FR2909457A1 - Procede d'elimination de sources fantomes pour un sonar passif comportant plusieurs antennes lineaires. - Google Patents

Abstract

La présente invention se rapporte au domaine des systèmes sonars passifs exploitant simultanément plusieurs antennes linéaires.Elle consiste principalement en un procédé d'élimination de sources fantômes pour un sonar passif comportant au moins deux antennes linéaires A et B, avec:Une première étape (21) d'acquisition, durant laquelle on mesure le signal reçu pour différents instants de mesure ti, et on détermine, pour chaque antenne, la fréquence doppler f, du signal reçu, ainsi que les valeurs possibles de l'azimut theta de la source,Une deuxième étape (22) de détermination des valeurs candidates de la vitesse de la source, cette étape étant réalisée à partir des valeurs de fréquence f et d'azimut theta mesurées,Une troisième étape (23) de lever d'ambiguïté et de réjection des sources fantômes durant laquelle on détermine pour laquelle des sources candidates les valeurs de vitesse et de fréquence satisfont, pour chaque instant ti de mesure, les équations de mesure liant la fréquence du signal reçu à la fréquence f0 émise par la source, à la vitesse et à la position de la source.Cette invention concerne principalement les systèmes de surveillance portuaire comprenant plusieurs antennes linéaires passives posées sur le fond et réparties autour de la rade.

Description

PROCEDE D'ELIMINATION DE SOURCES FANTOMES POUR UN SONAR PASSIF COMPORTANT

PLUSIEURS ANTENNES LINEAIRES. DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention se rapporte au domaine des systèmes sonars passifs exploitant simultanément plusieurs antennes linéaires en vue de la surveillance du littoral, d'une zone portuaire ou maritime. Cette invention concerne principalement les systèmes de surveillance portuaire comprenant plusieurs antennes linéaires passives posées sur le fond et réparties autour de la rade. Cette invention est relative au clomaine du traitement de l'information ("data processing" selon la dénomination anglo-saxonne). Plus précisément, le problème traité est celui de l'élimination de sources dites fantômes apparaissant lorsqu'on exploite les mesures d'angle réalisées à partir d'antenne linéaire CONTEXTE DE L'INVENTION - ART ANTERIEUR Les antennes linéaires standards, également appelées "flûtes" sont généralement constituées d'une pluralité de capteurs acoustiques unitaires omnidirectionnels, ou hydrophones, répartis le long de l'antenne. Cette structure rend ambiguës les mesures angulaires effectuées avec de telles antennes. La direction d'arrivée d'un signal acoustique, qui correspond à un gisement, par rapport à une antenne donnée, de l'objet ayant émis le signal, n'est ainsi pas directement accessible, le domaine d'ambiguïté étant défini tout autour de l'axe de l'antenne par un cône de révolution. Les angles coniques ainsi mesurés sont encore appelés "pseudo gisements". Lorsque que la source est lointaine, ou encore par petit fond, le site d'arrivée des ondes acoustiques est proche de zéro. On a alors, pour l'angle sous lequel on voit la source, deux valeurs possibles symétriques par rapport à l'axe de référence constitué par l'axe de l'antenne (ambiguïté droite / gauche) qui sont converties en deux valeurs d'azimut A et A' encore appelées Az+ et Az . L'azimut représente ici de manière conventionnelle la valeur de l'angle défini par le nord et la direction d'arrivée du signal, qui correspond à l'axe source- 2909457 2 antenne. Ces deux valeurs d'azimut définissent deux directions distinctes de l'espace dont une seule correspond à la position réelle de la source. Une façon connue de lever l'ambiguïté droite / gauche dans le cas des 5 antennes linéaires consiste à dédoubler l'antenne en utilisant deux ou plusieurs antennes linéaires parallèles et, en combinant les signaux reçus par chacune des antennes, à former une voie de réception dont le diagramme est non ambigu.

10 Une autre façon connue est de doter la flûte de capteurs acoustiques clirectifs, ou de groupements de capteurs élémentaires omnidirectionnels, comme par exemple des triplets d'hydrophones, dispositifs qui permettent une certaine réjection droite / gauche.

15 Dans le cas d'un réseau de surveillance comportant des antennes linéaires posées sur le fond, l'utilisation d'antennes linéaires à triplets d'hydrophones n'est pas nécessairement une solution adaptée pour réaliser d'e manière efficace un lever d'ambiguïté car les phases des signaux reçus peuvent être perturbées par des réflexions sur les couches sédimentaires et 20 de ce fait, la réjection droite / gauche obtenue peut être moins bonne qu'en pleine eau. II en est de même lorsque l'on utilise deux flûtes en parallèles. Dans ce cas s'ajoutent soit la difficulté supplémentaire d'assurer le parallélisme si les flûtes ne sont pas strictement accolées, soit l'inconvénient d'une éventuelle perte de sensibilité si elles le sont.

25 Ces deux moyens connus ont dans tous les cas pour inconvénient d'augmenter le nombre d'hydrophones nécessaire pour réaliser une antenne linéaire. Cette augmentation a pour conséquence d'augmenter le coût de fabrication des antennes linéaires mises en oeuvre et du récepteur associé, 30 et donc le coût global du système nécessaire pour réaliser la couverture complète d'une zone. Un autre moyen est de traiter de façon cohérente les deux antennes simultanément, c'est-à-dire d'effectuer une formation de voie englobant l'ensemble des capteurs des deux antennes. De façon moins coûteuse, on 2909457 peut effectuer un traitement cohérent partiel en effectuant par exemple la corrélation temporelle des signaux provenant de la source et issue des deux antennes. L'inconvénient de ces techniques de traitement de signal amont est qu'il faut que les capteurs soient échantillonnés de façon parfaitement 5 synchrone. Cela suppose que l'on puisse diffuser aux deux antennes une horloge commune, ce qui n'est pas toujours possible. De plus, cela suppose que l'on ait accès aux signaux transitant dans le traitement amont des sonars, ce qui n'est pas toujours possibles si l'on utilise des sonars déjà existent.

