FR3084750A1 - Procede et dispositif de detection par ondes radar, en particulier ondes radar polarisees. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de détection d'un objet (O) situé sous une voie (V) de circulation de matériel roulant, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - une étape (EA) de déplacement d'au moins un élément ({X1, X2,..., Xn}) d'émission-réception radar au-dessus de ladite voie (V) ; -, une étape (EB) d'émission par ledit au moins un élément ({X1, X2,... Xn }) d'une pluralité ({R11, R12,..., R1 m}, {R21, R22,..., R2m},..., {Rn1, Rn2, ..., Rnm}) d'ondes radar pénétrant sous la voie (V) ainsi qu'une étape (EC) de réception par ledit au moins un élément ({X1, X2,..., Xn }) d'une pluralité ({S11, S12,..., S1m}, {S21, S22,..., S2m},..., {Sn1, Sn2,..., Snm}) de signaux radar résultant d'une réflexion de ladite pluralité d'ondes radar émises, lors du déplacement du ou desdits éléments ; ({X1, X2,..., Xn}) et - une étape (ED) d'estimation d'un paramètre (P) de position de l'objet (O) à partir de ladite pluralité de signaux radar reçus L'invention concerne également un dispositif pour la mise en œuvre dudit procédé.

Description

Procédé et dispositif de détection par ondes radar, en particulier ondes radar polarisées

Arrière-plan de l'invention

La présente invention se rapporte au domaine général des procédés et des dispositifs de détection radar. En particulier, la présente invention s’applique à l’estimation de paramètres d’objets souterrains, par exemple de la position d’un objet enterré sous une voie de circulation de matériel roulant.

Dans le domaine du génie civil, il est important de détecter la présence d’objets sous des voies de circulation, par exemple sous une voie ferrée ou sous une route automobile. Ces objets sont par exemple des armatures souterraines, des tuyaux ou des câbles enterrés sous la voie. Avant d'effectuer des travaux tels qu’une pose de rails ou une excavation, une analyse du terrain est donc indispensable pour ne pas provoquer de dommages.

Dans ce contexte, il est connu des dispositifs configurés pour détecter la présence d’objets souterrains au moyen de méthodes radar à pénétration de sol, également appelées méthodes géoradar.

Les procédés et les dispositifs qui se basent sur ceux-ci utilisent le principe d'une antenne émettant des ondes électromagnétiques en direction d’une surface avec une fréquence radio ou micro-onde. Lorsque ces ondes pénètrent sous la surface et rencontrent un changement de milieu, par exemple en raison d’un obstacle tel qu’un objet enterré, une partie de ces ondes est réfléchie vers la surface. Ces ondes réfléchies peuvent ensuite être captées par une antenne réceptrice. Les caractéristiques physiques de ces ondes sont analysées au moyen de techniques connues afin d’en déduire la présence d’irrégularités.

En raison d’une urbanisation de plus en plus importante au voisinage des voies ferrées et des routes, le nombre d'installations souterraines est de plus en plus important. Or, les méthodes géoradar actuelles ne conviennent pas pour détecter précisément un grand nombre d’objets souterrains.

En outre, les procédés et les dispositifs connus ne sont pas adaptés pour sonder rapidement un terrain situé sous une voie de circulation de grandes dimensions. Les méthodes de détection actuellement utilisées nécessitent une période de temps souvent longue pour réaliser toutes les mesures nécessaires.

Il existe donc un besoin de pouvoir réaliser des opérations de détection d’objets situé sous une voie de manière rapide et précise.

Objet et résumé de l'invention

Afin de répondre à ce ou à ces besoins, selon un premier aspect, l’invention a pour objet un procédé de détection d’un objet situé sous une voie de circulation de matériel roulant, ledit procédé étant caractérisé en ce qu’il comporte les étapes suivantes :

- une étape de déplacement d’au moins un élément d’émission-réception radar au-dessus de ladite voie ;

- une étape d’émission par ledit au moins un élément d’une pluralité d’ondes radar pénétrant sous la voie ainsi qu’une étape de réception par ledit au moins un élément d’une pluralité de signaux radar résultant d’une réflexion de ladite pluralité d’ondes radar émises lors du déplacement du ou desdits éléments ; et

- une étape d’estimation d’un paramètre de position de l’objet à partir de ladite pluralité de signaux radar reçus.

Dans la suite de la description, on comprendra que deux directions sensiblement parallèles ou sensiblement transverses l’une par rapport à l’autre sont parallèles ou transverses l’une à l’autre à 5 degrés près.

Le procédé selon l’invention peut également comprendre l’une quelconque des caractéristiques suivantes, prises individuellement ou selon toute combinaison techniquement possible :

