FR2643463A1 - Procede et dispositif de positionnement d'objet sous-marin par rapport a un referentiel absolu, et utilisant un referentiel relais de surface - Google Patents
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Abstract
La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif de positionnement d'objet sous-marin 1 dont une des applications est la reconnaissance des fonds marins à une grande distance des côtes. Le dispositif utilise un système connu de référentiel absolu 3, tel qu'un satellite 18, et un navire 5 disposant de moyen de liaison radio 41 , de réception 71 des signaux dudit référentiel 3, d'un récepteur acoustique 81 , d'un calculateur et d'une horloge de référence. L'objet immergé 1 peut être un engin remorqué par le navire 5, émettant des signaux acoustiques 2 codés et donnant sa profondeur p. Un support relais inhabité 6 de surface, équipé de moyens 42 de liaison radio avec le navire, d'un équipement de positionnement 72 et d'au moins un récepteur 82 acoustique, envoie toutes les informations reçues vers le navire 5, de telle façon que celui-ci détermine le lieu géométrique de tous les points où peut se situer l'objet 6.
Description
Procédé et dispositif de positionnement d'objet sous-marin par rapport
à un référentiel absolu, et utilisant un référentiel relais de
surface.
à un référentiel absolu, et utilisant un référentiel relais de
surface.
DESCRIPTION
La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif de positionnement d'objet sous-marin par rapport à un référentiel absolu et utilisant un référentiel relais de surface.
La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif de positionnement d'objet sous-marin par rapport à un référentiel absolu et utilisant un référentiel relais de surface.
Le secteur technique de l'invention est la réalisation de système de positionnement acoustique sous-marin à partir d'au moins un support flottant, positionné lui-même par rapport à un référentiel absolu.
Une des applications de l'invention est la reconnaissance des fonds marins à une grande distance des côtes avec une bonne garantie de couverture des zones concernées.
On connaît en effet de nombreux systèmes de positionnement sousmarin pour positionner un mobile ou un objet fixe par rapport à un repère fixe cu l~--même mobile. On peut classer ces systèmes en quatre catégories princrpaes
10) Tout d'abord les systèmes embarqués de type inertiel qui positicnnent De mobile ou l'objet par intégration de ses propres mouvements à partir r de son point de départ, lui-même devant être positionné par ailleurs, mais ces systèmes dérivent dans le temps et ne permettent pas un positionnement de l'objet pour un suivi externe.
10) Tout d'abord les systèmes embarqués de type inertiel qui positicnnent De mobile ou l'objet par intégration de ses propres mouvements à partir r de son point de départ, lui-même devant être positionné par ailleurs, mais ces systèmes dérivent dans le temps et ne permettent pas un positionnement de l'objet pour un suivi externe.
2 ) Ensuite. il y a les systèmes également embarqués et positionnant le mobile par analyse de ses mouvements, mais ici, par comparaison de ceux-ci par rapport à des repères de son environnement, en particulier grâce à un gyroscope et un sonar Doppler lui donnant son mouvement relatif par rapport au fond; ces systèmes moins compliqués que les précédents en ont cependant les mêmes défauts.
30) On trouve ensuite les systèmes acoustiques, qualifiés de base courte ou ultracourte, dans lesquels on peut inclure les sonars, qui permettent le positionnement relatif entre deux objets, dont l'un porte la tête ou la base de référence, qui interroge l'autre, et qui par mesure des durées de transmission et des angles des échos reçus et envoyés, en déduit les coordonnées relatives de l'autre.
40) Enfin, on connaît les systèmes acoustiques dits base longue avec plusieurs balises fixes ou mobiles réparties dans une zone et positionnées les unes par rapport aux autres pour constituer un champ et un repère de référence assez large, à partir duquel un objet ou un mobile peut à la fois se positionner et être positionné.
Dans ces diverses catégories, des brevets ont été déposés pour des applications. des améliorations ou des dispositifs particuliers; on peut citer par exemple dans les deux dernières catégories qui intéressent la présente invention, les trois brevets ci-après et qui ont tous été déposés par THOMSON, à savoir : la demande de brevet FR.
82/00.370 DU 12 Janvier 1982 intitulée "Système de positionnement acousticue'r, décrit un système de type base longue dont les signaux azsustiques sont calés par rapport à des horloges stables ayant la me-..e origine de tenons et permettant ainsi de positionner plusieurs ncniles dans le mêF.e champ sans interférence; la demande de brevet ER..
8etc5.645 déposée le 18 Avril 1986, décrit "un dispositif de trajectographie acoustique partiellement transportable et rétilisable", qui est également un système base longue dont les balises sont posées au fond et reliées par un seul câble jusqu'à une bouée de surface interrogée par voie hertzienne depuis un navire de surface; enfin la demande FR.85/11.880 du 2 Août 1985 intitulée "Procédé de localisation acoustique d'objets sous-marins", décrit un système de type base courte avec un émetteur à balayage fin tournant depuis ur. navire interrogeant des répondeurs situés sur des objets immergés et un hydrophone remorqué par ce bâtiment.
On connaît par ailleurs, de nombreux systèmes de positionnement de surface pour positionner un mobile ou un objet fixe par rapport à un repère terrestre sur la surface de la terre. On peut classer ces systèmes en deux catégories principales
10) Les systèmes radio-électriques de surface qui utilisent des émetteurs plus ou moins puissants suivant la portée souhaitée.
