JP2017508162A - 合成アンテナビームを形成するための合成アンテナソナーおよび方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、ソナー画像処理の分野にそして合成開口ソナーを用いた目標物の検出および分類に関する。合成開口ソナー（１）は、第１の軸（Ｘ１）に沿って動くように意図される。ソナー（１）は、少なくとも１つのセクタを含むセクタのセットにおける被観測区域に向けて少なくとも１つの音響パルスを、各々のピングにおいて、放射するように構成された放射装置（２）を備える。ソナー（１）は、後方散乱信号の測定値を獲得することを可能にする第１の軸（Ｘ１）に沿って延在する第１の物理受信アンテナ（３）と、被観測区域によって後方散乱された、および前記セクタに放射された音響パルスによって生成された、信号の測定値から合成開口ビームを、セクタのセットの各々のセクタに対して、Ｒ個のピングに関して、形成するように構成された処理装置とを備える。ソナー（１）は、少なくとも１つのジャイロメータを備える。処理装置は、連続したピングの相互相関によって自動較正を行うことによって、セクタの前記セットの合成開口ビームの形成の間の第１の受信アンテナの運動における変動を補正するように構成される

Description

本発明は、ソナー画像処理の分野にそして合成開口ソナーを用いた目標物の検出および分類に関する。それはより具体的には、地雷戦にそして合成開口ソナーを用いた地雷の検出および分類に関する。

目標物の分類の問題は、特に、ざらつきのある海底に置かれた底部地雷に対して、またはステルス地雷に対して、解決することが難しい問題である。非常に高分解能のサイドスキャン合成開口ソナーモードでのソナーの使用は、この問題への１つの応答であるが、不満足なままのものである。「サイドスキャンソナー」によって意味されることは、実質的に９０度に等しい方位角を有する照準軸に沿って音響パルスを放射する、すなわち、その舷側にソナーが設置されるキャリアの経路に実質的に垂直な、ソナーである。ソナーは、水中に沈められるフィッシュまたはキャリアの側面の１つに位置している。キャリアは自律的とするかまたは水上艦艇によって曳航することができる。「非常に高分解能」によって、一般的に意味されることは、１００ｋＨｚより高い周波数を有するソナーに対する１０ｃｍ未満の分解能である。

合成開口ソナーの目的は、受信アンテナの長さ寸法を増やすことなく、所与の距離範囲で、分解能を改善することである。合成開口ソナーの原理は、Ｎ個のトランスデューサの直線配列によって形成された物理アンテナを使用することにある。このタイプのソナーでは、キャリアの進行の間に、放射装置、または放射アンテナは、キャリアに対して固定された基本セクタにＰ個の連続したパルスを放射する。Ｐ個の時点において、したがってＰ個の連続した場所で、物理受信アンテナのＮ個のトランスデューサによって受信される信号は、合成アンテナのビームを形成するために使用される。取得される画像の分解能、すなわち合成アンテナのビームの分解能は、これらのＰ個の連続した時点の間に物理アンテナが移動した長さの約２倍に対応する長さの仮想アンテナの分解能と実質的に等価である。

合成アンテナのビームは、「合成開口処理方法」と呼ばれる、アンテナによって測定された後方散乱信号を処理するための方法によって構築される。このタイプの方法は当該技術分野で公知である。ソナーの合成アンテナのビームを形成するために、受信アンテナによって測定された信号は、形成されるビームの方向に、およびアンテナのトランスデューサのさまざまな場所に対応する遅延を使用して加算され、それらの場所は、物理アンテナにおけるトランスデューサの位置に、および物理アンテナの運動に依存する。

合成アンテナ原理を適用するとき経験される主な困難は、ビーム形成で使用されるべき遅延の定量に存在する。従来のアンテナでこれらの遅延が照準点の距離および方向にのみ依存するのに対して、合成アンテナの遅延は、形成時間の間のキャリアの運動に依存する。この形成時間が長いほど、すなわち、より良い分解能と密接に関連している、ピングの数が高いほど、これらの遅延を定量することはより難しい。

公開番号仏国特許第２７６９３７２号明細書を有する特許出願の基礎は、ＩＮＳを装備されたキャリアの空間位置の測定での誤差が大きすぎるので、受信アンテナの位置の測定で必要とされる精度が慣性航法システム（ＩＮＳ）で取得可能ではないという所見である。さらに、この出願では、アンテナによって測定されるさまざまな信号の処理によってアンテナの位置を取得することを可能にする、いわゆる自動較正または自動焦点プロセスで、２つのピングの間のアンテナの回転角の精度がプロセスの精度を限定する要因であると述べられている。これらの欠点を是正するために、したがってそれは、合成開口ソナーにおける寄生アンテナ運動の影響を補正するための、すなわちアンテナの角度変動に起因する影響を補正するための方法を提案し、その方法において合成アンテナはソナーのＭ個のピングに関して形成され、物理アンテナの運動における変動は、アンテナの回転の測定値を使用して連続したピングの相互相関によって自動較正を行うことによって補正され、アンテナの回転の測定値は、ジャイロメータを用いて、および物理アンテナに垂直な補助アンテナで後方散乱信号の仰角を測定することによって取得される。この方法は、合成開口ビームを通して取得されるソナー画像の分解能を実質的に改善することを可能にする。

仏国特許出願公開第２７６９３７２号明細書

公開番号仏国特許第２７６９３７２号明細書を有する特許出願で説明された方法は、物理アンテナに垂直な補助アンテナをソナーに装備する必要がある。

本発明の１つの目的は、補助アンテナを省略することを可能にするソナーを提供することである。

この目的を達成するために、本発明の１つの主題は、第１の軸に沿って動くように意図された合成開口ソナーであって、ソナーは、少なくとも１つのセクタを含むセクタのセットにおける被観測区域に向けて少なくとも１つの音響パルスを、各々のピングにおいて、放射するように構成された放射装置を備え、ソナーは、前記パルスによって生成された後方散乱信号の測定値を獲得することを可能にする第１の軸に沿って延在する第１の物理受信アンテナと、被観測区域によって後方散乱された、および前記セクタに放射された音響パルスによって生成された、信号の測定値から合成開口ビームを、セクタのセットの各々のセクタに対して、Ｒ個のピングに関して、形成するように構成された処理装置とを備え、ソナーは、少なくとも１つのジャイロメータを備え、前記処理装置は、前記少なくとも１つのジャイロメータを用いて取得される第１の受信アンテナの回転の測定値を使用して、ならびに後方散乱信号の画像平面を決定するためにおよび前記回転測定値を前記画像平面に投影するために後方散乱信号の仰角の推定を使用して、取得された投影が自動較正を行うために使用されて、連続したピングの相互相関によって自動較正を行うことによってセクタの前記セットの合成開口ビームの形成の間の第１の受信アンテナの運動における変動を補正するように構成されることを特徴とし、ソナーにおいて、測深セクタと呼ばれる、セクタのセットのうちの少なくとも１つのセクタの合成開口ビームの形成の間に、後方散乱信号の仰角の推定が使用され、前記推定は、被観測区域の複数のポイントの、地球基準座標系で規定された、３次元位置を含む測深図から取得される。

有利には、放射装置は、それぞれ、異なる方位角を有する第１の照準軸および第２の照準軸に沿って、被観測区域に向けて識別可能な音響パルスを、第１のセクタおよび少なくとも１つの第２のセクタを含む異なるそれぞれのセクタに、各々のピングにおいて、放射するように構成され、前記少なくとも１つの測深セクタは、少なくとも１つの第２のセクタを含み、測深図は、前記第１のセクタに放射された音響パルスによって生成された第１の後方散乱信号の第１の仰角の測定値から取得される。

ソナーは、第１の軸に垂直な第２の軸に沿って分布している複数のトランスデューサを備えるトランスデューサの配列を備えることができ、前記トランスデューサは、トランスデューサの受信ローブが第１のセクタをカバーするように、しかし前記少なくとも１つの第２のセクタが少なくとも部分的にトランスデューサの受信ローブを越えて位置しているように、寸法を決められ構成された、トランスデューサの配列を形成し、第１の後方散乱信号は、トランスデューサの配列を用いて獲得される。

より正確には、物理受信アンテナは、第１のトランスデューサの受信ローブが第１のセクタをカバーするように、しかし前記少なくとも１つの第２のセクタが少なくとも部分的に第１のトランスデューサの受信ローブを越えて位置しているように、寸法を決められ構成された、第１のトランスデューサから形成される第１の基本物理アンテナを含むことができる。ソナーは、第２のトランスデューサの受信ローブが第１のおよび第２のセクタをカバーするように、寸法を決められ構成された、第２のトランスデューサから形成される第２の基本物理アンテナを備える。処理装置は、第１のセクタで生成され第１の基本アンテナを用いて獲得された第１の後方散乱信号の測定値から第１の合成アンテナのビームを、そして前記第２のセクタに放射されたパルスによって生成され第２の基本アンテナを用いて獲得された第２の後方散乱信号の測定値から第２の合成アンテナのビームを、合成開口ビームの形成の間に、形成するように構成される。

有利には、トランスデューサの配列は、第１の基本アンテナ、および、第１の基本アンテナと同じであり第２の軸に沿って第１の基本物理アンテナの上に重ねられる別のアンテナによって形成される。