- ladite pluralité d’ondes radar émises par au moins un élément présente une polarisation linéaire verticale ou une polarisation linéaire horizontale ;

chaque onde radar émise lors de l’étape d’émission présente une polarisation linéaire horizontale ;

l’étape de déplacement comporte le déplacement dudit au moins un élément le long d’une direction sensiblement parallèle à la voie et/ou le déplacement dudit au moins un élément le long d’une direction sensiblement transverse à la voie ;

ledit paramètre de position est choisi parmi un axe principal de l’objet, un contour de l’objet et une distance de l’objet ;

l’étape de déplacement comprend une sous-étape de rotation dudit au moins un élément selon au moins une série d’angles autour d’un axe vertical, ledit axe vertical étant perpendiculaire à la direction sensiblement parallèle à la voie et à la direction sensiblement transverse à la voie ;

ledit au moins un angle est un angle multiple de 5°, ladite au moins une série d’angles comprenant de préférence quatre angles égaux à -45°, 0°, +45° et +90° ;

lors de l’étape de déplacement, on déplace le ou lesdits éléments selon la direction sensiblement parallèle à la voie, en une ou plusieurs positions transversales consécutives, tout en effectuant lesdites étapes d’émission et de réception en continue lors des déplacements selon la direction sensiblement parallèle à la voie, les positions transversales consécutives du ou des éléments sont éloignées l’une de l’autre par une distance supérieure ou égale à 50 millimètres et inférieure ou égale à 1500 millimètres ;

lors du déplacement du ou desdits éléments, une première position transversale est située à l’extérieur d’un premier côté de la voie, une deuxième position transversale est située à l’intérieur du premier côté de la voie et à l’intérieur un deuxième côté de la voie, et une troisième position transversale est située à l’extérieur du deuxième côté de la voie ; et en variante, lors de l’étape de déplacement, on déplace le ou lesdits éléments selon la direction transversale à la voie, en une ou plusieurs positions longitudinales consécutives, tout en effectuant lesdites étapes d’émission et de réception en continue lors des déplacements selon la direction sensiblement transversale à la voie,

- les positions longitudinales consécutives du ou desdits éléments sont éloignées l’une de l’autre par une distance supérieure ou égale à 10 millimètres et inférieure ou égale à 1000 millimètres ;

- la fréquence d’émission dudit au moins un élément est supérieure ou égale à 10 MHz et inférieure ou égale à 2 GHz.

Selon un autre aspect, l’invention a pour objet un dispositif de détection d’un objet situé sous une voie de circulation de matériel roulant, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu’il comporte :

- des moyens de déplacement, par exemple un chariot ou un véhicule roulant, d’au moins un élément d’émission-réception radar, par exemple une antenne, au-dessus de ladite voie ;

- des moyens d’émission, par exemple une antenne d’émission que comprend ledit au moins un élément d’émission-réception, d’une pluralité d’ondes radar pénétrant sous la voie ainsi que des moyens de réception, par exemple une antenne de réception que comprend ledit au moins un élément, d’une pluralité de signaux radar résultant d’une réflexion de ladite pluralité d’ondes radar émises lors du déplacement du ou desdits éléments; et

- des moyens d’estimation, par exemple un processeur, d’un paramètre de position de l’objet à partir de ladite pluralité de signaux radar reçus.

Le dispositif selon l’invention peut également comprendre l’une quelconque des caractéristiques suivantes, prises individuellement ou selon toute combinaison techniquement possible :

- lesdits moyens de déplacement sont configurés pour déplacer ledit au moins un élément le long d’une direction sensiblement parallèle à ladite voie et/ou le long d’une direction sensiblement transverse à ladite voie ;

- lesdits moyens de déplacement sont configurés pour être déplacés avec une vitesse supérieure ou égale à 0,5 kilomètre par heure et inférieure ou égale à 100 kilomètres par heure ;

- lesdits moyens d’émission sont configurés pour émettre des ondes radar présentant une polarisation linéaire, par exemple une polarisation linéaire verticale ou une polarisation linéaire horizontale ;

- les moyens d’émission sont configurés pour émettre uniquement des ondes radar présentant une polarisation linéaire horizontale ; et

- les moyens de déplacement comprennent en outre des sous-moyens de rotation, par exemple un axe tournant, dudit au moins un élément selon au moins une série d’angles autour d’un axe vertical, ledit axe vertical étant perpendiculaire à une direction sensiblement parallèle à la voie et à une direction sensiblement transverse à la voie.

Le procédé et le dispositif conformes à l’invention sont en particulier configurés pour permettre la détection d’objets :

- selon une profondeur d’investigation maximale de 1500 mm sous un plan de roulement de la voie, et/ou

- du type objets en bois ; métal ; béton et maçonnerie, canalisations/fourreaux en béton, acier, PVC ; câbles électriques, de signalisation, de télécommunication ; fibres optiques ou autres, et/ou

- sur des voies existantes, en particulier en cas de voies ferrées, lesdites voies ferrées pouvant alors êtres composées de toutes sortes de traverses et de tous types de rails.

Brève description des dessins

Dans la suite de la description, on adoptera par convention et à titre non limitatif, des orientations longitudinale, transversale et verticale en référence au trièdre (X, Y, Z) représenté sur les figures. La direction verticale est utilisée à titre de référence géométrique sans rapport avec la direction de la gravité terrestre. La position à la surface terrestre ou à la surface d’une voie d’un élément peut se définir à l’aide de deux coordonnées cartésiennes X et Y dans le repère orthonormé correspondant aux deux premières dimensions du trièdre.

L’invention et ses caractéristiques techniques seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit, accompagnée de plusieurs figures représentant :

- la figure 1, une vue schématique en vue de dessus d’un procédé de détection selon un mode de réalisation de l’invention ;

- la figure 2, sous forme d'organigramme, un exemple d’étapes d'un procédé de détection selon un mode de réalisation de l'invention ;

- les figures 3a, 3b et 3c, respectivement, une vue schématique en vue de dessus d’une étape de déplacement d’un procédé de détection selon un mode de réalisation de l’invention ; et

- les figures 4a, 4b, 4c et 4d, respectivement, une vue schématique en vue de dessus d’une étape d’émission et d’une étape de réception d’un procédé de détection selon un mode de réalisation de l’invention.