10) Les systèmes radio-électriques de surface qui utilisent des émetteurs plus ou moins puissants suivant la portée souhaitée.
disposés le long des côtes et qui émettent en permanence des signaux codés sur des fréquences déterminées. Le mobile dispose alors d'un récepteur, qui capte ces signaux et qui, suivant le type de système, permet de déterminer la position et son lieu géographique par calcul d'angle ou de déphasage. Ces systèmes ont des portées limitées et sont perturbés par la courbure de la terre et le voisinage des côtes.
20) Les systèmes satellitaires qui utilisent l'émission de signaux de satellites tournant autour de la terre chaque fois que
ceux-ci passent à l'horizon du point à positionner, soit en général
toutes les heures 1/2 pour le système type "Transit"; un système très
performant type "GPS" (Global Positionning system - U.S.A.) est en
ours de mise en oeuvre et permet un positionnement à moins de 100 m
en absolu et à moins d'lm en relatif, avec un point toutes les
secondes.
ceux-ci passent à l'horizon du point à positionner, soit en général
toutes les heures 1/2 pour le système type "Transit"; un système très
performant type "GPS" (Global Positionning system - U.S.A.) est en
ours de mise en oeuvre et permet un positionnement à moins de 100 m
en absolu et à moins d'lm en relatif, avec un point toutes les
secondes.
On sait donc à ce jour positionner, d'une part, un mobile ou un
objet à la surface de la terre en tout point même éloigné des côtes
emergées par rapport à des repères absolus liés à celles-ci. et,
d'autre part. un autre mobile ou objet immergé par rapport à un repère
relatif, lui-même immergé relié ou non à une référence de surface; des
opérateurs et des fabrIcants ont essayé et proposent des systèmes de
positionnement intégrant les deux repères de positionnement ci-dessus,
en positionnant le mobile ou objet immergé par rapport à un repère
relatif de surface, puis en positionnant celui-ci par rapport à un
repère absolu lié à la terre.
objet à la surface de la terre en tout point même éloigné des côtes
emergées par rapport à des repères absolus liés à celles-ci. et,
d'autre part. un autre mobile ou objet immergé par rapport à un repère
relatif, lui-même immergé relié ou non à une référence de surface; des
opérateurs et des fabrIcants ont essayé et proposent des systèmes de
positionnement intégrant les deux repères de positionnement ci-dessus,
en positionnant le mobile ou objet immergé par rapport à un repère
relatif de surface, puis en positionnant celui-ci par rapport à un
repère absolu lié à la terre.
Pour des sites d'exploration sous-marins situés assez près des
côtes. à des profondeurs petites ou moyennes et/ou en des points
d'exploration permanents où l'on peut installer des systèmes fixes à
demeure. comme pour les champs pétroliers ou le suivi de trajectoire
de torpilles ou de sos-marins sur des zones d'essais, il existe des
équipements intégrés performants et fiables.
côtes. à des profondeurs petites ou moyennes et/ou en des points
d'exploration permanents où l'on peut installer des systèmes fixes à
demeure. comme pour les champs pétroliers ou le suivi de trajectoire
de torpilles ou de sos-marins sur des zones d'essais, il existe des
équipements intégrés performants et fiables.
Cependant. dans le domaine des' grandes profondeurs à 2.000 ou
3.000 mètres de fond. dans des zones éloignées des côtes et sans
équipement installé à demeure, en particulier lors de reconnaissance
systématique de zones qui se font en général avec des engins remorqués
à sept ou huit km en arrière du navire support, les systèmes de
positionnement actuels utilisant une combinaison de ceux décrits ci
dessus, s'avèrent trop lourds à mettre en oeuvre au niveau
opérationnel; il s'ensuit des imprécisions de positionnement d'engin
remorqué de l'ordre de 500 m. ce qui laisse souvent de grandes zones
inexplorées. sans que l'opérateur ne s'en aperçoive et qui sont
impossibles à éliminer. même avec des maillages de reconnaissance très
serrés.
3.000 mètres de fond. dans des zones éloignées des côtes et sans
équipement installé à demeure, en particulier lors de reconnaissance
systématique de zones qui se font en général avec des engins remorqués
à sept ou huit km en arrière du navire support, les systèmes de
positionnement actuels utilisant une combinaison de ceux décrits ci
dessus, s'avèrent trop lourds à mettre en oeuvre au niveau
opérationnel; il s'ensuit des imprécisions de positionnement d'engin
remorqué de l'ordre de 500 m. ce qui laisse souvent de grandes zones
inexplorées. sans que l'opérateur ne s'en aperçoive et qui sont
impossibles à éliminer. même avec des maillages de reconnaissance très
serrés.
Le problème posé est de pouvoir positionner en coordonnées relatives et absolues un mobile ou un objet sous-marin en pleine mer et loin des côtes. par grands fonds et sur des distances importantes, avec une précision de l'ordre de 10 m.
