin 1 , et les acquisitions correspondantes d’images tridimensionnelles de l’environnement subaquatique E, prévus lors d’opérations d’observation et de caractérisation de cet environnement, sont décrits maintenant en référence aux figures 10 à 13. La figure 10 représente schématiquement les principales étapes d’un procédé de caractérisation d’un environnement subaquatique E, mis en œuvre par un drone marin de surface tel que celui présenté ci-dessus.
Ce procédé peut être mis en œuvre :
- du fait d’un pilotage à distance, par un opérateur, du drone marin, et/ou
- de manière autonome, l’unité électronique de navigation du drone étant alors programmée pour exécuter ce procédé sans intervention extérieure.
Ce procédé débute par une étape optionnelle E0 de déplacement du drone marin, jusqu’à une première position d’observation P1. Ce déplacement, piloté par l’unité électronique de navigation 4, est réalisé grâce aux moyens de déplacement 5 mentionnés plus haut.
Cette première position P1 (figures 11 et 12) correspond à une position cible au voisinage de laquelle il est probable que des poissons ou des animaux marins soient présents. Cette première position est située par exemple à proximité d’un dispositif flottant, généralement appelé dispositif de concentration de poisson (ou « DCP »), qui rassemble autour de lui une faune pélagique évoluant à faible profondeur. Cette première étape permet par exemple au drone marin 1 de se déplacer depuis une position initiale PO où il a été mis à l’eau, au voisinage d’un navire 200 de plus fort tonnage manœuvré par un équipage, jusqu’à cette position P1 d’observation.
Le procédé se poursuit par une étape a) d’acquisition d’une image tridimensionnelle de l’environnement subaquatique E, c’est-à-dire par une étape au cours de laquelle le système de pilotage 41 commande à la pluralité d’émissions successives d’ondes sonores, l’unité d’acquisition 42 acquérant, pour chacune desdites émissions, les signaux d’écho captés par les récepteurs 12 du sonar 10 en réponse à l’émission considérée, et déterminant, à partir des signaux d’écho acquis en réponse à ladite pluralité d’émissions, une image tridimensionnelle représentative du contenu du volume d’observation V.
L’étape suivante T0, optionnelle, est une étape de test au cours de laquelle il est déterminé si des poissons sont présents dans ce volume d’observation V.
Si aucun poisson n’est détecté dans le volume d’observation, le procédé reprend, l’étape E0 (flèche F2 de la figure 10), par un déplacement du drone marin vers une autre position cible. Plusieurs positions cibles distinctes peuvent ainsi être testées successivement jusqu'à ce que la présence d'une population marine soit détectée par le sonar. De manière optionnelle, on peut prévoir de tester, à l’étape T0, si le banc de poissons détecté satisfait un critère donné, relatif par exemple à une densité de poissons dans ce banc, et, si ce critère n’est pas satisfait, d’exécuter à nouveau l’étape E0.
En cas de détection de poissons dans le volume d’observation V, le procédé se poursuit, après l’étape T0 par des étapes visant à caractériser plus finement le banc de poissons 100 détecté (flèche F3 de la figure 10).
Ces étapes comprennent :
- une étape b) de détermination d’une position du banc de poissons 100, par traitement de l’image tridimensionnelle acquise lors de l’exécution précédente de l’étape a),
- une étape c) de déplacement du drone marin 1 de surface jusqu’à une position P2, P3, ..., située au droit de ladite position du banc de poissons 100, et, à nouveau,
l’étape a) d’acquisition d’une image tridimensionnelle de l’environnement subaquatique E.
Lors de cette répétition de l’étape a), le drone marin 1 est donc situé au droit, c’est-à-dire à la verticale de la position du banc de poissons 100, cette position étant particulièrement propice pour observer et caractériser ce banc de poissons 100.
La position du banc de poissons 100 déterminée à l’étape b) correspond ici à un centre C de ce banc de poissons 100. Il est très intéressant que le drone marin 1 acquière ainsi des images tridimensionnelles de ce banc, en étant situé à la verticale de son centre C, car c’est en effet généralement au centre d’un tel banc que le type de poissons rencontrés, leur concentration et leur comportement sont les plus représentatifs de l’ensemble du banc. C’est aussi de cette position que les dimensions du banc peuvent être déterminées avec le plus de précision.
