WO2010142765A2 - Gravimetric measurement method and system implementing the method - Google Patents

Gravimetric measurement method and system implementing the method Download PDF

Info

Publication number
WO2010142765A2
WO2010142765A2 PCT/EP2010/058152 EP2010058152W WO2010142765A2 WO 2010142765 A2 WO2010142765 A2 WO 2010142765A2 EP 2010058152 W EP2010058152 W EP 2010058152W WO 2010142765 A2 WO2010142765 A2 WO 2010142765A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
antenna
measurements
gravitational field
measurement
gravimetric
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/058152
Other languages
French (fr)
Other versions
WO2010142765A3 (en
Inventor
Jean-Philippe Brunet
Jean-Paul Pocholle
Sylvain Schwartz
Original Assignee
Thales
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thales filed Critical Thales
Publication of WO2010142765A2 publication Critical patent/WO2010142765A2/en
Publication of WO2010142765A3 publication Critical patent/WO2010142765A3/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V7/00Measuring gravitational fields or waves; Gravimetric prospecting or detecting

Definitions

  • the invention relates to a gravimetric measurement method and a system implementing the method.
  • the invention can be used in particular in the fields of detection of tunnels, buried structures, geological and petroleum research, detection of the presence and movement of land, air and space mobiles.
  • the invention can also be used for the implementation of anti-collision devices, for example embedded in submarines, and guidance or proximity rockets embedded in torpedoes or missiles.
  • sonars for underwater detection and radar for aerial detection.
  • a target designates an object of interest, for example an airplane, a land vehicle or a submarine.
  • Radars are based on the reflection of radio waves to detect the position and movement of targets in their field while sonars are based on the reflection of sound waves, or on the listening of noise when they are passive .
  • These detection methods have certain limitations. Indeed, they can be rendered ineffective when countermeasures techniques are used, in particular by scrambling or decoy.
  • An object of the invention is in particular to overcome the aforementioned drawbacks.
  • the invention relates to a gravitational field measurement method comprising at least two steps.
  • a first step determines, using at least one measurement antenna, a table of measurements representative of the gravitational field generated in the coverage area of the antenna, said antenna being composed of a plurality of gravimetric sensors, a gravimetric sensor being composed of at least one high resolution three-axis gravimeter.
  • a second step determines, for example, an image of the mass density distribution in the coverage area of the antenna by inverting the measured gravitational field and contained in the measurement table.
  • the inversion of the gravitational field is performed by applying a linear transform to said array.
  • the gravimeters of the gravimetric sensors composing the measurement antenna are of one or more types among which: gravimeters with material waves, with cold atoms, with optical wedge, with parallelepiped, with electrostatic sphere.
  • the gravimetric sensors composing the measurement antenna comprise, for example, a three-axis gyrometer with a resolution compatible with the gravimeters included in the gravimetric sensors.
  • the array of measurements corresponds to a finite grid of elementary boxes containing the image of a given, finite or infinite volume of the observable universe.
  • the gravimetric sensors constituting the measurement antenna are aligned and arranged at regular intervals.
  • the inversion in the finite grid of elementary boxes is carried out, for example, using a Radon-Abel transform.
  • the arrangement of the gravimetric sensors making up the measurement antenna is not flat.
  • the inversion performed during the second step of the measured gravitational field contained in the measurement table is performed, for example, using a suitable generalized transform.
  • the inversion performed during the second step of the measured gravitational field contained in the measurement table is performed, for example, by inverse projection of the measurements in the finite grid of selected elementary boxes.
  • the method may comprise a third step, said step using the mass distribution images produced successively during the application of the first two steps of the method and analyzing the differences between at least two distinct mass distribution images and deducing from this difference the trajectory of moving targets.
  • MTI type measurements are applied, for example, on differences detected between at least two distinct mass distributions.
  • the invention also relates to a gravimetric measurement system.
  • the system comprises a measurement antenna, said antenna being composed of a plurality of gravimetric sensors, a sensor being composed of at least one high-resolution three-axis gravimeter and comprising means for implementing the method described above.
  • the measurement system comprises means for towing the measurement antenna.
  • the invention has the particular advantage of providing a method of measurement and detection that is completely passive and impossible to scramble.
  • a fixed or moving target positioned behind an obstacle can be detected, since any material is perceived to be transparent when this method is used.
  • detection is not affected by weather elements such as precipitation and temperature.