Une solution au problème posé est un procédé de positionnement sous-marin d'un objet immergé émettant des signaux acoustiques, utilisant un système connu de référentiel absolu repéré par rapport à des stations fixes terrestres, des moyens connus de transmission radio et de réception acoustique. et un navire qui est positionné par rapport audit système de surface et disposant d'une horloge de référence d'échelle de temps. caractérisé en ce que
- on installe sur au moins un support de surface inhabité lesdits moyens de liaison radio avec ce navire, un équipement de postionne::rent par rapport audit système absolu et au moins un récepteur acoustique de signaux en provenance dudit objet immergé;
- on installe sur ledit navire les moyens de liaison radio nécessaires et compatibles avec ceux dudit support inhabité, un récepteur acoustique des signaux en provenance dudit objet immergé et un calculateur recevant l'ensemble des signaux en provenance du référentiel absolu, de l'objet immergé, du support inhabité et de l'horloge de référence;;
- on place ledit support de surface inhabité à une distance quelconque du navire compatible avec leur liaison radio, on recueille sur ledit navire toutes les informations déduites des signaux reçus et donnant en particulier les positions absolues du support et du navire, et la position relative du premier par rapport au second, de telle façon que lton dispose d'un référentiel relais de base en surface;
- on calcule, d'une manière connue, le lieu géométrique absolu et relatif par rapport au navire de tous les points où peut se situer l'objet immergé. en fonction des signaux acoustiques reçus par les récepteurs acoustiques du navire et du support inhabité.
- on installe sur au moins un support de surface inhabité lesdits moyens de liaison radio avec ce navire, un équipement de postionne::rent par rapport audit système absolu et au moins un récepteur acoustique de signaux en provenance dudit objet immergé;
- on installe sur ledit navire les moyens de liaison radio nécessaires et compatibles avec ceux dudit support inhabité, un récepteur acoustique des signaux en provenance dudit objet immergé et un calculateur recevant l'ensemble des signaux en provenance du référentiel absolu, de l'objet immergé, du support inhabité et de l'horloge de référence;;
- on place ledit support de surface inhabité à une distance quelconque du navire compatible avec leur liaison radio, on recueille sur ledit navire toutes les informations déduites des signaux reçus et donnant en particulier les positions absolues du support et du navire, et la position relative du premier par rapport au second, de telle façon que lton dispose d'un référentiel relais de base en surface;
- on calcule, d'une manière connue, le lieu géométrique absolu et relatif par rapport au navire de tous les points où peut se situer l'objet immergé. en fonction des signaux acoustiques reçus par les récepteurs acoustiques du navire et du support inhabité.
Une autre solution au problème posé est un dispositif de positionnement absolu sous-marin d'un objet immergé émettant des signaux acoustiques, comportant des moyens de liaison radios et des moyens de positionnement connus sous-marins tel que par écoute de signaux acoustiques. utilisant un système connu de référentiel absolu repéré par rapport à des stations fixes terrestres et utilisé à partir d'un navire disposant des équipements nécessaires à la mise en oeuvre des moyens et des systèmes précédents et, en outre, d'une horloge de référence couplée à un calculateur, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un support de surface inhabité équipé également desdits moyens de liaison radio avec le navire, d'un équipement de positionnement par rapport audit système absolu de surface et d'au moins un récepteur acoustique desdits signaux en provenance dudit objet immergé, lequel support de surface inhabité, placé à une distance quelconque dudit navire compatible avec leurs liaisons radios, envoie ses informations de positionnement et de signaux acoustiques reçus audit navire, de telle façon qu'un programme de calcul intégré audit calculateur permette de définir d'une manière connue, le lieu géométrique absolu et relatif par rapport audit navire de tous les points où peut se situer ledit objet immergé.
Selon un mode de réalisation préférentiel, ledit objet immergé est équipé d'n émetteur acoustique générant des signaux codés suivant une échelle de temps donné par une horloge embarquée et syrihronisée sur celle dudit navire, d'un capteur de profondeur et de tout moyen connu de transmission de l'information de ce capteur vers le navire, de telle façon que, associé avec l'émission et la réception desdits signaux avec la même référence de temps, cette information permette audit programme de calcul de déterminer, d'une manière connue, le positionnement absolu et relatif des au plus deux points où doit' se situer ledit objet.
Selon un autre mode de réalisation, le dispositif de positionnement comporte au moins trois récepteurs acoustiques permettant de recevoir tous les signaux et bruits émis par ledit objet immergé, même en l'absence de codage et d'échelle de temps à l'émission, ce qui est le cas des bruits propres rayonnés, et de définir d'une manière connue par intersection entre les au moins trois lieux géométriques associés chacun à un desdits récepteurs, le point où peut se situer l'objet immergé,
Le résultat est un nouveau procédé et dispositif de positionnement sous-marin absolu utilisant un support relais inhabité, lequel support constitué une des principales caractéristique de la présente invention. Grâce à lui et aux autres particularités de celle ci, les systèmes de positionnement qu'ils utilisent offrent de nombreux avantages par rapport aux systèmes connus.
Le résultat est un nouveau procédé et dispositif de positionnement sous-marin absolu utilisant un support relais inhabité, lequel support constitué une des principales caractéristique de la présente invention. Grâce à lui et aux autres particularités de celle ci, les systèmes de positionnement qu'ils utilisent offrent de nombreux avantages par rapport aux systèmes connus.
En particulier, ils permettent le positionnement de véhicules à grande distance des côtes dans les zones où les systèmes radioélectriques sont hors de portée. puisque le positionnement suivant l'invention peut avantageusement se référer à un positionnement absolu par satellite.
