FR1465789A

FR1465789A - Système récepteur de signaux acoustiques directionnel à large bande

Info

Publication number: FR1465789A
Application number: FR43796A
Authority: FR
Original assignee: Edgerton Germeshausen and Grier Inc
Current assignee: PerkinElmer Inc
Priority date: 1964-12-28
Filing date: 1965-12-27
Publication date: 1967-01-13

Description

Système récepteur de signaux acoustiques directionnel à large bande.

La présente invention se rapporte généralement à
un système récepteur de signaux acoustiques amé
lioré et, plus particulièrement à un système hydro
phone ou géophone directionnel à large bande
amélioré ne montrant pratiquement aucune sensi
bilité le long de son axe longitudinal, tandis qu'il
montre un haut degré de sensibilité dans une direc
tion normale à l'axe longitudinal.

Les systèmes récepteurs de signaux acoustiques
trouvent d'importantes applications dans la détec
tion des objectifs sous-marins, aussi bien que dans
les sondages séismiques, où les réflexions séismiques
verticales sont reçues pour donner un profil trans
versal de la structure de la terre sous le fond marin.

Dans la conception des systèmes récepteurs de
signaux acoustiques, deux aspects se révèlent d'une
importance considérable. Le premier de ces aspects
se rapporte au besoin d'un système qui puisse être
opérationnel dans une bande de fréquences rela
tivement large, afin que le système soit capable
de différencier les objectifs des bruits venant de la
mer, des bruits provenant du bateau, aussi bien
que des autres turbulences qui peuvent être pré
sentes dans une large étendue d'eau, capable aussi "de différencier les diverses couches de terrain sous
le fond marin. Le second aspect, qui est néces
sairement lié au premier, se rapporte au désir d'un
système ayant un diagramme directionnel de
rayonnement suffisant, en vue principalement de
rejeter les bruits du bateau. En relation étroite
avec les deux aspects ci-dessus se trouve, bien en
tendu, le désir d'un système récepteur de signaux
acoustiques caractérisé par un large rapport signal
bruit.

Une bonne directivité du système récepteur de
signaux acoustiques est réalisée quand le système
ne montre pratiquement aucune sensibilité le
long de l'axe longitudinal, tandis qu'il montre un
haut degré de sensibilité dans une direction nor male à l'axe longitudinal. La présente invention concerne un système récepteur de signaux acoustiques à réseau linéaire, par opposition aux configurations en piston ou circulaires. L'expression mathématique du diagramme directionnel de rayon. nement des récepteurs à réseau linéaire est donnée par la formule

dans laquelle
P = la pression relative.

O = l'angle de plan normal à l'axe de la ligne de récepteurs;
N = le nombre d'éléments récepteurs;
d l'espacement des éléments récepteurs;
la longueur d'onde de l'énergie sonore.

On note, de l'expression ci-dessus, que le diagramme directionnel de rayonnement est fonction du nombre d'éléments récepteurs et de l'espacement entre les éléments relativement à la longueur d'onde de l'énergie sonore. On note aussi que, pour une fréquence donnée, un diagramme directionnel de rayonnement optimum peut être obtenu si les éléments récepteurs sont placés à une demi-longueur d'onde l'un de l'autre. On note encore, de l'expression ci-dessus, que le diagramme directionnel de rayonnement a d'autant plus de directivité que la ligne de récepteurs est plus longue, exprimée en longueurs d'onde.

Il est également important d'observer que si les éléments récepteurs d'un système linéaire sont espacés l'un de l'autre à des distances fixes, le diagramme directionnel de rayonnement change profondément avec la fréquence. Par exemple, si les éléments récepteurs sont espacés l'un de l'autre d'une demi-longueur d'onde, à une certaine fréquence, et si la fréquence est doublée, l'espacement entre les éléments, qui est fixe, est alors d'une longueur d'onde complète. Le diagramme directionnel de rayonnement change dès lors par l'appa- rition de lobes secondaires dans une direction parallèle à l'axe longitudinal, en augmentant la sensibilité des récepteurs le long de cet axe et en captant les bruits du bateau indésirables. Comme conséquence, l'utilité du système récepteur de signaux acoustiques est défavorablement influencée dans la détection des objectifs sous-marins, ou dans le sondage par écho des couches de terrain sous le fond marin si on utilise le système pour l'établissement de tracés séismiques.

De nombreuses tentatives ont été faites, avec plus ou moins de succès, pour réaliser un système récepteur de signaux acoustiques directionnel à large bande. L'une des méthodes consiste à donner au système récepteur une longueur de plusieurs longueurs d'onde à la plus basse fréquence d'in térêt, les éléments récepteurs étant espacés d'une demi-longueur d'onde à la plus haute fréquence de la bande. Pour une bande de fréquences de 20 à 1 600 cps, un système assez satisfaisant, adhérant à cette manière de traiter le problème, serait un système d'au moins 60 m de long et consistant en 128 éléments récepteurs environ. Même avec cette solution, le diagramme directionnel de rayonnement changerait profondément avec la fréquence et il deviendrait nécessaire de nuancer les éléments récepteurs individuels. Nuancer c)est-à- dire que les éléments récepteurs individuels seraient conçus avec différentes sensibilités, d'après l'expres- sion polynôme de Chebychefi. Une autre méthode fait intervenir un système récepteur de signaux acoustiques dans lequel les éléments récepteurs individuels sont inégalement espacés l'un de l'autre, comme déterminé par les techniques de synthèse.