  • the detection method according to the invention operates in a linear manner which results in the possibility of differential measurements. It also makes it possible to visualize the ground included in the field of observation as well as mobile targets such as submarines, ships, planes and helicopters.
  • FIG. 1 illustrates the detection method according to the invention
  • FIG. 2 gives an example of a device implementing the invention.
  • FIG. 1 illustrates the gravimetric measurement method according to the invention.
  • the process is composed of at least three steps 101, 102, 103.
  • the third step 103 may or may not be implemented, the latter may be used for target detection purposes.
  • the objective of the first two steps is to obtain an image of the mass density distribution in the sensor environment implementing the method, a sensor designating in the following description the association of a series of sensors. assembled into a measuring antenna and coupled to a suitable processing system.
  • the image thus obtained makes it possible to distinguish local fluctuations of gravitational field.
  • An antenna composed of a plurality of associated accurate gravimetric sensors is used to obtain successive series of gravitational field measurements. A number of these series of measurements corresponding to a sliding time window are extracted, and are combined to give a local image of the gradient of the gravitational field along the trajectory of the wearer and the width of the antenna.
  • This local field gradient is then inverted by a suitable transform, during the second step detailed later in the description, in order to pass from a local vector gravitational field to the mass density distribution giving rise to the measured gravitational field. .
  • the number of sensors must be sufficient to create inversion constraints avoiding ambiguities related to a purely gradiometric technique by relegating them to a lower order than the requested resolution. It must also not have flat symmetry so as not to lead to an ambiguous positioning with respect to a measurement plan.
  • the method thus makes it possible to obtain, without emitting anything and without being identifiable by itself, an image of the environment of the sensor and of all the targets in this environment by traversing any material present. The various steps of the method are detailed in the following description.
  • the method can be implemented in embedded devices, for example in boats, submarines but also in fixed installations and mobile installations, towable or transportable.
  • a first process 101 aims to continuously acquire measurements of the gravitational field. These measurements are performed by at least one measuring antenna capable of providing information on its environment, said antenna being composed of a plurality of gravimetric sensors. A large number of sensors must be used, for example 96.
  • the gravimetric sensors composing the measurement antenna comprise, for example, a high-resolution three-axis gravimeter associated with a three-axis gyrometer of compatible resolution. These sensors can be arranged in different configurations. said The sensors may be distributed using, for example, a planar, linear, voluminal or synthetic configuration. In this configuration, the sensors can be distributed regularly or irregularly.
  • the method according to the invention is applicable to all types of gravimetric sensors on the measuring antenna since it does not lead to a plane symmetry of the measurement grid. Since the final resolution grid of the sensor depends on the arrangement of the sensors, the said provision is, therefore, an implementation choice to be taken into account when designing the system implementing the method according to the invention.
  • the gravimetric sensors may for example be made using a technology exploiting material waves, but any other sensor providing a resolution and sufficient accuracy can be used.
  • gravidometers with cold atoms, optical wedge, parallelepiped or electrostatic sphere can be used.
  • the use of gyrometers within sensors is not mandatory.
  • each gravity sensor can measure the gravity field on Na simultaneous axes, Na being greater than 3 and the axes being arranged so that each subset of axes taken from 3 to 3 constitutes a three-dimensional reference (non-coplanar axes). ).
  • This arrangement makes it possible to solve, thanks to the additional independent equations thus obtained, a system of equations defining the field without using a coupled gyrometer.
  • the orientation of a given gravitational sensor can be determined by calibration, for example, by rotating it slowly in a uniform gravitational field.
  • An alternative is to calibrate the sensor in its entirety, the antenna being stationary relative to the earth. This calibration is performed by exploiting the gravitational field of the earth, the moon and the sun for a sufficient period of time, for example from 6 to 24 hours, in order to obtain the required accuracy. Any other method to calculate with the precision required the relative orientations of the axes of the various sensors constituting the antenna can be used in the context of the invention.
  • each of the N sensors performs a series of P measurements of the gravitational field in which it is immersed.
  • the measurement acquisition process 101 includes, an extraction task whose purpose is to periodically generate an array of measurements of the gravitational field, ie a vector array. For this, a successive series of P measurements is used. It is also possible to use a sliding window of p measurements or any other combination providing a system of equations of n x p measures where n is an integer less than or equal to N and p an integer less than or equal to P.