La précision des positionnements obtenus dans l'absolu donne la possibilité aux opérateurs de revenir sur un site et un point donné à coup sûr sans tâtonnement ni recherche à l'aveuglette dans une zone peu précise.
Le gain de temps opérationnel est alors très important. et la surveillance d'une zone est garantie dans son intégralité, ce oui évite d'oublier des surfaces lors de recherches systématiques et rend celles-ci plus fiables et moins coûteuses.
Les procédés et dispositifs suivant l'invention ne nécessitent pas la mise en oeuvre de moyens fixes qui sont toujours très lourds à mettre en oeuvre par grand fonds Le mouillage de balises et leur calibration sont ainsi évités, faisant gagner du temps et permettant plus de souplesse; de plus, le risque de perte de matériel est plus limité.
On peut, grâce à la présente invention, positionner un objet immergé en continu avec une précision de l'ordre de 10 m, même à grande profondeur à 200G ou 3000 m, dans des zones éloignées des côtes et sur de grandes étendues.
Un autre intérêt est l'application du présent procédé et dispositif dans la trajectographie de torpilles ou de véhicules sousmarins non repérés par un émetteur acoustique caractéristique.
La mise en oeuvre du dispositif suivant l'invention, par exemple autour d'une escadre ou d'un convoi et avançant avec celui-ci, permet de localiser un agresseur éventuel, d'évaluer sa trajectoire et son objectif et donc de le contrer avec plus d'efficacité.
La descriptIon suivante se réfère aux dessins annexés, sans aucun caractère limitatif, décrivant des exemples d'applications et de réalisation des procédés et de dispositifs suivant l'invention, mais d'autres applications ou réalisations peuvent être envisagées dans le cadre de celie-ci.
La figure 1A est une vue de profil d'un premier exemple de dispositif suivant l'invention.
La figure 1B est une vue de profil d'un deuxième exemple de dispositif.
La figure 2A est une vue schématique de dessus du premier et du deuxième exemple du dispositif.
La figure 2B est une vue en projection schématique des lieux géométriques des points où peuvent se situer un objet immergé suivant le premier et deuxième exemple de dispositif.
La figure 3A est une vue de profil d'un troisième exemple de dispositif.
La figure 33 est une vue de dessus schématique d'un quatrième exemple de dispositif.
Les figures 4A et 4B sont des vues respectivement de l'avant et en coupe de dessus d'un exemple de coque d'un support de surface inhabité utilisé dans un dispositif suivant l'invention.
La figure 1A est une vue de profil d'un premier exemple de dispositif permettant de positionner un objet immergé 1 dans un repère absolu, par un procédé suivant l'invention.
Dans ce mode de réalisation, ledit objet immergé 1 est remorqué par un navire de surface 5 à l'aide d'un câble de liaison 10 qui peut transmettre également toutes les informations recueillies par l'objet immergé sur le fond 16 de la mer;
Le navire 5 se positionne d'une manière connue sur la zone dont il veut effectuer la reconnaissance, dans un but scientifique, archéologique ou/et économique, grâce à tout système 3 connu de référentiel absolu terrestre. qui émet des signaux réceptibles sur la zone considérée par un récepteur 71 adapté, tel que les systèmes radio-électrique pour des distances pas trop éloignées des côtes où se trouvent les émetteurs, ou les systèmes acoustiques base longue positionnés en absolu par rapport au fond au voisinage de la zone suivant l'exemple de la figure 1B, ou les systèmes satellitaires qui utilisent, comme représenté sur la figure, l'émission de signaux 31 d'un satellite 18 tournant autour de la terre.
Le navire 5 se positionne d'une manière connue sur la zone dont il veut effectuer la reconnaissance, dans un but scientifique, archéologique ou/et économique, grâce à tout système 3 connu de référentiel absolu terrestre. qui émet des signaux réceptibles sur la zone considérée par un récepteur 71 adapté, tel que les systèmes radio-électrique pour des distances pas trop éloignées des côtes où se trouvent les émetteurs, ou les systèmes acoustiques base longue positionnés en absolu par rapport au fond au voisinage de la zone suivant l'exemple de la figure 1B, ou les systèmes satellitaires qui utilisent, comme représenté sur la figure, l'émission de signaux 31 d'un satellite 18 tournant autour de la terre.
Ce dernier système de repérage satellitaire est de préférence utilisé pour toute zone située à une grande distance des côtes et de grande surface. Un de ces.système connu, appelé "GPS" ("Système de Positlonnement Global), permet un calcul de positionnement absolu continu environ toutes les cinq secondes, avec une précision absolue de au plus 100 mètres et relative entre deux supports ou points situés à proximité, dont l'un sert alors de référence, de au plus trois mètres.
Dans le procédé suivant l'invention. on utilise comme deuxième support de surface un support inhabité 6 servant alors de relais et disposant d'un récepteur 72 permettant son positionnement absolu par rapport au même système 3 que le navire. Des moyens connus de liaison radio entre les deux supports assurent la transmission d'informations entre le navire 5 et le support inhabité 6, placés à une distance l'un de l'autre compatible avec ces moyens, grâce à leur antenne respective 41 et
Cm dispose alors d'un référentiel relais de base en surface, constituer d'au moins de deux supports repérés chacun en absolu, et l'u.. par rapport à l'autre avec une grande précision. Ce navire 5 et le support inhabité 6 sont équipés par ailleurs chacun d'au moins un reosoteur acoustique 81 et 82 respectivement, recueillant alors tout signal 2 en provenance de l'objet immergé 1 : l'écho reçu par le suppôt inhabité 6 est transmis simultanément au navire 5, qui le contare à l'écho reçu par lui-même directement, grâce à un calculateur emnarQé. couplé également à une horloge d'échelle de temps de référence.
