FR2978832A1 - Dispositif de mesure, dans un plan predefini, du positionnement d'un materiel depose au fond de l'eau et procede associe - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne le domaine des appareils pour la mesure des grandeurs magnétiques et a plus particulièrement pour objet un dispositif de mesure, dans un plan prédéfini, du positionnement d'un matériel déposé au fond de l'eau caractérisé en ce qu'il comporte : - un émetteur laser immergeable - une bouée (6) comportant une première partie inférieure (7) destinée au moins en partie à être immergée et une partie supérieure (8) destinée au moins en partie à être émergée lorsque la bouée (6) flotte sur l'eau, ladite première partie (7) comportant une face inférieure (9) disposée en regard du fond de l'eau lorsque la bouée flotte, cette face inférieure (9) étant au moins en partie recouverte par une matrice de capteurs photorécepteurs (10) aptes à détecter le rayonnement laser émis par ledit émetteur.

Description

La présente invention concerne le domaine des appareils pour la mesure des grandeurs magnétiques et a plus particulièrement pour objet un dispositif de mesure, dans un plan prédéfini, du positionnement d'un matériel déposé au fond de l'eau. La discrétion des bâtiments de surface et sous-marins est une contrainte opérationnelle forte contre une menace d'interception adverse et contre la menace mine. La mesure des indiscrétions commises est généralisée dans toutes les marines et standardisée au sein de l'OTAN par les STANAGS. Les navires et les engins sous-marins, tous désignés dans ce qui suit par le terme générique de bateau, sont régulièrement contrôlés sur des polygones de mesure dans le but de mesurer leurs niveaux d'indiscrétion acoustique, magnétique et électromagnétique, influences qui les rendent potentiellement détectables par les forces adverses et les mines. Ces polygones sont composés le plus communément d'un ensemble de capteurs respectivement acoustiques, magnétiques et électromagnétiques posés sur le fond ou en suspension dans la colonne d'eau, reliés à un système d'enregistrement et d'analyse des signaux au moyen d'un ensemble de câbles et de systèmes de transmission. Selon l'état de l'art, lors d'une opération de contrôle, le bateau à étudier se déplace au voisinage des capteurs du polygone. Pendant son déplacement, on mesure et on enregistre la position relative du bateau par rapport à celles des capteurs du polygone en même temps que les signaux issus des capteurs du polygone. Les positions et les signaux sont analysés au moyen de calculateurs et de logiciels de traitement qui caractérisent les bruits rayonnés par le bateau et mesurent son niveau d'indiscrétion. Ces analyses font l'objet de rapports qui sont exploités par les différents acteurs concernés. Cependant, de telles installations présentent de nombreux inconvénients. Ainsi, les polygones de mesure sont le plus souvent fixes et constituées de capteurs posés sur des socles au fond de l'eau ou attachés par des câbles au fond de la mer. Les mesures sont donc réalisées dans un environnement souvent défavorable du notamment à la faible profondeur, à la proximité de sources de bruit acoustique, électromagnétique et magnétique ou aux passages parasites d'autres bateaux.

