FR2722883A1

FR2722883A1 - Acoustic positioning system for independent submersible vehicle

Info

Publication number: FR2722883A1
Application number: FR9408913A
Authority: FR
Inventors: Alain Carof
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1994-07-19
Filing date: 1994-07-19
Publication date: 1996-01-26
Anticipated expiration: 2014-07-19
Also published as: FR2722883B1

Abstract

The emitters are in fixed positions or are towed by a vessel and a single omni-directional receiver (102) on the vehicle receives the emissions. The processing determines the radial distance and the radial velocity component from each emitter to compute the position of the vehicle. Passband filters (103, 104) extract the Doppler-shifted signals and the delay is measured by a comparative technique (106). The signals are reset into time coincidence, and low-pass (108) and high-pass (109) filters extract the sum and difference frequencies arising from the inter-correlation of the combined signal. From this the radial velocity components are calculated (110) by a recurrence algorithm of a matrix calculation.

Description

La présente invention se rapporte aux systèmes qui permettent de déterminer la position d'un véhicule sous-marin autonome en utilisant des moyens de transmission acoustiques. Elle permet en outre à partir des indications ainsi obtenues de guider ce véhicule, notamment le long d'une trajectoire préalablement déterminée. The present invention relates to systems which make it possible to determine the position of an autonomous underwater vehicle using acoustic transmission means. It also makes it possible, from the indications thus obtained, to guide this vehicle, in particular along a previously determined trajectory.

L'acquisition en temps réel des données de positionnement d'un véhicule sous-marin autonome est essentielle pour lui permettre de se déplacer, et pour prévoir sa trajectoire. Ces données peuvent être simplement bidimensionnelles, correspondant à une localisation sur une carte, ou tridimensionnelles, permettant de déterminer en outre l'immersion du sous-marin et donc sa marge de sécurité par rapport au fond de la mer. The acquisition in real time of the positioning data of an autonomous underwater vehicle is essential to allow it to move, and to predict its trajectory. This data can be simply two-dimensional, corresponding to a location on a map, or three-dimensional, making it possible to further determine the submersion of the submarine and therefore its safety margin relative to the sea bottom.

On a proposé pour la localisation en milieu aérien, pour des engins terrestres et/ou volants, de nombreux systèmes utilisant des capteurs, associés ou non à des algorithmes de vision et de reconnaissance des formes, et certains de ces procédés ont été transposés au milieu sousmarin. Numerous systems using sensors, whether or not associated with vision and pattern recognition algorithms, have been proposed for localization in aerial medium, for land and / or flying machines, and some of these methods have been transposed to the medium. submarine.

Toutefois on ne peut pas utiliser des systèmes électromagnétiques d'aide à la navigation, tels que les satellites, la radio etc., dans des conditions opérationnelles normales d'exploration sous-marine en raison de l'absence de propagation des ondes électro-magnétiques dans l'eau de mer. Pour utiliser de tels systèmes il faudrait en effet soit utiliser une antenne remorquée au voisinage de la surface, soit effectuer périodiquement des reprises de vues. Si de tels systèmes sont parfois utilisés dans des conditions très particulières, ils sont le plus souvent dangereux à cause des risques de collision et ils ne sont pas adaptés à de nombreuses missions telles que le suivi des fonds océaniques. However, electromagnetic navigation aid systems such as satellites, radio, etc. cannot be used under normal operational conditions of underwater exploration due to the absence of propagation of electromagnetic waves. in sea water. To use such systems, it would indeed be necessary either to use an antenna towed near the surface, or to periodically take pictures. If such systems are sometimes used in very specific conditions, they are most often dangerous because of the risk of collision and they are not suitable for many missions such as monitoring the ocean floor.

On est alors amené à utiliser d'autres techniques, parmi lesquelles on citera en particulier les méthodes de navigation inertielles qui utilisent les indications d'un certain nombre de capteurs qui permettent de déterminer en particulier la vitesse d'accélération, le cap et la verticale. A partir d'une position initiale connue, la position actuelle du véhicule est obtenue alors par intégration des données ainsi obtenues. We are then led to use other techniques, among which particular mention will be made of inertial navigation methods which use the indications of a certain number of sensors which make it possible to determine in particular the acceleration speed, the heading and the vertical . From a known initial position, the current position of the vehicle is then obtained by integrating the data thus obtained.