La capacité du drone marin 1 d’acquérir des images tridimensionnelles de l’environnement aquatique, sans avoir à se déplacer pour cela, s’avère extrêmement utile dans ce procédé.
En effet, une telle image tridimensionnelle est acquise par le drone marin 1 beaucoup plus rapidement (et discrètement) que ce qui serait obtenu par déplacement à la surface de l’eau, d’un drone muni d’un sonar multifaisceaux classique sans capacité de balayage. Cette rapidité d’acquisition permet notamment de déterminer la position du banc de poissons presque instantanément, et de commander un déplacement du drone marin jusqu’à l’aplomb de cette position avant que le banc de poissons n’ait eu le temps de se déplacer substantiellement.
De plus, comme déjà indiqué, cette capacité d’imagerie tridimensionnelle permet au drone marin 1 d’observer l’ensemble du banc de poissons 100 détecté en restant à l’aplomb de celui-ci, ce qui est le plus propice en termes d’observation du banc.
Les étapes b) et c) sont maintenant décrites plus en détail, dans le cas d’une navigation autonome du drone marin 1.
Au cours de l’étape b), pour localiser le centre C du banc de poissons 100, le système de pilotage 41 :
- détermine, par traitement de l’image tridimensionnelle acquise lors de l’exécution précédente de l’étape a), les positions respectives d’une pluralité de points situés sur le pourtour 101 du banc de poissons 100, puis
- détermine une position du centre C du banc de poissons en fonction des positions de ces points, par exemple en calculant la position d’un barycentre de ces points (c’est-à-dire en calculant une position moyenne définie par ces points).
Les positions des points du pourtour 101 du banc de poissons peuvent être déterminées au moyen d’un algorithme de détection de contour.
On peut prévoir, en variante, que le centre C du banc de poissons soit déterminé, à l’étape b), en calculant directement la position d’un barycentre des différentes points du volume d’observation V au niveau desquels un ou des poissons ont été détectés, plutôt qu’en détectant préalablement le contour du banc.
Si une partie 100’ seulement du banc de poissons 101 est située dans le volume d’observation V (situation représentée schématiquement sur la figure 13), c’est la position du centre C de cette partie 100’ du banc de poissons qui, ici, est déterminée à l’étape b) par le système de pilotage 41.
L’étape b) est suivie d’une étape T, de test, au cours de laquelle le système de pilotage 41 détermine si le drone marin 1 de surface est situé à la verticale du centre C du banc de poissons 100. Si tel est le cas, le procédé reprend à l’étape a) (flèche F6 de la figure 10).
Par contre, si l’étape T montre que le drone marin 1 est décalé, dans le plan horizontal (x,y), par rapport au centre C du banc de poissons, le procédé se poursuit alors par l’étape c) de déplacement du drone marin 1 jusqu’au droit du centre C du banc de poissons (flèche F4 de la figure 10). Le procédé reprend ensuite à l’étape a) (flèche F5 de la figure 10).
L’ensemble des étapes a), b), T et s’il y a lieu, c), sont ensuite exécutées à nouveau, et ainsi de suite plusieurs fois successivement.
Répéter continûment cette séquence d’étapes permet au drone marin 1 de se maintenir au dessus du centre C du banc de poissons, et de suivre un déplacement éventuel de ce centre.
La figure 12 illustre schématiquement un tel suivi. Le drone marin 1 , mis à l’eau à la position initiale PO, est tout d’abord déplacé jusqu’à la première position P1 d’observation. Depuis cette première position, il acquière une image tridimensionnelle de son environnement aquatique. Celle-ci montre qu’un banc de poissons 100 est présent dans le volume d’observation V (figure 11 ), et permet d’en déterminer le centre C. Le drone marin se déplace alors jusqu’à une deuxième position P2 située à l’aplomb de ce centre. Puis, suite à un déplacement ultérieur du banc de poissons, le drone marin ajuste sa position en se déplaçant jusqu’à une troisième position P3 (située à l’aplomb d’une nouvelle position occupée par le centre du banc), et ainsi de suite.
Le système de pilotage 41 du drone marin 1 est programmé en outre, ici, pour, après l’étape a), exécuter une étape d) de détermination d’au moins une donnée représentative du banc de poissons 100, autre que la position de son centre, en fonction des données acquises par l’unité d’acquisition 42 à l’étape a).
