FR2478823A1 - Sonar a effet doppler a arrangement parametrique - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN SONAR ACTIF A EFFET DOPPLER. ELLE SE RAPPORTE A UN SONAR ACTIF A EFFET DOPPLER A ARRANGEMENT PARAMETRIQUE QUI COMPORTE UNE LENTILLE ACOUSTIQUE 1 AYANT UNE PARTIE CENTRALE 4 EN FORME DE DISQUE PLAT ET UNE PARTIE ANNULAIRE EXTERNE DELIMITEE PAR DEUX SURFACES CONCAVES 4 ET FORMANT UNE LENTILLE CONVERGENTE. PLUSIEURS TRANSDUCTEURS 2, 2 SONT PLACES ENTRE LA LENTILLE ET LE PLAN FOCAL CONTENANT DES POINTS 6 AFIN QUE DES FAISCEAUX ACOUSTIQUES COLLIMATES 3 SOIENT EMIS PAR LA REGION CENTRALE 4 ALORS QUE L'ENERGIE REFLECHIE EST TRANSMISE PAR TOUTE LA PARTIE ANNULAIRE DE LA LENTILLE A. APPLICATION AUX SONARS UTILISES POUR GRANDES PROFONDEURS.

Description

La présente invention concerne un sonar à effet Doppler à arrangement

paramiétrique, et plus précisément un tel sonar, parfois appelé "radar ultrasonore",à effet!Dopppler

et destiné à être utilisé en mer en eau profonde.

Le sonar à effet Doppler couramment utilisé pour la navigation marine, la mesure de vitesse ou analogue est

déjà connu. Cet appareil comprend de façon générale un dis-

positif destiné à projeter un faisceau acoustique en direc-

tion inclinée vers le bas, vers le fond de l'océan. L'éner-

gie réfléchie par ce fond revient vers le radar et elle est

analysée et traitée afin qu'elle donne l'information voulue.

En eau relativement peu profonde, le signal ré-

fléchi est suffisamment intense pour que l'analyse soit précise. Cependant, en eau profonde, le signal est très atténué si bien que, lorsqu'il parvient au sonar,

il ne permet pas des mesures précises.

Le brevet français n0 72.24 233 décrit un dispo-

sitif donnant des mesures utilisables en eau profonde aussi bien qu'en eau peu profonde. Dans cet appareil, les signaux

sont réfléchis par le fond en eau relativement peu profonde.

Lorsque la couche d'eau est plus épaisse, un dispositif de

déclenchement permet l'échantillonnage de l'énergie réflé-

chie par les discontinuités présentes dans l'eau, à des dis-

tances spécifiées du navire. Ce brevet français décrit aussi une installation du type "Janus" dans laquelle des paires de faisceaux acoustiques sont lancées en directions inclinées

vers le fond de l'océan afin qu'ils possèdent des composan-

tes en directions horizontales opposées. Le déplacement ho-

rizontal du navire dans le plan des faisceaux est détecté par l'augmentation de la fréquence du signal réfléchi, dans un faisceau, et la réduction de fréquence de l'autre signal réfléchi.

Dans une variante, on a proposé l'utilisation d'ar-

rangements paramétriques en eau profonde. La théorie fonda-

mentale d'une utilisation paramétique est décrite par exemple dans l'article de P.J. iesterveldt, vol.35 de the Journal of the Acoustical

Society of America, avril 1963, "Parametric Acoustic Array".

Dans cet article, l'auteur propose le lancement d'ondes ayant des fréquences différentes sous forme de deux faisceaux sonores très collimatés. Selon cette théorie, les propriétés d'absorption du fluide de propagation doivent atténuer les ondes à haute fréquence et permettre à l'onde résultante à basse fréquence de se propager dans une zone éloignée de la source. Dans un autre article paru sous le titre "On the Performance of a Dual Frequency Parametric Source" dans le

volume 55 du même Journal en janvier 1974, F.H. Fenlon pré-

sente une discussion théorique concernant la formation d'un

signal de fréquence différente en champ lointain dû à l'in-

teraction non linéaire dans le fluide de propagation lors-

que deux ondes primaires à des fréquences différentes sont émises simultanément par une source d'amplitude finie. On

a essayé diverses dispositions destinées à former des ar-

rangements paramétriques utilisables en pratique en mer.