有利には、測深図は、被観測区域が画像化される前にソナーのメモリに格納される。

本発明の別の主題は、本発明のソナーと、キャリアとを備え、ソナーはキャリアに設置される、ソナーシステムである。

本発明の別の主題は、ソナーのＲ個のピングに関してソナーの合成開口ビームを形成するための方法であって、ソナーは、第１の軸に沿って動くように意図され、ソナーは、少なくとも１つのセクタを含むセクタのセットにおける被観測区域に向けて少なくとも１つの音響パルスを、各々のピングにおいて、放射するように構成された放射装置を備え、ソナーは、前記少なくとも１つのパルスによって生成された後方散乱信号の測定値を獲得することを可能にする第１の軸に沿って延在する第１の物理受信アンテナと、被観測区域によって後方散乱された、および前記セクタに放射された音響パルスによって生成された、信号の測定値から合成開口ビームを、セクタのセットの各々のセクタに対して、Ｒ個のピングに関して、形成するように構成された処理装置とを備え、ソナーは、少なくとも１つのジャイロメータを備え、方法は、形成ステップであって、そのステップにおいて、各々のセクタに対してＲ個のピングに関して、被観測区域によって後方散乱された、および前記セクタに放射された音響パルスによって生成された、信号の測定値から合成開口ビームが形成され、そのステップにおいて、前記少なくとも１つのジャイロメータを用いて取得される、第１の受信アンテナの回転の測定値を使用して、ならびに後方散乱信号の画像平面を決定するためにおよび前記回転測定値を前記画像平面に投影するために後方散乱信号の仰角の推定を使用して、取得された投影が自動較正を行うために使用されて、連続したピングの相互相関によって自動較正を行うことによってセクタの前記セットの合成開口ビームの形成の間の第１の受信アンテナの運動における変動が補正され、そのステップにおいて、測深セクタと呼ばれる、セクタのセットのうちの少なくとも１つのセクタの合成開口ビームの形成の間に、後方散乱信号の仰角の推定が使用され、前記推定は被観測区域の複数のポイントの３次元位置を含む測深図から取得される、形成ステップを備える。

有利には、放射装置は、それぞれ、異なる方位角を有する第１の照準軸および第２の照準軸に沿って、被観測区域に向けて識別可能な音響パルスを、第１のセクタおよび少なくとも１つの第２のセクタを含む異なるそれぞれのセクタに、各々のピングにおいて、放射するように構成される。前記少なくとも１つの測深セクタは、少なくとも１つの第２のセクタを含む。測深図は、前記第１のセクタに放射された音響パルスによって生成された第１の後方散乱信号の第１の仰角の測定値から取得される。

有利には、ソナーは、第１の軸に垂直な第２の軸に沿って分布している複数の基本トランスデューサを備えるトランスデューサの配列を備え、前記トランスデューサは、トランスデューサの受信ローブが第１のセクタをカバーするように、しかし前記少なくとも１つの第２のセクタが少なくとも部分的にトランスデューサの受信ローブを越えて位置しているように、寸法を決められ構成される、トランスデューサの配列を形成し、第１の後方散乱信号は、トランスデューサの配列を用いて獲得され、方法は有利には、トランスデューサの配列を用いて第１の後方散乱信号の第１の仰角を測定するステップと、第１の仰角の測定値を地球基準座標系に転置するものである、第１の仰角の推定を計算するステップとを含む。方法は、第１の仰角の推定から測深図を作り出すステップをさらに含み、測深図は、第１の後方散乱信号を後方散乱したプローブポイントの、地球基準座標系における、３次元座標を含む。

有利には、方法は、前記測深セクタに放射されたパルスによって生成された後方散乱信号の仰角を、測深図から、推定するステップを含む。方法は、後方散乱信号を生成したプローブポイントからアンテナを分離する距離に対応する、アンテナからの距離で、他の照準軸上に位置しているポイントＢを、第１の軸の周りに、回転することによって取得される円Ｃｐの部分に最も接近している、測深図のそのポイントＭｐの位置を計算するステップと、測深図と最接近ポイントＭｐに基づく円Ｃｐの部分との間の第１の交点Ｉｐを計算するステップと、交点の仰角を、地球基準座標系において、計算する第１のステップとを、後方散乱信号の各々に対して含む。

交点Ｉｐは、最接近ポイントＭｐを通過する、地球基準座標系における、水平面と、円Ｃｐの部分との間の交点とすることができる。

有利には、方法は、最接近ポイントＭｐおよび測深図の他のポイントに基づいて、測深図と円Ｃｐの部分との間の第２の交点Ｉｐを計算する第２のステップ、ならびに、第２の交点が取得される場合、第２の交点の仰角を計算する第２のステップを含む。

物理受信アンテナは、第１のトランスデューサの受信ローブが第１のセクタをカバーするように、しかし前記少なくとも１つの第２のセクタが少なくとも部分的に第１のトランスデューサの受信ローブを越えて位置しているように、寸法を決められ構成された、第１のトランスデューサから形成される第１の基本物理アンテナを含むことができる。ビームを形成するステップはそれから、前記第１のセクタに放射されたパルスによって生成され第１の基本アンテナを用いて獲得される後方散乱信号の測定値から第１の合成アンテナのビームを形成するステップを含み、そのステップにおいて、後方散乱信号の画像平面を決定するためにおよび前記回転測定値を前記画像平面に投影するために使用される後方散乱信号仰角の推定は、第１の後方散乱信号の第１の仰角の推定であり、第１の後方散乱信号は、前記第１のセクタに放射されたパルスによって生成され、第１の仰角の推定は、第１の仰角の測定値の地球基準座標系への転置である。

本発明の最後の主題は、プログラムがコンピュータ上で実行されるとき本発明による方法のステップを実行するためのプログラミングコード命令を含むコンピュータプログラム製品である。

提案された発明は、補助アンテナを省略することを可能にする。それは同様に合成開口ソナーの分解能を低下させないことを可能にする、すなわち、その検出および分類能力を低下させることなく可能にする。換言すれば、取得される分解能は、文献仏国特許第２７６９３７２号明細書に説明された方法を用いて取得された分解能に、すなわち、アンテナの寄生運動が補正される自動焦点プロセスを使用する方法を用いて取得される分解能に匹敵する。

本発明の他の特徴および利点は、非限定的な実施例として添付の図面を参照して与えられる、以下の詳細な説明を読めば明らかになるであろう。

本発明による例示的なソナーの構成要素を概略的に示す。 ３つのセクタへの音響パルスの放射の間に上から見たキャリアに設置された図１のソナーを概略的に示す。 図１のソナーの第１の物理受信アンテナおよび第２の受信アンテナを側面から概略的に示す。 本発明による方法で計算され使用されるような、物標Ａによって後方散乱される信号の仰角を概略的に示す。 本発明による例示的な方法のブロック図を示す。 測深図の作図を概略的に示す。 第２の仰角に対するプローブポイントの位置の計算を概略的に示す。

１つの図から次の図まで、同じ要素は同じ参照符号によって参照されている。

本発明は、単視点または多視点の合成開口ソナーに関する。「単視点合成開口ソナー」によって、意味されることは、第１の軸に沿って動くように意図された合成開口ソナーであって、ソナーは、単一セクタの被観測区域に向けて音響パルスを、各々のピングにおいて、放射するように構成された放射装置を備え、ソナーは、前記パルスによって生成された後方散乱信号の測定値を獲得することを可能にする第１の物理受信アンテナと、前記セクタに放射された音響パルスによって生成される、被観測区域によって後方散乱される信号の測定値から、合成開口ビームを、Ｒ個のピングに関して、形成するように構成された処理装置とを備える。音響パルスは、単一照準軸に沿って、照準軸を囲む単一セクタに放射される。この照準軸は、アンテナに取り付けることができ、または、例えば安定化装置を用いて、地球基準座標系で固定方向に方向付けることができる。「音響パルスが放射されるセクタ」によって、意味されることは、放射音響パルスの主ローブが放射される−３ｄＢ開口のセクタである。

単視点合成開口ソナーの性能は、ソナー画像で検出される目標物を分類するステップにおいて不十分であることが分かる。「分類する」によって、意味されることは、画像の中に検出される目標物の性質の特徴付け（例えば目標物のサイズおよび／またはその形状、さらには地雷または地雷でないという目標物の特徴付けなど）である。分類性能を改善するために、検出目標物の視点が増やされる。異なる角度における所与の目標物の観測の数が大きいほど、この目標物を分類することが容易である。視点を増やすために、１つの解決策は多視点合成開口ソナーを使用することにある。この解決策は、ソナーが異なる経路に沿って複数回観測領域上を通過させられることを必要としない。それはさらに、低電力消費量を有する。したがって、この解決策は自律的な潜水艦艇への設置に適している。それは、キャリアの絶対位置が高精度で知られていることも、所与の目標物のさまざまなビューを一緒に関連付けるために位置合せ技術が実施されることも必要としない。それはさらに、ソナー画像における目標物の検出の速度を改善することを可能にする。