De telles techniques exigent des mathématiques excessivement compliquées, une analyse par calculateur et la construction d'un modèle d'essai.

Le système récepteur de signaux acoustiques ré sultant serait relativement directif aux extremités haute et basse fréquence respectives du spectre, mais montrerait une directivité relativement médiocre dans la région centrale de la bande de fréquences. L'amélioration de la directivité du point central serait d'un coût prohibitif.

La présente invention se propose de réaliser un système récepteur de signaux acoustiques directionnel à large bande amélioré, simple et d'une construction relativement peu coûteuse, mais résolvant de façon satisfaisante -les problèmes énumérés ci-dessus. Plus spécifiquement, la présente invention se propose de réaliser un système récepteur de signaux acoustiques directionnel à large bande amélioré qui ne montre pratiquement aucune sensibilité le long de l'axe longitudinal, tandis qu'il
montre un haut degré de sensibilité dans une direc
tion normale à l'axe longitudinal.

L'objet principal de la présente invention est,
par conséquent, de réaliser un système récepteur
de signaux acoustiques directionnel à large bande
amélioré, d'une construction simple et, par consé
quent, relativement peu coûteuse. Plus spécifique
ment, l'un des objets de la présente invention est
de réaliser un système récepteur de signaux acous
tiques disposé linéairement et caractérisé par un
haut degré de directivité pour rejeter les bruits
du bateau indésirables. Un autre objet de l'inven-
tion est de réaliser un système récepteur de signaux
acoustiques directionnel adapté pour être utilisé
dans une large bande de fréquences.

D'autres objets de l'invention ressortent de la
description qui suit.

D'une façon générale, le système récepteur de
signaux acoustiques directionnel à large bande
amélioré de l'invention comprend une pluralité
de séries ou groupements de récepteurs disposés linéairement, chacune des séries ou groupements
de récepteurs du système étant conçue pour être
utilisée dans une bande de fréquences différente
équivalant à une octave, ou dans une fratcion de
bande, et consistant en un certain nombre de récep
teurs espacés l'un de l'autre d'une demi-longueur
d'onde, comme déterminé par la fréquence centrale
de la bande de fréquence d'une octave particulière,
ou de la fraction de bande, pour laquelle le groupe
ment particulier de récepteurs a été conçu
L'invention comprend, en conséquence, le sys
tème récepteur de signaux acoustiques directionnel
à large bande amélioré possédant la construction,
la combinaison d'éléments et la disposition des
pièces données en exemple dans la description dé
taillée qui suit.

Pour une compréhension plus complète de la
nature et des objets de l'invention, il convient
de se référer à la description détaillée qui suit,
considérée par rapport aux dessins qui l'accompa-
gnent, suivant lesquels
La figure 1 est une vue en coupe verticale d'un
système récepteur de signaux acoustiques direc
tionnel à large bande construit suivant l'invention
et la matérialisant, représenté comme étant remorqué
près de la surface d'une étendue d'eau;
La figure 2 est une représentation schématique
du système récepteur de signaux acoustiques direc
tionnel à large bande représenté à la figure 1,
révélant spécifiquement la relation mutuelle des
éléments intervenant;
La figure 3 montre le diagramme directionnel
de rayonnement, en traits pleins, d'un groupement
de récepteurs de signaux acoustiques, dans lequel
les récepteurs sont séparés par une demi-longueur
d'onde, et en traits interrompus le diagramme direc
tionnel de rayonnement du même groupement lorsque les récepteurs sont séparés l'un de l'autre par une longueur d'onde complète.

En se référant aux dessins, dans lesquels les mêmes numéros de référence se rapportent partout aux mêmes éléments, et en particulier aux figures 1 et 2, 10 indique un élément tubulaire élastique étanche à l'eau qui, en vue de la présente invention, est commodément divisé en une portion avant 12, logeant un isolateur et les éléments élec- troniques constitutifs du système, et en une portion arrière 14, conçue pour contenir une pluralité d'éléments récepteurs de signaux acoustiques espacés l'un de l'autre d'une manière décrite plus complètement ci-après et contenus dans un corps d'huile légère, telle que l'huile de ricin ou l'huile au silicone. Le remplissage de l'élément tubulaire résilient 10 avec une huile légère a pour but d'obtenir une flottabilité neutre pour le tube lorsqu'il est remorqué par un câble de remorque 16, lequel peut être commodément attaché à l'arrière 18 d'un bateau. En vue d'obtenir les meilleurs résultats, le flottement neutre de l'élément tubulaire 10 est conçu pour son remorquage à une profondeur d'environ 6 à 9 m sous la surface 11 d'une étendue d'eau. Les deux considérations majeures concernant le remorquage d'un système récepteur de signaux acoustiques linéaire sont de maintenir une profondeur constante et d'empêcher le système linéaire de dévier de sa route. La surface de séparation 11 entre l'air et l'eau étant un réflecteur presque parfait, le système récepteur de signaux acoustiques doit être maintenu à une profondeur suffisante, sinon les signaux réfléchis par la surface brouilleraient la réception directe des réflexions séismiques et rendraient confus leur enregistrement. L'idéal serait de remorquer le système récepteur de signaux acoustiques à la surface même 11 de l'eau, si ce n'était pour le fait que l'agitation de surface produit un grand nombre de bruits indésirables, ayant également une influence défavorable sur les enregistrements séismiques et la détection des objectifs.