Dans certaines des dispositions, une lentille acoustique convergente collecte l'énergie acoustique réfléchie et la focalise sur les transducteurs qui se trouvent dans le plan focal de la lentille. Cependant, dans un tel arrangement, les transducteurs doivent être relativement petits afin

qu'ils totalement irradiés par les ondes sonores concentrées.

Si on utilise alors de tels transducteurs pour la création de l'onde acoustique très puissante qui est nécessaire, ces

transducteurs subissent une cavitation extrêmement impor-

tante et ne donnent pas satisfaction étant donné leur fai-

ble surface d'émission. En outre, la production simultanée de plusieurs faisceaux d'énergie élevée peut provoquer une

cavitation dans la région d'intersection du faisceau.

L'invention remédie à ces inconvénients ou au

moins en réduit l'acuité.

Plus précisément, un sonar ou radar ultrasonore

Doppler à arrangement paramétrique selon l'invention com-

porte plusieurs transducteurs du type à piston, disposés chacun de manière qu'ils émettent et reçoivent de l'énergie acoustique, suivant un axe spécifié différent, un dispositif d'excitation de chaque transducteur pendant des intervalles

spécifiés de temps à l'aide d'un signal comprenant une com-

binaison d'une première et d'une seconde fréquence primaire

d'excitation, une lentille acoustique ayant une partie annu-

laire de concentration de rayons entourant une région centrale qui ne dévie pratiquement pas un faisceau passant dans cette région centrale, chacun des transducteurs ayant un diamètre suffisaimment, grande pour qu'il puisse lancer un faisceau

acoustique sensiblement collimaté suivant l'axe de ce trans-

ducteur avec une orientation telle que le faisceau collimaté passe dans la région centrale de la lentille0 chacun des transducteurs étant en outre placé en avant du plan focal

de la partie convergente de la lentille afin qu'il inter-

cepte pratiquement la totalité de l'énergie acoustique ré-

fléchie par une cible éloignée et passant dans la lentille,

suivant l'axe du transducteur.

De préférence, la lentille acoustique utilisée est pleine et a une partie centraleen forme de disque plat et une

partie externe biconcave et elle est combinée à plu-

sieurs transducteurs acoustiques ayant de grandes surfaces d'émission pouvant fournir une puissance élevée, destinés

à former des faisceaux collimatés d'amplitude élevée trans-

mis par la partie centrale de la lentille. L'ouverture de l'ensemble de la lentille est utilisée pour la capture de l'énergie réfléchie par une cible éloignéeo Un dispositif de déphasage empêche l'addition des maxima de pression au centre de la lentille et évite ainsi la cavitationo

D'autres caractéristiques et avantages de l'inven-

tion ressortiront mieux de la description qui va suivre,

faite en référence aux dessins annexes sur lesquels: - la figure 1 est un schéma illustrant la mise en oeuvre de l'appareil selon l'invention; - la figure 2 est un graphique représentant des variations de pression créées par un transducteur émetteur dans l'appareil selon l'invention;

les figures 3, 4 et 5 sont des diagrammessynop-

tiques ou des schémas représentant des dispositifs d'exci-

tation des transducteurs; et

- la figure 6 est un diagramme synoptique repré-

sentant un circuit utile dans un système du type "Janus".

Avant la description d'un mode de réalisation

avantageux de l'invention, on considère certains phénomènes fondamentaux. Dans l'application de la technologie

du sonar à effet Doppler, les faisceaux étroits d'éner-

gie acoustique doivent être formés dans certaines directions

voulues. Les faisceaux étroits sont projetés par des trans-

ducteurs électro-acoustiques lorsque la dimension de l'ou-

verture des transducteurs émetteurs est importante par rap-

port à la longueur d'onde du faisceau.