図１は、本発明による例示的なソナー１の構成要素を示す。この実施例において、ソナーは多視点ソナーである。それは、１つまたは複数の放射アンテナを備える放射装置２を備える。放射装置２は、被観測区域、例えば海底に向けて音響パルスを、各々のピングにおいて、放射するように構成される。１つのピングにおいて放射されるパルスは、複数のセクタを含むセクタのセットに放射される。各々のピングにおいて、それぞれのセクタに放射される放射物は識別可能である。例えば、それぞれのセクタに放射されるパルスは、互いに異なる、すなわち別個の周波数帯に位置しているキャリアで放射される。変形形態として、パルスは、１つの同じキャリア周波数を有するキャリアで放射されるが、直交符号によって、すなわち直交変調によって、互いに区別される。海底によって後方散乱される、およびさまざまなセクタから発生する信号は、それで、これらのさまざまなセクタに放射されるパルスと同じ方法で、例えばフィルタリングまたは逆多重化によって、識別可能である。各々のピングにおいて、さまざまなセクタに放射されるパルスは、例えば、同時にまたは実質的に同時に放射される。

図２は、本発明によるソナーの放射装置２が各々のピングにおいて音響パルスを放射する、セクタＳ１、Ｓ２およびＳ３を示す。放射装置２は、それぞれの照準軸ｖ１、ｖ２、ｖ３に沿って各々のピングにおいて３つのそれぞれのセクタＳ１、Ｓ２、Ｓ３に３個のパルスを放射する。ソナー１は、連続したピングにおける音響パルスの放射の間に第１の軸Ｘ１に沿って動くように意図される。ソナー１はキャリアＰＯに取り付けられる。図中の実施形態において、第１の軸Ｘ１は、キャリアＰＯの運動の方向Ｘと平行である。照準軸ｖ１、ｖ２、ｖ３は、第１の軸Ｘ１と、異なるそれぞれの方位角θ１、θ２、θ３をなす。有利には、照準軸ｖ１、ｖ２、ｖ３は、同じ仰角を有し、仰角は地球基準座標系で規定される。変形形態として、照準軸は、ソナーと関連付けられた基準座標系で同じいわゆる局所仰角を有し、すなわちそれらは、軸Ｘ１と平行でかつトランスデューサの有効領域によって形成される平面に垂直な平面と、同じ角度をなす。

照準軸ｖ１、ｖ２、ｖ３は、第１の軸Ｘ１に実質的に垂直な側方照準軸ｖ１と、進行方向Ｘに垂直で軸ｖ１を通過する対称面について互いに対称な２つのさらなる照準軸ｖ２およびｖ３とを含む。換言すれば、軸ｖ１の方位角θ１は、９０度と等しい。それは、以下で側方照準軸と呼ばれる。軸ｖ２およびｖ３は、例えば、軸ｖ１とそれぞれ−３５度および３５度の方位角θｓをなす。変形形態として、さらなる照準軸は、対称面について互いに対称ではない。軸ｖ２は、前方照準軸と呼ばれ、照準軸ｖ３は、後方照準軸と呼ばれる。第１の軸ｖ１に対する照準軸ｖ２およびｖ３の偏向は、電子的にまたは機械的に達成される。後者の場合、放射装置は、３つの異なる照準軸に沿って向けられた３つの放射アンテナを備える。

図２の実施例において、セクタＳ１、Ｓ２、Ｓ３は、隣接しない。２つの隣り合ったセクタの開口度は、基準面において２つの隣り合ったセクタの間でなされる角度より小さい。有利には、各々のセクタの開口角は小さく、すなわち、１０度より小さい。これらの特性は、ソナーの総有効右回りカバレッジを最大化すると同時に音波照射されるセクタの総サイズを限定することによって後方散乱信号処理コストを限定することを可能にする。一般に、セクタの開口度は、ソナーの放射周波数で望ましい分解能を取得するのに十分に大きくなければならない。音波照射されるセクタの幅を限定することは、第１の受信アンテナのハイドロホン間の間隔幅、したがってそれらの数およびコストを限定することを可能にする。変形形態として、セクタは、対として隣接するかまたは部分的に重なる。セクタＳ１からＳ３は、例えば、同じ方位角方向開口度および同じ仰角方向開口度を有する。変形形態として、セクタは、異なる方位角方向開口度および／または仰角方向開口度を有する。

セクタの数は、変形形態として３と異なり、例えば５または２と等しい。重要なことは、各々のピングにおいて、放射装置２が、少なくとも１つの第１のセクタおよび第１のセクタと異なる別のセクタを含むそれぞれのセクタに、識別可能な音響パルスを放射することである。

ソナー１は、海底によって後方散乱された、および各々のピングにおいてさまざまなセクタに放射された音響パルスによって生成された、信号を測定することを可能にする、第１の物理受信アンテナ３を備える。ソナー１は、セクタの各々に対して合成アンテナのビームを形成するように構成された、例えば少なくとも１つのコンピュータを備える、処理装置４を同様に備える。換言すれば、処理装置４は合成開口ビームを形成するように構成され、これは、問題のセクタに放射された音響パルスによって生成される後方散乱信号の測定値から、すなわち問題のセクタの被観測区域によって後方散乱された信号の測定値から、合成アンテナのビームを、各々のセクタに対して形成することにある。処理装置４は、第１のセクタＳ１に放射された音響パルスによって生成された後方散乱信号の測定値から第１の合成アンテナのビームを、そして、各々の他の合成アンテナのビームを他のセクタの１つに放射された音響パルスによって生成された後方散乱信号の測定値から形成して、少なくとも１つの他の合成アンテナのビームを、Ｒ個のピングに関して形成するように構成される。使用される後方散乱信号の測定値は、第１の受信アンテナ３によって行われた測定値である。図２に示す事例では、処理装置４は、したがって、セクタＳ１、Ｓ２、Ｓ３の各々のためのものである、３つの合成アンテナのビームを形成する。

図２において、第１の受信アンテナ３は、右舷側に置かれ、放射装置２は、右舷側で音響パルスを放射する。変形形態として、ソナーは、１つは左舷側に放射し１つは右舷側に放射する、２つの放射装置、および、１つは左舷側にそして１つは右舷側に、２つの受信アンテナを備える。

第１の受信アンテナ３は、第１の軸Ｘ１に沿って直線的に延在する長手方向のアンテナである。第１の軸Ｘ１は、キャリアＰＯの進行の方向Ｘと実質的に平行である。受信アンテナは、Ｎ＋Ｍ個のセンサを備える。それは、一般に、１つまたは複数の基本物理受信アンテナを備える。

図３は、本発明によるソナーの受信アンテナの側面図を示す。第１の受信アンテナ３は、Ｎ＋Ｍ個のトランスデューサの直線配列から形成される複合アンテナである。それは、第１の軸Ｘ１に沿って間隔をあけて配置されたＭ個（ここでは４個）の同じ第１のトランスデューサＴ５の直線配列を備える第１の基本アンテナ５と、第１の軸Ｘ１に沿って間隔をあけて配置されたＮ個（ここでは４個）の同じ第２のトランスデューサＴ６の直線配列を備える第２の基本アンテナ６とを備える。第１のトランスデューサＴ５は、第１の軸Ｘ１に沿って第２のトランスデューサＴ６によって対として分離され、第２のトランスデューサＴ６は、軸Ｘ１に沿って第１のトランスデューサＴ５によって対として分離される。換言すれば、軸Ｘ１に沿ったＮ＋Ｍ個のトランスデューサの直線配列は、第１のトランスデューサそして次に第２のトランスデューサを、第１の軸Ｘ１に沿って、交互に備える。連続的なトランスデューサは、第１のトランスデューサ間の第１の間隔幅Ｐ５が第２のトランスデューサ間の第２の間隔幅Ｐ６と等しいように、第１の軸に沿って設定長さｅを有する間隔で分離される。

図３の実施形態において、第１のトランスデューサＴ５は、第１の軸Ｘ１に沿って第２のトランスデューサＴ６の幅Ｌ６より大きい幅Ｌ５を有する。したがって、第１の基本アンテナ５の第１のトランスデューサＴ５の受信ローブの方位角方向開口度は、第２の基本アンテナ６の第２のトランスデューサＴ６の受信ローブの方位角方向開口度より小さい。有利には、第１のトランスデューサＴ５は、第１のセクタＳ１だけが第１のトランスデューサＴ５の受信ローブに含まれるように、そして他のセクタＳ２、Ｓ３が第１の基本アンテナ５を形成する第１のトランスデューサＴ５の受信ローブの外に位置しているように、寸法を決められ、構成される。換言すれば、第１のトランスデューサは、第１のアンテナ５が第１のセクタＳ１を画像化することを可能にするが、他のセクタが同時に画像化されることを可能にしない、指向性を有する。これに対して、第１の基本アンテナの信号対雑音比は、第２のアンテナの信号対雑音比より高い。第１の基本アンテナ５のトランスデューサの方位角方向開口度は、有利には、第１のセクタＳ１の方位角方向開口度と実質的に等しい。変形形態として、第１のトランスデューサＴ５は、第１のセクタが第１の基本アンテナ５の第１のトランスデューサＴ５の受信ローブに含まれるように、そして他のセクタＳ２、Ｓ３が第１の基本アンテナの第１のトランスデューサＴ５の受信ローブに少なくとも部分的に含まれるように、寸法を決められ、構成される。この変形形態は、より悪い信号対雑音比だがより低いコストを有する合成の第１のアンテナを生成する。