La profondeur d'environ 6 à 9 m indiquée plus haut s'est révélée représenter un assez bon compromis.

Les divers éléments récepteurs de signaux acoustiques que peuvent comprendre les hydrophones, contenus dans la portion arrière 14 de l'élément tubulaire 10, définissent essentiellement plusieurs séries ou groupements d'hydrophones, chaque série ou groupement individuel étant conçu pour être utilisé dans une bande de fréquences d'une octave différente, ou dans une fraction de bande. Le nombre de séries ou groupements particuliers dépend, bien entendu, de la largeur de la bande pour laquelle le système est conçu. Plus large la bande de fréquences d'intérêt, plus de différentes séries ou groupements d'hydrophones seront nécessaires. Les dessins joints mettent en évidence un système hydrophonique qui est conçu pour maintenir un diagramme me directionnel de rayonnement relativement constant d'environ 50 à 800 cps et consiste en quatre séries ou groupements différents d'hydrophones désignés par les lettres majuscules A, B, C, et D.

Chacune de ces séries ou groupements d'hydrophones se compose d'au moins quatre éléments hydrophoniques. Il doit être indiqué, toutefois, que chacune de ces séries ou groupements peut, si on le désire, comprendre plus de quatre éléments hydrophoniques. Augmenter le nombre de ces éléments serait, cependant, augmenter nécessairement le coût du système et poser, en outre, certains problè- mes de manipulation.

Pour des raisons de commodité et de clarté de la présentation, ces quatre séries ou groupements d'hydrophones ont été choisies pour être utilisées dans les bandes d'une octave suivantes : série A pour une bande de fréquences de 50 à 100 cps, série
B pour une bande de 100 à 200 cps, série C pour une bande de 200 à 400 cps et série D pour une bande de 400 à 800 cps. Il doit être entendu, cependant, que toutes autres bandes de fréquences d'une octave ou fractions de bandes, peuvent être choisies, à la seule condition importante que chaque série successive soit à une octave ou fraction d'octave audessus de la série précédente. Le terme octave employé dans la présente description définit l'intervalle entre deux fréquences dans le rapport de deux à un. C'est ainsi, par exemple, que la première série étant conçue pour une octave, disons de 2 à 4 cps, la seconde série devrait être conçue pour une octave de 4 à 8 cps, et ainsi de suite.

La première série ou groupement d'hydrophones
A consiste dans les hydrophones 20, 22, 24 et 26.

Ainsi qu'on peut le constater, ces hydrophones sont espacés à distance égale l'un de l'autre et la distance entre les éléments hydrophoniques est d'une demilongueur d'onde, comme déterminé par la fréquence centrale de l'octave particulière pour laquelle cette série A a été conçue. Comme il a déjà été indiqué, cette première série ou groupement d'hydrophones
A est conçue pour une bande de fréquences de 50 à 100 cps. La fréquence centrale pour cette bande de fréquences peut être déterminée en multipliant la fréquence limite la plus basse par la racine carrée de 2, soit 50 fois s/2 = 70,71 cps, pour l'octave complète prise en exemple.

La fréquence centrale peut aussi être déterminée en divisant la fréquence limite la plus haute par la racine carrée de 2, soit 100 divisé par \/2. Le réalisateur du système hydrophonique peut procéder en partant de l'autre bout dans des situations telles qu'il a d'abord déterminé la fréquence centrale et désire ensuite obtenir les fréquences limites infé- rieure et supérieure pour la bande d'une octave.

En multipliant la fréquence centrale par la racine carrée de 2, on obtient la fréquence limite supérieure. La fréquence limite inférieure de l'octave est obtenue, d'autre part, en divisant la fréquence centrale par la racine carrée de 2.

La seconde série ou groupement d'hydrophones B comprend les hydrophones 30, 22, 32 et 24. Cette seconde série ou groupement d'hydrophones B est conçue pour la bande de fréquences de 100 à 200 cps.