Malheureusement ces systèmes de navigation inertiels présentent des dérives plus ou moins importantes au cours du temps, ce qui ne les rend dérives plus ou moins importantes au cours du temps, ce qui ne les rend utilisables tous seuls que pour des missions de faible autonomie, généralement en environnement non hostile. Si l'on veut augmenter l'autonomie du véhicule, il faut recaler périodiquement la centrale à inertie avec des moyens externes du type acoustique, optique ou électromagnétique, et on est alors amené au cas précédent de la reprise de vue, dont on a déjà souligné les inconvénients.Unfortunately these inertial navigation systems exhibit more or less significant drifts over time, which does not make them more or less significant drifts over time, which only makes them usable on their own for missions of low autonomy, generally in a non-hostile environment. If you want to increase the range of the vehicle, you must periodically reset the inertial unit with external means of the acoustic, optical or electromagnetic type, and you are then led to the previous case of the recovery of view, which we have already pointed out the disadvantages.

Une autre méthode actuellement utilisée consiste à effectuer un positionnement relatif par rapport à une ou plusieurs références extemes. Another method currently used consists in carrying out a relative positioning with respect to one or more external references.

Ce positionnement est soit du type instantané utilisant en mode passif la mesure des retards différentiels entre au moins 3, et souvent plus, émetteurs acoustiques dont les positions sont connues, soit du type relatif utilisant au moins une, et de préférence deux, références avec une séquence d'interrogation-réponse en mode actif, la référence étant alors une balise répondeuse ou "transpondeur". Cette dernière méthode est en particulier décrite dans la demande de brevet français n" 90 02809, déposée par la demanderesse le 6 mars 1990 et publiée le 13 septembre 1991 sous le n"2 659451. This positioning is either of the instantaneous type using in passive mode the measurement of the differential delays between at least 3, and often more, acoustic transmitters whose positions are known, or of the relative type using at least one, and preferably two, references with a interrogation-response sequence in active mode, the reference then being a responder or "transponder" tag. This latter method is in particular described in French patent application No. 90 02809, filed by the Applicant on March 6, 1990 and published on September 13, 1991 under No. 2 659451.

Ces systèmes utilisant uniquement des références extemes sont essentiellement dédiés au positionnement du véhicule. Ils nécessitent alors l'adjonction d'un autre système destiné à planifier la trajectoire et à guider le véhicule autonome par rapport à cette trajectoire. En outre si l'on souhaite utiliser un nombre réduit, inférieur à 3, de références, on est amené à utiliser un mode actif comportant un émetteur embarqué sur le véhicule, de manière à pouvoir obtenir en temps quasi réel l'information de position souhaitée. Ce supplément de matériel entraîne à la fois une réduction de la fiabilité globale du système et une réduction de l'autonomie du véhicule, par consommation supplémentaire d'énergie, sans cependant garantir que les informations disponibles seront utilisées de la manière la meilleure. These systems using only external references are essentially dedicated to the positioning of the vehicle. They then require the addition of another system intended to plan the trajectory and to guide the autonomous vehicle with respect to this trajectory. In addition, if one wishes to use a reduced number, less than 3, of references, one is led to use an active mode comprising a transmitter on board the vehicle, so as to be able to obtain in near real time the desired position information. . This additional hardware results in both a reduction in the overall reliability of the system and a reduction in the range of the vehicle, by additional consumption of energy, without however guaranteeing that the information available will be used in the best way.