基本アンテナ５、６は、各々、放射装置２によって１つのピングにおいて放射されたすべてのパルスによって生成された後方散乱信号を測定することを可能にする。処理装置４は、海底によって後方散乱される、およびそれぞれのパルスから発生する、信号の測定値を区別して、３つの合成アンテナのビームを生成するように、構成される。処理装置４は、後方散乱信号の測定値をそれらが生成された音響パルスセクタ、すなわち信号を後方散乱した物標が見いだされるセクタに応じて区別することを可能にする第１のモジュール４０と、合成アンテナのビームをそれぞれのセクタで後方散乱された信号の測定値から生成することを可能にする第２のモジュール４１とを備える。第２のモジュール４１は、被観測区域によって後方散乱された、および第１のセクタＳ１に放射されたパルスによって生成された、第１の信号の第１の測定値から第１の合成アンテナのビームを生成するように構成され、前記第１の測定値は第１の基本アンテナ５によって獲得される。第２のモジュール４１は、海底によって後方散乱された、ならびに第２のおよび第３のセクタＳ２およびＳ３に放射されたパルスによって生成された信号の第２の測定値から第２のおよび第３の合成アンテナのビームを生成するように構成され、第２の測定値は第２の基本アンテナ６によって獲得される。この構成および関連処理モードは、受信アンテナを過度にサンプリングすることを必要とせずに、すなわち、使用される音響パルスの波長の約半分の値でトランスデューサ間の間隔幅を設けることを必要とせずに、高分解能のそして非常に良好な信号対雑音比を有する第１の合成アンテナならびに非常に高い分解能を有する他の合成アンテナを取得することを可能にする。このことは、トランスデューサの必要とされる数を限定することを可能にし、これはコストおよび電力消費量の見地から利点を有する。

処理装置４は、各々の合成アンテナの合成開口ビームを表す画像を生成することを同様に可能にする。これらの合成画像は、例えば、しかし必然的にではなく、ウォーターフォール型画像である。それらは、Ｒ個のピングに関する合成アンテナのビームを表し、Ｒ＋１番目のピングにおいて、インデックス１のピングは、Ｒ＋１番目のピングの表現が現れることを可能にするために画面から消える。これらの画像は、地心基準座標系における特定のポイントに焦点を合わせられていない。それらはしたがって、単に前に検出された目標物を分類することだけでなく、目標物を検出することを可能にするという利点を有する。それらは、セクタの数と等しい被観測区域の視点の数を表し、視点は実質的に同時に獲得される。本発明によるソナー１は、前記合成画像を同時に表示することを可能にする表示装置１０を備える。それは、オペレータが被観測区域のさまざまな同期された視点を同時に観測することを可能にし、それにより目標物検出および分類作業を彼にとってより易しくする。

モジュールは、例えば所与のコンピュータまたは異なるコンピュータの計算機能である。第１のモジュールは、フィルタおよび／またはデマルチプレクサを備え得る。

単視点ソナーについては、多視点ソナーの合成アンテナの分解能は、直線的で一様な航行経路からの受信アンテナの逸脱によって限定される。したがって、合成アンテナの各々のビームの形成は、特許出願仏国特許第２７６９３７２号明細書で説明された補正原理を使用して受信アンテナ３の寄生運動の影響を補正している間に行われる。処理装置４は、連続したピング間の受信アンテナの回転の測定値を使用して、連続したピングの相互相関によって自動較正を遂行することによって、各々の合成アンテナに対して、第１の物理受信アンテナ３の運動における変動が補正されるように構成され、前記測定値は、少なくとも１つのジャイロメータ９を用いて、およびこれらの２つのピング間に後方散乱される信号の仰角の、地球基準座標系における推定を使用して、取得される。各々のジャイロメータは、例えば慣性航法システム９の一部を形成する。ジャイロメータは、連携して有利には慣性航法システムを形成する。

図４は、地球基準座標系で垂直方向を表す地球基準座標系ｘ、ｙ、ｚおよび同じ基準座標系で水平面を表す平面（ｘ、ｙ）を示す。物標Ａによって後方散乱された信号の仰角φ、すなわち地球基準座標系で規定された仰角は、本特許出願では、物標Ａおよび第１の軸Ｘ１を包含する平面である画像平面ＰＩと水平面（ｘ、ｙ）との間になされる角度である。後方散乱信号の仰角または仰角方向の傾きは、これらの後方散乱信号を生成した照準点に対して規定される、アンテナの画像平面または照準平面の仰角に対応する。

本発明によるソナーでは、各々のピングにおいて、後方散乱信号の仰角の推定は、後方散乱信号の画像平面を規定するために、そして特許出願仏国特許第２７６９３７２号明細書に説明されるように、ジャイロメータを用いて取得された回転測定値を取得された画像平面に投影するために使用される。次に、取得された回転測定値の投影に基づいて、従来の自動較正プロセスによって各々の合成アンテナに対してパラメータＩおよびτが推定され、τは、２つの連続したピング間の、被観測区域（ここでは海底）における反射の所与のポイントに対するソナーパルスの往復伝搬時間の差分であり、Ｉは、２つの連続したピング間の、第１の軸Ｘ１に沿った、受信アンテナの長手方向の運動である。これらのパラメータは、合成アンテナのビームの形成の間の物理アンテナの運動における変動を補正することを可能にする。同じプロセスが単視点ソナーの場合に使用される。

「自動較正プロセス」によって、意味されることは、受信アンテナによって獲得された後方散乱信号の測定値からこれらの係数を決定するプロセスである。このようなプロセスの中で、２つの連続したピングに関してのアンテナを通した音場の相互相関を利用するプロセスが特に知られている。２つのピングの間の長手方向の運動が受信アンテナの長さの半分より小さいとき、第１のピングの前端における場は、後端における場と強く相関している。アンテナの場の相関する両端の長さＬｃは、そのとき式Ｌｃ＝Ｌ−２．Ｖ．Ｔｒによって与えられる。このようなプロセスは、２つのピングの間の、長手方向の運動Ｉ、海底からの反射の所与のポイントに対するソナーパルスの往復伝搬時間における差分τ、および照準方向の回転βを推定するためにこの相関を利用する。このような方法の１つの実施例は、米国特許第Ａ−４２４４０３６号明細書（Ｒａｖｅｎ）で説明される。

さまざまな合成アンテナのビームを形成するための後方散乱信号の仰角の使用は、したがって、非常に高い分解能を有する合成開口ビームおよび合成画像を取得することを可能にする。

要約すると、後方散乱信号の仰角の推定は、ジャイロメータによって取得された回転測定値を後方散乱信号の画像平面に投影するために使用され、取得される投影は自動較正を行うために使用される。画像平面への回転測定値の投影は、自動較正された合成アンテナを生成するために必要とされる唯一のデータである。画像平面への回転測定値の投影の使用は、ジャイロメータを用いて取得された回転測定値が使用されるときより良好な分解能を有する合成開口ビームを取得することを可能にする。この方法は、合成開口ビームから取得されたソナー画像の分解能を改善することを可能にする。仰角は、地球基準座標系で規定される。

本発明によれば、測深セクタと呼ばれる、セクタのセットのうちの少なくとも１つのセクタの合成開口ビームの形成の間に、後方散乱信号の仰角の推定が使用され、その推定は、合成アンテナのうちの少なくとも１つのビームの形成の間に使用される前記仰角推定の中からとられる。これらの推定は、被観測区域のそれぞれのポイントの地球基準座標系で規定された３次元位置を含む測深図から取得される。

本発明によれば、例えば、すべての音波照射されるセクタが測深セクタであるように、または本当に唯一の音波照射されるセクタ（単視点の場合）が測深セクタであるように規定を設けることが可能である。

本発明は、第１の受信アンテナの軸に垂直な軸に沿って分布している複数のセンサを備える、特許出願仏国特許第２７６９３７２号明細書に説明されたような、補助アンテナを省略することを可能にするという利点を有する。例えば、被観測区域が画像化される前にソナーのメモリに格納される、被観測区域の既存の測深図を使用することが可能である。この測深図は、測深図の地図帳から、または水路測量船による測量によって取得することができる。変形形態として、測深図は、例えば測深能力を持たない、マルチビームプローブもしくは別のサイドスキャンソナーを用いて、または、被観測区域が一定の高度を有すると想定して、ソナーの高度を測定するための装置を用いて取得することができる。後者の３つの場合に、測深図は、ソナーのＲ個のピングの間に、またはＲ個のピングの前に、作図することができる。要約すると、測深図は、本発明によるソナーの外部のシステムを用いて取得することができる。有利には、ソナーは、第１の受信アンテナの軸に垂直な軸に沿って分布している複数のセンサを備える補助アンテナを持っていない。このようなソナーは、低いハードウェアコストおよび低い処理コストの両方、低容積、低重量を有し、処理コストの減少ならびに容積および重量の減少のためにほとんど電力を消費しない。

変形形態として、本発明によるソナーは、特許出願仏国特許第２７６９３７２号明細書に説明されたような補助アンテナを備える。

上述のような多視点ソナーに関連した１つの特定の実施形態によれば、測深図から取得される仰角推定は、セクタＳ２およびＳ３の、またはこれらの２つのセクタのうちの少なくとも１つの、ビームの形成の間の第１の受信アンテナの運動における変動を補正するために使用される。