Les sonars actifs à effet Doppler fonction-

nant à des hauteurs modérées au-dessus du fond de l'océan peuvent mettre en oeuvre des ondes acoustiques à fréquence

supérieure à celles qui sont destinées à atteindre les gran-

des profondeurs du fond de l'océan étant donné les pertes croissantes par absorption du fluide de l'océan lorsque la fréquence augmente. Comme la longueur d'onde est inversement proportionnelle à la fréquence, il faut de grandes surfaces d'émission pour la formation de faisceaux étroits dans les radars ultrasonores à effet Doppler destinés à être utilisés en eau profonde à distance du fond de l'océan. Par exemple,

on peut former un faisceau de 3 à 200 kHz avec un radia-

teur de 15,2 cm pouvant être utilisé dans des profondeurs d'eau pouvant atteindre 300 m. Pour des profondeurs de l'ordre de 6 km, il faut une fréquence de 10 kHz, et un

faisceau de 3 nécessite une ouverture d'émission de quel-

ques 3 m de diamètre.

Comme on ne peut évidemment pas utiliser en prati-

que des transducteurs aussi importants, on a proposé l'uti-

lisation de dispositifs acoustiques non linéaires sous for-

me d'un arrangement paramétrique pour la création d'un faisceau à faible fréquence, avec de petites ouvertures d'émission. Cette technique met en oeuvre la propriété de l'eau à créer de façon non linéaire un faisceau étroit d'énergie acoustique à basse fréquence par interaction de deux faisceaux colinéaires à haute fréquence, mais ayant des

fréquences légèrement différentes. Par exemple, le transduc-

teur de 15,2 cm, fonctionnant à 200 kHz et formant un fais-

ceau de 30, comme indiqué précédemment, peut être excité à deux fréquences telles que 205 et 195 kHz et, étant donné le défaut de linéarité du comportement de l'eau de l'océan, il peut former un faisceau secondaire d'ondes acoustiques à 10 kHz en champ lointain avec une divergence qui n'est que

de l'ordre de 40. Cependant, dans de tels systèmes, le rende-

ment de coversion est faible si bien que les faisceaux pri-

maires doivent avoir une puissance considérable pour que le

faisceau secondaire ait une énergie suffisant à un fonction-

nement efficace.

Cependant, le grand avantage offert par un arrange-

ment paramétrique pour la réduction de la dimension des pro-

jecteurs acoustiques est limité par le fait que le transduc-

teur électro-acoustique doit être sensible à des signaux

d'écho extrêmement faibles provenant du fond de l'océan.

Dans tous les dispositifs traitant des signaux de sonar, il est souhaitable que l'ouverture réceptrice soit importante afin que la quantité d'énergie du signal renvoyé qui est obtenue soit aussi grande que possible. Cet "indice de directivité" implique à nouveau l'utilisation d'une grande ouverture de transducteur et en conséquence il est souhaitable d'utiliser des faisceaux étroits de drectivité élevée afin que le signal soit accru et le bruit de fond réduit. Par exemple, une ouverture de diamètre égal à 76 cm environ est souhaitable pour que le rapport

signal/bruit soit suffisant dans un système à quatre fais-

ceaux et à arrangement paramétrique destiné à être utilisé en mer à grande profondeur. Ainsi, bien que la technique connue suggère l'utilisation de transducteurs paramétriques relativement petits pour le lancement des ondes acoustiques,

des dispositifs récepteurs relativement grands sont cepen-

dant nécessaires. Ainsi, dans un système comprenant les

quatre transducteurs paramétriques de 15,2 cm indiqués pré-

cédemment, il faut quatre dispositifs récepteurs de 76 cm pour un seul arrangement en phase de 76 cm. Cependant, de

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tels arrangements en phase de grande dimension et de tels dis-

positifs récepteurs multiples de grande dimension représen-

tent une complexité, une dimension et un coût qui sont in-

désirables. L'appareil selon l'invention permet l'obtention d'une grande ouverture et d'une directivité élevée dans le cas d'un système à plusieurs faisceaux, avec une dimension,

une complexité et un coût réduits.