Cm dispose alors d'un référentiel relais de base en surface, constituer d'au moins de deux supports repérés chacun en absolu, et l'u.. par rapport à l'autre avec une grande précision. Ce navire 5 et le support inhabité 6 sont équipés par ailleurs chacun d'au moins un reosoteur acoustique 81 et 82 respectivement, recueillant alors tout signal 2 en provenance de l'objet immergé 1 : l'écho reçu par le suppôt inhabité 6 est transmis simultanément au navire 5, qui le contare à l'écho reçu par lui-même directement, grâce à un calculateur emnarQé. couplé également à une horloge d'échelle de temps de référence.
Connaissant alors avec précision la distance séparant le navire et le support inhabité, un programme de calcul connu permet de déterminer le lieu géométrique relatif par rapport au navire 5 et absolu par rapport au système de positionnement référentiel 3, de tous les poins où peut se situer l'objet immergé 1.
Dans l'exemple de la figure si on ne dispose pas d'autres renseignements sur l'objet immergé, ce lieu géométrique est une surface gauche de type paraboloïde ou hyperboloïde. Afin de connaître avec exactitude la position de l'objet. il est nécessaire d'avoir d'autres Informations sur celle-ci.
Dans un mode de réalisation. on installe sur ledit objet immergé : un emetteur acoustique 9. générant des signaux 2 codés suivant une échelle de temps donnée par une horloge embarquée sur l'objet et sncrûisée à celle de référence dudit navire 5 et un capteur de la
profondeur p. On transmet l'information de profondeur au navire 5 par tout moyen de transmission connu tel que dans l'exemple de la
figure, le câble 10 de remorquage et de liaison et on reporte cette
coordonnée absolue de l'objet 1 sur ledit lieu géométrique 11,
défini grâce à la connaissance de la même échelle de temps entre
l'émetteur 9 et les récepteurs acoustiques 8 et tel que représenté
sur la figure 2B.
profondeur p. On transmet l'information de profondeur au navire 5 par tout moyen de transmission connu tel que dans l'exemple de la
figure, le câble 10 de remorquage et de liaison et on reporte cette
coordonnée absolue de l'objet 1 sur ledit lieu géométrique 11,
défini grâce à la connaissance de la même échelle de temps entre
l'émetteur 9 et les récepteurs acoustiques 8 et tel que représenté
sur la figure 2B.
On atteint ainsi avec précision les coordonnées relatives de
l'objet immergé 1 par rapport au navire 5 et donc absolues. On
améliore encore la précision et la fiabilité des mesures avec des
signaux acoustiques 2 émis par l'objet immergé 1 à large bande
insensible à l'effet Doppler.
l'objet immergé 1 par rapport au navire 5 et donc absolues. On
améliore encore la précision et la fiabilité des mesures avec des
signaux acoustiques 2 émis par l'objet immergé 1 à large bande
insensible à l'effet Doppler.
La figure 1B est une vue de profil d'un deuxième exemple de
dispositif suivant l'invention comportant les mêmes composants
principaux que dans la figure lA, en particulier un navire 5, un
objet immergé 1 remorqué par celui-ci et un support relaIs inhabité
6 de surface.
dispositif suivant l'invention comportant les mêmes composants
principaux que dans la figure lA, en particulier un navire 5, un
objet immergé 1 remorqué par celui-ci et un support relaIs inhabité
6 de surface.
Dans ce mode de réalisation, le système référentIel absolu
terrestre est un système acoustique base longue comportant des balises
immergées 19, disposées sur le fond 16 au voisinage de la zone à
expiorer et calibrées d'une manière connu préalablement pour
constituer un repère permanent local absolu : le navire 5 et le
support 6 se positionnent alors par rapport à ces balises qui sont
au moins au nombre de trois pour une bonne précision et l'objet
immergé 1 est positionné par rapport au navire et au support conme
dans la figure 1A.
terrestre est un système acoustique base longue comportant des balises
immergées 19, disposées sur le fond 16 au voisinage de la zone à
expiorer et calibrées d'une manière connu préalablement pour
constituer un repère permanent local absolu : le navire 5 et le
support 6 se positionnent alors par rapport à ces balises qui sont
au moins au nombre de trois pour une bonne précision et l'objet
immergé 1 est positionné par rapport au navire et au support conme
dans la figure 1A.