Ici encore, ainsi qu'on peut le constater, ces hydre. phones sont espacés à égale distance l'un de l'autre et la distance entre les éléments hydrophoniques est d'une demi-longueur d'onde, comme déterminé par la fréquence centrale de cette seconde bande d'une octave. En utilisant l'une quelconque des méthodes de caLcul énumérées ci-dessus, la fréquence centrale de cette seconde bande d'une octave est d'environ 141,4 cps. La troisième série ou groupement d'hydrophones indiquée par la lettre majuscule C comprend les hydrophones 40 ,22, 42 et 32. Cette troisième série d'hydrophones C est conçue pour Ia bande de fréquences de 200 à 400 cps et ici aussi les hydrophones sont espacés à une distance égale l'un de l'autre et la distance entre les éléments hydrophoniques est d'une demi-longueur d'onde, comme déterminé par la fréquence centrale de cette troisième bande dune octave. En utilisant l'une quelconque des méthodes de calcul ci-dessus cette fréquence centrale pour cette troisième série C d'hydrophones est d'environ 282,8 cps. La quatrième série ou groupement d'hydrophones est indiquée par D et comprend les hydrophones 50, 22, 52 et 42. Ici encore ces hydrophones sont espacés à égale distance I'un de l'autre et Ia distance entre les éléments hydrophoniques est d'une demi-longueur d'onde, comme déterminé par la fréquence centrale de la quatrième bande de fréquences d'une octave, Iaquelle est de 400 à 800 cps. En utilisant l'une quelconque des méthodes de calcul ci-dessus, la fréquence centrale pour cette quatrième bande d'une octave est d'environ 565,6 cps.

Ainsi est représenté, aux figures 1 et 2, un système hydrophonique directionnel à large bande qui est opérationnel dans une bande de fréquences de 50 à 800 cps et consiste en quatre séries ou groupements d'hydrophones A, B, C et D. ll doit être
entendu que plusieurs autres séries ou groupements
d'hydrophones peuvent être introduites dans le
système, en augmentant par là la bande de fréquen
ces dans laquelle le système peut être opérationnel.

La longueur totale de ce système hydrophonique est
d'une longueur d'onde et demie, ce qui, exprimé en
pieds, comme déterminé par la fréquence centrale,
soit 70, 71 cps représentant ici la plus basse fré
quence d'une octave d'intérêt, donne environ 30 m.

Un système plus court manquerait de la directivité
suffisante pour rejeter les bruits du bateau indési
rables. Un système plus long montrerait une meil
leure directivité du diagramme directionnel de rayon nement mais le gain de directivité ainsi gagné ne serait pas justifié par le coût plus élevé du système.

Pour les mêmes raisons, un systeme de bandes d'une octave est suggéré.

La portion avant 12 de l'élément tubulaire contient l'isolateur et la partie électronique, et ajoute environ 1,80 m à la longueur de l'élément tubulaire 10. La plupart des éléments électroniques opérationnels du système, ainsi qu'il est décrit plus en détail ci-après avec référence à la figure 2, peuvent, si on le désire, être contenus dans cette portion avant 12 de l'élément tubulaire. De cette manière, seule la sortie globale finale de la totalité des séries ou groupements d'hydrophones est à supporter par le câble de remorque 16 pour être portée aux systèmes de traitement et d'enregistrement logés à bord du bateau.

Ainsi qu'on peut l'observer à l'examen des figures 1 et 2, Ia disposition des divers hydrophones, dans cette multiplicité de séries ou groupements hydrophoniques, donne un plus grand nombre d'éléments dans la portion centrale de l'élément tubulaire 10.

Ce positionnement des éléments hydrophoniques mdividuels renforce sensiblement le rapport signal bruit du système, puisqu'il a été trouvé que les niveaux de bruit ne sont pas constants sur la longueur axiale longitudinale 29 du système. ll a été trouvé, par exemple, que la portion centraIe du système hydrophonique linéaire était plus calme de quelques décibels que les portions extrêmes respectives. On doit prendre soin, toutefois, d'étudier la répartition de l'élément tubulaire 10, quant à la fiottabilité, de manière à ce qu'elle ne donne pas lieu à ce qu'on appelle en terme de métier angIo-saxon fish tai lino .

La figure 2, en particulier, qui est la représentation schématique du système hydrophonique directionnel à large bande représenté à la figure 1, révèle la relation mutuelle qui existe entre les éléments électroniques opérationnels du système. Ainsi qu'on peut le constater, chacun des éléments hydrophoniques du système est muni de son propre pré-amplificateur distinct, 21, 31, 41, 51, 23, 53, 43, 33, 25 et 27, respectivement. Ces pré-amplificateurs doivent avoir une grande impédance d'entrée et une faible impédance de sortie. La fonction de ces préamplificateurs est d'amplifier les signaux de sortie des divers éléments hydrophoniques.