10 Dans le cas d'une antenne remorquée, et donc mobile, il est en outre possible d'effectuer le lever d'ambiguïté droite / gauche en faisant varier l'orientation de l'antenne. Cependant, pour ce faire, le bateau doit manoeuvrer, de sorte que l'opération de lever l'ambiguïté prend un temps 15 relativement long (typiquement une dizaine de minutes). De plus cette possibilité n'est pas offerte dès lors que, l'on a affaire à des antennes fixes. Les méthodes actuelles permettant d'opérer un lever d'ambiguïté avec des antennes fixes apparaissent donc comme des solutions coûteuses qui requièrent en outre la mise en oeuvre de moyens de calcul plus puissants 20 pour assumer l'accroissement du débit d'informations consécutif à la mise en oeuvre d'un plus grand nombre de capteurs. L'utilisation d'antennes plus complexes associée à des moyens de traitement plus puissant se traduit par un accroissement significatif du coût global du système sonar de surveillance. On préfère donc utiliser des antennes classiques dotées de 25 capteurs omnidirectionnels qui sont ambiguës. Une des conséquences des ambiguïtés de mesure d'angle est que lorsque l'on veut localiser la source par triangulation, on peut trouver plusieurs intersections des lignes de visées. Une seule correspond 30 effectivement à la source réelle, les autres sont de fausses solutions dites sources fantômes, qu'il s'agit d'éliminer bien que les antennes constituant le réseau restent ambiguës droite/gauche 2909457 PRESENTATION DE L'INVENTION Un but de l'invention est de proposer une solution permettant d'utiliser des antennes linéaires passives à capteurs omnidirectionnels, par nature 5 ambiguës, pour réaliser un système de surveillance sous-marine capable d'éliminer les sources fantômes apparaissant lors de la détection de sources présentes dans la zone surveillée ou en train de pénétrer dans cette zone. A cet effet l'invention a pour objet un procédé de lever d'ambiguïté 10 localisation d'une source de signal et de réjection des sources " fantômes " dues à cette ambiguïté au moyen d'un sonar passif comportant au moins deux antennes linéaires A et B distantes l'une de l'autre. Le procédé selon l'invention, comporte principalement : 15 - Une première étape (étape 21) d'acquisition des mesures d'azimut 0(t;) et des mesures de la fréquence f(t;) du signal reçu, mesures qui sont réalisées pour différents instants de mesure t;. Le signal reçu correspond, à l'effet doppler près, au signal émis par la (ou les) source(s) clétectée(s).

20 Une seconde étape (étape 22) de détermination des valeurs de vitesse correspondant à différentes sources candidates, et éventuellement cle la fréquence correspondante fo du signal émis par ces sources. Cette estimation des paramètres caractérisant les sources candidates est réalisée 25 à partir des valeurs de fréquence mesurées f(t;) et d'azimut 0(t;) mesurées lors de la première étape (étape 21) aux différents instants t;, Une troisième étape (étape 23) consistant en la détermination de la source réelle et l'élimination des mauvaises solutions (sources fantômes).

30 Durant cette étape on évalue la cohérence des valeurs associées à chaque source candidate, par rapport à un rnodèle représenté par un ensemble d'équations de mesure liant les directions d'arrivée et les fréquences des signaux reçus, à la vitesse, à la position et, éventuellement, à la fréquence d'émission de la source candidate conslidérée. 4i 2909457 Par suite le lever d'ambiguïté est réalisé en déterminant la source candidate dont les valeurs de vitesse, de position et fréquence satisfont ces équations pour chaque instant t; de mesure. Cette source candidate est considérée comme la source réelle. Les autres sources candidates, considérées comme 5 des sources fantômes, sont rejetées. Selon un premier mode de mise en oeuvre de l'invention, pour deux antennes A et B, les équations de rnesure utilisées lors de l'étape 23, sont des équations liant la fréquence doppler du signal reçu à la fréquence fo, à 10 l'azimut 8 et aux composantes cartésiennes vx et vy de la vitesse V de la source. Selon une première variante de ce premier mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, on procède, lors de l'étape 22, à la 15 détermination des composantes vx et vy de la vitesse des sources candidates considérées, réelles ou fantômes, en effectuant des opérations de triangulation (intersection des lignes de visées à partir des deux antennes) en différents instants.

20 Selon une deuxième variante de ce premier mode de mise en oeuvre, les valeurs possibles de la fréquence fo et des composantes vx et vy de la vitesse de l'objet considéré sont déterminées, lors de l'étape 22, en effectuant une série de N mesures de fréquence f(t;) et d'azimut 0(t;) reçus par chacune des antennes en des instants t; successifs. Ces trois inconnues 25 sont déterminées par la résolution, par méthode des moindres carrés, d'un système linéaire sur-déterminé. Pour cela, selon on utilise les mesures d'azimut OA(t;) et OB(ti) obtenues au moyen des antennes A et B, et on résout le système d'équations linéaires représenté par les 2N relations exprimées de manière synthétique par la 30 relation suivante: F=M.X 2909457 6 où X représente le vecteur d'état X = [fo; fovx; fovy]T et où M représente une matrice de mesure à 2N lignes dans laquelle chaque ligne a pour expression (c, célérité du son supposée connue) : 5 MA(t;) = [1; -sipOA(t;)/c; -cosOA(t;)/c] ou MB(ti) = [1; -sinOB(ti)/c; -cosOB(t;)/c], chaque ligne MA(t;) ou MB(t;) correspondant à un instant de mesure t;, et F un 10 vecteur à 2N composantes constituées par les couples de mesures des fréquences reçues (fA(t;), fB(ti)) mesurées aux N instants t;. Selon ces deux variantes, les équations de mesures utilisées au cours de l'étape 23 ont pour expression : fA(t.)=fo [1-(vx •sin8A(t)+vy •coseA(t. ici fB(t)= fo [1-(vx •sin8B(ti)+vy •cos8B(ti))/c] 20 où c représente la célérité du son, supposée connue, et où vxet vy représentent les composantes de la vitesse v de la source dans un référentiel cartésien. Selon une troisième variante cle ce premier mode de mise en oeuvre, 25 la détermination des composantes vx et vy de la vitesse des sources candidates considérées est réalisée, lors de l'étape 22, en appliquant un filtre cle Kalman étendu sur le vecteur d'état X = [x; vx; y; vy; fo] soumis à un certain bruit d'état défini à priori pour estimer les valeurs possibles des composantes cartésiennes de la vitesse de l'objet émettant le signal mesuré et de la 30 fréquence correspondante du signal émis. Selon cette variante, on procède, lors de l'étape 23, à l'analyse des résidus ou innovations issues du filtre. Par suite, la source réelle correspond alors aux résidus les mieux centrés autour de zéro.