Dans les systèmes de positionnement base longue connu dans
lesquels il n'y a pas de support de surface relais, l'objet immergé 1
doit se positionner par rapport au champ de balise 19 qui doivent
capter les signaux acoustiques en provenance de l'objet pour lui
répondre et/ou renvoyer un signal au navire 5 : cependant, pour les
balises situées à une assez grande distance de l'objet tel que celle
figurée 193. le signal acoustique 23 le plus bas pour l'atteindre
est dévié vers la surface et détermine ainsi une zone d'ombre 20,
dans laquelle l'objet immergé ne peut joindre acoustiquement aucune
balise, sauf par des signaux qui proviendraient de réflexions avec la
surface 21 et dont la distance parcourue et mesurable est donc imprécise.Ceci constitue une limite d'application des positionnements acoustiques de référence de type base longue, qui ne permettent pas de positionner sur de grandes zones autour de leur implantation.
lesquels il n'y a pas de support de surface relais, l'objet immergé 1
doit se positionner par rapport au champ de balise 19 qui doivent
capter les signaux acoustiques en provenance de l'objet pour lui
répondre et/ou renvoyer un signal au navire 5 : cependant, pour les
balises situées à une assez grande distance de l'objet tel que celle
figurée 193. le signal acoustique 23 le plus bas pour l'atteindre
est dévié vers la surface et détermine ainsi une zone d'ombre 20,
dans laquelle l'objet immergé ne peut joindre acoustiquement aucune
balise, sauf par des signaux qui proviendraient de réflexions avec la
surface 21 et dont la distance parcourue et mesurable est donc imprécise.Ceci constitue une limite d'application des positionnements acoustiques de référence de type base longue, qui ne permettent pas de positionner sur de grandes zones autour de leur implantation.
Le procédé et le dispositif suivant l'invention, grâce au support relais 6, à ses liaisons de positionnement, de communication radio et au procédé de calcul de positionnement tel que décrit précédemment, permet de résoudre cette difficulté, d'agrandir considérablement la zone à explorer à partir d'un référentiel base longue.
La figure 2E est une vue schématique de dessus du premier et du deuxième exemple de dispositif suivant les figures 1, avec un objet immergé 1 remorqué grâce à un câble de liaison 10 derrière un navire 5 et un support relais inhabité 6. Ledit navire et ledit support reçoivent de l'objet 1 des signaux acoustiques 21 et 22 respectivement. Le navire faisant route, l'objet immergé 1 le suit suivant une traje^*oire aléatoire 22 due au courant, à la vitesse, à la profondeur etc .., nécessitant justement d'en connaître les coorconnees exactes pour corriger celle-ci éventuellement et être sûr de la position des zones alors explorées par l'engin.
Dans les exemples de réalisation du dispositif des figures lA, 1B et 2A, l'objet -m-;ergé I est figuré remorqué par le navire 5, mais dans d'autres réalisations, il peut être libre, autonome, télécommandé ou mon.
La figure 21 est une vue en projection schématique des lieux géométriques des points où peut se situer l'objet immergé 1 suivant le premier et le deuxième exemple du dispositif décrit précédemment dans lequel les signaux émis par l'objet sont codés suivant une échelle de temps commune avec une horloge et un calculateur embarqués sur ie navire 5. Connaissant ainsi le temps de parcours des signaux entre l'objet 1 et le support 6 d'une part et le navire 5 d'autre part, on en déduit d'une manière connue les distances de l'objet à chacun de ces supports. Les lieux géométriques des points où peut se situer l'objet 1 par rapport à ceux-ci sont donc des sphères 13 centrées sur les récepteurs liés à ces supports.L'intersection de ces sphères donne un lieu géométrique plus réduit qui est un cercle 11. Connaissant par ailleurs la profondeur p où se situe objet 1, on reporte cette coordonnée absolue p en coupant les lieux géométriques ci-dessus par le plan correspondant à cette profondeur et on obtient deux points 12 parfaitement repérés et positionnés.
Pour lever l'ambiguïté entre ces deux points, on déplace par exemple d'une manière connue le navire 5 relativement au support inhabité 6 perpendiculairement à la ligne 22 qui les joint : on retient alors le seul point qui se déplace dans la même direction que le navire.
La figure 3A est une vue de profil d'un troisième exemple de dispositif suivant l'invention comportant toujours un navire 5 disposant d'un récepteur 71 pour le positionnement par rapport au référentiel absolu, d'un récepteur acoustique 81 de signaux sousmarins, d'une antenne 41 d'une liaison radio, d'un calculateur et d'une horloge de référence.
Dans ce mode de réalisation particulier, le support de surface 6 inhabité est une bouée ancrée sur le fond 16 et disposant de son récepteur 72 de positionnement absolu et de son antenne 4 de liaison radio avec le navire. Trois récepteurs 81, 82 et 83 de signaux acoustiques sont accrochés sur sa ligne de mouillage 17 à différentes profondeurs connues et mesurées en permanence et transmettre à la bouée puis donc au navire les informations sur les signaux reçus.
Avec un tel dispositif. dont la caractéristique essentIelle qui peut être réalisée d'une autre manière comme représenté dans la figure 3E, est de placer trois récepteurs 8 acoustiques sur au moins un support 6 de surface inhabité équipé des autres équipements de liaison de surface et de positionnement absolu, on obtient trois lieux géométriques 12 qui sont définis comme étant des surfaces gauches comme décrit précédemment dans la figure 1 en l'absence de renseignements sur l'objet immergé 1, tel qu'un signal codé émis avec une échelle de temps commune et la connaissance de sa profondeur, ce qui est le cas des objets non identifiés n'émettant que leur propre bruit rayonné.Chaque lieu géométrique 12 est défini donc par le calcul à partir des échos reçus par un des récepteurs 82, 83 ou 84, d'une part et le récepteur 81 du navire d'autre part l'intersection entre ces lieux donne les points précis où peut se situer ledit objet.