測深図は、さまざまな手段によって、例えばソナーの外部の装置を用いて、作図することができる。

有利には、仰角を推定するために使用される第１の仰角の測定値は、第１のセクタから発生する、すなわち第１のセクタに放射された音響パルスによって生成される、後方散乱信号の第１の仰角の測定値である。第１のセクタに放射された音響パルスによって生成された後方散乱信号に対して測定された第１の仰角に基づいて、セクタＳ２およびＳ３に放射されたパルスによって生成された後方散乱信号の仰角を推定することは、これらのセクタに対応する合成アンテナのビームの形成の間の受信アンテナの寄生運動を補正する必要なく、これらのセクタＳ２、Ｓ３に対してずっと良い分解能を有する合成画像を取得することを可能にし、これらの画像は、これらのセクタをカバーする受信ローブを有する補助アンテナによって直接取得される仰角測定値が使用された場合に取得されることになる画像と類似している。

１つの特定の実施形態によれば、測深図は、第１のセクタＳ１で獲得される第１の後方散乱信号の第１の仰角の測定値から取得される。第１の仰角の測定値は、第１の物理受信アンテナ３に垂直な、すなわち第１の軸Ｘ１に垂直な、第２の軸Ｚ２に沿って分布している複数のトランスデューサを含むトランスデューサＴ５、Ｔ７の配列１１を用いて取得される後方散乱信号の測定値を用いて取得される。換言すれば、配列１１は、方向Ｚ２にトランスデューサのスタックを備える。トランスデューサの配列１１が軸Ｚ２に沿って指向性を有するので、このようなトランスデューサの分布は、後方散乱信号の第１の仰角の測定を行うことを可能にする。このアンテナによって遂行される仰角測定の信号対雑音比は、受信アンテナ３で取得される仰角測定の信号対雑音比より明らかに高い。軸Ｚ２は、第１の軸Ｘ１に垂直であり、第１の物理アンテナの平面に、すなわちトランスデューサ５、６のメンブレンによって形成される平面に、平行である。受信アンテナ３の仰角がゼロであるとき、軸Ｚ２は、地球基準座標系で規定された鉛直軸ｚに平行である。好ましくは、配列１１は、第１の受信アンテナ３の高さより大きい高さを、軸Ｚ２に沿って有する。

有利には、トランスデューサの配列１１を形成するトランスデューサＴ５、Ｔ７は、第１のセクタＳ１だけがそれらの受信ローブに完全に含まれるように、寸法を決められ、構成される。これは非常に高分解能の合成画像および合成開口ビームを取得することを可能にすると同時に、センサの必要とされる数、したがってソナーのコストを限定することを可能にすることがわかる。

「トランスデューサの構成」によって、意味されることは、受信アンテナに対するそれらの位置およびそれらの照準方向である。換言すれば、トランスデューサの配列１１のトランスデューサは、第１のセクタＳ１が、方位角方向に、それらの主受信ローブに含まれるように、そして他のセクタＳ２、Ｓ３が少なくとも部分的に、方位角方向に、それらの主受信ローブの外に位置しているように、寸法を決められ、構成される。有利には、配列１１のトランスデューサの受信ローブの方位角方向開口度は、第１のセクタＳ１の方位角方向開口度と実質的に等しい。

図３の実施形態において、他のセクタＳ２、Ｓ３は、トランスデューサの配列１１を形成するトランスデューサの主ローブの完全に外に位置している。この図で、本発明によるソナー１は、第２の受信アンテナ１２を備える。この第２の受信アンテナ１２は、第１の基本アンテナ５と同じ物理アンテナであり、第２の軸Ｚ２に沿って第１の基本アンテナ５の上に重ねられる。それは、第１の軸Ｘ１と平行な第３の軸Ｘ３に沿って分布している第３のトランスデューサＴ７を備える。第３のトランスデューサＴ７は、トランスデューサＴ５と同じであり、軸Ｘ１に沿って同じ間隔幅で間隔をあけて配置される。それを用いて第１の仰角が測定されるトランスデューサの配列１１は、第１の基本アンテナ５のトランスデューサおよび第２の基本アンテナ１２のトランスデューサを備える。換言すれば、トランスデューサの配列１１は、第１の基本受信アンテナ５によって、および第２の受信アンテナ１２によって形成される。これらの２つのアンテナは、干渉計アンテナを形成する。

変形形態として、第２の受信アンテナ１２は、第１の受信アンテナに比べて、軸Ｘ１に沿って、短い。換言すれば、それは、軸Ｘ１に沿って、より少ないセンサを備える。別の変形形態において、第２の受信アンテナ１２は、第１のトランスデューサＴ５に比べて、方向Ｘ１で、および／または方向Ｚ２で、異なるサイズを有するトランスデューサを備える。

別の変形形態において、トランスデューサの配列１１は、方向Ｘ１におけるただ１つのトランスデューサおよび軸Ｚ２に沿って間隔をあけて配置されたトランスデューサの直線配列を備える。トランスデューサの配列は、任意選択で、第１の受信アンテナ３のトランスデューサの１つを備える。しかしながら、これらのアンテナは、方位角方向に選択的でなく、より低い方位角方向分解能の合成開口ビームを取得することを可能にするだけである。

配列１１を形成するトランスデューサは、第２の軸Ｚ２に沿って直線的に延在することができ、または円筒状の船体の曲率に従うが第２の軸Ｚ２に沿って広がりを有して曲面を本当に形成することができる。

要約すると、トランスデューサの配列１１を形成するトランスデューサは、配列１１が、セクタＳ１、Ｓ２、Ｓ３のすべてではなくただ１つに位置している物標によって後方散乱された信号の仰角を直接推定することを可能にするように、構成され、寸法を決められる。本特許出願の非限定的な実施例において、このセクタはセクタＳ１、すなわちサイドスキャンセクタである。この解決策は、すべてのセクタをカバーすることを可能にするトランスデューサの配列を用意することを必要としないので、ソフトウェアの観点およびハードウェアの観点から経済的である。それは例えば、第１の受信アンテナおよび方向Ｚ２で第１の受信アンテナの上に重ねられる第２の同じ受信アンテナから干渉計アンテナを形成することに本質がある解決策よりも経済的である。第２の受信アンテナのトランスデューサの数はそのとき、本発明によるソナーの第２の受信アンテナのトランスデューサの数の２倍となり、これはハードウェアの観点から、およびデータ処理の観点からより高価となり、容積を増加させることになる。これに対して、本発明による干渉計アンテナ配列１１に基づく提案された解決策は、第１の受信アンテナ３および別の同じアンテナを重ねることによって取得される干渉計アンテナの分解能と同一の分解能で、第１のセクタＳ１で、仰角を取得することを可能にする。提案された解決策は、高価なそして軸Ｘ１に沿ってオーバーサンプリングされる干渉計アンテナを必要としない。

本発明は同様に、ソナーのＲ個のピングに関して本発明に従ってソナーの合成アンテナを形成するための方法に関する。上述のソナーは、本発明による方法を実施することが可能である。図５は、この方法のブロック図を示す。

ビームはＲ個のピングから取得される測定信号から形成される。

方法は、ｒ＝１からＲである、各々のピングｒで、
− 軸Ｘ１に沿って進行するソナー１として、放射装置２を用いて、各々のセクタＳ１、Ｓ２、Ｓ３に識別可能な音響パルスを放射するステップ１００、
− 第１の受信アンテナ３を用いて、被観測区域によって後方散乱された信号の測定値を獲得するステップ１０１、
− おそらくステップ１０３の後に行われる、例えば第１のモジュール４０を用いて、第１の受信アンテナによって獲得された信号の測定値を区別するステップ１０２、
− 例えば第１のメモリ７０に、第１の受信アンテナ３によって獲得された信号の測定値を格納するステップ１０３、
− 少なくとも１つのジャイロメータを用いて、第１の受信アンテナの、またはキャリアＰＯの（ロール、ピッチおよびヨー）回転を測定するステップ１０４、
− 任意選択で第１のメモリであってもよいが、例えば第２のメモリ７１に、回転測定値を格納するステップ１０５、
− 位置を測定するための装置７２を用いて地球基準座標系で、キャリアの、または受信アンテナ３の位置を測定するステップ１０６。このステップは、緯度、経度および深さにおけるキャリアＰＯの位置を地球基準座標系で測定することを可能にする、
− 任意選択で第１のメモリおよび／または第２のメモリであってもよいが、例えば第３のメモリ７３に、ソナーの位置の測定値を格納するステップ１０７、
を含む。

方法は、ソナー１のＲ個の連続したピングに関して第１の受信アンテナ３によって獲得された後方散乱信号の測定値から合成アンテナのビームを形成するステップ１２０、１２１、１２２を同様に含む。方法は、それぞれのステップ１３０、１３１、１３２でそれぞれの合成アンテナのビームから合成画像Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３を形成するステップ１３０、１３１、１３２を同様に含む。

単視点ソナーの場合、ステップ１０２は実施されず、ステップ１２０、１２１、１２２は１つの合成アンテナのビームを形成するステップであり、ステップ１３０、１３１、１３２は関連合成画像を形成するステップである。

本発明は、被観測区域によって後方散乱された、および問題の各々の部分に放射された音響パルスによって生成された、信号の測定値からビームを、Ｒ個のピングに関して、および問題のソナーの各々の対応する合成アンテナに対して、形成するステップ１２０、１２１、１２２を含む方法に関する。このステップにおいて、合成アンテナのビームの形成の間の第１の受信アンテナの運動における変動は、上で説明したように補正される。本発明によれば、少なくとも１つの合成アンテナのビームの形成の間に、後方散乱信号の仰角の推定が使用され、これらの推定は、被観測区域の複数のポイントの３次元位置を含む測深図から取得される。