Naturellement, pour satisfaire des besoins spécifiques, une personne compétente dans le domaine de la technique pourra appliquer des modifications dans la description suivante. Bien qu’elle se réfère à différents modes de réalisation, la présente invention n'est pas limitée à ces modes de réalisation spécifiques, et toutes modifications propres au champ d'application de la présente invention peuvent être considérées comme évidentes pour une personne versée dans l'art de la technique correspondant.

Description détaillée d’un mode de réalisation

Dans la suite de la description, des éléments présentant une conception ou des fonctions identiques, similaires ou analogues seront désignés par une même référence.

La figure 1 représente une vue schématique en vue du dessus d’un procédé de détection d’un objet O situé sous une voie V. De manière non limitative, la voie V est située dans un plan horizontal XY, le plan XY pouvant correspondre à la surface terrestre et la direction Z correspondant à la direction verticale. En variante, le plan XY est incliné par rapport à la surface terrestre et la direction Z définit une direction perpendiculaire à ce plan.

La projection de l’objet O dans le plan horizontal XY est représentée par le contour C en pointillés. Dans l’exemple représenté, l’objet O est par exemple un tuyau cylindrique souterrain présentant une forme régulière, ladite forme étant ici allongée le long d’une direction représentée par l’axe A, qui peut être d’orientation quelconque. La projection de l’objet O donne un rectangle dans le plan XY.

Selon un mode de réalisation de l’invention, le procédé de détection est mis en œuvre à l’aide d’au moins un élément {X1, X2, Xn} d’émission-réception radar. Le nombre d’éléments d’émission-réception est compris entre 1 et n, où n est un nombre entier positif supérieur ou égal à 1.

Selon un mode de réalisation de l’invention, le nombre n d’éléments est choisi parmi : 1, 2, 3, 4, 5, 8, 10, 16, 20 ou 64. De préférence, le procédé de détection selon l’invention est mis en œuvre à l’aide d’un ou de deux éléments d’émission-réception.

Le procédé de détection comporte une étape EA de déplacement d’au moins un élément {X1, X2, Xn} d’émission-réception radar au-dessus de la voie V. Ledit au moins un élément {X1, X2, Xn} est disposé, par exemple, sur un véhicule roulant tel qu’un chariot mobile muni de roues. De manière non-limitative, ledit au moins un élément {X1, X2, Xn} n’est pas nécessairement déplacé entre les côtés limitant la voie V, mais peut aussi être déplacé à l’extérieur de la voie V, par exemple le long d’un de ces côtés.

De manière non limitative, la figure 1 illustre un exemple comprenant deux éléments {XI, X2}, équivalent à considérer que n est égal à 2. Avantageusement, la mise en œuvre de l’invention au moyen de deux éléments suffit pour détecter la présence d’un objet O et pour en estimer un paramètre P de position.

Sur la figure 1, l’élément X1 est déplacé en cinq positions successives {Pli, P12, P13, P14, P15} qui sont situées sur une même droite, et l’élément X2 est déplacé en cinq autres positions successives {P21, P22, P23, P24, P25 } qui sont situées sur une autre droite.

Le procédé de détection selon l’invention comporte en outre la mise en œuvre d’une étape EB d’émission et d’une étape EC de réception qui seront décrites par la suite.

La figure 2 représente les étapes d’un procédé de détection d’un objet O situé sous une voie V selon un mode de réalisation de l’invention.

Au cours de l’étape EA de déplacement, au moins un premier élément X1 d’émission-réception radar est déplacé en au moins une série de positions {Pli, P12, P1m}, où m désigne un nombre maximal souhaité de positions de déplacement de chaque élément, m étant un nombre entier supérieur ou égal à 1. Par exemple, la valeur du nombre entier m est égale à 1,2, 10, 25, 50 ou 100, cette valeur pouvant être adaptée en fonction du pas de mesure, de la longueur de la voie V et/ou de la précision souhaitée des résultats à obtenir par le procédé de détection.

Si un deuxième élément X2 est utilisé par le procédé selon l’invention, celui-ci est par ailleurs déplacé en au moins une autre série de positions {P21, P22, P2m}. De manière générale, si un nombre n d’éléments est utilisé, le « n-ième » élément Xn est déplacé en une série de positions {Pn1, Pn2, Pnm}, etc.

Selon l’invention l’émission d’ondes radar et la réception de signaux radar réfléchis selon les étapes EB et EC sont effectuée en chacune des positions occupées. Lesdites positions pourront se succéder de façon discrète, comme plus haut, ou, en variante, de façon continue. Avantageusement, lesdites positions sont situées le long d’au moins un axe par rapport à la voie, en vue d’établir avec précision un ou plusieurs paramètre(s) P de position d’objets situés sous celle-ci.

Selon un mode de mise en œuvre de l’invention, l’étape de déplacement EA comporte le déplacement du ou desdits éléments X1, X2 le long d’une direction sensiblement parallèle à la voie et/ou le déplacement du ou desdits éléments X1, X2 le long d’une direction sensiblement transverse à la voie.

Préférentiellement, lors de l’étape de déplacement, on déplace le ou lesdits éléments X1, X2 selon la direction sensiblement parallèle à la voie, en une ou plusieurs positions transversales consécutives, tout en effectuant lesdites étapes d’émission et de réception en continue lors des déplacements selon la direction sensiblement parallèle à la voie.