L'immobilité des polygones de mesure crée une dépendance fonctionnelle et géographique entre le navire et le polygone de contrôle. Cette dépendance peut s'étendre dans le temps en fonction des aléas météo et techniques (pannes de matériels), qui entraînent une réduction de la disponibilité opérationnelle du bateau pendant la durée du contrôle. De plus, les polygones constituent une infrastructure lourde, coûteuse et difficile à mettre en oeuvre et à maintenir nécessitant la présence de plongeurs, de nombreux capteurs, de nombreux câbles sous-marins, d'installations à terre, d'interdictions de navigation dans la zone, un armement temporaire par du personnel à déplacer sur site. Ils nécessitent aussi une surface d'installations important, des sites militaires protégés devant la mer avec des installations sous-marines et donc une zone cru littorales réservées. De surcroît, chaque polygone étant installé sur un site géographique spécifique, les résultats de mesure pour un même bateau peuvent varier selon le polygone choisi, en raison notamment des modes opératoires et conditions d'environnement locales comme l'épaisseur de la lame d'eau, la forme et la nature des fonds, les niveaux des bruits ambiants, les disparités des matériels et des procédures employés. Par ailleurs les polygones ne peuvent être transportés et déployés dans un théâtre opérationnel. Suite à avarie, endommagement, ou après un long trajet pour rejoindre un théâtre de bataille, un bateau ne peut connaître son nouveau niveau d'indiscrétion faute de pouvoir repasser sur son polygone de mesure : il doit faire des hypothèses sur la menace qu'il encoure. En outre, certains polygones ne peuvent pas physiquement réaliser des mesures en champ lointain, en raison de l'environnement local (relief et proximité des fonds, espacement insuffisant des capteurs, réverbération). L'indiscrétion en champ lointain doit dans ce cas être calculée à partir de mesures incertaines réalisées en champ proche et de modèles introduisant des incertitudes supplémentaires mal maîtrisées. On connaît toutefois la demande de brevet FR2679514 qui décrit une station portable de mesure et de réglage de la signature magnétique d'un bâtiment naval comportant plusieurs capteurs magnétiques reliés entre eux de façon à former un chapelet déformable destiné à être déposé au fond de la mer et auxquels sont associés des moyens de transmission des données qu'il fournissent comportant une antenne disposée sur une bouée lestée à l'extérieur de l'eau. Le positionnement des capteurs magnétiques par rapport au bateau est déterminé à l'aide de capteurs de pression associés aux capteurs magnétiques, au calcul de la dérivée seconde du champ magnétique et par une méthode de tracking utilisant des moyens de visée optiques, acoustiques ou magnétiques. Cette station portable, comporte aussi un certain nombre d'inconvénients. Elle nécessite d'une part la présence d'un fond peu profond, donc la présence du littoral et donc d'un environnement souvent défavorable, et d'autre part la présence de plongeurs pour déposer le chapelet de capteurs magnétiques. Elle nécessite aussi la détermination du positionnement relatif de chacun des capteurs magnétiques ce qui peut conrlilire- à l'évaluation d'une signature magnétique erronée si le positionnement n'est pas déterminé précisément. Or, si en surface un positionnement en absolu est centimétrique, il est de l'ordre du mètre dès que la profondeur dépasse les 10 mètres et pour l'évaluation de la signature magnétique d'un bâtiment naval, une telle erreur sur le positionnement des capteurs conduit à l'obtention d'une signature magnétique mesurée erronée. Le but de l'invention est de proposer un dispositif et un procédé associé de mesure du positionnement d'un matériel déposé au fond de l'eau, préférentiellement à une profondeur inférieure à 30m, permettant de le positionner avec une incertitude de mesure de l'ordre de celle obtenue en surface. La solution apportée est un dispositif de mesure, dans un plan prédéfini, du positionnement d'un matériel déposé au fond de l'eau caractérisé en ce qu'il comporte : un émetteur laser immergeable - une bouée comportant une première partie inférieure destinée au moins en partie à être immergée et une partie supérieure destinée au moins en partie à être émergée lorsque la bouée flotte sur l'eau, ladite première partie comportant une face inférieure disposée en regard du fond de l'eau lorsque la bouée flotte, cette face inférieure étant au moins en partie recouverte par une matrice de capteurs photorécepteurs aptes à détecter le rayonnement laser émis par ledit émetteur.

Selon une première caractéristique permettant d'accroitre la précision de la mesure de positionnement, l'émetteur laser immergeable est solidaire d'un support apte à le maintenir dans une position fixe, ce support pouvant par exemple comporter un pendule et être apte à le maintenir de sorte que l'émission laser soit émise selon un axe vertical. Selon une seconde caractéristique permettant d'accroitre la précision de la mesure de positionnement, la bouée comporte d'une part des moyens de mesure de son inclinaison et de son orientation constitués par exemple par un compas et un inclinomètre 2 axes et, d'autre part, des moyens de traitement des signaux émis par la matrice de photorécepteurs et des signaux émis par les moyens de mesure de l'inclinaison et de l'orientation de la bouée. Selon une caractéristique particulière, les moyens de traitement comportent des moyens de calcul de la position de l'émetteur laser, donc de la position du matériel, à partir des signaux issus des photorécepteurs. Afin d'améliorer la précision, les moyens de traitement comportent des moyens de calcul de la position de l'émetteur laser à partir des signaux issus des photorécepteurs, du compas et de l'inclinomètre. Selon une autre caractéristique, la bouée comporte des moyens de positionnement par satellite, par exemple de type GPS ou DGPS et les moyens de traitement comportent des moyens de calcul de la position de l'émetteur laser à partir des signaux issus des photorécepteurs, de ceux issus des moyens de mesure de l'inclinaison et de l'orientation de la bouée et de ceux issus des moyens de positionnement par satellite. Selon une caractéristique permettant aussi d'accroître la précision, les moyens de traitement et les moyens de positionnement par satellite comportent chacun une horloge, ces horloges étant synchronisées entre-elles. Selon une caractéristique particulière, la bouée comporte des moyens de visualisation de la détection par ladite matrice de photorécepteurs du rayonnement émis par l'émetteur laser, par exemple constitués par une ampoule dont l'allumage est commandé par lesdits moyens de traitement.