La littérature suggère l'utilisation d'une lentil-

le convergente combinée à un certain nombre de petits trans-

ducteurs, égal au nombre de faisceaux à créer, chaque trans-

ducteur étant placé dans le plan focal de la lentille. Ce-

pendant, comme, pour une telle disposition, les transducteurs se trouvent au foyer, ils doivent obligatoirement avoir un petit diamètre afin qu'ils éclairent la lentille avec un front d'onde sphérique permettant la formation d'une onde plane avec un faisceau étroit. Comme la création paramétrique nécessite une puissance élevée pour l'obtention d'énergie

raisonnable dans les faisceaux secondaires, une telle dis-

position connue poserait des problèmes importants de

cavitation sur la petite face active des transducteurs.

L'appareil selon l'invention tire avantage de

l'aptitude d'une lentille à concentrer l'énergie qui par-

vient sur elle dans une ouverture large et à focaliser cette énergie dans une petite région. Des rayons parallèles d'un

plan d'incidence, provenant en direction particulière, con-

servent leur orientation par rapport à la lentille si bien que plusieurs transducteurs séparés de la lentille par une distance inférieure à la distance focale peuvent recevoir l'énergie de directions particulières, déterminées par l'angle formé par l'axe de la lentille et l'axe passant par le centre de la lentille et le transducteur. Comme les transducteurs ne sont pas placés dans le plan focal, ils peuvent être suffisamment grands pour permettre l'émission de l'énergie relativement élevée nécessaire et simultanément ils permettent la formation d'un faisceau collimaté qui se

propage par une partie centrale plane de la lentille.

La figure 1 représente une disposition avantageuse

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de lentille et de transducteurs. Une lentille acoustique est utiliseeavec un certain nombre de transducteurs paramétriques 2, 2' dont les surfaces correspondent à la puissance qui doit

être transmise dans une application particulière. Ces trans-

ducteurs 2, 2" sont suffisaiment grands pour que, par trans- mission, ils forment des faisceaux collimatés étroits ayant

la fréquence et la puissance élevées des faisceaux primaires.

Ces faisceaux collimatés 3 passent dans la partie centrale

parallèle 4 de la lentille 1 sans être modifiés.

Comme indiqué sur la figure 1, la lentille acous-

tiqcue 1 peut. être considérée comme une lentille hybride en

ce qu'elle comprend une partie centrale 4 en forme de dis-

que entourée par une partie annulaire convergente délimitée par deux surfaces concaves 49 La partie annulaire convergente de la lentille 1 concentre le signal réfléchi par le fond de l'océan sur les transducteurs. La partie centrale 4 constitue une partie ilneutre" en ce qu'elle permet le passage pratiquement sans

modification des faisceaux collimatés 3.

Ainsi, les rayons parallèles incidents 5 traver-

sent la partie annulaire courbe de la lentille 1 et conver-

gent vers le plan focal contenant le foyer 6. Cependant,

comme chaque transducteur 2, 2' est à une distance infé-

rieure à la distance focale de la lentille, les rayons se

répartissent sur la surface du transducteur. Le petit fais-

ceau de rayons parallèles pénétrant dans la partie centrale plate "neure" 4 de la lentille 1 parvient aux transducteurs avec un faible écart de phase par rapport aumrayorspériphé rique et n'affecte pas en pratique les caractéristiques de réception Etant donné la surface relativement grande de chaque transducteur 2, 2, celui-ci intercepte pratiquement

la totalité des rayons incidents, correspondant à ce trans-

ducteur, bien que celui-ci se trouve en avant du foyer.

Comme le transducteur est plus proche de la lentille 1 que

le foyer, la dimension totale de l'ensemble est réduite.

Cette réduction de dimension est importante dans les ins-

tallations des navires dans lesquelles la lentille 1 se

trouve au ras de la coque du navire et l'épaisseur de l'en-

semble détermine l'espace nécessaire au montage.