  • Each measurement at time t for the sensor i provides for each axis of each sensor a value given by the projection on the measurement axis of an integral that can be expressed by the following expression:
  • i is the index of the sensor
  • M (i) represents the gain matrix of the sensor i on the axes of the marker used
  • p represents a point traversing the observable universe on which the integration is made, this point being surrounded by an elementary volume dv without overlap with the neighboring point
  • t represents the local time at the place where the measurement is made
  • T (p, t) + (or c is the velocity of c propagation of the gravitational potential can be substituted for the first approximation cited above;
  • m (p, T (p, t)) is the mass density at point p at time T, in the case of fixed targets and the fixed environment this function is independent of t, in the case of mobile target or mobile environment (waves, forest) the function depends on t,
  • r (p, i) is the vector joining the sensor i at the point p considered, F takes into account the own motion of the sensor.
  • the first integral of expression (1) expresses the fact that the sensor is influenced by the entire observable universe.
  • the second integral expresses the fact that the measurement is carried out during a certain duration dt, at time t.
  • the integrated term corresponds to Newton's law, said term indicating that the gravitational field created by a given element is directed along the axis joining the element to the observation point and that it is proportional to its mass, inversely proportional. squared the distance, and does not depend on any other factor.
  • the gravitational field is independent of any obstacle that may be on the propagation line. This point is a significant difference from a sonar or a radar, the latter being disturbed by the environment in which they move.
  • the law of Newton recalled previously is additive and linear.
  • the measurement table obtained for the sum of two material distributions is the sum of the tables of each distribution. This property causes the possibility of differential measurements.
  • the table of measurements obtained by multiplying the distribution of material by a factor x is x times the measurement table of the initial distribution.
  • the term “rigid” is understood as “rigid on the scale of the precision required”.
  • the antenna used is, for example, rigid and can be moved by a carrier or towed by a vehicle.
  • the array of vectors measured will be according to the extrusion of the figure constituted by all the sensors of the sensor according to the trajectory of the antenna fixed by the carrier or the vehicle. It is also possible to use non-rigidly connected sensors and to measure the own motion for each sensor, or by integrating the values of g measured previously.
  • a second measurement processing process 102 uses, in particular, as input the array of measurements obtained during the acquisition step 101.
  • the array of measured vectors can then be transformed into an image of the environment which generated this gravitational field on the sensor, that is to say an image of the mass density distribution in the sensor environment, and this by applying to this table an inverse linear transform of the expression (1). It is preferable not to carry out this operation directly because the information collected by the sensors in view of their accuracy, their resolution and their measurement noise does not contain a quantity of information equal to that contained in the observable universe. . On the other hand, the integral being continuous, the volume of calculations to be performed would be infinite.
  • the treatment can be reduced to a finite case by defining a finite grid of elementary boxes containing the image of a certain volume of the observable universe, said boxes being called “graxels" in the remainder of the description.
  • each graxel is the image of a given volume of observable space.
  • gO is the gravitational field created by the set of points outside the grid; this can be evaluated, for example, by an initial measurement followed by an update at each measurement cycle; n denotes the graxel index in the calculation grid;
  • P n represents the point situated at the center of gravity of the graxel considered;
  • v n is the volume of the graxel;
  • m is, in this expression, a function of average density of the graxel considered.
  • the measurements constitute a plane matrix which is the image of the observable universe.
  • the inversion in the grid of graxels is, for example, by a so-called Radon-Abel transform.
  • the inversion can be done, for example, by a suitable generalized Radon transform or by inverse projection of the measurements in the chosen image grid.
  • the monitoring of the deformations of the antenna which conditions the relative positioning of the measurement points can be done by performing a double integral of the acceleration measured by the sensor so to obtain the relative displacement with respect to its initial position.
  • the result of this second step of the process according to the invention is an image of the mass distribution.
  • a third post-processing process 103 exploits the image of the mass distribution resulting from the measurement processing step 102.
  • This third process analyzes the difference between two successive mass distributions and tracks the moving targets. This is a consequence of the linearity of the sensor with respect to the mass distribution as defined above.
  • This third step is optional and may not be implemented for navigation sensor applications for ships and submarines, for searching for tunnel or buried structures, for geological research, and for any other application requiring knowledge of the terrain surrounding the sensors.
  • extraction and tracking techniques can be applied to the differential image to extract the trajectories of the targets, to improve their detection and to reduce the rates of false alarms.
  • Techniques derived from the radar such as the application of differential filtering to MTI-type measurements, an acronym derived from the Anglo-Saxon expression "Moving Target Indicator” can be advantageously applied. They also have the advantage of eliminating the natural gravitational field to keep only moving objects.