次に、トランスデューサの配列１１を用いて取得される、第１の仰角の測定値から取得される測深図から、第２のおよび第３のセクタに対応する合成アンテナのビームが構築される、多視点ソナーの場合における本発明による方法の他のステップを説明する。

本発明は、ステップ１２０、１２１、１２２で対応する合成アンテナのビームを形成するための方法に関する。Ｒ個の連続したピングに関して合成アンテナのビームを形成するステップ１２０、１２１、１２２は、第１のセクタＳ１で生成された第１の後方散乱信号の測定値から第１の合成アンテナのビームを形成するステップ１２０と、第２のおよび第３のセクタにそれぞれ放射された音響パルスによって生成された第２のおよび第３の後方散乱信号のそれぞれの第２の測定値から２つの他の合成アンテナのビームを形成するステップ１２１、１２２とを含み、これらのステップにおいて、第１の受信アンテナの運動における変動は、前記少なくとも１つのジャイロメータを用いて取得される、受信アンテナの回転の測定値を使用して、ならびに測深図から計算される後方散乱信号の第２のおよび第３の仰角のそれぞれの推定を第２のおよび第３の画像平面を決定するために使用して、連続したピングの相互相関によって自動較正を行うことによって補正される。回転測定値はそのとき、第２のおよび第３の画像平面に投影され、第２のおよび第３の合成アンテナとそれぞれ関連付けられた自動較正を行うために使用される。測深図は例えば第１の仰角の測定値から取得される。ステップ１２０から１２２は、第２のモジュール４１によって行われる。ステップ１２０、１２１、１２２は、信号が生成される音響パルスセクタに応じて信号の測定値を区別するための、第１のモジュール４０を用いて行われる、区別するステップによって先行される。各々のステップ１２０、１２１、１２２は、第１の物理アンテナ３によって測定された信号から問題の合成アンテナのビームを形成するために必要とされる信号を選択するステップ（図示せず）を含む。

方法は、個数Ｐのプローブ時間ｔｐにおいて後方散乱された第１の信号の第１の仰角を測定する、各々のピングに対して行われるステップ１０８を、ステップ１２０、１２１、１２２の前に同様に含み、ここでｐ＝１からＰであり、このプローブ時間は、関連音響パルスの放射の時間の後の、そして所定の継続時間Ｄで関連音響パルスから間隔をあけて配置される、第１のプローブ時間ｔ１で始まり所定の基本期間Ｔで対として間隔をあけて配置される。換言すれば、各々のピングにおいて、Ｐ個のプローブポイントＰｐによって後方散乱された第１の信号の第１の仰角は、第１の信号が第１の受信アンテナ３によって測定されて、Ｐ個のプローブ時間ｔｐにおいて測定される。これらの測定は、配列１１によって配列１１の基準座標系で行われる。図３の事例では、第１の仰角は、１つのピングにおいて、第１の基本アンテナ５によって遂行される、第１の後方散乱信号の第１の測定に基づいて、および、第２の受信アンテナ１２によって行われる、第１の後方散乱信号のさらなる測定に基づいて推定される。

第１の合成アンテナのビームを形成するステップ１２０は、Ｒ個のピングの間に第１のセクタに放射されたパルスによって生成された第１の後方散乱信号の第１の測定値に基づいて行われる。第１の測定は、第１の基本受信アンテナ５を用いて、図示された実施形態で行われる。このステップにおいて、受信アンテナの運動における変動は、連続したピングの相互相関によって自動較正を行うことによって補正される。これらの変動を補正するために、前記少なくとも１つのジャイロメータで取得される、受信アンテナの回転の測定値が使用され、第１の合成アンテナの自動較正を行うために使用される投影を取得するために、ジャイロメータを用いて取得された回転測定値が投影されなければならない第１の画像平面を決定するために、第１のセクタＳ１に放射された音響パルスによって生成された第１の後方散乱信号の第１の仰角の推定が使用される。第１の仰角の推定は、トランスデューサの配列１１によって行われ、ステップ１０４および１０６で行われたソナーの位置および回転の測定に基づいて地球基準座標系にステップ１１０で転置された、第１の仰角の測定値に対応する。この方法は、従来の合成アンテナであって、その物理アンテナの運動における変動が特許出願仏国特許第２７６９３７２号明細書に説明された方法を用いて補正される、従来の合成アンテナのビームと同一の非常に高い分解能を有するビームを、第１の合成アンテナに対して、取得することを可能にする。

方法は、被観測区域の測深図を、Ｒ個のピングの間に取得される、第１の仰角の推定から、作り出すステップ１１１ａと、例えば第４のメモリ７４に、測深図を格納するステップ１１１ｂとを含む。測深図は、地球基準座標系でプローブポイントＰｐの３次元位置のセットを含む。

ステップ１１１は、問題のピングに対して測定された第１の後方散乱信号をもたらしたプローブポイントを、地球基準座標系で、各々のピングに対して、位置決めすることにあり、この位置決めは、ステップ１０８で行われる第１の仰角の測定に基づいて、およびステップ１０４、１０６で行われる測定された位置および回転の測定に基づいて、または、地球基準座標系での第１の仰角のステップ１１０で取得される推定に本当に基づいて行われる。図６は、地球基準座標系ｘ、ｙ、ｚで、ｐ＝１から６である、プローブポイントＰｐの各々のピングに対する位置を円で示し、キャリアＰＯの経路ＴＳおよび各々のピングｒ（ｒ＝１から５）に対するキャリアＰＯの位置を示す。より明確にするために、偶数のピングと関連付けられた円は白く塗られ、奇数のピングと関連付けられた円はグレーに塗られる。各々のピングに対して、第１の照準軸ｖ１を包含する鉛直面ｙ、ｚにおける第１のセクタＳ１の境界は、実線で表されており、この平面に包含され前記ピングに対して取得されたプローブポイントＰｐを通過する線ｌｒ（ここでｌ＝１から５）は、点線で表されている。キャリアの経路は正確に直線的ではないので、さまざまなピングに対応する点線ｌｒは、互いに平行ではない。プローブポイントによって形成される３次元メッシュは、キャリアの回転および／または速度変更のため、ｘ、ｙ平面で必ずしも規則的ではない。より明確にするために、プローブポイントＰｐの位置は、第１のピングに対して参照されただけである。

方法は、Ｐ個のプローブ時間ｔｐにおいて第２の基本アンテナ６によって測定される第２の後方散乱信号の第２の仰角を、各々のピングに対して、推定するステップ１１２を含み、ここでｐ＝１からＰであり、そのプローブ時間は、対応する第２の音響パルスの放射の時間の後の、そして継続時間Ｄで対応する第２の音響パルスから分離される、第１のプローブ時間ｔ１で始まり所定の基本期間Ｔで対として間隔をあけて配置される。それは、Ｐ個のプローブ時間ｔｐにおいて第２の基本アンテナ６によって測定される第３の後方散乱信号の第３の仰角を推定するステップ１１３を同様に含み、ここでｐ＝１からＰであり、このプローブ時間は、対応する第３の音響パルスの放射の時間の後の、そして継続時間Ｄで対応する第３の音響パルスから分離される、第１のプローブ時間ｔ１で始まり所定の基本期間Ｔで対として間隔をあけて配置される。これらのステップは、測深図にならびにＲ個のピングの間のキャリアの位置および姿勢の測定に基づいて行われ、これらの測定は、対応するピングのステップ１０４および１０６で行われる。ステップ１２１および１２２は、ジャイロメータによって取得される、回転の測定値の精度を改善するために第２のおよび第３の仰角の推定をそれぞれ使用する。

次に、第２の仰角を推定するステップ１１２を説明する。第３の仰角を推定するステップ１１３は、同じ方法で、しかし第３のセクタＳ３で生成された後方散乱信号に基づいて、行われる。それは詳細に説明されない。ステップ１１２は、プローブ時間ｔｐにおいて第２のセクタＳ２に放射され第１の受信アンテナ３によって測定された音響パルスの第２の後方散乱信号の第２の仰角を推定するステップ１１２ｐを、各々のピングに対しておよび各々のプローブ時間ｔｐに対して含む。このステップ１１２ｐは、
− 第１の軸Ｘ１の周りに第２の照準軸ｖ２に沿って受信アンテナ３の中心Ｏから距離ρ_ｐに位置しているポイントＢを回転することによって取得される円Ｃｐの部分に最も接近している、測深図のそのポイントの位置を決定することによって、第２の後方散乱信号を生成したプローブポイントＰｐの位置に最も接近している、測深図のそのポイントＭｐの位置を計算するステップ１１２ａであって、距離ρ_ｐは、第１の受信アンテナがプローブ時間ｔｐにおいてプローブポイントＰｐによって後方散乱された第２の信号を測定するために、プローブポイントＰｐが第１の受信アンテナ３の中心Ｏから分離される必要がある距離である、ステップ１１２ａ、
− ポイントＭｐに基づいて測深図と円Ｃｐの部分との間の交点Ｉｐを計算するステップ１１２ｂであって、ポイントＩｐは、第２の信号を後方散乱したプローブポイントの推定位置に対応する、ステップ１１２ｂ、
− Ｉｐの位置に基づいて、キャリアＰＯのまたは受信アンテナ３の位置の測定値そして特に海底に対するその高度に基づいて、ならびに距離ρ_ｐに基づいて、地球基準座標系で、ポイントＩｐの仰角を計算するステップ１１２ｃ、
を含む。