L'invention consiste aussi en un procédé de mesure du positionnement d'un matériel déposé au fond de l'eau apte à être mis en oeuvre par un dispositif selon l'invention et comportant les étapes suivantes : - immerger et positionner le support de l'émetteur et ou ce dernier sur ledit matériel de sorte qu'il soit apte à émettre un rayonnement laser verticalement, - déclencher l'émission laser - déplacer la bouée jusqu'à ce que la matrice de photodéctecteurs détecte ledit rayonnement laser - visualiser la détection ou calculer la position de l'émetteur laser, donc udit matériel. Selon une caractéristique additionnelle, un procédé selon l'invention comporte une étape supplémentaire consistant à calculer la position dudit matériel à partir des signaux issus des photorécepteurs, de ceux issus de moyens de mesure de l'inclinaison et de l'orientation de la bouée et de ceux issus de moyens de positionnement par satellite. D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront dans la description d'un mode particulier de réalisation de l'invention au regard des figures annexées parmi lesquelles : - La figure 1 présente un schéma général d'un dispositif selon une variante de réalisation de l'invention, - La figure 2 montre un schéma d'un premier ensemble mis en oeuvre dans le cadre d'une variante de réalisation de l'invention - La figure 3 représente un second ensemble mis en oeuvre dans le cadre de cette variante de réalisation de l'invention, - La figure 4 montre un exemple de procédé de mise en oeuvre de l'invention permettant l'obtention d'un positionnement absolu d'un matériel immergé.

- La figure 1 présente un schéma général d'un dispositif 1 selon une variante de réalisation de l'invention.

Ce dispositif 1 comprend un premier ensemble 19 comportant un émetteur laser et un second ensemble 20 comportant une bouée. Ces ensembles sont indépendants, c'est-à-dire non reliés entre eux par des moyens matériels. La figure 2 montre un schéma du premier ensemble 19 mis en oeuvre dans le cadre d'une variante de réalisation de l'invention. Ce premier ensemble 19 comporte un émetteur laser 2 immergeable et monté sur un support 3. Ce support 3 comporte un élément tubulaire 4 comportant des pieds de stabilisation réglables 5, et un pendule 12 sur lequel est fixé l'émetteur laser 2. Ainsi, l'émetteur laser est apte à émettre un rayonnement selon une direction verticale, même si l'axe X du support tubulaire n'est pas disposé parfaitement verticalement. La figure 3 représente un second ensemble mis en oeuvre dans le cadre de cette variante de réalisation de l'invention. Ce second ensemble 20 comporte une bouée 6 comportant une première partie inférieure 7 destinée au moins en partie à être immergée et une partie supérieure 8 destinée au moins en partie à être émergée lorsque la bouée 6 flotte sur l'eau, ladite première partie 7 comportant une face inférieure 9 disposée en regard du fond de l'eau lorsque la bouée flotte, cette face inférieure étant au moins en partie recouverte par une matrice 10 de capteurs photorécepteurs aptes à détecter le rayonnement laser émis par ledit émetteur immergeable 2. Cette matrice 10 de capteurs photorécepteurs est connectée par une liaison filaire 17 à des moyens de traitement 11 des signaux émis par chacun de ces capteurs. Ce second ensemble comporte aussi, des moyens 13, 14 de mesure de l'inclinaison et de l'orientation de la bouée 6 constitués par un compas 13 et un inclinomètre 2 axes 14 connectés respectivement par des liaisons filaires 18 et 21 auxdits moyens de traitement 11. Ce second ensemble comporte, en outre, des moyens 15 de positionnement par satellite de type GPS différentiel reliés par liaison filaire auxdits moyens de traitement 11. Les moyens de traitement 11 comportent une horloge et des moyens de synchronisation de cette horloge à celle des moyens 15 de positionnement par satellite. Ils comportent, en outre, des moyens de calcul de la position de l'émetteur laser à partir des signaux issus des photorécepteurs, de ceux issus des moyens de mesure de l'inclinaison et de l'orientation de la bouée et de ceux issus des moyens de positionnement par satellite. La partie supérieure 8 de la bouée 6 comporte deux poignées 26 pour faciliter sa mise à l'eau et son hissage à bord d'un navire. Elle comporte en outre une ampoule 27 colorée en vert connectée d'une part à une batterie 28 pour son alimentation électrique et d'autre part auxdits moyens de traitement 11, ces derniers étant aptes à commander l'allumage de ladite ampoule 27 lorsque la matrice de capteurs photorécepteurs détecte la présence dudit rayonnement laser. La batterie 28 alimente aussi les moyens de traitement 11, l'inclinomètre 14 et le compas 13. La bouée comporte aussi des flotteurs 32 assurant en outre une protection de la matrice de capteurs photodéctecteurs. La figure 4 montre un exemple de procédé de mise en oeuvre de l'invention permettant l'obtention d'un positionnement absolu d'un matériel immergé. Un matériel 21 est déposé au fond de l'eau. Le premier ensemble 19 est positionné sur le matériel de sorte que l'axe X du support soit dirigé sensiblement verticalement vers le haut. La ligne 24 représente la surface de l'eau tandis que la ligne 25 représente le fond de l'eau. Le second ensemble 20 comportant la bouée 6 flotte sur l'eau, une première partie située sous la ligne de flottaison étant immergée et une seconde partie étant émergée. Les moyens de positionnement par satellite de type GPS différentiel comportent, de façon connue, les moyens 15, des satellites 30 dont seulement deux sont représentés et une station au sol 31 mais qui pourrait aussi consister en une station mobile embarquée par exemple sur un navire. Le fonctionnement de ce dispositif est le suivant : Le premier ensemble 19 est immergé et le support de l'émetteur est positionné sur ledit matériel dont la position dans le plan de référence, à savoir la surface de l'eau, est recherchée et, si possible en son centre et de sorte que l'émetteur soit apte à émettre un rayonnement laser verticalement en direction de la surface de l'eau. L'émission du rayonnement laser est ensuite déclenché.