15 2909457 7 Selon un second mode de mise en oeuvre de l'invention, pour deux antennes A et B, les équations de mesure utilisées lors de l'étape 23 sont des équations liant la fréquence doppler du signal reçu à la fréquence et à la vitesse radiale p de la source. Elles ont pour expression, à un instant de 5 référence tR (instant de référence quelconque): fA (tR) = fo [1 - pA (tR )/c] fA(tR)= f0 [1-pB(tR)/c] les valeurs 15A (tR) et pB (tR) étant déterminées séparément à partir des mesures recueillies sur chaque antenne en résolvant le système d'équations : SÎneA(tR)'PA(tR)-SÎnOB(tR)'PB(tR)=ùCOSOA (tR)'PA(tR)'eA(tR)+COSeB(tR)•PB(tR)'eB(tR) COSeA(tR)'PA(tR)ùCOS%B(tR)'PB(tR)=SineAOR)'PA(tR)•eA(tR)-sin%(tR) •PB(tR)'8B(tR) où eA (tR) et eB (tR) représentent les valeurs des dérivées des mesures d'azimuts 9A(tR) et eB(tR) à ce même instant de référence tR.

20 Selon une première variante de ce second mode de mise en oeuvre, les dérivées 6A (tR ) et 6g (tR ) sont déterminées par filtrage de Kalman linéaire des mesures d'angles réalisées lors de l'étape 21 (filtre de Kalman de vecteur d'état (8 , 6 ), ou filtrage alpha-beta) 25 Selon une autre variante de ce second mode de mise en oeuvre, 6A (tR) et 6B (tR) sont déterminées au moyen d'une méthode graphique. Quel que soit le mode de mise en oeuvre de l'invention le procédé selon l'invention permet avantageusement de réaliser l'élimination des 30 sources fantômes au moyen d'un système sonar utilisant des antennes linéaires passives classiques, qui présentent de manière inhérente une ambiguïté droite/gauche, et ce sans nécessiter l'ajout de matériel.

10 15 2909457 8 Le procédé selon l'invention est avantageusement adaptable à une large gamme de systèmes sonars pouvant comporter un nombre variable d'antennes linéaires distantes les unes des autres.