Il faut noter que le décalage de chaque transduc-

teur 2, 2' vers la lentille peut être obtenu dans un cas idéal uniquement lorsque la surface du transducteur est sphérique et a un rayon de courbure égal à la distance de

cette surface au foyer puisque ce n'est que dans ces cir-

constances que la surface du transducteur reçoit tous les rayons en phase et permet donc leur addition. Cependant, il faut noter que la surface plane peut être utilisée parce

que le déphasage est rendu très faible du fait de la fré-

quence relativement faible des signaux reçus. Le transduc-

teur à surface plane est avantageux car sa fabrication est facile et il permet la formation d'une structure moins coûteuse. Il faut noter que la partie centrale plate 4 de la lentille 1 peut être éliminée si bien que les faisceaux

3 peuvent en réalité passer dans un trou formé dans la len-

tille. Cependant, cette disposition n'est pas habituelle-

ment avantageuse car elle pourrait provoquer des perturba-

tions hydrodynamiques le long du fond du navire, avec une

réduction correspondante des caractéristiques de l'appareil-

lage et du navire.

La lentille 1 elle-même est avantageusement formée

d'une matière plastique telle que le polystyrène, le polymétha-

crylate de méthyle ou une mousse de résine époxyde syndio-

tactique, ayant des impédances acoustiques spécifiques qui ne diffèrent pas notablement de celles de l'eau et dont

l'absorption acoustique est faible. Etant donné que la vi-

tesse de propagation dans ces matières est supérieure à celle dans l'eau, leur indice de réfraction est inférieur

à 1,0. Pour cette raison, les courbures dans la partie an-

nulaire de la lentille 1 sont négatives, c'est-à-dire contraire de celles qu'on peut prévoir habituellement pour la réalisation

d'une lentille.

Suivant les techniques paramétriques connues, cha-

que transducteur 2, 2' est excité par des signaux à deux fré-

quences destinés à former un faisceau émis. Etant donné le comportement non linéaire de l'eau, il se forme un faisceau

secondaire dans une région éloignée de la coque du navire.

Ce faisceau secondaire a une fréquence égale à la différence des fréquences primaires utilisées pour l'excitation des transducteurs. Le faisceau secondaire est réfléchi par le fond de l'océan et revient dans la région de la lentille au niveau de laquelle il est dirigé sur le transducteur

particulier dont le signal provenait.

Par exemple, la configuration représentée sur la figure 1 correspond aux valeurs suivantes: - fréquence primaire deux fréquences centrées autour de 200 kHz - fréquence secondaire: 0-20 kHz - puissance primaire: 200 W par fréquence - transducteurs: piston circulaire, diamètre ,2 cm configuration: quatre faisceaux décalés de 15 dans deux plans perpendiculaires

- description des lentilles

matière: polystyrène distance focale: 1,4 m, dessin biconcave réduisant au miin.iu l'aberration sphérique rayons de courbure: 172 et 68 cm - distance transducteurs-lentille: 99 cm Il faut se rappeler que chaque transducteur 2, 2' est excité par une source à deux fréquences qui est décrite

dans la suite du présent mémoire.

Comme indiqué sur la figure 2, une onde 7 repré-

sente l'onde de pression émise par un transducteur émetteur 2 ou 2' dans l'appareil. Selon des principes bien connus,

l'onde 7 est essentiellement une onde sinusoïdale à modu-

lation sinusoïdale, car elle représente la somme de-deux

ondes sinusoïdales primaires ayant des fréquences légère-

ment différentes.

Le renforcement périodique apparaît lorsque les

phases s'ajoutent et disparaît lorsqu'elles se soustraient.

La période 8 représente la période de la fréquence diffé-

rence (secondaire), ce signal étant créé par l'effet de

démodulation créé dans la colonne d'eau du fait du compor-

tement non linéaire de ce fluide. De manière analogue, l'on-

de 9 de la figure 2 représente l'onde de pression,tracée à la même échelle des temps que l'onde 7, lorsque l'une des ondes sinusoïdales primaires est déphasée de 1800. Comme décrit dans la suite, ce déphasage de 1800 est souhaitable car, comme l'indique la figure 2, les maxima de pression d'une onde apparaissent en même temps que les minima de pression

de l'autre onde.