On souhaite donc pouvoir guider un véhicule mobile autonome se déplaçant en milieu sous-marin, tout en respectant les contraintes majeures suivantes:
- minimisation de l'énergie consommée par le système,
- maximisation de la fiabilité du système,
- minimisation du risque de collision avec un navire,
- possibilité de replanification de la mission,
- disponibilité d'un mode de survie permettant le retour à la base de départ, et
- maximum de discrétion.We therefore wish to be able to guide an autonomous mobile vehicle moving in an underwater environment, while respecting the following major constraints:
- minimization of the energy consumed by the system,
- maximization of system reliability,
- minimization of the risk of collision with a ship,
- possibility of rescheduling the mission,
- availability of a survival mode allowing return to the base of departure, and
- maximum discretion.

Outre une fonction principale de détermination de la position du véhicule, on souhaite également pouvoir obtenir un guidage automatique par rapport à une trajectoire prédéfinie, ainsi qu'une planification de la route à suivre et une possibilité de replanification de cette route en fonction de la situation effectivement rencontrée par le véhicule, telle que la présence d'obstacles inattendus, un changement de mission, etc. In addition to a main function of determining the position of the vehicle, it is also desired to be able to obtain automatic guidance with respect to a predefined trajectory, as well as planning the route to be followed and a possibility of rescheduling this route according to the situation actually encountered by the vehicle, such as the presence of unexpected obstacles, a change of mission, etc.

Pour résoudre ce problème, I'invention propose un système de positionnement acoustique d'un véhicule sous-marin autonome, utilisant des émetteurs de signaux acoustiques et des récepteurs de ces signaux, principalement caractérisé en ce qu'il comprend seulement deux émetteurs extérieurs au véhicule pour émettre des signaux acoustiques de fréquences distinctes synchrones l'un de l'autre, un récepteur acoustique-omnidirectionnel unique situé sur le véhicule pour recevoir ces signaux, et des moyens de traitement des signaux reçus par ce récepteur pour déterminer les distances entre le véhicule et les émetteurs et les composantes radiales de la vitesse du véhicule par rapport aux émetteurs et déterminer à partir de ces résultats la position du véhicule par rapport aux émetteurs. To solve this problem, the invention proposes an acoustic positioning system for an autonomous underwater vehicle, using transmitters of acoustic signals and receivers of these signals, mainly characterized in that it comprises only two transmitters external to the vehicle for transmitting acoustic signals of distinct frequencies synchronous to each other, a single acoustic-omnidirectional receiver located on the vehicle to receive these signals, and means for processing the signals received by this receiver to determine the distances between the vehicle and the transmitters and the radial components of the vehicle speed relative to the transmitters and determining from these results the position of the vehicle relative to the transmitters.

Selon une autre caractéristique, les moyens de traitement des signaux comprennent des moyens pour déterminer le retard d'un signal par rapport à l'autre, des moyens pour remttre en coïncidence temporelle ces signaux, des moyens pour effectuer une intercorrélation des signaux ainsi remis en coïncidence temporelle, des moyens pour filtrer passe-bas et passe-haut le signal résultant de cette intercorrélation et obtenir ainsi la
différence et la somme des fréquences des signaux reçus, et des moyens de calcul pour déterminer à partir de cette somme et de cette différence lesdites distances et composantes radiales de la vitesse.According to another characteristic, the signal processing means comprise means for determining the delay of one signal relative to the other, means for putting these signals into temporal coincidence, means for carrying out an intercorrelation of the signals thus restored. temporal coincidence, means for filtering low-pass and high-pass the signal resulting from this cross-correlation and thus obtaining the
difference and the sum of the frequencies of the signals received, and calculation means for determining from this sum and this difference said distances and radial components of the speed.

Selon une autre caractéristique, les moyens de calcul utilisent en outre la distance entre les deux émetteurs et le module de la vitesse du véhicule, ce module étant obtenu par un loch faisant partie du véhicule. According to another characteristic, the calculation means also use the distance between the two transmitters and the vehicle speed module, this module being obtained by a log forming part of the vehicle.

Selon une autre caractéristique, les émetteurs sont remorqués par un bâtiment de servitude et les moyens de calcul utilisent en outre la différence angulaire entre le cap du véhicule et la direction de l'alignement formé par les deux émetteurs ainsi que le module de la vitesse du véhicule; ce module étant déterminé par un loch faisant partie du véhicule. According to another characteristic, the transmitters are towed by an easement building and the calculation means also use the angular difference between the heading of the vehicle and the direction of the alignment formed by the two transmitters as well as the speed module of the vehicle; this module being determined by a log forming part of the vehicle.