Les sorties des pré-amplificateurs sont ensuite suivies par les amplificateurs intégrateurs 28, 38, 48 et 58, respectivement. 1l est à remarquer qu'il est prévu un de ces amplificateurs intégrateurs pour
chaque série ou groupement d'hydrophones A, B,
C et D. De cette manière, chacun des amplificateurs intégrateurs reçoit et fait la somme des sorties des
pré-amplificateurs des hydrophones respectifs com
posant la série ou groupement particulier d'hydrophones. C'est ainsi que l'amplificateur intégrateur 28 reçoit, ainsi qu'on peut le voir à la figure 2, les sorties des pré-amplificateurs 21, 23, 25 et 27, qui sont supportées par les conducteurs respectifs 13, 15, 17 et 19. De la même manière, l'amplificateur intégrateur 38 reçoit les sorties des pré-amplificateurs 31, 23, 33 et 25, qui sont supportées par leurs conducteurs respectifs 34, 36, 35 et 37. L'amplificateur intégrateur 48, qui reçoit les signaux de sortie des hydrophones représentant la troisième série ou groupement d'hydrophones C, est montré raccordé par les conducteurs respectifs 44, 46, 45 et 47 aux pré-amplificateurs 41, 23, 43 et 33, respectivement.

Le quatrième amplificateur intégrateur 58 reçoit les sorties des hydrophones représentant la quatrième série ou groupement d'hydrophones D, qui sont suivis par celui-ci par leurs conducteurs respectifs 54, 56, 55 et 57, montrés raccordés aux pré-amplificateurs 51, 23, 53 et 43, respectivement. Les signaux pré-amplifiés reçus par ces amplificateurs intégrateurs 28, 38, 48 et 58 de leurs quatre éléments hydrophoniques respectifs sont mélangés électroni- quement et amplifiés. Tout amplificateur intégrateur conçu pour la bande de fréquence particulière en cause peut être utilisé. Il est préférable, cependant, d'utiliser des amplificateurs intégrateurs monobloc montrant un haut degré de résistance aux chocs et à la détérioration. Les sorties électroniquement mélangées et amplifiées de ces amplificateurs intégrateurs 28, 38, 48 et 58 sont ensuite filtrées sélecti- vement à travers un nombre égal de filtres de bande 60, 62, 64 et 66, respectivement. Chacun de ces filtres de bande est conçu pour ne filtrer que la bande de fréquences particulière d'une octave pour laquelle la série ou groupement particulier d'hydrophones A, B, C ou D a été conçue. C'est ainsi, par exemple, que le filtre de bande 60, qui reçoit la sortie de l'amplificateur intégrateur 28 par l'intermédiaire du conducteur 61, est conçu pour la bande de fréquences de 50 à 100 cps et traite, par conséquent, les signaux uniquement pour cette gamme de fréquences. Le second filtre de bande 62, qui reçoit la sortie de l'amplificateur intégrateur 38 par l'intermédiaire du conducteur 63, est conçu pour une bande de fréquences de 100 à 200 cps et traite, par conséquent, les signaux uniquement pour cette gamme de fréquences. Le troisième filtre de bande 64, qui reçoit la sortie de l'amplificateur intégrateur 48 par l'intermédiaire du conducteur 65, est conçu pour une bande de fréquences de 200 à 400 cps et traite, par conséquent uniquement cette gamme de fréquences. Le quatrième filtre de bande 66, qui reçoit la sortie de l'amplificateur intégrateur 68 par l'intermédiaire du conducteur 67, est conçu pour la bande de fréquences de 400 à 800 cps et traite, par consé- quent, uniquement cette bande de fréquences.

Si le système hydrophonique doit comprendre plus de quatre séries ou groupements d'hydrophones A, B, C et D, comme représenté aux figures 1 et 2, il doit être prévu un amplificateur intégrateur supplémentaire, ainsi qu'un filtre de bande supplémentaire, pour chaque série ou groupement d'hydrophones supplémentaire. Bien entendu, la sélection du filtre de bande particulier est déterminée par les bandes de fréquences d'intérêt pour lesquelles les diverses séries ou groupements du système ont été conçues. C'est ainsi que chaque bande de fréquences est pourvue de sa configuration de groupement distincte fonctionnant dans cette bande de fréquences seulement et maintenant une largeur de faisceau constante dans cette gamme de fréquences. La sortie de chaque filtre de bande représente, par conséquent, une bande de signaux d'une octave différente ou fraction de bande. Ces différentes bandes de signaux des filtres de bande 60, 62, 64 et 66 sont ensuite portées par leurs conducteurs respectifs 71, 73, 75 et 77 à un amplificateur intégrateur final 70.

Dans cet amplificateur intégrateur final 70, les quatre séries de signaux sont électroniquement mélangées pour fournir un signal composite recouvrant les quatre bandes d'une octave ou fractions de bande d'intérêt et montrant un haut degré de directivité.

Ce signal de sortie composite de l'amplificateur intégrateur final 70 peut alors être transporté par un conducteur convenable contenu dans le câble de remorque 16 jusqu'aux systèmes de traitement et d'enregistrement situés à bord du bateau, où il peut être convenablement présenté et/ou enregistré.