Il faut aussi noter sur la figure 2 que, malgré le fait que le déphasage est obtenu à la haute fréquence primaire, le déphasage voulu est obtenu sur l'échelle des temps de la faible fréquence secondaire. De cette manière, le défaut de coïncidence des maxima de pression peut être maintenu à une différence de la moitié de la longueur d'onde

secondaire dans l'espace physique si bien que toute une ré-

gion qui entoure la partie 4 de la lentille peut être dé-

pourvue de la somme des deux maxima de pression. Par exemple,

dans un système du type décrit précédemment, pour une dif-

férence de fréquences de 10 kHz, deux transducteurs placés

à 99 cm du centre de la lentille et séparés l'un de l'au-

tre par 56 cm ne présentent pas de coïncidence de phase jusqu'à ce que les ondes atteignent une distance qui se trouve à 13,5 cm du centre de la lentille. Cette distance

correspond presque au double de la largeur de l'intersec-

tion des deux faisceaux collimatés dans cette région.

Dans un système du type "Janus" mettant en oeuvre quatre transducteurs régulièrement espacés autour de l'axe de la lentille, la seconde paire de transducteurs est de préférence excitée de manière que la phase primaire du premier transducteur de cette paire soit décalée de 900 et que la phase primaire du second de ces transducteurs soit

décalée de 270 afin que la différence de 1800 soit conser-

vée dans la seconde paire. Ainsi, il n'y a jamais deux des quatre signaux émis dont les amplitudes de crête s'ajoutent

dans la partie 4 de la lentille.

l1 Les figures 3 et 4 sont des diagrammes de circuits de couplage des transducteurs.à une alimentation destinée à

donner les déphasages indiqués sur la figure 2. Dans le cir-

cuit de la figure 3, deux signaux f1 et f2; représentant chacun une fréquence primaire voulue, sont ajoutés dans un circuit additionneur 10. De tels circuits sont bien connus dans la technique et ils transmettent un signal analogique représentant une simple sonmme de deux signaux sinusoïdaux et correspondant par exemple à la forme d'onde 7 de pression représentée sur la figure 2o Le signal de sortie du circuit

est transmis par un amplificateur linéaire 1il au trans-

ducteur 2.

La fréquence fi d'excitation primaire est aussi transmise à un second circuit additionneur 10o. Le signal primaire f2 d'excitation parvient aussi, par l'intermédiaire d'un circuit déphaseur 12, au circuit 10u afin que l'ensemble forme une fréquence somrle déphaséeo Ce dernier signal est transmis par un amplificateur linéaire 11' au transducteur 2' si bien que la paire de transducteurs 2, 2' transmet des

signaux de sortie ayant le déphasage indiqué pour les for-

mes d'onde 7 et 9 de la figure 2o Les hommes du métier peuvent noter que, bien que la discussion qui précède concerne deux transducteurs 2 et 2', on peut aussi utiliser une combinaison d'au moins trois

transducteurso Dans ces conditions, chaque transducteur.

supplémentaire est excité par l'intermédiaire de circuits

d'addition, d'amplificateurs linéaires et de circuits dé-

phaseurs correspondants. Cependantg les circuits déphaseurs utilisés dans ces applications sont réglés afin qu'ils don= nent des déphasages correspondants plus faibles de manière que les faisceaux émis par les transducteurs individuels,

dans la combinaison donnée, présentent des déphasages équi-

angulaires les uns par rapport aux autreso

Dans une variante, le circuit avantageux représen-

té sur la figure 4 peut être utilisé pour le couplage des fréquences d'excitation primaire à la paire de transducteurs

2, 2'. Dans le circuit de la figure 4, les fréquences d'ex-

citation primaire fi et f2 sont transmises par des amplifi-

cateurs individuels 13 et 14 de puissance à un coupleur

hybride classique 15. Les signaux de sortie des canaux som-

me et différence du coupleur 15 parviennent aux transduc-

teurs 2 et 2' respectivement. Le circuit de la figure 4 pré-

sente l'avantage de ne pas nécessiter d'amplificateur liné-

aire puisque seuls des signaux primaires d'excitation de

niveau constant sont amplifiés avant l'addition. Les am-

plificateurs doivent donner le niveau voulu de sortie mais

ils n'ont pas à reproduire avec fidélité une enveloppe va-

riable. La sommation est assurée à un niveau élevé par le

coupleur 15 qui est un dispositif à quatre canaux dans le-

* quel deux canaux forment les entrées et deux autres les

sorties qui transmettent un signal équivalent à une combi-

naison des signaux primaires d'excitation. Les coupleurs

hybrides de divers types sont bien connus des hommes du mé-

tier mais, en général, ils constituent des versions d'un

pont électrique équilibré et sont disponibles dans le com-

merce en général avec diverses puissances et fréquences no-

minales.