Ladite donnée peut par exemple être relative aux dimensions du banc de poissons (largeur, longueur, hauteur, volume,...), à sa morphologie, à une densité ou un nombre de poissons dans le banc (une telle estimation pouvant être basée notamment sur les mesures d’intensité de rétrodiffusion précitées), ou à une mobilité de ces poissons.
Différentes variantes peuvent être apportées au drone marin 1 et au procédé de caractérisation qui viennent d’être décrits.
Tout d’abord, la croix selon laquelle sont disposés les transducteurs du sonar pourrait alignée différemment par rapport au drone marin. Les branches de cette croix pourraient par exemple être disposées à 45 degrés entre l’axe longitudinal et l’axe transversal du drone marin, au lieu d’être alignée avec ceux-ci. Les transducteurs pourraient aussi être disposés selon un quadrillage (en matrice), plutôt qu’en croix.
D’autre part les différentes fonctions du système de pilotage, de l’unité d’acquisition, et de l’unité de commande des transducteurs pourraient être réparties différemment entre ces unités. Par exemple, la détermination de la position du centre du banc de poissons pourrait bien sûr être réalisée par l’unité d’acquisition plutôt que par le système de pilotage. D’ailleurs, les unités de pilotage et d’acquisition pourraient d’ailleurs être réalisées au moyen d’un même module électronique de l’unité électronique de navigation du drone marin. L’unité de commande des transducteurs pourrait d’ailleurs être intégrée elle aussi à l’unité électronique de navigation.
Par ailleurs, d’autres modes de suivi du centre du banc pourraient être envisagés. Par exemple, plusieurs positions antérieures du centre du banc de poissons pourraient être prises en compte pour déterminer une position future au niveau de laquelle sera probablement situé le banc de poissons (le drone étant ensuite piloté jusqu’à cette position).

Claims

REVENDICATIONS
1. Drone marin (1 ) de surface comprenant un sonar (10) embarqué, le sonar (10), du type multifaisceaux, comportant une pluralité d’émetteurs (12) d’ondes sonores disposés le long d’un premier axe (x,y) et une pluralité de récepteurs (12) d’ondes sonores disposés le long d’un deuxième axe (y,x) qui n’est pas parallèle au premier axe (x,y), caractérisé en ce qu’il comprend en outre :
- un système de pilotage (41 ) du sonar (10) configuré pour commander, pour une position (P1 , P2, P3) donnée du drone marin (1 ), une pluralité d’émissions successives d’ondes sonores,
le système de pilotage (41 ) pilotant les différents émetteurs (12), à chaque émission, par une pluralité respective de signaux d’émission (S1 , S2, S3, S4), chaque signal d’émission (S1 , S2, S3, S4) présentant une amplitude et un décalage temporel (At1 , At2, At3, At4) par rapport à un signal de référence (Sref), le système de pilotage (41 ) faisant varier les amplitudes ou les décalages temporels (At1 , At2, At3, At4) respectifs desdits signaux d’émission (S1 , S2, S3, S4), au cours de ladite pluralité d’émissions, conformément à une séquence de variation d’émission prédéterminée, l’ensemble des ondes sonores émises au cours de ladite pluralité d’émissions couvrant un volume d’observation (V) donné, et
- une unité d’acquisition (42) configurée pour :
- acquérir, pour chacune desdites émissions, des signaux d’écho captés par les récepteurs (12) du sonar (10) en réponse à l’émission considérée, et pour
- déterminer, à partir des signaux d’écho acquis en réponse à ladite pluralité d’émissions, une image tridimensionnelle représentative du contenu du volume d’observation (V).
2. Drone marin (1 ) de surface selon la revendication 1 , dans lequel le sonar (10) est configuré pour qu’un rapport d’aspect du volume d’observation (V), égal à la dimension la plus petite du volume d’observation divisée par la dimension la plus grande du volume d’observation, soit supérieur à 0,2.
3. Drone marin (1 ) de surface selon l’une des revendications 1 à 2, dont la dimension externe la plus grande (L) est inférieure à 2 mètres.
4. Drone marin (1 ) de surface selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel les émetteurs (12) et récepteurs (12) du sonar (10) sont intégrés à la coque (2) du drone marin (1 ) de surface, et dans lequel le sonar (10) comprend une unité de commande (11 ) électronique des émetteurs et des récepteurs (12) logée dans la cale (3) du drone marin (1 ) de surface.