Tout filtre conçu pour la bande de fréquences particulière d'intérêt peut être utilisé dans le système, mais ici encore il est préférable d'utiliser des filtres monobloc montrant un haut degré de résistance aux chocs et à la détérioration. Les mêmes considérations s'appliquent à la sélection de l'amplificateur intégrateur final 70. Tous ces éléments électroniques peuvent être commodément logés dans la portion avant 12 de l'élément tubulaire 10. Si toutefois le nombre de séries ou groupements d'hydrophones devait être tel qu'il rende la portion avant exagérément lourde, en exerçant ainsi une influence défavorable sur la flottabilité de l'élément tubulaire 10, il pourrait être plus avantageux d'enlever certains constituants électroniques de la portion avant 12 de l'élément tubulaire et d'installer ceux-ci à bord du bateau. Ceci exigerait naturellement l'incorpo- ration d'un conducteur coaxial différent dans le câble de remorque 16 adapté pour supporter plus que le signal composite, c'est-à-dire un certain nombre de signaux à transmettre jusqu'à bord du bateau.

La directivité du diagramme directionnel de rayonnement de chaque série ou groupement d'hydrophones A, B, C et D, qui compose le système, sera mieux expliquée en se reportant à la figure 3.

Ainsi qu'il a déjà été dit, chaque série ou groupement d'hydrophones A, B, C et D est conçue pour une bande de fréquences d'une octave particulière complète, chacune des séries ou groupements se
composant d'au moins quatre éléments hydrophoniques espacés à égale distance l'un de l'autre à une
demi-longueur d'onde, comme déterminé par la fré Equence centrale de cette bande d'une octave parti
culière. A la figure 3, 29 indique l'axe longitudinal
des divers hydrophones du système, lorsque celui-ci est opérationnel, remorqué par un bateau, 39 indi que, d'autre part, l'axe et/ou le plan normal à cet axe longitudinal.

Ainsi qu'il a déjà été indiqué, la présente invention a pour objet de réaliser un système d'hydrophone directionnel à large bande amélioré ne montrant pratiquement aucune sensibilité le long de l'axe longitudinal 29, tandis qu'il montre un haut degré de sensibilité dans une direction 39 normale à l'axe longitudinal. Etant donné qu'il a été constaté que dans un système hydrophonique les bruits produits par le bateau remorquant le système étaient les plus objectables, un diagramme directionnel de rayonnement doit être recherché dans une direction 39 normale à l'axe longitudinal 29. Un tel diagramme est représenté à la figure 3 en traits pleins, avec un lobe principal 72 et deux lobes secondaires 74 et 76, respectivement.

Un diagramme directionnel de rayonnement de cette nature est obtenu lorsque les éléments hydrophoniques individuels de la série ou groupement particulier d'hydrophones sont positionnes à une distance l'un de l'autre d'une demilongueur d'onde, comme déterminé par la fréquence centrale de l'octave particulière. La ligne 49, montrée à un angle 59 par rapport à l'axe et/ou au plan 39 normal à l'axe longitudinal, mesure la directivité du diagramme directionnel de rayonnement. Cet angle 59, qui représente le 0 de l'expression mathématique donnée au début de cette descrip

