WO1990009600A1 - Procede pour augmenter la cadence image d'un sonar et sonar pour la mise en ×uvre de ce procede - Google Patents

Procede pour augmenter la cadence image d'un sonar et sonar pour la mise en ×uvre de ce procede Download PDF

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WO1990009600A1
WO1990009600A1 PCT/FR1990/000111 FR9000111W WO9009600A1 WO 1990009600 A1 WO1990009600 A1 WO 1990009600A1 FR 9000111 W FR9000111 W FR 9000111W WO 9009600 A1 WO9009600 A1 WO 9009600A1
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sonar
sector
reception
antenna
dmax
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PCT/FR1990/000111
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François Peynaud
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Thomson-Csf
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/89—Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/02—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
    • G01S15/06—Systems determining the position data of a target
    • G01S15/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates

Definitions

  • the present invention relates to a sonar system for object detection and seabed imagery.
  • a sonar is intended to be installed on an underwater vehicle or in a ship's hull and this at low cost; it must therefore be simple, inexpensive and have a good frame rate. Indeed, because of the low speed of sound propagation in water, the rate of renewal of information must be high in order to carry out a correct sampling of the ground or to carry out an automatic extraction of the targets, extraction
  • the antenna In a pulsed mono-beam sonar with rotating mechanical scanning, the antenna is mono-element and only one electronic reception chain is required. This sonar is therefore simple and inexpensive. On the other hand, the emission and reception transducers are generally directive and the reception transducer must remain pointed in the direction
  • the antenna rotation speed then remains limited to low values, and the image rate, in particular for systems with good angular resolution, is very low.
  • the weak reception band after spectral analysis, makes the targets fluctuating which is detrimental to a good probability of detection.
  • the invention proposes another method, to be implemented in a sonar having a maximum range dmax and comprising a mobile transmitting antenna covering a wide sector
  • the invention also relates to a sonar for the implementation of this method.
  • FIG. 2 the time diagram of the transmission pulses and the position of the antennas as a function of time of a pulsed single-beam sonar with mechanical scanning rotating according to the invention
  • FIG. 3 the area of terrain observed by * a pulsed mono-beam sonar with mechanical scanning rotating for progressive receiving antenna positions, according to the invention
  • FIG. 4 the area of terrain observed by a lateral sonar with parallel preformed tracks according to the invention
  • FIG. 5 an example of distribution of the emission frequencies in a single-beam sonar with - pulses and with rotating mechanical scanning according to the invention
  • FIG. 6 the general block diagram of a pulsed mono-beam sonar with rotating mechanical scanning, according to the invention.
  • FIG. 1 represents the area of ground observed on transmission and on reception for a single-beam sonar with rotating mechanical scanning of the prior art comprising a transmitting antenna, 20, covering an angular sector ⁇ -, and a reception antenna, 30, covering an angular sector ⁇ -, such that ⁇ p is greater than ⁇ _.
  • the positions of the transmit, 20 and receive 30 antennas are shown respectively at the time of transmission and at the end of reception. Between transmission and reception, the reception antenna 30 must rotate only at a small angle A in order to allow the two angular sectors ⁇ * p and ⁇ -p covered by the two antennas to overlap. But this condition is not sufficient because the area of the observed terrain evolves with the receiving antenna.
  • FIG. 2 represents the diagram of the transmission pulses as a function of time as well as the position of the antennas as a function of time.
  • Each transmission is assigned a distinct frequency code C_. to C.
  • the transmit and receive antennas chosen to be collinear, continue to rotate so that the rate of transmission of the codes corresponds to the time taken by the receiving antenna to pass from the sector of angular width ⁇ -p current to a sector of angular width
  • the transmission rate is n times greater and the maximum range dmax of the sonar, for each code, is n times lower than the corresponding values obtained when the emissions are not coded.
  • the maximum speed of rotation of the antennas of a sonar being inversely proportional to the maximum range, it is then possible to increase the speed of rotation v of the antennas by a factor n compared to a sonar with non-coded transmission.
  • v n ⁇ * p C / 2dmax, C being the speed of sound in water
  • each code is received in a sector of angular width ⁇ - p for a duration equal to 2 dmax / n C.