Selon une autre caractéristique, les moyens de calcul utilisent un algorithme de récurrence par calcul matriciel. According to another characteristic, the calculation means use a recurrence algorithm by matrix calculation.

D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement dans la description suivante, présentée à titre d'exemple non limitatif en regard des figures annexées qui représentent:
- la figure 1: un schéma simplifié du système selon l'invention;
- la figure 2 : un schéma-bloc des organes de traitement des signaux situés dans le véhicule autonome
- la figure 3: un diagramme permettant de définir les angles et les distances utilisés dans les calculs
- la figure 4 : une vue schématique de l'ensemble du système dans le cas de bases fixes; et
- la figure 5 : une vue d'ensemble du système dans le cas de bases remorquées.Other features and advantages of the invention will appear clearly in the following description, presented by way of nonlimiting example with reference to the appended figures which represent:
- Figure 1: a simplified diagram of the system according to the invention;
- Figure 2: a block diagram of the signal processing devices located in the autonomous vehicle
- Figure 3: a diagram for defining the angles and distances used in the calculations
- Figure 4: a schematic view of the entire system in the case of fixed bases; and
- Figure 5: an overview of the system in the case of towed bases.

Comme représenté sur la figure 1, le système utilise pour déterminer la position du véhicule autonome M deux émetteur El et E2 qui envoient chacun des signaux à des fréquences F1 et F2 synchronisés entre eux à partir d'un même générateur de signal d'horloge synchronisé 101. Le cas échéant, s'il y avait des difficultés de liaison entre ces deux émetteurs par exemple, on pourrait utiliser des horloges synchrones dont le synchronisme est maintenu par des méthodes connues en elles-mêmes. As shown in FIG. 1, the system uses to determine the position of the autonomous vehicle M two transmitters El and E2 which each send signals at frequencies F1 and F2 synchronized with one another from the same synchronized clock signal generator 101. If necessary, if there were connection difficulties between these two transmitters for example, synchronous clocks could be used whose synchronism is maintained by methods known in themselves.

Le véhicule M est situé à une distance RI de l'émetteur El et à une distance R2 de l'émetteur E2. Sa vitesse V projetée sur les axes E1M et
E2M est égale respectivement à VR1 et VR2.The vehicle M is located at a distance RI from the transmitter El and at a distance R2 from the transmitter E2. Its speed V projected on the axes E1M and
E2M is equal to VR1 and VR2 respectively.

Les signaux reçus par le capteur uniquement passif embarqué sur le véhicule sont affectés de décalages en fréquence dus aux mouvements relatifs entre les émetteurs et le véhicule. Si les émetteurs sont fixes, seuls les mouvements propres du véhicule interviennent dans ce décalage en fréquence. The signals received by the only passive sensor on board the vehicle are affected by frequency shifts due to the relative movements between the transmitters and the vehicle. If the transmitters are fixed, only the vehicle's own movements are involved in this frequency offset.

A chaque top de synchronisation, les émetteurs El et E2 émettent chacun un signal dont les caractéristiques, la fréquence centrale, la durée et la loi de modulation par exemple, sont mémorisées par avance dans le récepteur situé dans le véhicule. At each synchronization top, the transmitters El and E2 each transmit a signal whose characteristics, central frequency, duration and modulation law for example, are stored in advance in the receiver located in the vehicle.