Autrement dit, on positionne le ou lesdits éléments X1, X2 en une première position transversale, ceci en début d’une zone à étudier, et on les déplace en continue le long de la voie tout effectuant simultanément lesdites étapes d’émission et de réception, ceci jusqu’en fin de la zone à étudier. On déplace alors le ou lesdits éléments X1, X2 en une autre position transversale et on répète l’opération précédente. Ceci pourra se faire lors d’un trajet retour du ou desdits éléments X1, X2 ou après retour du ou desdits éléments X1, X2 en début de zone à étudier. Cette opération pourra être réalisée de façon itérative en autant de positions transversales que souhaitées.

Avantageusement, les positions transversales consécutives du ou des éléments X1, X2 sont éloignées l’une de l’autre par une distance supérieure ou égale à 50 millimètres et inférieure ou égale à 1500 millimètres, préférentiellement d’environ 500 mm .

Similairement à la figure 1, les figures 3a, 3b et 3c représentent différentes possibilités de déplacement d’un unique élément X1 d’émission-réception le long d’une direction D1 sensiblement parallèle à celle de la voie V. Au cours du procédé, l’élément X1 est déplacé en neuf positions différentes. Ainsi, une première série de positions comprend trois positions P11, P12 et P13 situées sur une droite à l’extérieur d’un premier côté de la voie V, une deuxième série de positions comprend trois positions P14, P15 et P16 situées sur une droite située à l’intérieur du premier côté et à l’intérieur d’un deuxième côté de la voie V, et une troisième série de positions comprend trois positions P17, P18 et P19 situées sur une droite située à l’extérieur du deuxième côté de la voie V.

Les positions indiquées dans le paragraphe précédent pourront également correspondre aux positions transversales consécutives mentionnées plus haut en relation avec le déplacement continu du ou des éléments X1, X2 le long de la voie.

Avantageusement, le déplacement d’éléments d’émission-réception le long des côtés extérieurs d’une voie V et à l’intérieur de ses côtés permet d’augmenter les chances de détection d’objets allongés situés sous celle-ci.

A nouveau, on notera que ces trois séries de positions sont situées le long d’une même direction D1 sensiblement parallèle à la voie V, mais que d’autres variantes comportent la possibilité de séries de positions situées le long d’une même direction D2 sensiblement transverse à la voie V. Une première série de positions pourrait ainsi comprendre les trois positions P11, P14 et P17, une deuxième série de positions pourrait comprendre les trois positions P12, P15 et P18 et une troisième série de positions pourrait comprendre les trois positions P13, P16 et P19.

Dans le même esprit, en variante, lors de l’étape de déplacement, on déplace le ou lesdits éléments selon la direction transversale à la voie, en une ou plusieurs positions longitudinales consécutives, tout en effectuant lesdites étapes d’émission et de réception en continue lors des déplacements selon la direction sensiblement transversale à la voie.

Autrement dit, on positionne le ou lesdits éléments X1, X2 en une première position longitudinale, par exemple le début de la zone à étudier, et on les déplace en continue d’un bord à l’autre de la voie tout en effectuant simultanément lesdites étapes d’émission et de réception. On déplace alors le ou lesdits éléments X1, X2 en une autre position longitudinale et on répète l’opération précédente. Cette opération est alors réalisée de façon itérative en autant de position transversale que souhaitée, jusqu’à la fin de la zone à étudier.

Les positions longitudinales consécutives du ou desdits éléments X1, X2 sont avantageusement éloignées l’une de l’autre par une distance supérieure ou égale à 10 millimètres et inférieure ou égale à 1000 millimètres, préférentiellement environ 25 mm .

Selon un mode de réalisation de l’invention, l’étape EA de déplacement comprend en outre une sous-étape EA’ de rotation dudit au moins un élément selon au moins un angle autour d’un axe Z vertical. Comme représenté sur les figures 1,

4a, 4b, 4c et 4d, cet axe Z vertical est simultanément orthogonal à la direction D1 (ou X) et à la direction D2 (ou Y), comme décrit par la suite.

Par exemple, lorsqu’il est déplacé en une position Pli, l’élément X1 est tourné d’un angle a11 autour de l’axe Z. De manière générale, tout « n-ième >> élément Xn déplacé en une « m-ième >> position Pmn au cours de l’étape EA de déplacement est également soumis lors de la sous-étape EA’ à une rotation d’un angle amn compris entre O°et 360°.

Ainsi, un ou plusieurs éléments {X1, X2, Xn} peuvent être tournés au cours de la sous-étape EA’ afin de sélectionner une direction d’émission d’ondes radar par ce ou ces éléments lors de l’étape EB d’émission suivante, et de manière générale, une direction de polarisation des ondes.

Selon un mode préféré de réalisation de l’invention, une rotation est appliquée au cours du déplacement des éléments {X1, X2, Xn} d’émission-réception afin de leur permettre d’émettre des ondes radar polarisées selon différents angles de polarisation. Cette ou ces rotations peuvent comporter des incréments angulaires, en particulier des multiples de 5°. Par exemple, ces angles peuvent être de l’ordre de 10°, 15°, 20°, 30°, 45°, 90°ou encore 180°.

La polarisation d’une onde est une propriété importante de la propagation et de la diffusion des ondes radar. Par définition, la polarisation d'une onde électromagnétique correspond à l’orientation de la composante électrique de l’onde dans un plan perpendiculaire à la direction de la propagation de l’onde. En particulier, la polarisation d’une onde est linéaire lorsque la composante du champ électrique décrit un segment dans le plan de celle-ci.