5 Avantageusement, la mise en oeuvre du procédé selon l'invention est réalisée à partir de mesures classiques de fréquence et de gisement. Le lever d'ambiguïté sur les gisements mesurés par les différentes antennes est réalisé en utilisant les résultats de mesures effectuées sur des échantillons 10 de signal prélevés à différents instants de mesure. DESCRIPTION DES FIGURES Les caractéristiques et avantages des différents aspects de l'invention 15 apparaîtront clairement dans la description qui suit, description associée aux figures annexées qui représentent - la figure 1, une illustration du problème d'ambiguïté apparaissant lorsqu'on utilise des antennes linéaires constituées de capteurs acoustiques 20 omnidirectionnels, - la figure 2, un organigramme des principales étapes du procédé selon l'invention, - la figure 3, l'illustration d'un premier mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, 25 - la figure 4, l'illustration de la situation correspondant à la détection d'un objet suivant un mouvement rectiligne uniforme (MRU). - les figures 5 et 6, l'illustration d'un second mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, 30 DESCRIPTION DETAILLEE On s'intéresse dans un premier ternps à la figure 1, qui illustre le cas particulier d'un système sonar passif, comportant trois antennes linéaires A, B et C dont les axes sont figurés par les segments 11, 12, et 13. Avec un tel 35 système, un objet 14 émettant un signal ayant des composantes 2909457 9i sinusoïdales de manière omnidirectionnelle peut être détecté par chacune des antennes. Lorsque que la source du signal est lointaine ou lorsque la détection est réalisée dans une zone de faible profondeur (petits fonds), le site d'arrivée des rayons acoustiques peut généralement être considéré 5 comme proche de zéro. Par suite, le système dispose alors, pour chaque antenne, de deux mesures d'angles correspondant à des directions symétriques, 15-18, 16-19 ou 17-111, par rapport à l'axe de l'antenne. Ces rnesures d'angles sont converties chacune en deux valeurs d'azimut dites 6+ et 6- relatives à l'objet détecté. Un azimut, 6+ par exemple, correspond à la ~o position réelle de la source du signal reçu et un azimut, par exemple 6-, correspond à une position virtuelle de la source. On parle dans ce cas de source fantôme. On suppose ici qu'il n'y a qu'une source réelle. En cas de sources multiples, on suppose que l'on a pu associer au préalable les pistes provenant de la même source par exemple en testant la similitude des 15 fréquences reçues ou de leurs fluctuations temporelles. Cette ambiguïté qui apparaît au niveau de chaque antenne prise séparément des autres est naturellement levée lorsque le système considéré comporte au moins trois antennes détectant la source. En effet, comme l'illustre la 20 figure, la position réelle de l'objet ayant émis le signal détecté peut être déterminée de manière simple par triangulation. Seuls les axes 15, 16 et 17 correspondant aux directions dans lesquelles se situe réellement l'objet par rapport à chacune des antennes, présentent une intersection qui correspond sensiblement à la position réelle de l'objet; alors que les axes 18, 19 et 111 25 correspondant à des directions virtuelles ne présentent pas d'intersection commune. En revanche, comme on peut également le constater sur la figure 1, si le système ne comporte que deux antennes ou si la détection ne s'effectue que par deux des antennes qui composent le système, l'ambiguïté de position ne 30 peut être levée de manière aussi simple. On s'intéresse ensuite à la figure 2 qui présente l'organigramme des étapes du procédé selon l'invention. Comme on peut le constater sur cette figure, le procédé selon l'invention 35 comporte trois étapes principales: 2909457 1 ~D - une première étape, 21, d'acquisition des données fournies habituellement par un sonar passif. Ces données sont les mesures d'azimut 0(t;) et les mesures de la fréquence f(t;) du signal reçu, - une deuxième étape, 22, d'estimation de paramètres représentatifs 5 de la cinématique de chaque source, candidate et éventuellement de sa fréquence d'émission. - une troisième étape, 2:3, d'évaluation, pour chaque source candidate, de la cohérence des valeurs estimées et des grandeurs rnesurées, étape qui effectue l'opération de sélection de la source réelle et 10 d'élimination des sources fantômes. La première étape du procédé selon l'invention, étape 21, consiste à exploiter les signaux reçus par deux antennes linéaires A et B, en appliquant à ces signaux un traitement sonar passif bande étroite conventionnel. Le 15 spectre du signal reçu, peut être une fréquence pure ou encore un spectre cle raies à bande étroite. On détermine ainsi, pour chaque antenne, les fréquences (fA et fB) du signal reçu, ainsi que les gisements GA et GB dans lequel se situe l'objet détecté par rapport à chacune des antennes. Comme il a été dit précédemment, ce 20 gisement est déterminé avec une ambiguïté droite/gauche. On obtient donc cieux valeurs de gisement possibles pour chaque antenne; valeurs de gisement qui se traduisent par deux valeurs d'azimut 8A+ (eB+) et 8A- (eB ) pour chaque antenne. Comme il a été dit précédemment, l'azimut représente ici, de manière conventionnelle, la valeur de l'angle défini par la direction du 25 nord et la direction reliant le centre de symétrie de l'antenne à la source du signal, ces angles étant décomptés positivement dans le sens des aiguilles d'une montre. Pour chaque antenne on obtient ainsi deux valeurs d'azimut e+ et e dont une seulement correspond à la direction réelle dans laquelle se situe la source détectée. Selon l'invention les mesures de fréquence et de 30 gisement sont réalisées en différents instants t;. La deuxième étape du procédé selon l'invention, étape 22, consiste à réaliser une détermination de la vitesse de déplacement de la source, au travers de ses composantes cartésiennes v, et vy dans un repère fixe par 35 exemple. 2909457 1i Cette détermination est réalisée au moyen de valeurs d'azimut mesurées à l'étape précédente 21, sachant que la source est considérée comme sensiblement en mouvement rectiligne et uniforme (MRU) pendant le temps des mesures. Comme il a été dit précédemment, cette mesure d'azimut est 5 une mesure ambiguë qui donne pour chaque antenne deux valeurs possibles d'azimut. L'étape 22 conduit donc naturellement à l'obtention de plusieurs valeurs possibles de la vitesse de la source, valeurs dont une correspond réellement à la source et dont les autres correspondent à ce qu'il est convenu d'appeler des sources fantômes.

10 Comme le montre cette figure, la mise en oeuvre du procédé selon l'invention suppose que le système de surveillance considéré comporte au moins deux antennes linéaires dont les axes ne sont pas colinéaires, c'est à dire alignés sur une même droite. Cette restriction représente le cas général des 15 systèmes de surveillance considérés, vu les contraintes de pose des antennes dans une rade. Néanmoins pour d'autres cas d'utilisation, il est nécessaire de prendre en compte cette restriction lorsque l'on définit la position des antennes composant le système. La figure 3 illustre le cas d'un système comportant deux antennes linéaires A et B, cas pris comme 20 exemple typique mais non limitatif. Il est à noter qu'il existe de nombreux cas où l'intersection des lignes de visée correspondant aux segments matérialisant pour chaque antenne la direction d'arrivée du signal n'existe pas toujours pour les deux directions 25 possibles de chaque antenne. Le cas illustré par la figure 3 correspond à un cas où l'orientation des antennes conduit à une ambiguïté, cas qui nécessite que l'ambiguïté soit levée. Dans un cas différent, par exemple le cas d'un système sonar dont les antennes présentent une disposition relative similaire à la disposition des antennes 12 et 13 de la figure 1 l'ambiguïté sur la 30 détermination de la position de la source détectée n'existe pas, deux des directions de visée n'ayant pas d'intersection. De même, dans certains autres cas, une des deux positions déterminées est située dans un lieu impossible sur une côte proche par exemple. Dans un tel cas la détermination de la solution correspondant à la source réelle lors de l'étape 23 est simple et 35 immédiate.