  • a corrective algorithm can be applied at the time of integration by making a series of hypotheses of displacement of a possible target on the graxels. This arrangement makes it possible to reveal the moving targets whose displacement during the acquisition of the measurements exceeds the dimensions of a graxel. This effect, usually called “remote migration” in the context of radars, also affects the detection method according to the invention.
  • FIG. 2 gives an example of a system implementing the gravimetric detection method.
  • This system comprises an antenna 201, said antenna being composed of a series of sensors 202 aligned and fixed on a bar 208. Other arrangements of said sensors can also be envisaged for this antenna.
  • the antenna is towed by a ship 200.
  • a cable 209 may be used, said cable connecting the ship to a first submerged wing 203, the first wing being connected to a second wing also immersed 204, for example by one or several solid rods 210.
  • the antenna is fixed on said solid rod 210 so as to move at shallow depth at the same speed as the boat 200.
  • the movement of the antenna makes it possible to generate a plane matrix of measurements 207 defining the image grid mentioned previously in the description .
  • These measurements can be, for example, transmitted to a processing center located in the boat 200, said processing center for exploiting the measurements as described above in the description.
  • a processing center located in the boat 200, said processing center for exploiting the measurements as described above in the description.
  • Other implementations of the system according to the invention can be considered, the antenna being able to be positioned, for example, on the blank of a submarine, on a line of sensors at the front of the boat or carried by a plane or glider.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

The invention relates to a method for measuring a gravitational field comprising at least two steps. A first step (101) uses at least one measurement antenna to define a table of measurements representing the gravitational field generated in the coverage area of the antenna, said antenna being made up of a plurality of gravimetric sensors, each gravimetric sensor being made up of at least one high-resolution three-axis gravimeter. A second step (102) defines an image of mass density distribution in the coverage area of the antenna by inverting the gravitational field measured and contained in the table of measurements. The invention also relates to a system implementing the method such as described in the claims.

Description

Procédé de mesure par gravimétrie et système mettant en œuvre le procédé Gravimetric measurement method and system implementing the method
L'invention concerne un procédé de mesure par gravimétrie et un système mettant en œuvre le procédé.The invention relates to a gravimetric measurement method and a system implementing the method.
L'invention peut être utilisée notamment dans les domaines de la détection de tunnels, de structures enfouies, de la recherche géologique et pétrolière, de la détection de présence et de mouvement de mobiles terrestres, aériens et spatiaux. L'invention peut également être utilisée pour la mise en œuvre de dispositifs anticollision, embarqués par exemple, dans des sous-marins, et de guidage ou de fusées de proximité embarqués dans des torpilles ou des missiles.The invention can be used in particular in the fields of detection of tunnels, buried structures, geological and petroleum research, detection of the presence and movement of land, air and space mobiles. The invention can also be used for the implementation of anti-collision devices, for example embedded in submarines, and guidance or proximity rockets embedded in torpedoes or missiles.
La détection d'objets d'intérêt et de leurs mouvements est habituellement réalisée à l'aide de sonars pour la détection sous-marine et de radars pour la détection aérienne. Dans la suite de la description, une cible désigne un objet d'intérêt, par exemples un avion, un véhicule terrestre ou un sous- marin. Les radars se basent sur la réflexion d'ondes radio pour détecter la position et le mouvement des cibles présentes dans leur champ alors que les sonars se basent sur la réflexion d'ondes sonores, ou sur l'écoute de bruits lorsque ces derniers sont passifs. Ces méthodes de détection ont certaines limitations. En effet, elles peuvent être rendues inefficaces lorsque des techniques de contremesure sont utilisées, notamment par brouillage ou leurrage.The detection of objects of interest and their movements is usually carried out using sonars for underwater detection and radar for aerial detection. In the remainder of the description, a target designates an object of interest, for example an airplane, a land vehicle or a submarine. Radars are based on the reflection of radio waves to detect the position and movement of targets in their field while sonars are based on the reflection of sound waves, or on the listening of noise when they are passive . These detection methods have certain limitations. Indeed, they can be rendered ineffective when countermeasures techniques are used, in particular by scrambling or decoy.