5. Drone marin (1 ) de surface selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel le système de pilotage (41 ) est adapté en outre pour, préalablement à ladite pluralité d’émissions d’ondes sonores, commander un déplacement du drone marin de surface jusqu’à ladite position (P1 , P2, P3) donnée.
6. Drone marin (1 ) de surface selon la revendication 5, dans lequel le système de pilotage (41 ) est adapté en outre pour :
- détecter un banc de poissons (100) par traitement de ladite image tridimensionnelle,
- commander un déplacement du drone marin de surface jusqu'à une autre position (P2, P3), située au droit du banc de poissons (100), et pour ensuite
- commander à nouveau ladite pluralité d’émissions successives d’ondes sonores, le drone marin (1 ) étant situé à ladite autre position (P2, P3), l’unité d’acquisition (42) acquérant, pour chacune desdites émissions, les signaux d’écho captés par les récepteurs (12) du sonar (10) en réponse à l’émission considérée, et déterminant, à partir des signaux d’écho acquis en réponse à ladite pluralité d’émissions, une autre image tridimensionnelle représentative du contenu du volume d’observation (V).
7. Drone marin (1 ) de surface selon la revendication 6, dans lequel le système de pilotage (41 ) est adapté en outre pour déterminer une donnée représentative dudit banc de poissons (100) autre qu’une position d’un centre (C) du banc de poissons (100), en fonction de ladite autre image tridimensionnelle.
8. Drone marin (1 ) de surface selon l’une des revendications 6 et 7, dans lequel le système de pilotage (41 ) est adapté en outre pour localiser, en fonction de ladite image tridimensionnelle, un centre (C) du banc de poissons (100), et dans lequel ladite autre position (P2, P3) est située au droit du centre (C) du banc de poissons (100).
9. Drone marin (1 ) de surface selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel les décalages temporels (Dΐ1 , Dί2, Dί3, Dί4) respectifs desdits signaux d’émission (S1 , S2, S3, S4) variant conformément à ladite séquence d’émissions, sont tels que :
- pour chacune desdites émissions d’ondes sonores, la puissance sonore émise soit concentrée, par interférence entre les ondes sonores émises, dans un plan d’émission (P),
- entre chacune desdites émissions et l’émission suivante, le plan d’émission (P) pivote autour d’un axe de balayage (x, y),
- au cours de ladite pluralité d’émissions d’ondes sonores, le plan d’émission (P) balaye, du fait desdits pivotements, l’ensemble du volume d’observation (V).
10. Drone marin (1 ) de surface selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel :
- les émetteurs (12) du sonar (10) sont au nombre de N,
- dans lequel, ladite pluralité d’émissions d’ondes sonores est associée, dans une mémoire du système de pilotage, à une pluralité respective de lignes d’une matrice de Hadamard de rang N, et dans lequel
- pour chacune desdites émissions d’ondes sonores, les amplitudes respectives desdits signaux d’émission (S1 , S2, S3, S4) sont proportionnelles aux coefficients de la ligne de la matrice de Hadamard associée à l’émission considérée.
11. Drone marin (1 ) de surface selon l’une des revendications 1 à 10, dans lequel :
- le premier axe (x,y) et le deuxième axe (y,x) sont séparés par un angle compris entre 60 degrés et 90 degrés,
- les émetteurs (12) sont répartis, le long du premier axe (x,y), sur au moins 20 centimètres de long, et dans lequel
- les récepteurs (12) sont répartis, le long du deuxième axe (y,x), sur au moins 20 centimètres de long.