Selon un mode de réalisation de l’invention la présente invention prévoit de configurer au moins un élément d’émission-réception {X1, X2, Xn} pour émettre des ondes radar pénétrant sous une voie V et présentant une polarisation linéaire qui est horizontale ou verticale par rapport à la surface terrestre, et de préférence horizontale.

Selon un mode préféré de réalisation de l’invention, tous les éléments d’émission-réception {X1, X2, Xn} sont configurés pour émettre des ondes radar présentant une polarisation linéaire qui est horizontale. De préférence, ces éléments sont ainsi configurés pour émettre et recevoir des ondes électromagnétiques polarisées de manière simple, c’est-à-dire avec une polarisation horizontalehorizontale ou avec une polarisation verticale-verticale.

Avantageusement, des ondes radar polarisées horizontalement présentent une sensibilité plus grande aux cibles situées sous la surface terrestre, tandis que des ondes radar polarisées verticalement sont utiles pour supprimer les effets dus à des objets situés en surface d’une voie V, et ainsi améliorer la signature d’objets enterrés sous celle-ci.

Avantageusement, la sélection de polarisations exclusivement horizontales favorise la détection d’objets allongés tels que des câbles ou des tuyaux lorsque les éléments sont déplacés selon des directions soit parallèles soit orthogonales aux axes des objets à détecter.

En outre, l’émission d’ondes radar à polarisation linéaire horizontale et/ou la réception de signaux radar réfléchis présentant également une polarisation linéaire horizontale permet, lors de l’étape ED d’estimation, d’améliorer la détection d’objets situés sous une voie V grâce à un contraste plus élevé, notamment en éliminant les phénomènes de bruit de fond ou équivalent.

Dans le mode de réalisation avec succession de positions discrètes, lors de l’étape EB d’émission, et après avoir été déplacé lors de l’étape EA de déplacement en une position P11, le premier élément X1 émet une pluralité R11 d’ondes radar ; lorsque le premier élément X1 est déplacé en une position P12, celui-ci émet une pluralité R12 d’ondes radar, etc. De même, après avoir été déplacé en une position P21, un deuxième élément X2 émet une pluralité R21 d’ondes radar. Lorsque le deuxième élément X2 est déplacé en une position P22, celui-ci émet une pluralité R22 d’ondes radar, etc. De manière générale, lorsqu’il déplacé en une position quelconque Pnm, un élément Xn émet une pluralité Rnm d’ondes radar. Si une rotation de l’élément Xn d’au moins un angle amn a été mise en œuvre pour cet élément lors d’une étape EA’ de rotation, cette pluralité Rnm d’ondes radar est émise dans cette même direction.

Successivement à l’étape EB, et en chaque position discrète occupée, le procédé de détection met en œuvre une étape EC dite étape de réception par chacun des éléments {XI, X2, Xn} de signaux radar résultant d’une réflexion des ondes radar émises lors de l’étape EB. Cette étape de réception est effectuée par chacun des éléments {X1, X2, Xn} depuis les mêmes positions que celles de ces éléments lors de l’étape EB d’émission.

Par exemple, le premier élément X1 ayant précédemment émis une pluralité R11 d’ondes radar en une position P11 reçoit, une pluralité de signaux radar S11 réfléchis. Le deuxième élément X2 ayant précédemment émis une pluralité R21 d’ondes radar en la position P21 reçoit une pluralité de signaux radar S21 réfléchis, etc. De manière générale, et selon un mode de réalisation de l’invention, un élément Xn ayant émis une pluralité Rnm d’ondes radar depuis une position quelconque Pnm lors de l’étape EB.

De préférence, la direction de réception par chaque élément Xn de la pluralité Snm de signaux radar en une position Pnm lors de l’étape EC est identique à la direction d’émission de la pluralité Rnm d’ondes radar par ce même élément en cette même position lors de l’étape EB. La pluralité Snm de signaux radar peut être réfléchie par un objet O ou par n’importe quel volume de terrain situé sous la voie V.

Les figures 4a, 4b, 4c et 4d représentent un mode préféré de réalisation de l’invention, dans lequel deux éléments {XI, X2 } d’émission-réception sont déplacés en une position déterminée, et émettent depuis cette position une pluralité d’ondes polarisées horizontalement selon différents angles. En particulier, l’élément X1 et l’élément X2 émettent chacun une pluralité d’ondes radar en direction du sol situé sous la voie V selon quatre directions différentes.

Comme représenté sur la figure 4a, les éléments X1 et X2 émettent respectivement une pluralité d’ondes R11 et R21, celles-ci présentant un angle a11 et un angle a12 chacun égal à -45° par rapport à la direction de l’axe X. Les pluralités S11 et S21 de signaux radar résultant de la réflexion de ces ondes sous la surface, par exemple en raison de la présence d’un objet O, sont ensuite reçues par les mêmes éléments X1 et X2.