La figure 5 représente à titre illustratif un tel

exemple de coupleur hybride qui peut être utilisé. Le cou-

pleur comprend essentiellement un'pont équilibré 16 excité par un transformateur 17 à prise centrale déterminée avec précision. Les signaux d'entrée sont transmis aux canaux 18 et 19 respectivement et les signaux de sortie sont prélevés dans des canaux somme et différence. Le transformateur 17 est destiné à corriger l'échelle des tensions d'entrée et a habituellement un isolement convenable par rapport à la

masse.

La figure 6 représente un circuit d'excitation d'un système à quatre faisceaux tel qu'un sonar à effet Doppler du type "Janus", et ayant le type de circuit

excitateur représenté sur la figure 4. En plus des amplifi-

cateurs 13 et 14 et du coupleur 15 de commande des transduc-

teurs 2 et 2', décrits en référence à la figure 4, le cir-

cuit de la figure 6 comporte des amplificateurs supplémen-

taires de puissance 20 et 21 destinés à exciter un coupleur hybride 22 qui alimente lui-même une seconde paire de transducteurs 23, 23'. Les amplificateurs de puissance,

le coupleur et les transducteurs sont analogues aux élé-

ments correspondants de la figure 4, bien que l'amplifica- teur 21 de puissance soit commandé par la fréquence primaire d'excitation f2 transmise par l'intermédiaire d'un circuit déphaseur 24 de 90 . Le circuit de la figure 6 permet la formation par chaque paire de transducteurs 2, 2'et 23, 23' de deux ondes de sortie comme représenté par les formes d'onde 7 et 9 de la figure 2. Cependant, la paire d'ondes formée par les transducteurs 23 et 23' est déphasée de 900

par rapport à la paire d'ondes des transducteurs 2 et 2'.

Ce déphasage de 90 décale les maxima d'un jeu d'ondes par rapport à ceux de l'autre jeu d'une quantité égale au quart de la longueur d'onde 8 représentée sur la figure 2 si bien

que le renforcement des ondes individuelles est évité.

L'appareil selon l'invention constitue un disposi-

tif commode en pratique pour la commande d'un

sonar paramétique à effet Doppler en eau profonde. La puis-

sance élevée nécessaire dans un tel système est rendue pos-

sible par utilisation de transducteurs d'ouverture relative-

ment grande, combinés à une lentille spécialisée ayant une

partie centrale neutre qui permet la propagation pratique- ment sans perturbation d'un faisceau primaire, et une partie

convergente qui collecte le signal renvoyé à faible puis-

sance et le concentre sur un transducteur. Comme les trans-

ducteurs sont placés en avantdu plan focal de la lentille,

le transducteur relativement grand peut intercepter prati-

quement la totalité de l'énergie renvoyée dans un faisceau donné. Les problèmes de cavitation dans l'eau qui peuvent seprésenter du fait de la puissance élevée nécessaire au système à plusieurs faisceaux, sont évités par déphasage des ondes acoustiques individuelles afin que celles-ci ne puissent pas se renforcer dans la région d'intersection

des faisceaux.

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Claims (11)

REVEND I CAT IONS

1. Sonar à effet Doppler et à arrangement

paramétique, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs trans-

ducteurs à piston (2, 2', 23, 23') disposés chacun de manière qu'il émette et reçoive de l'énergie acoustique suivant un axe différent spécifié, un dispositif destiné à alimenter chaque transducteur pendant des intervalles spécifiés de temps à l'aide d'un signal comprenant une combinaison d'une première et d'une seconde fréquence primaire d'excitation, une lentille acoustique (1) ayant une partie annulaire (4')

faisant converger les rayons et entourant une région cen-

trale (4) qui ne provoque pratiquement aucun écart d'un faisceau passant dans cette région centrale, chacun des transducteurs (2, 2', 23, 23') ayant un diamètre suffisamment grand pour qu'il émette un faisceau acoustique pratiquement collimaté suivant son axe et orienté de manière qu'il dirige le faisceau collimaté sur la région centrale de la lentille, chacun des transducteurs (2, 2', 23, 23') étant en outre disposé entre la lentille et la région focale de la partie

convergente (4') de cette lentille afin que chaque trans-

ducteur intercepte pratiquement toute l'énergie acoustique réfléchie par une cible éloignée et transmise par la

lentille suivant l'axe du transducteur correspondant.