On lève ensuite l'ambiguïté éventuelle entre les divers points alors repérés et positionnés par tout procédé connu, et par mesure et calcul successifs, on effectue suivant l'application recherchée la trajectographie dudit objet immergé par rapport audit navire 5.
Des corrections liées à des changements éventuels du profil de la chaînette de la ligne de mouillage 17 sont à effectuer entre chaque calcul.
La figure 3B est une vue de dessus schématique d'un quatrième exemple de dispositif qui s'apparente à celui décrit dans la figure 3A précédente pour les positionnement et le suivi d'un objet immergé 1 non relié à un navire, n'émettant aucun signal codé autre que son propre bruit et dont on ne connait aucune information autre que ce bruit rayonné.
Dans ce mode de réalisation, le navire 5 évolue en toute zone sans contrainte de distance par rapport au support inhabité 6, comme dans la figure précédente où celui-ci est ancré, car on place les au moins trois récepteurs acoustIques 82, 83. 84. chacun sur un support 6-. 63 et 61 respectivenent. de surface inhabité équipé des moyens de liaison et de positionnement tel que décrit précédemment. Ces au moins trois supports inhabités peuvent alors suivre ledit navire 5 en toute zone et permettre à celui-ci de localiser à tout moment en temps réel et suivre tout objet sous-marin 1 rayonnant un bruit quelconque dans son envlronnenent, par détermination des lieux géométriques et de leurs intersections comme décrit précédemment.Ces au moins trois supports de surface inhabités ayant chacun un desdits récepteurs acoustiques, peuvent être semi-submersibles. mobiles, autopropulsés et radiocommandés depuis le navire. de même que ie support de surface présenté dans les figures lA, IB et 2A.
Les figures 4A et- 4E sont des vues respectivement de l'avant et en coupe de dessus d'un exemple de coque d'un tel support de surface inhabité particulier : on peut en effet utiliser un support mobile, semi-submersible 6 de type trimaran connu, dont l'étrave de la coque centrale 14 est placée en avant de celles des coques latérales 15, de telle façon que les amplitudes propres de tangage et de roulis soient les plus faibles possibles.
Dans un mode de réalisation préférentiel, la coque centrale 14 est la plus importante et comporte un bulbe immergé 23 en forme de cigare, relié par une jambe éfilée 25 au pont 24 supportant les équipements de surface et assurant la liaison avec les coques latérales 15 comportant également chacune un bulbe immergé moins profond et moins important.
La figure 4B est la vue en coupe de dessus dudit support coupé par le plan AA' représenté dans la figure 4A.
La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus et qui ne constituent que des exemples de dispositifs et de procédés suivant l'invention et des modifications et des variantes peuvent être apportées dans le cadre de celle-ci.
Claims (13)
1. Procédé de positionnement absolu d'un objet (1) immergé émettant des signaux acoustiques (2), utilisant un système (3) connu de référentiel absolu repéré par rapport à des stations fixes terrestres,des moyens (4) connus de liaison radio et de réception acoustique et un navire (5) qui est positionné par rapport audit système de surface et disposant d'une horloge de référence d'échelle de temps. caractérisé en ce que
- on installe sur au moins un support (6) de surface inhabité lesdits moyens (42) de liaison radio avec ce navire (5). un équipement (72) de positionnement par rapport audit système (3) absolu de surface et au moins un récepteur acoustique (82i de signaux en provenance dudit objet immergé (I);;
- on installe sur ledit navire (5) les moyens (41) de liaison radio nécessaires et compatibles avec ceux dudit support inhabité (6),.
- on calcule, d'une manière connue, le lieu géométrique (11) absolu et relatif par rapport au navire (5) de tous les points où peut se situer l'objet immergé (1), en fonction des signaux acoustiques (2) reçus par les récepteurs acoustiques (8) du navire et du support inhabité.
- on place ledit support de surface inhabité (6) à une distance quelconque du navire (5i compatible avec leur liaison radio, on recueille sur ledit navire toutes les informations déduites des signaux reçus et donnant en particulier les positions absolues du support inhabité (6i et du navire (5), et la position relative du premier par rapport au second, de telle façon que l'on dispose d'un référentiel relais de base en surface;;
un récepteur acoustique (81) des signaux en provenance dudit objet immergé (L) et un calculateur recevant l'ensemble des signaux en provenance du référentiel absolu (3), de l'objet immergé (1), du support inhabité (6) et de l'horloge de référence;
2. Procédé de positionnement absolu d'un objet immergé (1) suivant la revendication 1. caractérisé en ce que
- on installe sur ledit objet immergé (1) un émetteur acoustique (9) générant des signaux (2) codés suivant une échelle de temps donnée par une horloge embarquée et synchronisée à celle de référence dudit navire (5), et un capteur de profondeur;
- on transmet l'information de profondeur (p) au navire (5) par tout moyen (10) de transmission connu et on reporte cette coordonnée absolue de l'objet (li sur ledit lieu géométrique (11), défihi grâce à la connaissance de la même échelle de temps entre l'émetteur (9) et les récepteurs acoustiques (8) comme étant un cercle;;
- on lève l'ambiguïté entre les deux points (12), alors ainsi repérés et positionnés. par tout procédé connu en déplaçant par exemple le navire (5) relativement au support inhabité (6) perpendiculairement à la ligne (22) qui les joint.