A titre de simplification, pour les explications qui suivent on supposera que les signaux émis sont des fréquences pures, mais le système de l'invention est identique pour des signaux plus complexes, par exemple modulés en fréquence ou selon des codes pseudo-aléatoires. Les signaux de cet exemple sont donc de la forme:
Sl(t) = Asin (2sE1t) (1)
S2(t) = Asin (2sF2t) (2)
En supposant que le milieu de propagation des signaux acoustiques est isotrope et isocélère, c'est-à-dire que la vitesse du son y est constante et égale à c, le retard différentiel entre les deux signaux lorsqu'ils sont reçus sur le capteur 102 porté par le véhicule et représenté sur la figure 2 est donné par:
(t2-tl)=(R2-Rl)/c (3)
Dans ces conditions si le mouvement du véhicule est rectiligne et uniforme, les fréquences des signaux reçus sont donnés par:
FR1 =F1x(1 +VR11c)
FR2 = F2x(1 + VR2/c) (4)
De manière classique on filtre alors ces signaux dans des filtres 103 et 104 centrés sur les fréquences f1 et f2 avec une bande passante correspondant à l'écart doppler maximal, pour obtenir des signaux de réception donnés par les formules: SR1 =Aîxsin [2nFRlx(t-t1 )i
SR2=A2xsin [2ulFR2x(t-t2)] (5)
On mesure ensuite le retard différentiel t1 - t2 dans un dispositif 105, selon une technique de comparaison connue. Ceci permet de remettre en correspondance temporelle les deux signaux en retardant l'un d'entre eux dans un dispositif de retard commandable 106 qui fonctionne de manière connue sous l'action du signal de mesure du retard différentiel délivré par le dispositif 105.By way of simplification, for the explanations which follow, it will be assumed that the signals transmitted are pure frequencies, but the system of the invention is identical for more complex signals, for example frequency modulated or according to pseudo-random codes. The signals of this example are therefore of the form:
Sl (t) = Asin (2sE1t) (1)
S2 (t) = Asin (2sF2t) (2)
Assuming that the medium of propagation of the acoustic signals is isotropic and isoceleric, that is to say that the speed of sound y is constant and equal to c, the differential delay between the two signals when they are received on the sensor 102 carried by the vehicle and represented in FIG. 2 is given by:
(t2-tl) = (R2-Rl) / c (3)
Under these conditions, if the vehicle movement is straight and uniform, the frequencies of the signals received are given by:
FR1 = F1x (1 + VR11c)
FR2 = F2x (1 + VR2 / c) (4)
Conventionally, these signals are then filtered in filters 103 and 104 centered on the frequencies f1 and f2 with a passband corresponding to the maximum Doppler deviation, in order to obtain reception signals given by the formulas: SR1 = Aîxsin [2nFRlx ( t-t1) i
SR2 = A2xsin [2ulFR2x (t-t2)] (5)
The differential delay t1 - t2 is then measured in a device 105, according to a known comparison technique. This allows the two signals to be time-matched by delaying one of them in a controllable delay device 106 which operates in a known manner under the action of the differential delay measurement signal delivered by the device 105.

Les deux signaux remis ainsi en coïncidence temporelle sont alors appliqués à un dispositif d'intercorrélation connu 107, dont l'action correspond à la formule:
Al x A2 [cos27C(AFR)t + cos 2x(SFR)t]/2 (6)
avec AFR = FR1 - FR2 et SFR = FR1 + FR2
Le signal délivré par cet intercorrélateur est appliqué à un filtre passe-basse 108, qui permet d'obtenir un signal représentatif de VR1 - VR2 et à un filtre passe-haut 109, qui permet d'obtenir un signal représentatif de
VR1 + VR2.The two signals thus returned to temporal coincidence are then applied to a known intercorrelation device 107, the action of which corresponds to the formula:
Al x A2 [cos27C (AFR) t + cos 2x (SFR) t] / 2 (6)
with AFR = FR1 - FR2 and SFR = FR1 + FR2
The signal delivered by this intercorrelator is applied to a low-pass filter 108, which makes it possible to obtain a signal representative of VR1 - VR2 and to a high-pass filter 109, which makes it possible to obtain a signal representative of
VR1 + VR2.