2909457 12 La troisième étape du procédé selon l'invention, étape 23 consiste comme cela a été dit précédemment à lever l'ambiguïté résultant des étapes 21 et 22. Durant cette étape on détermine la source réelle, et on élimine les 5 sources fantômes. Pour ce faire, on considère pour chaque source candidate les valeurs de vitesse, de position et éventuellement de fréquence, et on vérifie si ces valeurs satisfont, pour chaque instant t; de mesure, les équations de mesure liant les directions d'arrivée et les fréquences des signaux reçus, à la vitesse, à la position de la source et, éventuellement, à la 10 fréquence du signal émis par la source candidate considérée. La source candidate qui satisfait ces équations de mesure est acceptée, les autres sources sont rejetées, comme étant des sources fantômes. Selon le mode de mise en oeuvre choisi et le repère choisi pour exprimer les 15 mesures de vitesse et de position des sources candidates, les équations de mesure ont des expressions différentes. Dans la suite de la description on présente, à titre d'exemples, plusieurs modes de mise en oeuvre. On s'intéresse ensuite à la figure 3 qui illustre un premier mode de 20 mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Comme l'illustre cette figure, dans ce premier mode de mise en oeuvre présenté comme exemple, le procédé selon l'invention réalise, à l'étape 22, l'estimation des paramètres associés au déplacement de l'objet à la source du signal détecté, en particulier sa vitesse de déplacement, ou plus 25 exactement dans ce cas, les composantes de cette vitesse définies dans un repère absolu cartésien dont l'un des axes, l'axe y dans l'exemple de la figure, est porté par la direction du nord. Lies directions d'arrivées déterminées sont matérialisées sur la figure par les demi-droites 31 à 38. L'intersection des demi-droites (ou lignes de visée) 30 correspondant à un même instant permet de définir les positions candidates, pouvant correspondre à la position de l'objet à l'instant considéré. Parmi ces positions candidates, une seule correspond à la position réelle de l'objet, les autres correspondent à des objets virtuels ou sources fantômes. Ainsi, par exemple les intersections des segments 31 et 32 d'une part et des 35 segments 33 et 34 d'autre part, permettent d'estimer deux positions 30 2909457 13 possibles MI et M'1 pour la source à l'instant t1, positions repérées par leurs coordonnées cartésiennes x et y. On détermine de la même façon les deux positions estimées possibles M2 et M'2 de la source à l'instant t2. Par suite à partir des positions estimées aux instants t1 et t2, il est possible de 5 déterminer les deux vitesses v et v' correspondantes. On note ici que du fait que, parmi les cieux positions M; et M'; estimées à un instant donné t;, l'une est réelle l'autre virtuelle, il en va de même pour les vitesses estimées V et V' et donc que déterminer laquelle des vitesses est virtuelle revient à déterminer quelle est la direction d'arrivée vraie du signal.

10 Dans une première variante de ce premier mode de mise en oeuvre, les composantes cartésiennes vx et vy du vecteur vitesse sont estimées par triangulation, suivant une méthode dite indirecte ou semi-graphique. Comme l'illustre la figure 3, cette méthode consiste en pratique à déterminer, de 15 manière graphique par exemple, les positions M(x, y) et M'(x', y') de la source correspondant aux azimuts mesurés aux instants t;. Ceci peut par exemple être effectué à l'aide d'outils graphiques. On détermine ensuite, à l'aide des positions déterminées, les vecteurs vitesse V et V' correspondants. Ainsi dans l'exemple de la figure 3, on détermine, au moyen des mesures 20 réalisées en deux instants consécutifs, tl et t2, sur les signaux reçus par les antennes A et B, les positions possibles de la source. On obtient ainsi MI et IVI'l d'une part pour t = t1 et M2 et M'2 d'autre part pour t = t2. A partir de ces positions, on estime ensuite les valeurs possibles correspondantes V et V' du vecteur vitesse, le mouvement de la source 25 étant supposé rectiligne uniforme. Dans la pratique on détermine les composantes cartésiennes (vx, vy) et (v'x, v'y) des vecteurs V et V' au moyen des relations suivantes : v ûx2ûx1 et v' =x'2ûx'1 x t2 -t1 x t2 -t1 v =y2ûY1 et v' =Y2ûYt Y t2 -t1 Y t2 -t1 [1] [2] 2909457 14 Dans une seconde variante de ce premier mode de mise en oeuvre, I,es composantes cartésiennes vX et vy du vecteur vitesse sont estimées au rnoyen d'une méthode, dite méthode directe, qui consiste à définir un vecteur )CT, transposé du vecteur d'état X= [fo; fo.vX; fo.vy], et une matrice de mesure M 5 clont chaque ligne est définie pour un instant de mesure t; donné par l'une des relations suivantes: MA(tj) = [1 ; -sipOA(t;)/c ; -cosOA(t;)/c] [3] et 10 MB(t;) = [1 ; -sinOB(t;)/c ; -cosOB(t;)/c] [4] où 6A(t;) correspond, pour l'instant t; considéré, à une des directions possibles d'arrivée du signal sur l'antenne A, tandis que 6B(t;) correspond à une des directions possibles d'arrivée du signal sur l'antenne B; c représentant ici, 15 comme cela a été déjà dit, la célérité du son. De la sorte, un vecteur F de dimension 2N, dont les composantes correspondent à N couples de mesures de fréquence (fA(ti), fB(ti)) des signaux reçus par les antennes A et B, obtenus pour N instants t; successifs, 20 peut être défini par la relation suivante: F = M.X [5] 25 où M est la matrice de mesure constituée des 2N lignes MA(tj) et MB(tj). Les composantes du vecteur F ont alors pour expression: [6] FA(ti) = MA(ti).X 30 el: [7] FB(t;) = MB(t;).X Par suite, l'estimation de X se fait alors par résolution, au sens des moindres carrés, de ce système linéaire surdéterminé. 2909457 1:i Dans ce premier mode de rnise en oeuvre du procédé selon l'invention, et en particulier pour les deux variantes décrites précédemment, les équations de mesures considérées ont pour expression: 5 fA(t~)=fo [1-(vx •sin0A(t~)+vY •cos8A(t))/c] [8] fB (t.) = fo [1-(v, •sinAB(t;)+vY •coseB(t;))/c] [9] où c représente la célérité du son, supposée connue, et où vx et vy 10représentent les composantes de la vitesse vde la source dans un référentiel cartésien Par suite, l'étape 23 d'évaluation de cohérence consiste en premier lieu à calculer, pour chaque instant t; considéré, la valeur de la grandeur vm 15 définie par la relation: vm(t.)_(fA(t;)-fB(ti))/(fA(ti)+fB(t,)) [10] où fA(ti) et fB(ti) représentent les mesures de la fréquence du signal reçu par 20 chacune des antennes à un instant de mesure t;. Selon cette méthode, on considère ensuite pour chaque antenne le couple de valeurs estimées (vx, vy) ou (v'X, v'y) des composantes cartésiennes de la vitesse de l'objet et l'on calcule pour chaque antenne les valeurs prises, pour chaque couple, par la grandeur v définie par la relation: 25 v(t.) ù vx • (sin 8A (t;) ù sin OB (tI )) + vy • (cos 8A (ti )) - cos OB (ti )) v, •(sin eA(t;)+sin8B(t;))+v (cos8 t. +cos8 t. [Il] où OA(t;) et 8B(t;) représentent les azimuts mesurés à l'instant t; considéré.