3. Procédé de positionnement absolu d'un objet (1) immergé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que
- on place au moins trois récepteurs (8) acoustiques sur au moins un support de surface inhabité (6) équipé des autres équipements suivant la revendication 1;
- on calcule les points d'intersection des trois lieux géométriques (Il), chacun associé à un desdits récepteurs (8) accustiques sur lesquels peut se situer l'objet immergé (1) et qui SD.,. définis comme étant des surfaces gauches en l'absence de signal codé et d'échelle de temps commune;;
-on lève l'amblguité éventuelle entre les points (12) alors repérés et positionnés par tout procédé connu et, par mesures et calculs successifs. on effectue la trajectographie dudit objet immergé < i) par rapport audit navire (5).
4. Procédé de positionnement absolu d'un objet .immergé (1) suivant la revendication 3. caractérisé en ce que l'on place les au moins trois récepteurs acoustiques (8) chacun sur un support (6) de surface inhabité équipé suivant la revendication 1.
5. Dispositif de positionnement absolu d'un objet immergé (1) émettant des signaux acoustiques (2), comportant des moyens (4) de liaison radios et des moyens (8) de positionnement connus sous-marins tel que par écoute de signaux acoustiques, utilisant un système connu (3) de référentiel absolu repéré par rapport à des stations fixes terrestres et utilisé à partir d'un navire (5) disposant des équipements nécessaires à la mise en oeuvre des moyens et des systèmes précédents et, en outre, d'une horloge de référence couplée à un calculateur, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un support (6) de surface inhabité équipé également desdits moyens (42) de liaison radio avec le navire (5), d'un équipement (72) de positionnement par rapport audit système (3) absolu de surface et d'au moins un récepteur (82) acoustique desdits signaux (2) en provenance dudit objet immergé (1), lequel support de surface inhabité (6), placé à une distance quelconque dudit navire (5) compatible avec leurs liaisons radios, envoie ses informations de positionnement et de signaux acoustiques reçus audit navire (5), de telle façon qu'un programme de calcul intégré audit calculateur permette de définir d'une manière connue, le lieu géométrique (11) absolu et relatif par rapport audit navire (5) de tous les points (12) où peut se situer ledit objet immergé (1).
6. Dispositif de positionnement absolu sous-marin d'un objet immergé (I) suivant la revendication 5, caractérisé en ce que ledit support de surface inhabité (6) est semi-submersible, mobile, autopropulsé et radiocommandé depuis ledit navire (5).
7. Dispositif de positionnement absolu d'un objet immergé (I) suivant la revendication 6. caractérisé en ce que ledit support de surface mobile (6), inhabité et semi-submersible, est un support de type trimaran, dont la coque centrale (14) est placée en avant des coques latérales (15), de telle façon que les amplitudes propres de tangage et de roulis soient les plus faibles possibles.
8. Dispositif de positionnement absolu d'un objet immergé (1) suivant l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que ledit objet immergé (I) est équipé d'un émetteur acoustique (9) générant des signaux (2) codés suivant une échelle de temps donné par une horloge embarquée et synchronisée sur celle dudit navire (5), d'un capteur de profondeur et de tout moyen connu de transmission (10) de l'information de ce capteur vers le navire (5), de telle façon que, associé avec l'émission et la réception desdits signaux (2) avec la même référence de temps. cette information permette audit programme de calcul de déterminer, d'une manière connue, le positionnement absolu et relatif des au plus deux points (12) où doit se situer ledit objet (1).
9. Dispositif de positionnement absolu d'un objet immergé (1) suivant la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits signaux (2) acoustiques émis par l'objet immergé (1) sont des signaux large bande insensibles à l'effet Doppler.
10. Dispositif de positionnement absolu d'un objet immergé (1) suivant l'une quelconque des revendications 5à 7, caractérisé en ce qu'il comporte au moins trois récepteurs acoustiques (8) permettant de recevoir tous les signaux et bruits émis par ledit objet immergé (1), même en l'absence de codage et d'échelle de temps à l'émission, ce qui est le cas des bruits propres rayonnés, et de définir d'une manière connue par intersection entre les au moins trois lieux géométriques (11) associés chacun à un desdits récepteurs (8), le point (12) où peut se situer l'objet immergé (1).
11. Dispositif de positionnement absolu d'un objet immergé (1) suivant les revendications 5 et 10, caractérisé en ce que le support de surface (6) inhabité est une boutée ancrée sur le fond (16) et les trois récepteurs acoustiques (8) sont accrochés sur sa ligne de mouillage (17) à différentes profondeurs.
12. Dispositif de positionnement absolu d'un objet immergé (1) suivant la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte au moins trois supports (6) de surface inhabités, semi-submersibles et ayant chacun un desdits récepteurs acoustiques (8).
13. Dispositif de positionnement absolu d'un objet immergé (1) suivant l'une quelconque des revendications 5 à 12, caractérisé en ce que ledit système de réfrentiel (3) absolu est un système de repérage satellitaire (18) permettant un calcul de positionnement continu environ toutes les cinq secondes et avec une précision absolue de au plus 1û0 m et relative par rapport à un point de référence de au plus 3m.
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