On obtient alors les distances R1 et R2 et les vitesses VR1 et
VR2 en résolvant dans un calculateur de positionnement et de guidage 110 un système de 4 équations dont 3 sont données par les formules suivantes:
VR1 - VR2 = c AFR
VR1 - VR2 = c SFR (7)
R1 - R2 = c (tl -t2)
Pour obtenir la quatrième équation, il faut connaître la distance L entre les deux émetteurs El et E2 et le module V de la vitesse du véhicule, ainsi que la différence angulaire y entre le cap du véhicule et la direction de l'alignement formé par les deux émetteurs El et E2. Ces paramètres, ainsi que les angles et les distances nécessaires au calcul sont représentés sur la figure 3.We then obtain the distances R1 and R2 and the speeds VR1 and
VR2 by solving in a positioning and guidance computer 110 a system of 4 equations, 3 of which are given by the following formulas:
VR1 - VR2 = c AFR
VR1 - VR2 = c SFR (7)
R1 - R2 = c (tl -t2)
To obtain the fourth equation, it is necessary to know the distance L between the two transmitters El and E2 and the module V of the speed of the vehicle, as well as the angular difference y between the heading of the vehicle and the direction of the alignment formed by the two transmitters El and E2. These parameters, as well as the angles and distances necessary for the calculation are shown in Figure 3.

Ces deux modes de calcul se différencient essentiellement selon la manière dont sont fixés les émetteurs El et E2. These two calculation methods essentially differ according to the way in which the transmitters El and E2 are fixed.

Lorsque, comme dans la figure 4, les émetteurs El et E2 sont fixés sur le fond de la mer, la meilleure méthode consiste à utiliser la distance L et le module V de la vitesse. Ce dernier est obtenu par exemple à l'aide un loch de type connu fixé sur le véhicule M. When, as in Figure 4, the transmitters El and E2 are fixed to the seabed, the best method is to use the distance L and the module V of the speed. The latter is obtained for example using a log of known type fixed on the vehicle M.

Dans ce cas les angles a1, oe2, Ol et 02 répondent aux formules suivantes:
VR1
cosα1 = V R1
V
VR2
COSa2 = (8)
v
Û1 - 02 = a2 - a1
et dans ces conditions le triangle dont les sommets sont El, E2 et
M permet d'obtenir la quatrième équation:
R12 + R22 = L2 + 2R1 R2 cos (0 2) (9)
Lorsque par contre les émetteurs El et E2 sont remorqués par un navire de servitude, comme représenté sur la figure 5, il est préférable d'utiliser la différence angulaire y, obtenue par différence entre le cap du véhicule M, mesuré de manière interne par des moyens connus, et la direction de l'alignement des émetteurs El et E2, obtenue à partir du cap du bâtiment, lui-même mesuré par des moyens connus et transmis de manière codé sur les signaux F1 et/ou F2. Dans la pratique, compte tenu des moyens de remorquage utilisés, comportant par exemple les dépresseurs 111, permettant de maintenir de manière suffisamment constante les émetteurs par rapport au bateau de remorquage, le cap de ce bateau et la direction de l'alignement des émetteurs est une donnée connue qui reste constante.In this case the angles a1, oe2, Ol and 02 correspond to the following formulas:
VR1
cos α 1 = V R1
V
VR2
COSa2 = (8)
v
Û1 - 02 = a2 - a1
and under these conditions the triangle whose vertices are El, E2 and
M gives the fourth equation:
R12 + R22 = L2 + 2R1 R2 cos (0 2) (9)
When, on the other hand, the transmitters El and E2 are towed by a service vessel, as shown in FIG. 5, it is preferable to use the angular difference y, obtained by difference between the heading of the vehicle M, measured internally by known means, and the direction of the alignment of the transmitters El and E2, obtained from the heading of the building, itself measured by known means and transmitted in a coded manner on the signals F1 and / or F2. In practice, taking into account the towing means used, comprising for example the depressants 111, making it possible to maintain the transmitters in a sufficiently constant manner relative to the towing boat, the course of this boat and the direction of alignment of the transmitters is known data which remains constant.