円Ｃｐは、軸Ｘ１に垂直な平面ＰＣに位置している。図７は、アンテナの中心Ｏから距離ρ_ｐに位置し５５度の方位角θｐを有するポイントを包含する円Ｃｐ、最接近ポイントＭｐ、およびＣｐと測深図ＣＢとの間の交差点Ｉｐを示す。測深図ＣＢの既知のポイントは、グリッドＱの交点である。円の使用される部分は、右舷側に位置している円の部分であるが、円Ｃｐの全体が同様に使用され得る。円Ｃｐは、第２の後方散乱信号をもたらしたプローブポイントＰｐの可能な位置の場所の推定である。それは、軸がＸ１であり母線が第２の照準軸ｖ２の方位角と等しい方位角を有する円錐体上のすべてのポイントの問題であり、これらのポイントは平面ＰＣ内に位置している。換言すれば、これは、第２の照準軸ｖ２、θ２に沿って放射された音響パルスによって生成され、受信アンテナ３の中心から距離ρ_ｐに位置している、第２の後方散乱信号の第２の仰角を、ステップ１１２で推定することになる。

測深図は、第３の仰角を推定するステップにおいて（すなわち後方モードに対する仰角を推定するステップにおいて）現在のピングのＰｐプローブポイントを位置決めすることを可能にするピングの最小数Ｎｍにわたってメモリに格納されなければならない。この数は、ソナーの経路上でソナーの平均回転がゼロであり、ソナーが最小速度Ｖ_ｍｉｎ（最も好ましくない場合）で進行するとき、必要とされるピングの数である。

ρ_ｍａｘは、ソナーの最大距離範囲であり（それは斜距離と呼ばれるアンテナの中心に対する最大距離である）、θｓは、第１の照準軸ｖ１と後方照準軸ｖ３との間の相対方位角である。Ｔｒは、２つの連続したピング間の時間間隔である。Ｎｍ個のピングに対して測深図が作り出された時点で、後方モードについての現在のピングに対する仰角の推定および、これらの仰角を使用して行われる、現在のピングに対する第３の合成アンテナのビームの形成は、始まることができる。前方モード（第２の合成アンテナのビームの形成）については、第２の照準軸ｖ２に沿ってソナーによって観測される区域は、（ｖ１に沿って）サイドスキャンモードで調査される区域の前に位置しているので、仰角の計算は直ちに始まることができない。位置の、回転の、および後方散乱信号のすべての測定値は、現在のピングにおいて第２の軸ｖ２で観測される区域に対応する測深図が作図されるまで、Ｎｍ個のピングにわたってメモリに保持されなければならない。

有利には、ステップ１１２は、測深図より小さい測深図の部分を抽出する（図示せず）ステップを、ステップ１１２ａの前に、各々のピングに対して、および１より高い順序の各々の時間ｔｐに対して含み、ステップ１１２ａおよび１１２ｂは、それから測深図の部分に基づいて行われる。このステップは、処理時間を早めることを可能にする。１つの非限定的な実施例において、ｐ＝１であるときｔｐに対して全体の測深図が使用され、それから、より高い順序の時間ｔｐに対して、より低い順序の時間に取得された交点から事前設定閾値未満の水平距離に位置している測深図の部分が使用される。

ステップ１１２ａは、測深図の（または下位の測深図の）各々のポイントと円（または円弧）との間の距離を計算することによって行われる。したがって、円Ｃｐの問題の部分に最も接近している、測深図のそのポイントであるポイントＭｐが取得される。ステップ１１２ｂは、例えば、ポイントＭｐを通過する（平面（ｘ、ｙ）と平行な）水平面と円Ｃｐの部分との間の交点Ｉｐを計算することによって行われる。これは、Ｍｐの近傍の水平面によって測深図を近似することになる。このステップは、Ｍｐの近傍の測深図によって形成される表面を推定するために測深図の複数のポイントを使用して、より正確に行われ得る。

第１の実施形態において、第２の仰角の推定は、ステップ１１２ｃで計算される角度である。

１つの変形形態（図示せず）において、ステップ１１２は、第１のポイントＭｐを計算するステップ１１２ａ、第１の交点Ｉｐを計算する第１のステップ１１２ｂ、および第１の仰角を計算する第１のステップ１１２ｃを含み、これらのステップにおいて、ポイントＩｐは、ポイントＭを通過する水平面から計算される。ステップ１１２は、第２の交点を計算する第２のステップ１１２ｂを同様に含み、このステップにおいて、ポイントＩｐの位置決めの精度を改善するために、円Ｃｐの第２の部分とポイントＭおよび測深図の他のポイントから形成される表面との間の第２の交点が探索され、このステップが収束する場合、第２の交点の地球基準座標系での仰角を計算する第２のステップを同様に含む。第２の仰角はそれで、第２の交点に対して計算された仰角である。この方法は、仰角のより正確な推定を取得することを可能にする。

有利には、ステップ１１２ｐは、開始時間に始まって、最後の時間（ｐ＝Ｐ）まで昇順に時間を走査する間に、および、開始時間に先行する時間から、第１の時間（ｐ＝１）まで降順に時間を走査する間に、各々の時間ｔｐに対して行われ、開始時間は第１の時間および最後の時間と異なる。この方法は、ロバスト性を向上させることを可能にする。

本発明の別の主題は、プログラムがコンピュータ上で実行されるとき本発明による方法のステップを実行するためのプログラミングコード命令を含むコンピュータプログラム製品である。

説明されたプロセスのステップは、入力データ（特に後方散乱信号、ジャイロメータデータおよび測深図）に作用することおよび出力データ（合成開口ビーム）を生成することによって本発明の機能を遂行するためにコンピュータプログラムを実行する１つまたは複数のプログラム可能なプロセッサを用いて実施することができる。コンピュータプログラムは、コンパイルされたまたは解釈されたプログラム言語を含む、任意の形のプログラミング言語で書くことができ、コンピュータプログラムは、自律的プログラムまたはサブルーチン、プログラム可能な環境で使用可能な構成要素または別のユニットとして含む任意の形でデプロイすることができる。コンピュータプログラムは、１つのコンピュータ上で、または、１つのサイト上の、もしくは複数のサイトにわたって分散され通信ネットワークによって相互接続される、複数のコンピュータ上で実行するようにデプロイすることができる。

Claims (15)