Sur la figure 4b, les éléments X1 et X2 émettent respectivement une pluralité d’ondes R12 et R22, avec des angles a12 et un angle a22 chacun égal à -0° par rapport à la direction de l’axe X, et reçoivent ensuite les éventuels signaux réfléchis S12 et S22. Sur la figure 4c, les éléments X1 et X2 émettent respectivement une pluralité d’ondes R13 et R23, avec des angles a13 et un angle a23 chacun égal à +45° par rapport à la direction de l’axe X et reçoivent ensuite les éventuels signaux réfléchis S13 et S23. Sur la figure 4d, les éléments X1 et X2 émettent respectivement une pluralité d’ondes R14 et R24, avec des angles a14 et un angle a24 chacun égal à +90° par rapport à la direction de l’axe X, et reçoivent ensuite les éventuels signaux réfléchis S14 et S24. La pluralité d’ondes R14 et les signaux S14 réfléchis ne sont pas représentés sur la figure 4d.

Lorsque chaque élément Xn a terminé de recevoir, lors de l’étape EC, une pluralité Snm de signaux radar provenant de la réflexion de la pluralité Rnm d’ondes radar émises lors de l’étape EB, le procédé de détection remet en œuvre l’étape EA de déplacement de chacun des éléments en une nouvelle position, l’étape EB d’émission et l’étape EC de réception par chaque élément en ces nouvelles positions jusqu’à ce que chaque élément ait été déplacé en l’ensemble des positions prévues de chaque série.

Dans les modes de réalisation avec déplacement continu du ou des éléments X1, X2, à partir de certaines positions longitudinales ou à partir de certaines positions transversales, chaque déplacement continu s’effectue avec un angle de polarisation donné. Préférentiellement, le même déplacement continu, à savoir le même déplacement continu le long de la voie en une position transversale donnée ou le même déplacement continu transversalement à la voie en une position longitudinale donnée, est répété autant de fois que d’angles de polarisation que l’on souhaite utiliser, notamment les angles à -45°, 0°, 45° et 90°. On passe alors à la position transversale ou longitudinale suivante pour répéter l’opération.

Autrement dit, dans le cas de déplacements le long de la voie et pour les quatre angles indiqués plus haut, on effectue un premier déplacement continu du début de zone à étudier à la fin de la zone à étudier, ceci avec l’angle à -45° et pour une première position transversale donnée. Pour la même position transversale donnée, on effectue alors un second passage, avec l’angle suivant de 0°, un troisième passage avec l’angle suivant de 45° puis un quatrième passage avec l’angle suivant de 90°. On change alors de position transversale, notamment selon les exemples évoqués plus haut, et on répète chacun des quatre passages.

Avantageusement, la mise en œuvre de sous-étapes de rotation comprenant quatre angles de -45°, 0°, +45° et +90° permet de réaliser une couverture optimale du terrain situé sous la voie V. En particulier, la présente invention permet de réaliser une couverture totale de 135°, deux angles de polarisation pouvant présenter la même direction qu’au moins deux directions de déplacement des éléments d’émission-réception.

Avantageusement, tandis qu’un seul angle, deux angles ou trois angles d’orientation quelconque seraient insuffisants pour permettre une estimation fiable d’un paramètre P de position d’un objet O, l’émission d’ondes radar polarisées selon ces quatre angles fournit le meilleur compromis, cinq angles ou plus n’apportant pas d’avantage d’informations que celles obtenues par la présente invention et nécessitant en outre un temps de mesure plus long.

Successivement à l’ensemble des itérations des étapes EA, EB et EC, le procédé de détection met en œuvre une étape ED d’estimation d’un paramètre P de position de l’objet O à partir de ladite pluralité de signaux radar reçus. Ce paramètre P peut être un axe A principal de l’objet, un contour C de l’objet ou une distance de l’objet par rapport à au moins un élément d’émission-réception radar ainsi que n’importe quelle combinaison de deux de ces paramètres ou l’ensemble de ces paramètres.

Selon une variante non représentée, l’étape ED d’estimation peut être mise en œuvre à tout moment au cours du procédé, par exemple entre l’une des itérations de déplacements.

Dans les modes de réalisation illustrés, l’étape ED d’estimation d’un paramètre P de position de l’objet O à partir de ladite pluralité de signaux radar reçus a lieu lorsque chacun des éléments {X1, X2, Xn} a été déplacé en l’ensemble des positions {P11, P12, ..., P1m}, {P21, P22, P2m}, .... {Pn1, Pn2, Pnm} prévues de chaque série.

Pour réaliser cette étape ED d’estimation, la présente invention exploite les propriétés de polarisation des ondes radar pour détecter des objets souterrains. En plus des informations issues des techniques géoradar connues, l'utilisation de certains modes de polarisation spécifiques permet d’obtenir des informations plus précises lors de la détection d’objets situés sous la voie V.

En étudiant la polarisation des signaux réfléchis sous la surface, il est possible de générer une image représentative du terrain et de détecter d’éventuelles irrégularités telles que des changements de milieux ou des objets ponctuels.

En outre, d’autres configurations d’éléments d’émission-réception peuvent être envisagées pour permettre d’extraire des informations résultant de combinaison de différentes autres polarisations.

L’estimation du paramètre P peut être réalisée au moyen de différentes techniques connues. Par exemple, une comparaison des temps de propagation des ondes radar émises par rapport à ceux des signaux réfléchis selon différentes positions permet d’estimer la position d’un objet O responsable de la réflexion des ondes radar. En comparant les temps de propagation en fonction de la distance séparant deux éléments, par exemple un élément d’émission et un élément de réception, il est possible de déterminer un contour C de l’objet O.

En se référant aux mêmes figures, la présente invention se rapporte en outre à un dispositif configuré pour mettre en œuvre les méthodes précédemment décrites.