12. Procédé de caractérisation d’un environnement subaquatique (E) mis en œuvre par un drone marin (1 ) de surface comprenant un sonar (10) embarqué, le sonar (10), du type multifaisceaux, comportant une pluralité d’émetteurs (12) d’ondes sonores disposés le long d’un premier axe (x,y) et une pluralité de récepteurs (12) d’ondes sonores disposés le long d’un deuxième axe (y,x) qui n’est pas parallèle au premier axe (x,y),
caractérisé en ce que, au cours du procédé : - un système de pilotage (41 ) du sonar (10) commande, pour une position (P1 , P2, P3) donnée du drone marin (1 ), une pluralité d’émissions successives d’ondes sonores,
le système de pilotage (41 ) pilotant les différents émetteurs (12), à chaque émission, par une pluralité respective de signaux d’émission (S1 , S2, S3, S4), chaque signal d’émission (S1 , S2, S3, S4) présentant une amplitude et un décalage temporel (Dί1 , Dί2, Dί3, Dί4) par rapport à un signal de référence (Sref), le système de pilotage (41 ) faisant varier les amplitudes ou les décalages temporels (Dΐ1 , Dί2, Dί3, Dί4) respectifs desdits signaux d’émission (S1 , S2, S3, S4), au cours de ladite pluralité d’émissions, conformément à une séquence de variation d’émission prédéterminée, l’ensemble des ondes sonores émises au cours de ladite pluralité d’émissions couvrant un volume d’observation (V) donné,
- une unité d’acquisition (42) acquiert, pour chacune desdites émissions, des signaux d’écho captés par les récepteurs (12) du sonar (10) en réponse à l’émission considérée, et
- l’unité d’acquisition (42) détermine, à partir des signaux d’écho acquis en réponse à ladite pluralité d’émissions, une image tridimensionnelle représentative du contenu du volume d’observation (V).
13. Procédé de caractérisation selon la revendication 12, dans lequel un rapport d’aspect du volume d’observation (V), égal à la dimension la plus petite du volume d’observation divisée par la dimension la plus grande du volume d’observation, est supérieur à 0,2.
14. Procédé de caractérisation selon l’une des revendications 12 et 13, au cours duquel le système de pilotage (41 ) commande en outre, préalablement à ladite pluralité d’émissions d’ondes sonores, un déplacement du drone marin (10) de surface jusqu’à ladite position donnée (P1 , P2, P3).
15. Procédé de caractérisation selon la revendication 14, au cours duquel le système de pilotage (41 ) :
- détecte un banc de poissons (100) par traitement de ladite image tridimensionnelle,
- commande un déplacement du drone marin (1 ) de surface jusqu'à une autre position (P2, P3) située au droit du banc de poissons (100), et ensuite,
- commande à nouveau ladite pluralité d’émissions successives d’ondes sonores, le drone marin (1 ) étant situé à ladite autre position (P2, P3), l’unité d’acquisition (42) acquérant, pour chacune desdites émissions, les signaux d’écho captés par les récepteurs (12) du sonar (10) en réponse à l’émission considérée, et déterminant, à partir des signaux d’écho acquis en réponse à ladite pluralité d’émissions, une autre image tridimensionnelle représentative du contenu du volume d’observation (V).
16. Procédé de caractérisation selon la revendication 15, comprenant en outre une étape de détermination d'une donnée représentative dudit banc de poissons (100) autre qu’une position d’un centre (C) du banc de poissons (100), en fonction de ladite autre image tridimensionnelle.
17. Procédé de caractérisation selon l’une des revendications 15 et 16, au cours duquel le système de pilotage (41 ) localise, en fonction de ladite image tridimensionnelle, le centre (C) du banc de poissons (100), et dans lequel ladite autre position (P2, P3) est située au droit du centre (C) du banc de poissons (100).
18. Procédé de caractérisation selon la revendication 17, au cours duquel le système de pilotage (41 ) détermine, en fonction de ladite image tridimensionnelle, les positions respectives d’une pluralité de points situés sur le pourtour (101 ) du banc de poissons (100), et détermine une position du centre (C) du banc de poissons en fonction des positions de ces points.
19. Procédé de caractérisation selon l’une des revendications 17 et 18, au cours duquel la séquence des étapes de :
- commande de ladite pluralité d’émissions successives d’ondes sonores, et, pour chacune desdites émissions, acquisition des signaux d’écho captés par les récepteurs (12) du sonar (10) en réponse à l’émission considérée, puis détermination, à partir des signaux d’écho acquis en réponse à ladite pluralité d’émissions, d’une image tridimensionnelle représentative du contenu du volume d’observation (V),
- localisation du centre (C) du banc de poissons (100), et
- en cas de décalage du drone marin (1 ) par rapport au centre (C) du banc de poissons (100), déplacement du drone marin jusqu’au droit du centre (C) du banc de poissons,
est exécutée plusieurs fois successivement.
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