  • the echoes of the n previously transmitted codes are received in the angular sector ⁇ - p centered on the axis ⁇ ,.
  • the echoes of these n codes come from different regions of space, contiguous along the reception axis ⁇ , and which have a depth equal to dmax / n. These regions correspond to the time necessary for the coded acoustic waves emitted to propagate to their maximum range dmax / ri, to be reflected by a possible obstacle and to be received in the sector ⁇ - p centered on the antenna axis position of reception.
  • the receiving antenna receives the code signal C. coming from the hatched area between 0 and dmax / n.
  • ⁇ In the axis position ⁇ resort, it receives the code signal C Cosmetic coming from the zone between 0 and dmax / n and C. code signal from the shaded area between dmax / n and 2DMax / n, and so on until the position where it ⁇ n oit the RECEIVE * sig nal & code C n obtained from zone between 0 and dmax / n, the code signal C __, coming from the area between dmax / n and 2dmax / n, etc. . . , the code signal C. from the area between (n-1) dmax / n and dmax.
  • a legend illustrates the codes of the signals coming from the different zones.
  • the observation sector has "holes", 40, and its edges are in the form of stair treads. These "holes” correspond to the time necessary for the signal of code C. and to the signal corresponding to the last code transmitted to reach the distance dmax. This must be taken into account when planning a greater rotation in relation to the desired observation sector.
  • the frequency coding can be arbitrary, in practice for reasons of simplicity, a pure frequency code will be chosen so that the sonar retains its impulse characteristic therefore its good resolution in distance (which is not the case for CTFM devices ).
  • the complexity of the sonar is very little increased, the antennas remain identical, only one reception channel is preserved, it is simply necessary to filter the signal according to the antenna position therefore time.
  • FIG. 4 represents the area of terrain observed by a lateral sonar with parallel preformed channels when the emissions are coded according to the invention.
  • the characteristics of an embodiment of the sonar according to the invention have been chosen such that the range is 75m, the resolution in field is 1 ° 5, the observation sector is 60 ° , the sector observation time is ls, the distance resolution is 0.2m.
  • n 4
  • the antenna rotation speed is 60 ° / s.
  • a simple solution consists in choosing a code of distinct pure frequencies, that is to say four frequencies, in the reception band of the sonar.
  • a sonar can operate in a frequency band equal to 40% of the operating frequency, i.e. in a band equal to 300 kHz for the selected operating frequency equal to 750 kHz.
  • a quarter of this possible band is used, ie 75 kHz, the reception bands being distant from 25 kHz.
  • it is possible to increase the number of frequencies of this sonar up to n 16, that is to say to make in single channel the equivalent of a sonar with 16 preformed channels.
  • FIG. 5 represents an example of distribution of the transmission frequencies over time.
  • the frequencies chosen are as follows: 700kHz, 725kHz, 750kHz and 775kHz. This choice is made asymmetrically to avoid excessively high frequencies whose absorption is important. A transmission is triggered every 25 milliseconds, the equivalent of 18.75m in the field.
  • the general block diagram of this sonar represented in FIG. 6, comprises a transmission chain connected to the transmission antenna, 20, and a reception chain connected to the reception antenna, 30.
  • the two antennas are represented collinear but they can be separated. They consist of acoustic transducers transforming the electrical signal received into an acoustic wave into emission, or transforming the acoustic wave into an electrical signal into reception.
  • the transmitting antenna, 20, comprises a single acoustic transducer 1, used for both transmission and reception, but only part of the transducer, 1, will be used at transmission to cover an equal angular sector at 6 °, the equivalent of 4 channels.
  • the directivity of the antenna on transmission will in fact only be 12 ° for reasons of symmetry and to be able to explore space in both directions.
  • a motor, 2, fitted with its control electronics, 3, drives the antennas through 60 °.
  • the broadcast chain includes:
  • a frequency generator 4, which develops the frequencies of 700 kHz, 725 kHz, 750 kHz, and 775 kHz;
  • each pulse is time-weighted to generate the lowest possible frequency side lobes.