Le second ensemble 20 est ensuite mis à l'eau et déplacé jusqu'à ce que les capteurs photorécepteurs détectent le rayonnement laser. Dès que le rayonnement laser a été détecté par un ou plusieurs capteurs, les moyens de traitement 11 calculent la position dudit matériel en fonction de la position dans la matrice du ou des capteurs ayant détecté le rayonnement - de l'inclinaison du second ensemble par rapport au plan de référence déterminée par l'inclinomètre 14 et de son orientation déterminée par le compas 13, - de la position GPS du second ensemble par rapport à celle de la station fixe 31. Les unités du positionnement du matériel peuvent par exemple être en lattitude et longitude. En particulier, le procédé de détermination de la position de l'émetteur laser peut être le suivant : Dés que l'un des photorécepteurs de la matrice est éclairé, ce photorécepteur, localisé par sa position sur la matrice de photorécepteurs, est associé avec un point DGPS synchronisé sur l'instant T calculé par les moyens de traitement à partir des données prises en compte, à savoir la position du photorécepteur éclairé, l'orientation et l'inclinaison de la bouée, la position GPS du second ensemble. Par la suite le déplacement de la bouée va entrainer l'éclairage d'autres photorécepteurs auxquels seront associés d'autres points DGPS synchronisés sur des instants successifs t+n, t+n+1, etc... Ces récepteurs vont donc donner des informations de position GPS qui toutes correspondent à la position GPS du Spot LASER de l'objet posé au fond de l'eau. Disposant d'une population d'échantillons (points) correspondant à la mesure GPS à différents instants, positions entachées d'incertitudes liées au mouvement, performance du système, éclairage insuffisant (voire multiple) selon la dimension de la tache lumineuse qui frappe la bouée, les moyens de traitement mettent en oeuvre la méthode des moindres carrés pour déterminer le point VRAI, meilleure estimation de la position calculée à partir de cette population.

Dans cet exemple de réalisation, ledit procédé calcul en outre l'incertitude de mesure. Pour cela, partant du principe que le point VRAI est la référence et utilisant uniquement les données citée précédemment aux temps successifs t, t+n, t+n+1..., les moyens de traitement calculent l'éclairage THEORIQUE de la matrice à chaque instant, donc la position du photorécepteur devant être éclairé à chacun de ces instants.