Claims

**ATTENTION** debut du champ CLMS peut contenir fin de DESC **. complète, chacune des séries ou groupements se composant d'au moins quatre éléments hydrophoniques espacés à égale distance l'un de l'autre à une demi-longueur d'onde, comme déterminé par la fré Equence centrale de cette bande d'une octave parti culière. A la figure 3, 29 indique l'axe longitudinal des divers hydrophones du système, lorsque celui-ci est opérationnel, remorqué par un bateau, 39 indi que, d'autre part, l'axe et/ou le plan normal à cet axe longitudinal. Ainsi qu'il a déjà été indiqué, la présente invention a pour objet de réaliser un système d'hydrophone directionnel à large bande amélioré ne montrant pratiquement aucune sensibilité le long de l'axe longitudinal 29, tandis qu'il montre un haut degré de sensibilité dans une direction 39 normale à l'axe longitudinal. Etant donné qu'il a été constaté que dans un système hydrophonique les bruits produits par le bateau remorquant le système étaient les plus objectables, un diagramme directionnel de rayonnement doit être recherché dans une direction 39 normale à l'axe longitudinal 29. Un tel diagramme est représenté à la figure 3 en traits pleins, avec un lobe principal 72 et deux lobes secondaires 74 et 76, respectivement. Un diagramme directionnel de rayonnement de cette nature est obtenu lorsque les éléments hydrophoniques individuels de la série ou groupement particulier d'hydrophones sont positionnes à une distance l'un de l'autre d'une demilongueur d'onde, comme déterminé par la fréquence centrale de l'octave particulière. La ligne 49, montrée à un angle 59 par rapport à l'axe et/ou au plan 39 normal à l'axe longitudinal, mesure la directivité du diagramme directionnel de rayonnement. Cet angle 59, qui représente le 0 de l'expression mathématique donnée au début de cette description, devrait être aussi petit que possible pour donner une bonne directivité. Si la même série ou groupement d'bydropbone ayant le diagramme directionnel de rayonnement indiqué en traits pleins devait être utilisée avec une bande de fréquences double de la bande de fréquences normale, l'espacement entre les éléments hydrophoniques individuels représenterait à ce moment une longueur d'onde complète pour la nouvelle bande d'une octave Le diagramme directionnel de rayonnement changerait alors consi dérabiement, ainsi que le montrent les traits interrompus dans la figure 3. Dans ce cas, le nouveau diagramme directionnel de rayonnement comprend drait un lobe principal 80 et les lobes secondaires développés 82 et 84, respectivement, en augmentant par là l'angle 59. Ainsi qu'il ressort nettement de la figure 3, l'aspect de ces larges lobes secondaires 82 et 84 augmenterait eonsidérablement la sensibilité du groupement bydrophonique le long de l'axe longitudinal 29, Ceci serait des plus objectables, car il en résulterait la détection des bruits par le bateau remorquant Ie système. Étant donné que chacune des séries ou groupe ments d'hydrophones A, B, C et D montre un dia gramme directionnel de rayonnement présentant l'aspect montré par les traits pleins de la figure 3, le système hydrophonique de l'invention, considéré comme un tout, comprenant ces multiples séries ou groupements, demeure constant dans la large bande de fréquences pour laquelle le système a été conçu. Alors que le système de l'invention a été décrit jusqu'à présent en le rapportant à un système de détection d'objectifs sous. marins ou d'enregistrement des secousses sismiques se produisant dans les couches de terrain sous les fonds marins, il peut être de même adapté pour être utilisé sur le sol ferme pour donner les tracés séismiques de la terre. Pour des applications de cette nature, il est préférable d'introduire des géophones au lieu d'hydrophones dans l'élément tubulaire 10. Ces géophones seraient alors disposés, de la même manière, en plusieurs séries ou groupements géophoniques, chaque série comprenant au moins quatre géophones et étant conçue pour une bande de fréquences particulière d'une octave, les géophones étant espacés à égale distance l'un de l'autre à une drmi-longueur d'onde, comme déterminé par la fréquence centrale de la bande d'une octave particulière. Le système géophonique sera alors un système directionnel adapté pour être utilisé dans la iarge bande de fréquences d'intérêt. La présente invention réalise ainsi un système récepteur de signaux acoustiques directionnel à Iarge bande amélioré, simple à construire etàutiliser, relativement peu coûteux à réaliser et ne montrant pratiquement aucune sensibilité le long de l'axe longitudinal, tandis qu'il montre un haut degré de sensibilité dans une direction normale à l'axe longitudinal. Entant donné que certaines modifications peuvent être apportées au système récepteur de signaux acoustiques directionnel à large bande décrit cidessus, sans s'écarter de l'objet de l'invention, il est bien entendu que tous les éléments contenus dans la description ou illustrés aux dessins qÜi l'accompagnent sont à interpréter à titre d'exemples et non dans un sens limitatif. RÉSUMÉ Système récepteur de signaux acoustiques directionnel à large bande, remarquable notamment par les points suivants considérés séparément ou en combinaisons 10 Le système récepteur de signaux acoustiques directionnel à large bande comprend une pluralité de séries de récepteurs disposés linéairement, dans lequel chacune desdites séries de récepteurs est conçue pour être utilisée dans une bande de fréquences différente, chacune des dites séries de récep. teurs consistant en un certain nombre de récepteurs espacés l'un de l'autre à une demi-longueur d'onde déterminée par la fréquence centrale de la bande de fréquences particulière.