  • the weighting used is Gauss or Hamming, or other known weights;
  • the reception chain includes:
  • This preamplifier 8 has an inhibition signal which is active when the emission occurs. There will therefore be no reception during the 4 transmissions, i.e. for a very short teijjps (4x250 ⁇ s) which represents 1% of the time. This inhibition is necessary because there is a large difference in amplitude between the signal sent and the signal received (from 120dB to 150dB) and it is not possible to receive during transmission.
  • This preamplifier 8 has a variable gain over time to compensate for the losses by absorption.
  • the first filter will output the signal between 0 and 0
  • the signals from the four filters undergo conventional processing carried out in a processing circuit, 13, such as precise control of the amplitude of the signals by an amplitude regulator, detection, integration to eliminate the rapid signal fluctuations and improve signal-to-noise ratio, scanning to convert analog signal to digital signal.
  • a processing circuit such as precise control of the amplitude of the signals by an amplitude regulator, detection, integration to eliminate the rapid signal fluctuations and improve signal-to-noise ratio, scanning to convert analog signal to digital signal.
  • the signals from this processing circuit, 13, are then presented on a display device.
  • the system described in this example reflects a conventional analog embodiment of the reception part. It is also possible to use an analog to digital conversion system at the output of the preamplifier, 8, with filtering and digital processing.
  • the invention is not limited to a code of pure frequencies, it is possible to use other codes, for example a code of disjoint modulated frequencies.

Abstract

L'invention concerne un système sonar simple, bon marché et à cadence image élevée pour la détection d'objets et l'imagerie des fonds marins. Elle consiste à émettre n codes successifs non corrélés dans un secteur de largeur angulaire exactement égale à n fois la largeur angulaire du secteur de réception ΥR, l'antenne de réception continuant d'évoluer pendant ce temps alors que le premier signal émis n'a pas encore atteint la portée maximale dmax, et à recevoir dans le secteur de largeur angulaire ΥR les échos de ces n codes provenant de n zones de propagation contigües selon l'axe de réception, et dans l'espace compris entre 0 et dmax, chacune d'entre elles ayant une profondeur égale à dmax/n. Elle s'applique à un sonar destiné à être installé sur un véhicule sous-marin ou dans une coque de navire.

Description

PROCEDE POUR AUGMENTER LA CADENCE IMAGE D'UN SONAR ET SONAR POUR LA MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE
La présente invention se rapporte à un système sonar pour la détection d'objets et l'imagerie des fonds marins . Un tel sonar est destiné à être installé sur un véhicule sous -marin ou dans une coque de navire et ceci à faible coût ; il doit donc être simple, bon marché et avoir une bonne cadence image . En effet, à cause de la faible vitesse de propagation du son dans l'eau, la cadence de renouvellement de l'information doit être élevée afin de réaliser un échantillonnage correct du terrain ou pour réaliser une extraction automatique des cibles, extraction
10 qui demande le plus possible de retours indépendants de la cible . Classiquement, il existe trois grands types de fonctionnement pour les systèmes sonars et chacun conduit à des matériels spécifiques .
Dans un sonar mono-faisceau à impulsions et à - balayage mécanique tournant, l'antenne est mono-élément et une seule chaîne électronique de réception est requise. Ce sonar est donc simple et bon marché . Par contre, les transducteurs d'émission et de réception sont généralement directifs et le transducteur de réception doit rester pointé dans la direction
20 d'émission tant que le signal susceptible de revenir de la distance maximale n'est pas arrivé sur l'antenne . La vitesse de rotation de l'antenne reste alors limitée à des valeurs faibles, et la cadence image, notamment pour les systèmes ayant une bonne résolution angulaire, est très faible .
25 Dans un sonar à voies préformées, un large secteur est insonifié à l'émission et en réception, à chaque- impulsion, des voies sont formées électroniquement dans tout le secteur insonifié . L'image d'un secteur complet est alors obtenue à une cadence image élevée . Ce principe est très performant mais la 0 complexité du matériel est importante surtout pour une implantation sur un petit véhicule sous-marin . Enfin, dans un sonar à émission continue et à modulation de fréquence (CTFM) , la cadence image est élevée mais la résolution en distance est souvent faible car elle est inversement proportionnelle au nombre de filtres d'analyse
- spectrale présents dans la chaîne de réception. De plus, la faible bande de réception, après analyse spectrale, rend les cibles fluctuantes ce qui est préjudiciable à une bonne probabilité de détection.