2. Sonar selon la revendication 1, carac-

térisé en ce que la région centrale est formée par une partie

centrale en forme de disque (4) de la lentille (1).

3. Sonar selon l'une des revendications

1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend une paire de trans-

ducteurs (2, 2'), et le dispositif d'alimentation de ces

transducteurs comprend un dispositif destiné à leur trans-

mettre un signal égal à la somme instantanée des signaux à

la première et à la seconde fréquence primaire.

4. Sonar selon la revendication 3, carac-

térisé en ce que le dispositif d'alimentation de la paire de transducteurs (2, 2') comporte en outre un dispositif

(12) de déphasage du signal transmis à l'un des transduc-

teurs de la paire de 180 par rapport au signal transmis à

l'autre transducteur de la paire.

5. Sonar selon l'une des revendications

1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend deux paires de transducteurs (2, 2'; 23, 23') destinés à fonctionner dans un système double, par exemple du type "Janus".

6. Sonar selon la revendication 5, carac-

térisé en ce que le dispositif d'alimentation des transduc-

teurs comprend un dispositif destiné à déphaser le signal appliqué à l'un des transducteurs de chaque paire de 180' par rapport au signal transmis à l'autre transducteur de cette même paire, et il comprend en outre un dispositif (24) destiné à déphaser les signaux transmis à une première

paire de transducteurs de 90 par rapport aux signaux trans-

mis à l'autre paire de transducteurs.

7. Sonar selon l'une des revendications

1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend une paire de transducteurs (2, 2') et le dispositif d'alimentation des

transducteurs comprend des dispositifs individuels de somma-

tion (10, 10') recevant les premiers et seconds signaux et des amplificateurs linéaires individuels (11, 11') commandés

par les signaux de sortie du dispositif correspondant de som-

mation (10, 10') et destinés à alimenter chaque transducteur,

le dispositif d'alimentation comprenant en outre un dispo-

sitif de déphasage (12) destiné à inverser la phase du se-

cond signal avant la transmission de celui-ci à l'un des

dispositifs de sommation.

8. Sonar selon l'une des revendications

1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend une paire de trans-

ducteurs (2, 2'), et le dispositif d'alimentation des trans-

ducteurs comporte des amplificateurs individuels de puis-

sance (13, 14) couplés de manière qu'ils reçoivent des premiers et seconds signaux respectivement, et un coupleur hybride (15) ayant des premier et second canaux d'entrée et des canaux somme et difference de sortie, les premier et

second canaux d'entrée étant couplés de manière qu'ils re-

çoivent les signaux de sortie du premier et du second am-

plificateur de puissance, les canaux de sortie somme et différence étant couplés de manière qu'ils alimentent le

premier et le second des transducteurs de la paire.

9. Sonar selon l'une quelconque des re-

vendications précédentes, caractérisé en ce que la lentille (1) est formée d'une matière dans laquelle la vitesse de

propagation acoustique est supérieure à la vitesse de pro-

pagation dans l'eau, et la partie annulaire (4') a la for-

me d'une lentille biconcave.

10. Sonar selon la revendication 9, carac-

térisé en ce que la lentille (1) est formée d'une matière choisie dans le groupe qui comprend le polyméthacrylate de méthyle, les mousses de résine époxyde syndiotactique et

le polystyrène.

11. Sonar selon l'une quelconque des re-

vendications précédentes, caractérisé en ce que la partie annulaire (4') de la lentille (1) est réalisée de manière qu'elle ait une distance focale sensiblement égale à 1,4 m, et les transducteurs sont placés à 99 cm environ de la lentille.