Au final, les moyens de traitement ont calculé deux résultats : l'éclairage réel (allumage des photorécepteurs au cours de la mesure) et éclairage théorique qui doivent être liés par la relation

Allumage Réel Allumagethéorique + Incertitude affichée du dispositif complet

L'incertitude du dispositif complet est l'incertitude de performance du dispositif, incertitude délibérément élargie qui correspond à une situation la plus défavorable et permet de garantir un résultat de mesure général. Par ailleurs, lorsque le rayonnement laser a été détecté par un ou plusieurs capteurs, les moyens de traitement 11 commandent l'allumage de l'ampoule 28. De nombreuses modifications peuvent être apportées à l'exemple de réalisation décrit précédemment sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, les moyens de mesure de l'inclinaison et de l'orientation du second ensemble 20 peuvent par exemple consister en des gyroscopes. En outre, les moyens de traitement peuvent être déportés sur un navire. Par ailleurs la forme du support de l'émetteur peut-être quelconque, pourvu que la position de l'émetteur soit stable. De plus des moyens d'émission et une antenne peuvent par exemple être associés au moyens de traitement pour permettre la transmission de la position calculée dudit matériel à des moyens de réception mobiles ou fixes pouvant par exemple se trouver à bord d'une embarcation.

Claims (9)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif (1) de mesure, dans un plan prédéfini, du positionnement d'un matériel déposé au fond de l'eau caractérisé en ce qu'il comporte : un émetteur laser (2) immergeable - une bouée (6) comportant une première partie inférieure (7) destinée au moins en partie à être immergée et une partie supérieure (8) destinée au moins en partie à être émergée lorsque la bouée (6) flotte sur l'eau, ladite première partie (7) comportant une face inférieure (9) disposée en regard du fond de l'eau lorsque la bouée flotte, cette face inférieure (9) étant au moins en partie recouverte par une matrice de capteurs photorécepteurs (10) aptes à détecter le rayonnement laser émis par ledit émetteur.
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'émetteur laser immergeable (2) est solidaire d'un support (3) apte à le maintenir dans une position fixe, ce support (3) pouvant par exemple comporter un pendule (12) et être apte à le maintenir de sorte que l'émission laser soit émise selon un axe vertical.
3. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la bouée (6) comporte d'une part des moyens de mesure de son inclinaison et de son orientation constitués par exemple par un compas (13) et un inclinomètre 2 axes (14) et, d'autre part, des moyens (11) de traitement des signaux émis par la matrice de photorécepteurs (10) et des signaux émis par mes moyens (13, 14) de mesure de l'inclinaison et de l'orientation de la bouée (6).
4. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens (11) de traitement comportent des moyens de calcul de la position de l'émetteur laser à partir des signaux issus des photorécepteurs (10) et, préférentiellement, à partir des signaux issus des photorécepteurs, du compas (13) et de l'inclinomètre (14).
5. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que la bouée (6) comporte des moyens (15) de positionnement par satellite, par exemple de type GPS ou DGPS et les moyens (11) de traitement comportent des moyens de calcul de la position du télémètre laser à partir des signaux issus desphotorécepteurs, de ceux issus des moyens de mesure de l'inclinaison de la bouée et de ceux issus des moyens (15) de positionnement par satellite.
6. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens (11) de traitement et les moyens (15) de positionnement par satellite comporte chacun une horloge, ces horloges étant synchronisées entre elles.
7. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la bouée comporte des moyens de visualisation de la détection par ladite matrice de photorécepteurs du rayonnement émis par l'émetteur laser, par exemple constitués par une ampoule (26) dont l'allumage est commandé par lesdits moyens (11) de traitement.
8. 8. Procédé de mesure, dans un plan prédéfini, du positionnement d'un matériel déposé au fond de l'eau apte à être mis en oeuvre par un dispositif selon l'invention et comportant les étapes suivantes : - immerger et positionner le support de l'émetteur et ou ce dernier sur ledit matériel de sorte qu'il soit apte à émettre un rayonnement laser verticalement, déclencher l'émission laser, - déplacer la bouée jusqu'à ce que la matrice de photodéctecteurs détecte ledit rayonnement laser.
9. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte une étape supplémentaire consistant à calculer la position dudit matériel à partir des signaux issus des photorécepteurs, de ceux issus de moyens de mesure de l'inclinaison de la bouée et de ceux issus de moyens de positionnement par satellite.