Pour pallier ces inconvénients et obtenir un sonar qui
[g soit simple, bon marché, dont l'émission soit à large secteur et présentant une cadence image augmentée d'un facteur n, l'invention propose un autre procédé, à mettre en oeuvre dans un sonar ayant une portée maximale dmax et comportant une antenne d'émission mobile couvrant un secteur de largeur
15 angulaire θ-, courant et une antenne de réception mobile couvrant un secteur de largeur angulaire θ-p courant centré selon un axe évoluant comme l'antenne de réception, dit axe de l'antenne de réception, caractérisé en ce qu'il consiste :
- à émettre, sous forme d'impulsions, n codes successifs Cl à 20 Cn non corrélés dans un secteur de largeur angulaire θp. courant exactement égal à nβ*-, , les antennes d'émission et de réception continuant d'évoluer pendant ce temps, de façon que la cadence d'émission des codes corresponde au temps mis par l'antenne de réception pour passer du secteur de largeur 25 angulaire θ-p courant à un secteur de largeur angulaire θ-p suivant dans le sens d'évolution de l'antenne de réception ;
- et à recevoir dans le secteur de largeur angulaire θ- courant les échos de ces n codes provenant de n zones de
30 propagation contigues selon l'axe de l'antenne de réception, et dans l'espace compris entre 0 et dmax, chacune d'entre elles ayant une profondeur égale à dmax/n.
L'invention a également pour objet un sonar pour la mise en oeuvre de ce procédé.
35 D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement dans la description suivante donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en regard des figures annexées qui représentent : - la figure 1 : la zone de terrain observée à l'émission et à la réception pour un sonar mono-faisceau à balayage mécanique tournant selon l'art antérieur,
- la figure 2, le diagramme des temps des impulsions d'émission et la position des antennes en fonction du temps d'un sonar mono-faisceau à impulsions et à balayage mécanique tournant selon l'invention,
- la figure 3 : la zone de terrain observée par* un sonar mono-faisceau à impulsions et à balayage mécanique tournant pour des positions d'antenne de réception progressives, selon l'invention,
- la figure 4 : la zone de terrain observée par un sonar latéral à voies préformées parallèles selon l'invention,
- la figure 5 : un exemple de distribution des fréquences d'émission dans un sonar mono-faisceau à - impulsions et à balayage mécanique tournant selon l'invention,
- la figure 6 : le synoptique général d'un sonar mono-faisceau à impulsions et à balayage mécanique tournant, selon l'invention .
La figure 1 représente la zone de terrain observée à l'émission et à la réception pour un sonar mono-faisceau à balayage mécanique tournant de l'art antérieur comportant une antenne d'émission, 20, couvrant un secteur angulaire θ-, et une antenne de réception, 30, couvrant un secteur' angulaire θ-, tel que θp est supérieur à θ_ . Sur la figure les positions des antennes d'émission, 20, et de réception, 30, sont représentées respectivement â l'instant d'émission et en fin de réception. Entre l'émission et la réception, l'antenne de réception, 30, ne doit tourner que d'un angle A faible afin de permettre le chevauchement des deux secteurs angulaires θ*p et θ-p couverts par les deux antennes . Mais cette condition n'est pas suffisante car la zone du terrain observée évolue avec l'antenne de réception. Pour que tout le terrain soit observé, c'est-à-dire pour ne pas avoir une perte de plus de 6dB (3dB à l'émission et 3 dB en réception) sur l'écho reçu à la portée maximale dmax, il est nécessaire que l'angle A soit au maximum égal à Θ-. . Le secteur angulaire θ-p étant défini comme l'ouverture du diagramme correspondant à 3 dB en dessous de la portée maximale dmax, la vitesse de rotation v de l'antenne de réception doit être inférieure à v = θτ, C/2dmax, C étant la vitesse du son dans l'eau. La cadence d'émission est calée sur la portée maximale dmax, ce qui signifie qu'avant de réémettre, il faut attendre d'avoir reçu le signal le plus éloigné .