1. 第１の軸（Ｘ１）に沿って動くように意図された合成開口ソナー（１）であって、前記ソナー（１）は、少なくとも１つのセクタを含むセクタのセットにおける被観測区域に向けて少なくとも１つの音響パルスを、各々のピングにおいて、放射するように構成された放射装置（２）を備え、前記ソナー（１）は、前記パルスによって生成された後方散乱信号の測定値を獲得することを可能にする、前記第１の軸（Ｘ１）に沿って延在する第１の物理受信アンテナ（３）と、前記被観測区域によって後方散乱された、および前記セクタに放射された音響パルスによって生成された、信号の測定値から合成開口ビームを、セクタの前記セットの各々のセクタに対して、Ｒ個のピングに関して、形成するように構成された処理装置（４）と、を備え、前記ソナー（１）は、少なくとも１つのジャイロメータを備え、前記処理装置（４）は、前記少なくとも１つのジャイロメータを用いて取得される、前記第１の受信アンテナ（３）の回転の測定値を使用して、ならびに前記後方散乱信号の画像平面を決定するためにおよび前記画像平面に前記回転測定値を投影するために前記後方散乱信号の仰角の推定を使用して、前記取得された投影が自動較正を遂行するために使用されて、前記連続したピングの相互相関によって前記自動較正を行うことによってセクタの前記セットの前記合成開口ビームの前記形成の間の前記第１の受信アンテナの前記運動における変動を補正するように構成されることを特徴とし、
   前記ソナーにおいて、測深セクタと呼ばれる、セクタの前記セットのうちの少なくとも１つのセクタの前記合成開口ビームの前記形成の間に、後方散乱信号の仰角の推定が使用され、前記推定は、前記被観測区域の複数のポイントの、前記地球基準座標系で規定された、前記３次元位置を含む測深図から取得される、
   合成開口ソナー（１）。
2. 前記放射装置（２）は、それぞれ、異なる方位角を有する第１の照準軸（ｖ１）および第２の照準軸（ｖ２、ｖ３）に沿って、被観測区域に向けて識別可能な音響パルスを、第１のセクタ（Ｓ１）および少なくとも１つの第２のセクタ（Ｓ２、Ｓ３）を含む異なるそれぞれのセクタ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）に、各々のピングにおいて、放射するように構成され、前記少なくとも１つの測深セクタは、少なくとも１つの第２のセクタを含み、前記測深図は、前記第１のセクタに放射された音響パルスによって生成された第１の後方散乱信号の第１の仰角の測定から取得される、請求項１に記載の合成開口ソナー。
3. 前記第１の軸（Ｘ１）に垂直な第２の軸（Ｚ２）に沿って分布している複数のトランスデューサを備えるトランスデューサの配列（１１）を備え、前記トランスデューサは、前記トランスデューサの受信ローブが前記第１のセクタ（Ｓ１）をカバーするように、しかし前記少なくとも１つの第２のセクタ（Ｓ２）が少なくとも部分的に前記トランスデューサの受信ローブを越えて位置しているように、寸法を決められ構成される、トランスデューサの前記配列を形成し、前記第１の後方散乱信号は、トランスデューサの前記配列（１１）を用いて獲得される、請求項２に記載の合成開口ソナー。
4. 前記物理受信アンテナ（３）は、第１のトランスデューサ（Ｔ５）の受信ローブが前記第１のセクタ（Ｓ１）をカバーするように、しかし前記少なくとも１つの第２のセクタ（Ｓ２）が少なくとも部分的に前記第１のトランスデューサ（Ｔ５）の受信ローブを越えて位置しているように、寸法を決められ構成された、前記第１のトランスデューサ（Ｔ５）から形成される第１の基本物理アンテナ（５）を備え、前記ソナー（１）は、第２のトランスデューサ（Ｔ６）の受信ローブが前記第１のおよび第２のセクタ（Ｓ１、Ｓ２）をカバーするように、寸法を決められ構成された、前記第２のトランスデューサ（Ｔ６）から形成される第２の基本物理アンテナ（６）を備え、前記処理装置（４）は、前記第１のセクタ（Ｓ１）で生成され前記第１の基本アンテナ（５）を用いて獲得された第１の後方散乱信号の測定値から第１の合成アンテナのビームを、そして前記第２のセクタ（Ｓ２、Ｓ３）に放射されたパルスによって生成され前記第２の基本アンテナ（６）を用いて獲得された第２の後方散乱信号の測定値から第２の合成アンテナのビームを、前記合成開口ビームの前記形成の間に、形成するように構成される、請求項３に記載の合成開口ソナー。
5. トランスデューサの前記配列（１１）は、第１の基本アンテナ（５）、および、前記第１の基本アンテナ（５）と同じであり前記第２の軸（Ｚ２）に沿って前記第１の基本物理アンテナ（５）の上に重ねられる別のアンテナ（１２）によって形成される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の合成開口ソナー。
6. 前記測深図は、前記被観測区域が画像化される前に前記ソナーのメモリに格納される、請求項１または２に記載の合成開口ソナー。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のソナー（１）と、キャリア（ＰＯ）と、を備え、前記ソナー（１）は、前記キヤリア（ＰＯ）に設置される、ソナーシステム。
8. ソナーのＲ個のピングに関して前記ソナーの合成開口ビームを形成するための方法であって、前記ソナー（１）は、第１の軸（Ｘ１）に沿って動くように意図され、前記ソナー（１）は、少なくとも１つのセクタを含むセクタのセットにおける被観測区域に向けて少なくとも１つの音響パルスを、各々のピングにおいて、放射するように構成された放射装置（２）を備え、前記ソナー（１）は、前記少なくとも１つのパルスによって生成された後方散乱信号の測定値を獲得することを可能にする前記第１の軸（Ｘ１）に沿って延在する第１の物理受信アンテナ（３）と、前記被観測区域によって後方散乱された、および前記セクタに放射された音響パルスによって生成された、信号の測定値から合成開口ビームを、セクタの前記セットの各々のセクタに対して、Ｒ個のピングに関して、形成するように構成された処理装置（４）と、を備え、前記ソナー（１）は、少なくとも１つのジャイロメータを備え、前記方法は、形成ステップ（１２０、１２１、１２２）であって、前記形成ステップにおいて、各々のセクタに対してＲ個のピングに関して、前記被観測区域によって後方散乱された、および前記セクタに放射された音響パルスによって生成された、信号の測定値から合成開口ビームが形成され、前記ステップにおいて、前記少なくとも１つのジャイロメータを用いて取得される、前記第１の受信アンテナ（３）の回転の測定値を使用して、ならびに前記後方散乱信号の画像平面を決定するためにおよび前記回転測定値を前記画像平面に投影するために前記後方散乱信号の仰角の推定を使用して、前記取得された投影が自動較正を行うために使用されて、連続したピングの相互相関によって前記自動較正を行うことによってセクタの前記セットの前記合成開口ビームの前記形成の間の前記第１の受信アンテナの前記運動における変動が補正され、前記ステップにおいて、測深セクタと呼ばれる、セクタの前記セットのうちの少なくとも１つのセクタの前記合成開口ビームの前記形成の間に、後方散乱信号の仰角の推定が使用され、前記推定は前記被観測区域の複数のポイントの３次元位置を含む測深図から取得される、形成ステップ（１２０、１２１、１２２）を備える、合成開口ビームを形成するための方法。
9. 前記放射装置（２）は、それぞれ、異なる方位角を有する第１の照準軸（ｖ１）および第２の照準軸（ｖ２、ｖ３）に沿って、被観測区域に向けて識別可能な音響パルスを、第１のセクタ（Ｓ１）および少なくとも１つの第２のセクタ（Ｓ２、Ｓ３）を含む異なるそれぞれのセクタ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）に、各々のピングにおいて、放射するように構成され、前記少なくとも１つの測深セクタは、少なくとも１つの第２のセクタを含み、前記測深図は、前記第１のセクタ（Ｓ１）に放射された音響パルスによって生成された第１の後方散乱信号の第１の仰角の測定値から取得される、請求項８に記載の合成開口ビームを形成するための方法。
10. 前記ソナーは、前記第１の軸（Ｘ１）に垂直な第２の軸（Ｚ２）に沿って分布している複数の基本トランスデューサを備えるトランスデューサの配列（１１）を備え、前記トランスデューサは、前記トランスデューサの受信ローブが前記第１のセクタ（Ｓ１）をカバーするように、しかし前記少なくとも１つの第２のセクタ（Ｓ２）が少なくとも部分的に前記トランスデューサの受信ローブを越えて位置しているように、寸法を決められ構成される、トランスデューサの前記配列を形成し、前記第１の後方散乱信号は、トランスデューサの前記配列（１１）を用いて獲得され、前記方法は、トランスデューサの前記配列（１１）を用いて第１の後方散乱信号の第１の仰角を測定するステップ（１０８）と、第１の仰角の前記測定値を地球基準座標系に転置するものである、第１の仰角の推定を計算するステップ（１１０）と、を含み、前記方法は、前記第１の仰角の前記推定から前記測深図を作り出すステップ（１１１）を含み、前記測深図は、前記第１の後方散乱信号を後方散乱したプローブポイントの、前記地球基準座標系における、３次元座標を含む、請求項９に記載の合成開口ビームを形成するための方法。
11. 前記測深セクタに放射されたパルスによって生成された前記後方散乱信号の前記仰角を、前記測深図から、推定するステップ（１１２）であって、前記後方散乱信号を生成したプローブポイントから前記アンテナを分離する距離に対応する、前記アンテナからの前記距離で、前記他の照準軸（ｖ２）上に位置しているポイントＢを、前記第１の軸（Ｘ１）の周りに、回転することによって取得される円Ｃｐの部分に最も接近している、前記測深図のそのポイントＭｐの前記位置を計算するステップ（１１２ａ）と、前記測深図と前記最接近ポイントＭｐに基づく前記円Ｃｐの前記部分との間の第１の交点Ｉｐを計算するステップ（１１２ｂ）と、前記交点の前記仰角を、前記地球基準座標系において、計算する（１１２ｃ）第１のステップ（１１２ｃ）と、を前記後方散乱信号の各々に対して含む、ステップ（１１２）を含む、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の合成開口ビームを形成するための方法。
12. 前記交点Ｉｐは、前記最接近ポイントＭｐを通過する、前記地球基準座標系における、水平面と、前記円Ｃｐの前記部分との間の前記交点である、請求項８〜１１のいずれか一項に記載の合成開口ビームを形成するための方法。
13. 前記最接近ポイントＭｐおよび前記測深図の他のポイントに基づいて、前記測深図と前記円Ｃｐの前記部分との間の第２の交点Ｉｐを計算する第２のステップ、ならびに、第２の交点が取得される場合、前記第２の交点の前記仰角を計算する（１１２ｃ）第２のステップ（１１２ｃ）を含む、請求項１１に記載の合成開口ビームを形成するための方法。
14. 前記物理受信アンテナ（３）は、第１のトランスデューサ（Ｔ５）の受信ローブが前記第１のセクタ（Ｓ１）をカバーするように、しかし前記少なくとも１つの第２のセクタ（Ｓ２）が少なくとも部分的に前記第１のトランスデューサ（Ｔ５）の受信ローブを越えて位置しているように、寸法を決められ構成された、前記第１のトランスデューサ（Ｔ５）から形成される第１の基本物理アンテナ（５）を備え、ビームを形成する前記ステップ（１２０、１２１、１２２）は、前記第１のセクタ（Ｓ１）に放射されたパルスによって生成され前記第１の基本アンテナ（５）を用いて獲得される後方散乱信号の測定値から第１の合成アンテナのビームを形成するステップ（１２０）を含み、前記ステップにおいて、前記後方散乱信号の前記画像平面を決定するためにおよび前記回転測定値を前記画像平面に投影するために使用される後方散乱信号仰角の前記推定は、前記第１の後方散乱信号の第１の仰角の推定であり、前記第１の後方散乱信号は、前記第１のセクタに放射されたパルスによって生成され、前記第１の仰角の前記推定は、前記第１の仰角の前記測定値の前記地球基準座標系への転置である、請求項９〜１３のいずれか一項に記載の合成開口ビームを形成するための方法。
15. プログラムがコンピュータ上で実行されるとき請求項８〜１４のいずれか一項に記載の方法の前記ステップを実行するためのプログラミングコード命令を含む、コンピュータプログラム製品。

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