Ainsi, un dispositif selon la présente invention comprend des moyens MA de déplacement, en particulier une structure de support mobile, par exemple un véhicule roulant équipé de roues adaptées pour la faire se déplacer dans au moins une direction. Ce véhicule roulant est de préférence un véhicule d'étude adapté pour circuler sur la voie V ou transversalement à celle-ci, et peut être déplacée manuellement, ou bien équipée d'un moteur approprié. Le véhicule peut aussi comporter ou plusieurs capteurs de position de sorte que le mouvement du véhicule le long de la direction D1 et/ou de la direction D2 est suivi avec précision.

Selon un mode de réalisation de l’invention, les moyens MA de déplacement sont configurés pour déplacer le dispositif, ou à tout le moins lesdits éléments d’émission-réception en translation le long d’au moins deux directions X et Y, ces directions étant de préférence alignées respectivement à la direction D1 sensiblement parallèle à la voie V et à la direction D2 sensiblement transverse à la voie V. On comprendra que les axes orthogonaux X, Y et Z peuvent correspondre aux directions d’un référentiel (X, Y, Z) dont l’origine est située sur le dispositif.

Le dispositif comprend en outre des moyens MB d’émission, en particulier une pluralité d'antennes. Ces antennes peuvent être des antennes d'émission, des antennes de réception et/ou des antennes d’émission-réception qui peuvent être sélectivement connectées entre-elles. En outre, ces antennes sont adaptées pour émettre des ondes radar et recevoir des signaux réfléchis à plusieurs fréquences individuelles.

Selon un mode de réalisation de l’invention, des fréquences appropriées des ondes sont comprises entre 10 Mhz et 2 GHz. L'avantage obtenu est de fournir un large spectre de réflexions.

Le dispositif comprend en outre des moyens MC de réception. Selon un mode de réalisation de l’invention, ces moyens MC de réception sont identiques aux moyens MB d’émission lorsque ces moyens sont des antennes d’émission-réception.

Si le dispositif comprend plusieurs antennes, ces antennes peuvent être organisées en groupes. Par exemple, un premier groupe d'antennes peut être adapté pour détecter des objets souterrains orientés sensiblement transversalement par rapport à la voie, tandis qu'un second groupe d'antennes peut être adapté pour détecter des objets souterrains orientés sensiblement parallèlement à la voie.

Le dispositif comprend en outre des moyens MD d’estimation. Selon un mode de réalisation de l’invention, les moyens MD d’estimation sont configurés pour traiter les signaux détectés par chacun des éléments {X1, X2, Xn}, et pour comparer ces signaux détectés avec d’autres signaux, ou des signaux de référence.

Selon un mode de réalisation de l’invention, ces moyens MD d’estimation comprennent un processeur, par exemple une unité de traitement électronique est adaptée pour analyser les signaux acquis par lesdites antennes et pour reconstruire une image de la partie du sous-sol balayé par le dispositif, qui peut ensuite être affichée sur un affichage approprié.

Avantageusement, les moyens MD d’estimation et/ou ladite unité de traitement peut comprendre un support de stockage où les mesures des antennes et les images reconstruites peuvent être stockées.

Selon un mode de réalisation de l’invention, le dispositif comprend en outre des moyens ME de géolocalisation, par exemple un système GPS connecté à un satellite, pour connaître précisément la position du dispositif et/ou de tout objet O détecté par le dispositif.

Selon un mode de réalisation de l’invention, une estimation de la direction d’un axe A principal d’un objet O allongé peut être obtenue à partir de l’analyse des amplitudes des signaux radar reçus par les éléments {XI, X2, Xn} en chaque position de mesure et en comparant ces amplitudes. Par exemple, le déplacement d’au moins un élément jusqu’en une position où l’amplitude du signal réfléchi est minimale ou maximale permet de déterminer une direction d’allongement d’un objet O enfoui sous la voie V.

De manière non limitative, l’homme de métier comprendra que les modes de réalisation de l’invention peuvent également être appliqués dans différents autres domaines, par exemple pour la détection de loisirs, pour la recherche de cavités et de souterrains, pour la recherche archéologique, pour la recherche de couches minérales, de mines terrestres, d’obus non explosés ou encore pour l’auscultation d'ouvrages de génie civil, de bâtiments en béton ou maçonneries.

Claims (15)

1. Revendications

   1. Procédé de détection d’un objet (O) situé sous une voie (V) de circulation de matériel roulant, ledit procédé étant caractérisé en ce qu’il comporte les étapes suivantes :

   - une étape (EA) de déplacement d’au moins un élément ({X1, X2, , Xn}) d’émission-réception radar au-dessus de ladite voie (V) ;

   -, une étape (EB) d’émission par ledit au moins un élément ({X1, X2, ... , Xn}) d’une pluralité ({R11, R12, ..., R1m}, {R21, R22, ..., R2m}, ..., {Rn1, Rn2, Rnm}) d’ondes radar pénétrant sous la voie (V) ainsi qu’une étape (EC) de réception par ledit au moins un élément ({X1, X2, ... , Xn }) d’une pluralité ({S11, S12, ..., S1m}, {S21, S22, ..., S2m}, ..., {Sn1, Sn2, ..., Snm}) de signaux radar résultant d’une réflexion de ladite pluralité d’ondes radar émises, lors du déplacement du ou desdits éléments ; ({X1, X2, ... , Xn}) et