Dans ces conditions la relation entre α1, α2, #1, #2 et γ est donnée:
Oî + =02+a2=7cI2+y (10)
et la quatrième équation est alors donnée par:
R2 ~ cosy
R1 cos
En fonction des résultats de ces calculs, qui permettent d'obtenir la position du véhicule, le calculateur de guidage peut envoyer aux gouvernes du véhicule, ainsi qu'éventuellement aux commandes du moteur de celui-ci, des signaux permettant de suivre une trajectoire déterminée à l'avance et éventuellement rectifiée au fur et à mesure en fonction des observations effectuées par le véhicule.Under these conditions the relationship between α 1, α 2, # 1, # 2 and γ is given:
Oî + = 02 + a2 = 7cI2 + y (10)
and the fourth equation is then given by:
R2 ~ cozy
R1 cos
Depending on the results of these calculations, which make it possible to obtain the position of the vehicle, the guidance computer can send to the control surfaces of the vehicle, as well as possibly to the engine controls thereof, signals making it possible to follow a determined trajectory. in advance and possibly rectified progressively according to the observations made by the vehicle.

Selon une variante de réalisation on utilise un algorithme permettant de résoudre un autre système de quatre équations obtenues en remarquant que VR1 = dRl/dT et VR2 = dR2/dT: U1 (k) dR1 dR2 =c#FR
dt dt
U2 (k) = d 1 + dR2 = c SFR (12)
dt dt
U2(k) Rl(k)- R2(k) = c(ll - t2)
U4 (k) = R1 (k) + R2 (k) = non mesuré
Le paramètre U4 n'est pas mesuré et c'est justement le système algorithmique qui permet de pallier cette absence de mesure en obtenant une convergence rapide par itération des calculs.According to an alternative embodiment, an algorithm is used to solve another system of four equations obtained by noting that VR1 = dRl / dT and VR2 = dR2 / dT: U1 (k) dR1 dR2 = c # FR
dt dt
U2 (k) = d 1 + dR2 = c SFR (12)
dt dt
U2 (k) Rl (k) - R2 (k) = c (ll - t2)
U4 (k) = R1 (k) + R2 (k) = not measured
The parameter U4 is not measured and it is precisely the algorithmic system which makes it possible to compensate for this absence of measurement by obtaining rapid convergence by iteration of the calculations.

Pour cela on applique la formule de récurrence suivante: Uk = AUk-1 =AkU0,
dans laquelle U0 est l'état initial (13)
Cette formule correspond à un calcul matriciel dans lequel A correspond à la matrice suivante, où T est le pas temporel du calcul:

For this we apply the following recurrence formula: Uk = AUk-1 = AkU0,
in which U0 is the initial state (13)
This formula corresponds to a matrix calculation in which A corresponds to the following matrix, where T is the time step of the calculation:

Selon l'espacement choisi entre les émetteurs, et les paramètres retenus pour les signaux transmis, ce système peut être utilisé dans un domaine s'étendant de quelques centaines de mètres à plusieurs dizaines, éventuellement quelques centaines, de kilomètres. Depending on the spacing chosen between the transmitters, and the parameters retained for the transmitted signals, this system can be used in a range extending from a few hundred meters to several tens, possibly a few hundred, kilometers.

Comme les émetteurs sont externes au véhicule, la puissance émise n'est en pratique pas limitée, si ce n'est par les contraintes classiques de réalisation des émetteurs acoustiques. As the transmitters are external to the vehicle, the power emitted is in practice not limited, except by the conventional constraints of production of the acoustic transmitters.

En direction le domaine d'utilisation est lui aussi très large et atteint au moins 1800. On peut l'étendre à 360" en levant l'ambiguité résultant de la symétrie du système d'émission par des moyens connus, un test de vraisemblance par exemple. Towards the field of use is also very wide and reaches at least 1800. It can be extended to 360 "by removing the ambiguity resulting from the symmetry of the transmission system by known means, a likelihood test by example.

A titre d'exemple de réalisation, on notera que pour un espacement de quelques mètres et des fréquences d'émission comprises entre 20 et 100 KHz, la portée peut atteindre un kilomètre avec une précision de 10 cm. As an example of an embodiment, it will be noted that for a spacing of a few meters and emission frequencies between 20 and 100 kHz, the range can reach one kilometer with an accuracy of 10 cm.