20 Le système récepteur de signaux acoustiques directionnel à large bande comprend une pluralité d'éléments hydrophoniques disposés linéairement, dans lequel lesdits éléments définissent un certain nombre de séries d'hydrophones différentes, chacune desdites séries d'hydrophones étant conçue pour être utilisée dans une bande de fréquences différente, dans laquelle lesdits éléments hydropho. niques sont espacés à une demi-longueur d'onde l'un de l'autre à la fréquence centrale de la bande de fréquences particulière.
30 Le système récepteur de signaux acoustiques directionnel à large bande comprend une pluralité d'éléments géophoniques disposés linéairement, dans lequel lesdits éléments définissent un certain nombre de séries de géophones différentes, chacune desdites séries de géophones étant conçue pour être utilisée dans une bande de fréquences différente, dans laquelle lesdits éléments géophoniques sont espacés à une demi-longueur d'onde l'un de l'autre à la fréquence centrale de la bande de fréquences particulière.
40 Le système récepteur de signaux acoustiques directionnel à large bande comprend une pluralité d'hydrophones disposés linéairement, ladite pluralité d'hydrophones définissant une multiplicité de séries d'hydrophones, dans lequel chacune desdites séries est conçue pour être utilisée dans une bande de fréquences différente, chacune des bandes de fréquences successives en rapport avec la bande précédente étant caractérisée par des fréquences ayant un rapport de deux à un, les éléments hydrophoniques étant placés dans chacune desdites séries à une distance d'une demi-longueur d'onde l'un de l'autre, comme déterminé par la fréquence centrale de la bande de fréquences particulière, une pluralité de pré-amplificateurs pour chacun desdits éléments hydrophoniques disposés linéairement couplés opérationnellement avec lesdits éléments, une série d'amplificateurs intégrateurs, un desdits amplificateurs intégrateurs étant prévu pour chacune desdites séries d'hydrophones utilisée dans une bande de fréquences particulière et étant raccordé opérationnellement auxdits pré-amplificateurs dans chacune desdites séries, une pluralité d'éléments filtrants, un élément étant prévu pour chacune desdites bandes de fréquences différentes et étant couplé avec son amplificateur intégrateur respectif pour filtrer la sortie de chacun des dits amplificateurs intégrateurs pour la bande de fréquences particulière, et un amplificateur intégrateur raccordé opérationnellement avec chacune desdites pluralités d'éléments filtrants pour intégrer les signaux pour toutes lesdites bandes de fréquences différentes.
50 Le système récepteur de signaux acoustiques directionnel à large bande comprend une pluralité de géophones disposés linéairement, ladite pluralité de géophones définissant une multiplicité de séries de géophones, dans lequel chacune desdites séries est conçue pour être utilisé dans une bande de fréquences différente, chacune des bandes de fréquences successives en rapport avec la bande précédente étant caractérisée par des fréquences ayant un rapport de deux à un, les éléments géophoniques étant placés dans chacune desdites séries à une distance d'une demi-longueur d'onde l'un de l'autre, comme déterminé par la fréquence centrale de la bande de fréquences particulière, une pluralité de pré-amplificateurs pour chacun desdits éléments géophoniques disposés linéairement couplés opérationnelle. ment avec lesdits éléments, une série d'amplificateurs intégrateurs, un desdits amplificateurs intégrateurs étant prévu pour chacune desdites séries de géophones utilisée dans une bande de fréquences particulière et étant raccordé opérationnellement auxdits pré-amplificateurs dans chacune desdites séries, une pluralité d'éléments filtrants, un élément étant prévu pour chacune desdites bandes de fréquences différentes et étant couplé avec son amplificateur intégrateur respectif pour filtrer la sortie de chacun desdits amplificateurs intégrateurs pour la bande de fréquences particulière, et un amplificateur intégrateur raccordé opérationnellement avec chacune des dites pluralités d'éléments filtrants pour intégrer les signaux pour toutes lesdites bandes de fréquences différentes.
60 Le système récepteur de signaux acoustiques directionnel à large bande comprend une pluralité d'hydrophones disposés linéairement, ladite pluralité d'hydrophones définissant un certain nombre de groupements d'hydrophones, chacun desdits groupements d'hydrophones étant conçu pour être utilisé dans une bande de fréquences différente, de manière à ce que chaque bande de fréquences successive en rapport avec la bande précédente soit caractérisée par des fréquences ayant un rapport de deux à un, chacun desdits groupements d'hydrophones consistant en un certain nombre d'hydrophones espacés l'un de l'autre à une demi-longueur d'onde, comme déterminé par la fréquence centrale de la bande de fréquences particulière, une pluralité de pré-amplificateurs, un pour chacun desdits hydrophones et couplé opérationnellement audit hydrophone, un certain nombre d'amplificateurs intégrateurs, un desdits amplificateurs intégrateurs étant conçu pour lesdits pré-amplificateurs et raccordé opérationnellement avec ceux-ci dans chacun desdits groupements d'hydrophones, une pluralité d'éléments filtrants, un desdits éléments étant couplé opérationnellement avec un desdits amplificateurs intégrateurs et étant conçu pour filtrer ladite bande de fréquences particulière, et un amplificateur inté grateur pour recevoir les sorties de chacun desdits éléments filtrants.

7 Le système récepteur de signaux acoustiques directionnel à large bande comprend une pluralité de géophones disposés linéairement, ladite pluralité de géophones définissant un certain nombre de groupements de géophones, chacun des dits groupements de géophones étant conçu pour être utilisé dans une bande de fréquences différente, de manière à ce que chaque bande de fréquences successive en rapport avec la bande précédente soit caractérisée par des fréquences ayant un rapport de deux à un, chacun desdits groupements de géophones consistant en un certain nombre de géophones espacés l'un de l'autre à une demi-longueur d'onde, comme déterminé par la fréquence centrale de la bande de fréquences particulière, une pluralité de pré-amplifica- teurs, un pour chacun desdits géophones et couplé opératiolmeSlement audit géophone, un certain nombre d'amplificateurs intégrateurs, un des dits amplificateurs intégrateurs étant conçu pour lesdits pré-amplificateurs et raccordé opérationnellement avec ceux-ci dans chacun desdits groupements de géophones, une pluralité d'éléments filtrants un desdits éléments étant couplé opérationnellement avec un des dits amplificateurs intégrateurs et étant conçu pour filtrer ladite bande de fréquences particulière, et un amplificateur intégrateur pour recevoir les sorties de chacun desdits éléments filtrants.