   - une étape (ED) d’estimation d’un paramètre (P) de position de l’objet (O) à partir de ladite pluralité de signaux radar reçus.
2. 2. Procédé de détection selon la revendication 1, dans lequel ladite pluralité d’ondes radar émises par au moins un élément présente une polarisation linéaire verticale ou une polarisation linéaire horizontale.
3. 3. Procédé de détection selon la revendication 1, dans lequel chaque onde radar émise lors de l’étape (EB) d’émission présente une polarisation linéaire horizontale.
4. 4. Procédé de détection selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’étape (EA) de déplacement comporte le déplacement dudit au moins un élément ({X1, X2, ... , Xn}) le long d’une direction (D1) sensiblement parallèle à la voie (V) et/ou le déplacement dudit au moins un élément ({X1, X2, ... , Xn}) le long d’une direction (D2) sensiblement transverse à la voie (V).
5. 5. Procédé de détection selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit paramètre de position (P) est choisi parmi un axe (A) principal de l’objet (O), un contour (C) de l’objet (O) et une distance (D) de l’objet (O).
6. 6. Procédé de détection selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’étape (EA) de déplacement comprend, une sous-étape (EA’) de rotation dudit au moins un élément ({X1, X2, ... , Xn}) selon au moins une série ({cri 1, cri2, crim}, {α21, a22, a2m}, {αη1, an2, anm}) d’angles autour d’un axe (Z) vertical, ledit axe vertical étant perpendiculaire à la voie (V).
7. 7. Procédé de détection selon la revendication 6, dans lequel ledit au moins un angle est un angle multiple de 5°, ladite au moins une série d’angles comprenant de préférence quatre angles égaux à -45°, 0°, +45° et +90°.
8. 8. Procédé de détection selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, lors du déplacement du ou desdits éléments ; ({X1, X2, ... , Xn}), une première position du ou desdits éléments ; ({X1, X2, ... , Xn}) est située à l’extérieur d’un premier côté de la voie, une deuxième position est située à l’intérieur du premier côté de la voie et à l’intérieur un deuxième côté de la voie, et une position est située à l’extérieur du deuxième côté de la voie.
9. 9. Procédé de détection selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la fréquence d’émission dudit au moins un élément ({X1, X2, ... , Xn }) est supérieure ou égale à 10 MHz et inférieure ou égale à 2 GHz.
10. 10. Dispositif de détection d’un objet (O) situé sous une voie (V) de circulation de matériel roulant, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu’il comporte :

    - des moyens (MA) de déplacement, par exemple un chariot ou un véhicule roulant, d’au moins un élément ({X1, X2, ... , Xn}) d’émission-réception radar, par exemple une antenne, au-dessus de ladite voie (V) ;

    - des moyens (MB) d’émission, par exemple une antenne d’émission que comprend ledit au moins un élément ({X1, X2, ... , Xn }) d’émissionréception, d’une pluralité ({R11, R12, R1m}, {R21, R22, R2m}, {Rn1, Rn2, Rnm}) d’ondes radar pénétrant sous la voie (V) ainsi que des moyens (MC) de réception, par exemple une antenne de réception que comprend ledit au moins un élément ({X1, X2, ... , Xn }), d’une pluralité ({S11, S12, ..., S1m}, {S21, S22, ..., S2m}, ..., {Sn1, Sn2, ..., Snm}) de signaux radar résultant d’une réflexion de ladite pluralité ({R11, R12, R1m}, {R21, R22, R2m}, {Rn1, Rn2, Rnm}) d’ondes radar émises lors du déplacement du ou desdits éléments ; ({X1, X2, , Xn}) ;

    et

    - des moyens (MD) d’estimation, par exemple un processeur, d’un paramètre (P) de position de l’objet (O) à partir de ladite pluralité de signaux ({S11, S12, S1m}, {S21, S22, S2m}) radar reçus.
11. 11. Dispositif de détection selon la revendication 10, dans lequel lesdits moyens (MA) de déplacement sont configurés pour déplacer ledit au moins un élément ({X1, X2, ... , Xn}) le long d’une direction (D1) sensiblement parallèle à ladite voie (V) et/ou le long d’une direction (D2) sensiblement transverse à ladite voie (V).
12. 12. Dispositif de détection selon l’une des revendications 10 à 11, dans lequel lesdits moyens (MA) de déplacement sont configurés pour être déplacés avec une vitesse supérieure ou égale à 0,5 kilomètre par heure et inférieure ou égale à 100 kilomètres par heure.
13. 13. Dispositif de détection selon l’une des revendications 10 à 12, dans lequel lesdits moyens (MB) d’émission sont configurés pour émettre des ondes radar présentant une polarisation linéaire, par exemple une polarisation linéaire verticale ou une polarisation linéaire horizontale.
14. 14. Dispositif de détection selon l’une des revendications 10 à 13, dans lequel les moyens (MB) d’émission sont configurés pour émettre uniquement des ondes radar présentant une polarisation linéaire horizontale.
15. 15. Dispositif de détection selon l’une des revendications 10 à 14, dans lequel les moyens (MA) de déplacement comprennent en outre des sous-moyens (MA’) de rotation, par exemple un axe tournant, dudit au moins un élément ({X1, X2, ... , Xn}) selon au moins une série d’angles ({a11, a12, ..., a1 m}, {α21, a22, a2m}, {αη1, an2, anm}) autour d’un axe (Z) vertical, ledit axe (Z) vertical étant perpendiculaire à la voie (V).