Si, par contre, plusieurs émissions successives sont effectuées au cours de la propagation et qu'un code particulier est affecté à chacune d'entre elles pour les distinguer, les codes n'étant pas corrélés, il devient alors possible de tourner l'antenne de réception entre l'émission et la fin de la réception, d'un angle A supérieur à θ-p et d'augmenter ainsi la cadence image . Un code facile à réaliser consiste, par exemple, à émettre des fréquences pures distinctes .
La figure 2 représente le diagramme des impulsions d'émission en fonction du temps ainsi que la position des antennes en fonction du temps . Chaque émission est affectée d'un code de fréquences distinctes C_. à C . Pendant le temps qui s'écoule entre l'émission d'un code et la fin de la réception du même code, les antennes d'émission et de réception, choisies colinéaires, continuent de tourner de façon que la cadence d'émission des codes corresponde au temps mis par l'antenne de réception pour passer du secteur de largeur angulaire θ-p courant à un secteur de largeur angulaire
Θ,- suivant dans le sens d'évolution de l'antenne de réception . Les positions angulaires de l'axe de l'antenne de réception θ_, , θ„ , . . . . θ , θ_. +θ , θ„+θ etc. . sont
^ 1 V ' n' 1 n' 2 n représentées en fonction du temps en considérant qu'elles sont respectivement en synchronisme avec les émissions d'impulsions de code C_. , C„ , . . . C , C_. , C„, etc . .
La figure 3 représente la zone de terrain observée par un sonar mono-faisceau à impulsions et à balayage mécanique tournant pour des positions d'axes d'antenne de réception progressant de θ., à θ en fonction du code émis C_. à C . Pour la clarté de la figure, n a été choisi n=4.
La cadence d'émission est n fois plus grande et la portée maximale dmax du sonar, pour chaque code, est n fois plus faible que les valeurs correspondantes obtenues lorsque les émissions ne sont pas codées . De même, la vitesse de rotation maximale des antennes d'un sonar étant inversement proportionnelle à la portée maximale, il est alors possible d'augmenter la vitesse de rotation v des antennes d'un facteur n par rapport à un sonar à émission non codée, soit v = nθ*pC/2dmax, C étant la vitesse du son dans l'eau, et chaque code est reçu dans un secteur de largeur angulaire θ-p pendant une durée égale à 2 dmax/n C. Pour une position d'axe d'antenne de réception θ, , k étant compris entre 1 et n, les échos des n codes précédemment émis sont reçus dans le secteur angulaire θ-p centré sur l'axe θ, . Les échos de ces n codes proviennent de régions de l'espace différentes, contigues selon l'axe de réception θ, et qui ont une profondeur égale à dmax/n. Ces régions correspondent au temps nécessaire aux ondes acoustiques codées émises pour se propager jusqu'à leur portée maximale dmax/ri, être réfléchies par un éventuel obstacle et être reçues dans le secteur θ-p centré sur la position d'axe d'antenne de réception . Dans la position d'axe θ.. , l'antenne de réception reçoit le signal de code C. issu de la zone hachurée comprise entre 0 et dmax/n.
Dans la position d'axe θ„, elle reçoit le signal de code C„ issu de la zone comprise entre 0 et dmax/n et le signal de code C. issu de la zone hachurée comprise entre dmax/n et 2dmax/n, et ainsi de suite jusqu'à la position θ n où elle reç *oit le sig &nal de code C n issu de la zone comprise entre 0 et dmax/n, le signal de code C __, issu de la zone comprise entre dmax/n et 2dmax/n, etc . . . , le signal de code C. issu de la zone comprise entre (n-1) dmax/n et dmax.
Sur la figure 3 une légende illustre les codes des signaux issus des différentes zones.