30 On obtient ainsi pour chaque source candidate une valeur donnée de la grandeur v. De la sorte, pour un système comportant deux antennes A et B et: pour chaque instant de mesure t;, quatre valeurs possibles de la grandeur v, valeurs qui correspondent à l'association des différentes valeurs d'azimut mesurées: 2909457 16 vx (sin eA(t;)-sinOB(t;))+vy(cos eA(t;)-cosOB(t;)) vx (sin OA (t;) + sin Ag (t; )) + vy (cos OA (t;) + cos Ag (t; )) - 2c vx (sin GA (t;) - sin AB (t; )) + vy (cos OA (t;) - cos AB (t; )) v2 (t') vx (sin AA (t ) + sin A'B(ti)) + vy (cos Aq (ti) + cos Ag ' (ti )) - 2c i vx (sin eA(t;)-sinAg(t;))+ vä (cos A;A(t;)-cosAg(t;)) v3(t.)= - vx (sin OA (t;) + sin Ag (t; )) + vy, (cos Aq (t;) + cos Ag (t.)) - 2c v 4 (t') vx (A( sin A' ti ) + sin A'B(ti)) + v y (A( cos A' ti ) + cos A'g(t,)) 2c 10 Par suite l'opération d'évaluation de cohérence proprement dite consiste alors calculer, pour chaque valeur de v, la valeur de l'écart v - vm. La valeur de v donnant l'écart v-vm le plus faible correspond alors à la position de la source candidate représentant la source réelle. Les autres sources candidates sont alors considérées comme de sources fantômes et par suite 15 rejetées. Dans une troisième variante de ce premier mode de mise en oeuvre, l'étape 21 consiste, de manière encore plus directe, à appliquer un filtrage de Kalman étendu, ou "EKF" ("Extended Kalman Filter") selon la dénomination 20 anglo-saxonne, sur le vecteur d'état X=, [x; vx; y; vy; fo] soumis à un certain bruit d'état défini a priori. Les équations de mesures utilisées au cours de l'étape 23 sont alors les suivantes, le symbole "Atan" représentant la fonction Arctangente: AA=AtanXA Ag = A tan xg YB 5 vx (sin 8A(t;)-sinOB(t;))+vy(cos 8A(t;)-cosOB(t;)) [12] [13] [14] [15] 25 el: yA [16] [17] 2909457 pour les mesures d'azimut, fA (ti) = fo [1- (vx • sin 8A (t;) vY • cos 8A (ti ))/c] [18] et 5 fB (tI) = fo [1- (v)• sin OB (t;) + vy • cos OB (ti ))/c] [19] pour les mesures de fréquence. Les quantités fA, fB, 8A et 8B représentent quant à elles les valeurs de la 10 fréquence du signal reçu et de l'azimut mesurées, lors de l'étape 21, pour chacune des deux antennes A et B. Dans cette variante une méthode possible pour évaluer la cohérence des mesures au modèle, consiste, lorsqu'il est possible d'estimer la 15 fréquence fo d'émission de la source et, pour peu que l'on dispose d'un nombre suffisant de mesures, à tester les résidus fréquentiels constitués par la suite des écarts entre les fréquences calculées [fA(t;), fB(t)] à partir des valeurs estimées de la vitesse et des valeurs des azimuts aux instants t; et les valeurs [fAm(t;), fBm(t;)] mesurées sur les échantillons de signal reçus aux 20 différents instants t;. Par suite, la position réelle de la source est alors celle pour laquelle on obtient les résidus les plus centrés autour de zéro. On s'intéresse ensuite aux figures 5 et 6 qui illustrent un second mode 25 de mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Dans ce second mode on s'intéresse aux paramètres qui caractérisent le mouvement de la source détectée directement par rapport à l'antenne considérée, en particulier la distance p qui sépare la source de l'antenne considérée et la vitesse radiale p de la source par rapport à cette même antenne.

30 Selon ce second mode de mise en oeuvre, l'étape 21 de mesure consiste, comme précédemment et pour chacune des antennes A et B, d'une part à mesurer la fréquence fA ou fB clu signal reçu (avec le décalage dû au Doppler), et d'autre part à mesurer l'azimut eA ou 8B correspondant à la 35 direction d'arrivée du signal émis par la source. Selon ce mode de 17 2909457 18 réalisation, ces mesures sont réalisées successivement en différents instants t;. Selon ce deuxième mode de mise en oeuvre, l'étape 22 consiste à 5 déterminer la vitesse radiale p de la source mesurée par chaque antenne à un instant de référence tR. Selon l'invention cette vitesse p(tR) est calculée à partir de la distance radiale p(tR) correspondante et de la dérivée de la mesure d'azimut e(ti) notée e(tR) . Ainsi, pour deux antennes A et B, on détermine pA(tR), pB(tR), âA (tR) , 6(tR) et par suite PA (tR) et pB (tR) .

10 Selon l'invention, les distances radiales sont calculées à partir des mesures d'azimut en utilisant les relations suivantes: x(tR) - xA = pA (tR) •sin 0A (tR ) y(tR)-yA =pA(tR)•coseA(tR) pour l'antenne A [20] x(tR)-xB =pB(tR)•sineB(tR) y(tR)-yB =pB(tR)•coseB(tR) 15 pour l'antenne B [21] et où (xA, YA) et (xB, YB) représentent respectivement les coordonnées, supposées connues, de l'antenne A et de l'antenne B relativement à un repère cartésien dont l'axe y coïncide avec la direction du nord, et où (x(ti), 20 y(t;)) représentent respectivement les coordonnées de la source dans le même repère. Il est à noter que le système [20-21] cle quatre équations à quatre inconnues (X(tR), y(tR), pA(tR), pB(tR) admet de manière connue une solution unique pour peu que les azimuts 0A (tR) et 8(tR) soient différents.