La mesure du champ gravitationnel, notamment de sa composante radiale est utilisée dans des applications liées à la détection, notamment de la cadre de l'exploration géologique, comme décrit dans l'ouvrage de Guillaume Martelet intitulé « modélisation de la structure crustale et du comportement mécanique de la lithosphère à partir des anomalies gravimétriques. Applications à l'Himalaya et au massif granitique du MtThe measurement of the gravitational field, in particular of its radial component is used in applications related to the detection, notably of the framework of the geological exploration, as described in the work of Guillaume Martelet entitled "modeling of the crustal structure and the behavior mechanical lithosphere from gravity anomalies. Applications to the Himalayas and the granite massif of Mt
Lozère, Cévennes » 1999, Thèse de doctorat, Institut Physique du Globe.Lozère, Cévennes "1999, Ph.D. Thesis, Globe Physical Institute.
Des mesures de profil peuvent également être utilisées à cet effet, comme décrit notamment dans l'article de A. Gérard et P. Griveau intitulé « Interprétation quantitative en gravimétrie ou magnétisme à partir de cartes transformées de gradient vertical », 33ème Congrès de l'E.A.E.G. Hanovre, Juin 1971 . Par ailleurs, des détecteurs utilisant des capteurs de champ ou de gradient gravitationnels ont été utilisés, dans de cadre d'applications embarquées sur satellite, sur avion ainsi que sur des véhicules terrestres. Les mesures de champ gravitationnel sont aussi utilisées pour la mise en œuvre de procédés de navigation sous marine en utilisant des techniques de correspondance de terrain par mesures gravitationnelles inspirées des systèmes TERCOM, acronyme venant de l'expression anglo-saxonne « TErrain COntour Matching ». Ces techniques sont décrites dans le livre « Controlling the Quantum World: The Science of Atoms, Molécules, and Photons », National Academy Press, 2007.Profile measurements can also be used for this purpose, as described in particular in the article by A. Gérard and P. Griveau entitled "Quantitative Interpretation in Gravimetry or Magnetism from Maps Vertical Gradient Transforms ", 33rd EAEG Congress Hanover, June 1971. In addition, detectors using gravitational field or gradient sensors have been used, in embedded applications on satellite, on aircraft as well as on land vehicles. Gravitational field measurements are also used for the implementation of underwater navigation methods using gravitational field correspondence techniques inspired by TERCOM systems, an acronym derived from the English expression "TErrain COntour Matching". These techniques are described in the book "Controlling the Quantum World: The Science of Atoms, Molecules, and Photons," National Academy Press, 2007.
Les techniques de détection existantes se basant sur la mesure de champ gravitationnel citées précédemment sont aujourd'hui utilisées à des fins d'observation ou de navigation et non dans le cadre de la détection de présence et de mouvement de cibles à cause de leur manque de précision pour ce type d'applications.The existing detection techniques based on the gravitational field measurement cited above are now used for observation or navigation purposes and not for the detection of presence and movement of targets because of their lack of accuracy for this type of applications.
Un but de l'invention est notamment de pallier les inconvénients précités. A cet effet l'invention a pour objet un procédé de mesure de champ gravitationnel comportant au moins deux étapes.An object of the invention is in particular to overcome the aforementioned drawbacks. For this purpose the invention relates to a gravitational field measurement method comprising at least two steps.
Une première étape détermine, en utilisant au moins une antenne de mesures, un tableau de mesures représentatives du champ de gravitation généré dans la zone de couverture de l'antenne, ladite antenne étant composée d'une pluralité de capteurs gravimétriques, un capteur gravimétrique étant composé d'au moins un gravimètre trois axes à haute résolution.A first step determines, using at least one measurement antenna, a table of measurements representative of the gravitational field generated in the coverage area of the antenna, said antenna being composed of a plurality of gravimetric sensors, a gravimetric sensor being composed of at least one high resolution three-axis gravimeter.
Une seconde étape détermine, par exemple, une image de la distribution de densité de masse dans la zone de couverture de l'antenne par inversion du champ de gravitation mesuré et contenu dans le tableau de mesures.A second step determines, for example, an image of the mass density distribution in the coverage area of the antenna by inverting the measured gravitational field and contained in the measurement table.
Selon un aspect de l'invention, l'inversion du champ de gravitation est réalisée en appliquant une transformée linéaire audit tableau.According to one aspect of the invention, the inversion of the gravitational field is performed by applying a linear transform to said array.