En se reportant à la figure 3, il est à noter qu'au début et à la fin de rotation des antennes, le secteur d'observation présente des "trous" , 40, et ses bords sont en forme de marches d'escalier. Ces "trous" correspondent au temps nécessaire au signal de code C. et au signal correspondant au dernier code émis pour atteindre la distance dmax. Il faut en tenir compte en prévoyant une rotation plus grande par rapport au secteur d'observation voulu.
Ce procédé est applicable à tout système sonar quelles que soient ses caractéristiques essentielles telles que sa fréquence, sa portée et sa résolution. Le codage en fréquence peut être quelconque, dans la pratique pour des raisons de simplicité, un code de fréquences pures sera choisi afin que le sonar conserve sa caractéristique impulsionnelle donc sa bonne résolution en distance (ce qui n'est pas le cas des dispositifs CTFM) . La complexité du sonar est très peu augmentée, les antennes restent identiques, une seule voie de réception est conservée, il faut simplement filtrer le signal en fonction de la position d'antenne donc du temps.
Par ailleurs, comme pour les sonars à voies préformées, il est nécessaire d'insonifier un secteur plus large, soit exactement nθ-, .
Comme pour les autres procédés, les antennes d'émission et de réception peuvent être colinéaires ou partiellement communes . La figure 4 représente la zone de terrain observée par un sonar latéral à voies préformées parallèles lorsque les émissions sont codées selon l'invention.
En acoustique sous-marine, il est, connu d'utiliser un sonar latéral à voies préformées parallèles monté sur un poisson remorqué pour obtenir une image du fond marin. Dans ce cas il n'y a pas rotation des antennes au cours du temps, mais cette rotation est remplacée par le mouvement du porteur. L'invention permet alors d'augmenter la vitesse du porteur et la cadence image ou de ne former qu'une seule voie en gardant la même cadence image .
Pour obtenir un secteur d'observation complet dans le cas du sonar latéral, il est simplement nécessaire de prolonger le temps d'observation de 3dmax/4C, ce qui correspond à la phase d'acquisition.
Un sonar destiné à équiper un véhicule de faible coût, bien que performant, doit être aussi de faible coût ; le choix se porte alors sur un sonar monofaisceau à balayage mécanique car la formation de voies est toujours onéreuse étant donné qu'elle nécessite un nombre important de chaînes de réception en parallèle .
A titre d'exemple, les caractéristiques d'un mode de réalisation du sonar selon l'invention ont été choisies telles que la portée est de 75m, la résolution en gisement est de 1°5, le secteur d'observation est de 60°, le temps d'observation du secteur est de ls, la résolution en distance est de 0, 2m. Pour la réalisation, il a été choisi, en utilisant les règles de calcul des systèmes acoustiques bien connues de l'art antérieur, une fréquence de fonctionnement de 750kHz, une durée d'impulsion de 250μs, une bande de réception de 4 H& et un balayage mécanique sur 60° .
L'utilisation en monovoie demandant 4s pour générer une image, le procédé selon l'invention a été appliqué en choisissant n=4. Dans ce cas, la vitesse de rotation de l'antenne est de 60°/s . Pour réaliser un tel sonar, une solution simple consiste à choisir un code de fréquences pures distinctes, soit quatre fréquences, dans la bande de réception du sonar. Avec les technologies actuelles en acoustique, un sonar peut fonctionner dans une bande de fréquences égale à 40% de la fréquence de fonctionnement, soit dans une bande égale à 300kHz pour la fréquence de fonctionnement choisie égale à 750 kHz. En fait, dans cet exemple de réalisation, seulement le quart de cette bande possible est utilisé, soit 75kHz, les bandes de réception étant distantes de 25kHz . Mais il est possible d'augmenter le nombre de fréquences de ce sonar jusqu'à n=16, c'est-à-dire de faire en monovoie l'équivalent d'un sonar à 16 voies préformées.
La figure 5 représente un exemple de distribution des fréquences d'émission dans le temps .
Les fréquences choisies sont les suivantes : 700kHz, 725kHz, 750kHz et 775kHz . Ce choix est effectué de façon dissymétrique pour éviter les fréquences trop élevées dont l'absorption est importante . Une émission est déclenchée toutes les 25 millisecondes soit l'équivalent de 18, 75m sur le terrain.