25 Il est à noter également qu'ici les antennes A et B sont supposées fixes, et donc que (xA, YA) et (XB, YB) sont indépendants du temps. Cependant, une méthode analogue pourrait s'appliquer à un système comportant des antennes mobiles pour peu que leurs vitesses soient connues. 3o Par suite, des relations [20] et [21] on tire, en éliminant x(tR) et y(tR) le système suivant: 2909457 19 sln6A(tR)•pA(tR)ùsin6B(tR)•pB(tR)=ùXA +XB [22] coseA(tR)•pA(tR)ùcosOB(tR)•pB(tR)=ùyA +yB puis en dérivant par rapport au temps: sin e A (tR) ' PA (tR) ù sin eB (tR) ' PB (tR ) =ù coseA(tR)PA(tR)â (tR)+cos9B(tR)PB(tR)8B(tR) et [23] COSeA(tR )' pA (tR) ù COSBB(tR )' PB(tR ) = Sin 0 A (tR ) PA (tR) 9A (tR ) ù Sin eB (tR) ' PB (tR) eB (tR ) 5 On obtient ainsi un système de deux équations à deux inconnues pA et pB qui admet de manière connue une solution unique pour peu que 0A soit différent de eB. Pour résoudre le système [21] et déterminer les valeurs de pA et pB il est nécessaire de connaître non seulement les mesures des azimuts 0A et eB, 10 mais aussi les valeurs des variations éA et OB de ces azimuts au cours du temps. La détermination de éA et éB peut être réalisée par différentes méthodes connues dont deux, correspondant à des modes de mise en oeuvre préférés, sont présentées ci-après.

15 Selon une premier forme préférée de ce deuxième mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, on détermine âA et éB , au cours de l'étape 22, en appliquant séparément aux mesures d'azimuts obtenues sur les antennes A et B un filtre de Kalman avec dynamique d'ordre 1 (vecteur d'état (OB; OB). On effectue ainsi une linéarisation de la loi de variation de 20 ces mesures. De même on réalise une estimation des fréquences relatives aux mouvements de la source par rapport aux antennes A et B en appliquant aux mesures des fréquences fA et fB un filtre de Kalman avec dynamique d'ordre 0 (avec pour vecteur d'état X = (f)). On effectue ainsi un lissage au cours du 25 temps des fréquences fA et fB mesurées.

2909457 20 De la sorte, on obtient en sortie de ces filtres une estimation, à l'instant courant, des grandeurs (0A, 0B, éA, éB, fA, fB ), estimation utilisée à l'étape suivante pour déterminer les valeurs PA, et PB des vitesses radiales.

5 Selon une deuxième forme préférée de ce mode de mise en oeuvre, la détermination de âA(tR) et 6B (tR) est réalisée de manière graphique. Cette forme est applicable en particulier dans le cas où on dispose de moyens permettant de représenter sur un écran les mesures des signaux reçus dans un repère azimut/temps ou fréquence/temps de façon à disposer des 10 représentations graphiques telles que celles présentés sur les figures 5 et 6. Dans un tel cas, on dispose d'une représentation des mesures 51, 61 du signal reçu, effectuées en des instants t; successifs, à partir de laquelle il est possible, en utilisant des outils graphiques tels que des curseurs mobiles 52 et 62, de déterminer au mieux par lissage ou " filtrage visuel " la valeur 15 des grandeurs (0A, 0B, 8A, 8B, fA, f6 )à un instant de référence tR. Ces grandeurs sont déduites des positions et des orientations des curseurs dans les plans de visualisation considérés. Les valeurs candidates de 15A (tR) et de ()B (tR) et les valeurs de fA(tR) 20 el: de fB(tR) correspondantes étant ainsi déterminées, l'étape 23 consiste, dans ce deuxième mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, à rechercher lesquelles de ces valeurs minimisent le critère A défini par la relation suivante: fA(tR) /1ù PA(tj -fB(tR) /1- pB(tR) C [24] 25 A _- KA ûf%BI = où foA et foB représentent les estimations de la fréquence fo du signal lorsqu'il est émis (c'est à dire hors effet Doppler), réalisées à partir des mesures relatives respectivement au signal reçu sur l'antenne A et au signal reçu sur 30 l'antenne B. Dans l'hypothèse où les valeurs candidates considérées de PA (tR) et (5B (tR) et les valeurs de fA(tR) et de fA(tR) correspondent à la localisation réelle de la source les deux valeurs de la fréquence émise, foA et foB 2909457 211 obtenues, sont proches et ne différent l'une de l'autre que du fait des erreurs cle mesure. La valeur de A est alors minimale. Au contraire, dans l'hypothèse où les valeurs candidates considérées de F>A (tR) et pe (tR) et de fA(tR) et de fA(tR) correspondent à une source fantôme, 5 ces deux valeurs foA et foB sont sensiblement différentes de sorte que A n'est pas minimal. On s'affranchit ainsi avantageusement de l'ambiguïté qui marque les mesures effectuées par les antennes. Pour des raisons de clarté de description les différentes étapes du 10 procédé selon l'invention ont été décrites, dans les deux modes et pour l'ensemble de leurs variantes, dans le cas particulier où le système se trouve en présence d'une seule source dans la zone surveillée. Ce cas particulier n'est bien entendu pas limitatif de la portée de l'invention: il peut naturellement être mis en oeuvre de manière avantageuse pour réaliser un 15 lever d'ambiguïté portant sur la position réelle de plusieurs sources distinctes en mouvement dans la zone surveillée.

Claims (13)

REVENDICATIONS

1. Procédé d'élimination de sources fantômes pour un sonar passif comportant au moins deux antennes linéaires A et B, caractérisé en ce qu'il comporte au moins : Une première étape (21) d'acquisition, durant laquelle on mesure le signal reçu pour différents instants de mesure t;, et on détermine, pour chaque antenne, la fréquence doppler f, du signal reçu, ainsi que les valeurs possibles de l'azimut 0 de la source, Une deuxième étape (22) de détermination des valeurs candidates de la vitesse de la source, cette étape étant réalisée à partir des valeurs de fréquence f et d'azimut 0 mesurées, Une troisième étape (23) de lever d'ambiguïté et de réjection des sources fantômes durant laquelle on détermine pour laquelle des sources candidates les valeurs de vitesse et de fréquence satisfont, pour chaque instant t; de mesure, les équations de mesure liant la fréquence du signal reçu à la fréquence fo émise par la source, à la vitesse et à la position de la source.