Enfin il est très facile de déterminer une ou plusieurs trajectoires particulières pour lesquelles on déterminera à l'avance les couples retard écart-doppler correspondant aux différents points de la trajectoire. A partir de ces résultats ainsi mémorisés, on pourra alors guider le véhicule autonome le long de la trajectoire choisie en effectuant une correction rétroactive pour ramener les mesures effectives sur les valeurs prédéterminées. La réalisation est encore plus simple lorsque que l'on décide d'utiliser les trajectoires correspondant à des courbes iso-retard différentiels. On obtient ainsi un moyen particulièrement simple de guidage en retour vers la base de départ pour obtenir la fonction dite de "homing". Finally, it is very easy to determine one or more particular trajectories for which the delay-difference-doppler couples corresponding to the different points of the trajectory will be determined in advance. From these results thus stored, it will then be possible to guide the autonomous vehicle along the chosen trajectory by performing a retroactive correction to bring the effective measurements back to the predetermined values. The realization is even simpler when one decides to use the trajectories corresponding to differential iso-delay curves. This gives a particularly simple means of guiding back to the starting base to obtain the so-called "homing" function.

Bien entendu la description précédente ne donne les distances et les vitesses par rapport aux émetteurs que dans un plan défini par ces émetteurs et le véhicule. Selon l'inclinaison de ce plan, correspondant à la différence d'immersion entre le véhicule et les émetteurs, on aura une erreur systématique sur le positionnement par rapport à la carte plane du lieu. Pour éliminer cette erreur il suffit de déterminer l'immersion du véhicule, soit par un capteur de pression soit par un sondeur, et d'introduire de manière simple et connue dans l'art cette immersion dans les calculs afin de procéder à la correction nécessaire. Ceci permettra en outre de tenir compte de l'immersion pour l'émission opérationnelle du véhicule, en évitant par exemple qu'il ne vienne percuter un accident de la surface du fond de la mer. Of course, the preceding description gives the distances and the speeds relative to the transmitters only in a plane defined by these transmitters and the vehicle. Depending on the inclination of this plane, corresponding to the difference in immersion between the vehicle and the transmitters, there will be a systematic error in positioning relative to the plane map of the place. To eliminate this error, it suffices to determine the immersion of the vehicle, either by a pressure sensor or by a depth sounder, and to introduce this immersion in the calculations in a simple and known manner in order to make the necessary correction. . This will also allow to take into account the immersion for the operational emission of the vehicle, by preventing for example that it does not come to strike an accident of the surface of the sea bottom.

Claims

1. Acoustic positioning system of a vehicle under

autonomous sailor using transmitters of acoustic signals and receivers of these signals, characterized in that it comprises only two transmitters (El, E2) external to the vehicle (M) for transmitting acoustic signals of distinct synchronous frequencies one of the other, a single acoustic-omnidirectional receiver (102) located on the vehicle (M) to receive these signals, and processing means (102-108) of the signals received by this receiver to determine the distances (R1, R2) between the vehicle and the transmitters and the radial components (VR1, VR2) of the speed of the vehicle relative to the transmitters and determine from these results the position of the vehicle relative to the transmitters.

2. System according to claim 1, characterized in that the signal processing means comprise means (105) for determining the delay of one signal with respect to the other, means (106) for reducing in temporal coincidence these signals, means (107) for performing an intercorrelation of the signals thus brought back into temporal coincidence, means for filtering low pass (108) and high pass (109) the signal resulting from this intercorrelation and thus obtaining the difference and the sum frequencies of the signals received, and calculation means (110) for determining from this sum and this difference said distances and radial components of the speed.

3. System according to claim 2, characterized in that the calculation means also use the distance (L) between the two transmitters and the speed module (V) of the vehicle; this module being obtained by a log forming part of the vehicle.

4. System according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the transmitters (El, E2) are towed by a service building and that the calculation means (110) also use the angular difference (y) between the heading of the vehicle (M) and the direction of alignment formed by the two transmitters, as well as the speed module (v) of the vehicle; this module being determined by a log forming part of the vehicle.

5. System according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the calculation means (110) use a recurrence algorithm by matrix calculation.