Le synoptique général de ce sonar, représenté sur la figure 6, comprend une chaîne d'émission reliée à l'antenne d'émission, 20, et une chaîne de réception reliée à l'antenne de réception, 30. Les deux antennes sont représentées colinéaires mais elles peuvent être séparées . Elles sont constituées de transducteurs acoustiques transformant en émission le signal électrique reçu en onde acoustique, ou transformant en réception l'onde acoustique en signal électrique .
L'antenne d'émission, 20, comprend un seul transducteur acoustique 1, servant à la fois à l'émission et à la réception, mais une partie seulement du transducteur, 1, sera utilisée à l'émission pour couvrir un secteur angulaire égal à 6° soit l'équivalent de 4 voies . La directivité de l'antenne à l'émission ne sera en fait que de 12° pour des raisons de symétrie et pour pouvoir explorer l'espace dans les deux sens . Un moteur, 2, muni de son électronique de commande, 3, entraîne les antennes sur 60° .
La chaîne d'émission comprend :
- un générateur de fréquences, 4, qui élabore les fréquences de 700kHz, 725kHz, 750kHz, et 775kHz ;
- un découpeur de signaux, 5, qui forme les impulsions à émettre. Afin d'éviter que les impulsions émises perturbent les secteurs de réception chaque impulsion est pondérée dans le temps pour générer des lobes secondaires fréquentiels les plus bas possibles. La pondération utilisée est de Gauss ou de Hamming, ou d'autres pondérations connues ;
- un amplificateur de puissance, 6, qui envoie l'énergie électronique à la partie émission de l'antenne ;
- un séquenceur, 7, déclenche les séquences en temps opportun et assure la synchronisation de tout le sonar.
La chaîne de réception comprend :
- des transducteurs de réception formant l'antenne de réception auxquels est connecté un préamplificateur linéaire, * 8, qui reçoit simultanément les 4 fréquences et qui possède un filtre laissant passer ces 4 fréquences, à rejection pour toutes les fréquences qui ne sont pas comprises entre 698kHz et 777kHz. Ce préamplificateur possède un signal d'inhibition qui est actif lorsque l'émission se produit. Il y aura donc absence de réception pendant les 4 émissions, soit pendant un teijjps très court (4x250μs) ce qui représente 1% du temps. Cette inhibition est nécessaire car il y a une grande différence d'amplitude entre le signal émis et le signal reçu (de 120dB à 150dB) et il n'est pas possible de faire de la réception pendant l'émission. Ce préamplificateur 8 possède un gain variable avec le temps pour compenser les pertes par absorption. Si l'absence de réception pendant les émissions est intolérable, il est possible de doubler le nombre de codes émis n et de changer la synchronisation d'émission, en la déplaçant d'une demi-récurrence soit de 12, 5ms, toutes les n émissions et de reconstituer ainsi une image sans inhibition toutes les 2n récurrences . Dans ce cas l'antenne doit tourner deux fois plus vite et seulement une image sur deux est présentée complète ;
- quatre filtres, 9 à 12, permettant de reconstituer en temps réel l'image complète sur les 75m de propagation . Ainsi, par exemple, le premier filtre restituera le signal entre 0 et
18, 75m le deuxième entre 18, 75m et 37, 5m, le troisième entre 37, 5m et 56, 25m et le quatrième entre 56, 25m et 75m. Une attention toute particulière sera portée à la qualité de ces filtres qui doivent posséder une grande dynamique, de l'ordre de 80dB, et une faculté de réjection des fréquences voisines de l'ordre de 60dB . En l'état actuel de la technique, les filtres à quartz sont très bien adaptés à ce problème ;
- enfin, les signaux issus des quatre filtres subissent un traitement classique effectué dans un circuit de traitement, 13, tel qu'un contrôle précis de l'amplitude des signaux par un régulateur d'amplitude, la détection, l'intégration pour éliminer les fluctuations rapides du signal et améliorer le rapport signal à bruit, la numérisation pour convertir le signal analogique en signal numérique . Les signaux issus de ce circuit de traitement, 13, sont alors présentés sur un dispositif de visualisation.