2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les équations de mesure utilisées au cours de la troisième étape (23) ont pour expression : fA (t;) = fo [1- (vX • sin AA (t) + vy • cos AA (t; ))/c] fB (t) = fo [ 1 - (vX • sin 8g (t;) f. vy • cos AB (t; ))/c ] où c représente ici la célérité du son, supposée connue vx et vy représentent les composantes de la vitesse v de la source dans un référentiel cartésien, fA, fB, 8A et 8B les valeurs de la fréquence du signal reçu et de l'azimut mesurées pour chacune des deux antennes A et B et 2909457 23

3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel, lors de l'étape de détermination (22) les composantes vX et vy de la vitesse de la source sont déterminées par triangulation.

4. Procédé selon la revendication 2, dans lequel les valeurs possibles des composantes vX et vy de la vitesse de la source sont estimées en effectuant une série de N mesures du signal reçu par chaque antenne en des instants t; successifs, respectivement dans les directions OA(t;) et OB(ti), en définissant un vecteur d'état X=[fo; fovx; fovy]T, et en résolvant au sens des moindres carrés le système d'équations linéaires représenté par la relation : F=M.X, où M représente une matrice de mesures à 2N lignes dans laquelle chaque ligne a pour expression: MA(t;) = [1;-sinoA(t;)/c; -cosOA(t;)/c] ou MB(ti) = [1; -sinOB(t')/c; -cosOB(t;)/c], chaque ligne MA(t;) ou MB(t;) correspondant à un instant de mesure t;, et où F représente un vecteur à 2N composantes constituées par les couples de mesures (fA(t;), fB(t;)) des fréquences du signal reçu par chaque antenne, mesurées aux N instants t;.

5. Procédé selon l'une des revendications 2 à 4, dans lequel la troisième étape (23) d'évaluation de cohérence consiste à: - calculer, pour chaque instant t; considéré, la valeur de la grandeur vm définie par la relation: vm(ti) = (fA(ti)ùfB(ti))/(fa(ti)+fB(t;)) 2909457 24 où fA(ti) et fB(ti) représentent les mesures de la fréquence du signal reçu par chacune des antennes à un instant de mesure t, - calculer pour chaque source candidate, la valeur de la grandeur v définie par la relation: vx •(sin 0A(t;)ùsine13(1:;))+vy •(cos eA(t;))-coseB(t;)) v, • (sin 0A (tI) + sin 0B (tI )) + vy • (cos 0A (t.)) + cos 0B (ti )) - 2c où OA(t;) et OB(t;) représentent les azimuts mesurés à l'instant t; considéré et attribués à la source candidate considérée, -calculer, pour chaque source candidate, la valeur de l'écart v - vm la source considérée comme réelle est alors celle pour laquelle l'écart v-vm est le plus faible.

6. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la seconde étape (22) consiste à appliquer un filtre de Kalman étendu sur le vecteur d'état X= [x; vx; y; vy; fo] soumis à un certain bruit d'état défini a priori pour estimer les valeurs possibles des composantes cartésiennes de la vitesse de la source émettant le signal mesuré et de la fréquence correspondante du signal émis.

7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel les équations de mesures utilisées au cours de la troisième étape (23) ont pour expression: 0A = Abri XA YA 0B = A tan xB pour les mesures d'azimut, v(t;) = et YB 2909457 25 fA(t) =fo [1-(vx •sineA(t)+vy •coseA(t,))/c] et fB(t;)= fo [1-(v..sineB(t;)+vy •cosOB(t;))/c] pour les mesures de fréquence.

8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel la troisième étape consiste à tester les résidus fréquentiels constitués par la suite des écarts entre les fréquences [fA(t;), fB(t;)], calculées à partir des valeurs estimées de la vitesse et des valeurs des azimuts aux instants t;, et les valeurs [fAm(t;), fBm(t;)] mesurées sur les échantillons de signal reçus aux différents instants t;, la position réelle de la source étant celle pour laquelle on obtient les résidus les plus centrés autour de zéro.

9. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les équations de mesure utilisées lors de la troisième étape (23), ont pour expression à un instant t quelconque : fA (t) = fo [1- PA (t)/c] fB (t) = fo [1- PB(t)/c]

10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel les valeurs PA (tR) et pB (tR) (tR instant de référence) sont déterminées à partir du système d'équations: SÎfOA (tR )' PA (tR) - SineB (tR )' PB (tR ) = - COSeA (tR )' PA (tR )' eA (tR)+COSAB (tR )' PB (tR )' eB (tR ) COSeA (tR )'A(tR)-COS8B(tR)'PB(tR ) = SÎneA (tR )' PA (tR )' eA (tR ) - SÎneB (tR ) ' PB (tR )' eB (tR ) et 2909457 26 où ÀA et ÀB représentent les valeurs des lois de variation des mesures d'azimuts 0A et OB au cours du temps.

11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel ÀA (tR) et ÀB (tR) sont déterminées par filtrage de Kalman.

12. Procédé selon la revendication 10, dans lequel âA(tR) et ÀB (tR) sont déterminées au moyen d'une méthode graphique,

13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, dans lequel la position réelle de la source détectée est définie par les valeurs de vitesse radiale PA (tR) et PB (tR) et de fréquence fA(tR) et fB(tR) qui minimisent un critère de vraisemblance A défini par: A = foA ù %B I = fA(tRy7l ù PA(tR) c - fB (tR) 1_ F. (tR )\ c où foA et foB représentent les estimations de la fréquence fo du signal émis, réalisées à partir des mesures relatives respectivement au signal mesuré par l'antenne A et au signal mesuré par l'antenne B.