Le système décrit dans cet exemple reflète une réalisation classique analogique de la partie réception. Il est également possible d'utiliser un système de conversion analogique numérique en sortie du préamplificateur, 8, avec filtrage et traitement numérique.
Par ailleurs, un changement de fréquence ou une démodulation quelconque peuvent être aussi envisagés . Les traitements équivalents à celui précisément décrit, ne remettent pas en cause l'application du procédé.
Enfin, l'invention ne se limite pas à un code de fréquences pures, il est possible d'utiliser d'autres codes, par exemple un code de fréquences modulées disjointes .

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé pour augmenter d'un facteur n la cadence image d'un sonar ayant une portée maximale dmax et comportant une antenne d'émission mobile couvrant un se.cteur de largeur angulaire Θ--, courant et une antenne de réception mobile couvrant un secteur de largeur angulaire θ-, courant centré selon un axe évoluant comme l'antenne de réception, dit axe de l'antenne de réception, caractérisé en ce qu'il consiste :
- à émettre, sous forme d'impulsions, n codes successifs (Cl à Cn) non corrélés dans un secteur de largeur angulaire Θp. courant exactement égal à nθ-p , les antennes d'émission et de réception continuant d'évoluer pendant ce temps de façon que la cadence d'émission des codes corresponde au temps mis par l'antenne de réception pour passer du secteur de largeur angulaire θ-p courant à un secteur de largeur angulaire Θ--, suivant dans le sens d'évolution de l'antenne de réception ;
- et à recevoir dans le secteur de largeur angulaire θ-p courant les échos de ces n codes provenant de n zones de propagation contigues selon l'axe de l'antenne de réception, et dans l'espace compris entre 0 et dmax, chacune d'entre elles ayant une profondeur égale à dmax/n.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les codes successifs sont des fréquences pures distinctes .
3. Sonar pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant une antenne d'émission (20) et une antenne de réception (30) , une chaîne d'émission reliée à l'antenne d'émission (20) , une chaîne de réception reliée à l'antenne de réception (30) , caractérisé en ce que la chaîne d'émission comprend, en série : - un générateur de fréquence (4) commandé par un séquenceur (7) pour élaborer les codes de fréquences, - un découpeur de signaux (5) commandé par le séquenceur (7) pour mettre en forme les impulsions à émettre ;
- et un amplificateur (6) relié à l'antenne d'émission (20) .
4. Sonar selon la revendication 3, caractérisé en ce ~ que la chaîne de réception comprend, en série : un pré -amplificateur linéaire (8) relié à l'antenne de réception, commandé par le séquenceur (7) , et de bande assez large pour laisser passer toutes les fréquences des codes,
- des filtres (9) à (12) reliés au pré -amplificateur (8) et 10 respectivement centré sur les différentes fréquences du code pour reconstituer en temps réel l'image complète du secteur d'observation correspondant, sur la profondeur de propagation dmax,
- un circuit de traitement (13) du signal reconstitué par les 1 différents filtres (9) à (12) comportant des opérations de traitement analogique du signal telles que contrôle de l'amplitude, détection, intégration, numérisation.
5. Sonar selon la revendication 4, caractérisé en ce que le pré -amplificateur (8) possède un signal d'inhibition qui
20 est actif lorsque l'émission se produit.
6. Sonar selon la revendication 4, caractérisé en ce que les filtres (9) à (12) sont des filtres à quartz.
7. Sonar selon l'une quelconque des revendications 3 à
6, caractérisé en ce que les antennes d'émission et de réception 25 sont colinéaires ou partiellement communes.
8. Sonar selon l'une quelconque des revendications 3 à
7, caractérisé en ce qu'il est un sonar monofaisceau frontal, les antennes d'émission et de réception mobiles étant tournantes .
9. Sonar selon la revendication 8, caractérisé en ce 30 qu'il est à impulsions, à balayage mécanique et à émission à large secteur et multif réquences .
10. Sonar selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est un sonar latéral à voies parallèles, les antennes d'émission et de réception étant
35 mobiles du fait du mouvement du porteur.
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