Selon un autre aspect de l'invention, les gravimètres des capteurs gravimétriques composant l'antenne de mesure sont d'un ou de plusieurs types parmi lesquels : gravimètres à ondes de matière, à atomes froids, à coin optique, à parallélépipède, à sphère électrostatique.According to another aspect of the invention, the gravimeters of the gravimetric sensors composing the measurement antenna are of one or more types among which: gravimeters with material waves, with cold atoms, with optical wedge, with parallelepiped, with electrostatic sphere.
Les capteurs gravimétriques composant l'antenne de mesure comprennent, par exemple, un gyromètre trois axes d'une résolution compatible avec les gravimètres compris dans les capteurs gravimétriques.The gravimetric sensors composing the measurement antenna comprise, for example, a three-axis gyrometer with a resolution compatible with the gravimeters included in the gravimetric sensors.
Selon un mode de mise en œuvre, le tableau de mesures correspond à une grille finie de boites élémentaires regroupant l'image d'un volume donné, fini ou infini de l'univers observable.According to one mode of implementation, the array of measurements corresponds to a finite grid of elementary boxes containing the image of a given, finite or infinite volume of the observable universe.
Selon un autre mode de mise en œuvre, les capteurs gravimétriques composant l'antenne de mesure sont alignés et disposés à intervalles réguliers.According to another embodiment, the gravimetric sensors constituting the measurement antenna are aligned and arranged at regular intervals.
L'inversion dans la grille finie de boites élémentaires est réalisée, par exemple, en utilisant une transformée de Radon-Abel.The inversion in the finite grid of elementary boxes is carried out, for example, using a Radon-Abel transform.
Selon un aspect de l'invention, la disposition des capteurs gravimétriques composant l'antenne de mesure n'est pas plane.According to one aspect of the invention, the arrangement of the gravimetric sensors making up the measurement antenna is not flat.
L'inversion effectuée lors de la deuxième étape, du champ de gravitation mesuré contenu dans le tableau de mesures est réalisée, par exemple, en utilisant une transformée généralisée adaptée.The inversion performed during the second step of the measured gravitational field contained in the measurement table is performed, for example, using a suitable generalized transform.
L'inversion, effectuée lors de la deuxième étape, du champ de gravitation mesuré contenu dans le tableau de mesures est réalisée, par exemple, par projection inverse des mesures dans la grille finie de boites élémentaires choisie.The inversion performed during the second step of the measured gravitational field contained in the measurement table is performed, for example, by inverse projection of the measurements in the finite grid of selected elementary boxes.
Le procédé peut comprendre une troisième étape, ladite étape utilisant les images de distribution de masse produite successivement lors de l'application des deux première étapes du procédé et analysant les différences entre au moins deux images de distribution de masse distinctes et déduisant de cette différence la trajectoire de cibles en mouvement.The method may comprise a third step, said step using the mass distribution images produced successively during the application of the first two steps of the method and analyzing the differences between at least two distinct mass distribution images and deducing from this difference the trajectory of moving targets.
Des mesures de type MTI sont appliquées, par exemple, sur les différences détectées entre au moins deux distributions de masse distinctes. L'invention a aussi pour objet un système de mesure par gravimétrie.MTI type measurements are applied, for example, on differences detected between at least two distinct mass distributions. The invention also relates to a gravimetric measurement system.
Le système comporte une antenne de mesure, ladite antenne étant composée d'une pluralité de capteurs gravimétriques, un capteur étant composé d'au moins un gravimètre trois axes à haute résolution et comportant des moyens pour mettre en œuvre le procédé décrit précédemment. Selon un mode de réalisation, le système de mesure comporte des moyens pour remorquer l'antenne de mesures.The system comprises a measurement antenna, said antenna being composed of a plurality of gravimetric sensors, a sensor being composed of at least one high-resolution three-axis gravimeter and comprising means for implementing the method described above. According to one embodiment, the measurement system comprises means for towing the measurement antenna.
L'invention a notamment comme avantage de proposer une méthode de mesure et de détection totalement passive et impossible à brouiller. De plus, à la différence d'un radar ou d'un sonar, une cible fixe ou mobile positionnée derrière un obstacle peut être détectée, étant donné que toute matière est perçue comme transparente lorsque cette méthode est utilisée. De plus, la détection n'est pas affectée par les éléments du temps tels que les précipitations et la température. Par ailleurs, le procédé de détection selon l'invention fonctionne de manière linéaire ce qui entraîne la possibilité de mesures différentielles. Il permet aussi de visualiser le terrain compris dans le champ d'observation ainsi que des cibles mobiles notamment telles que des sous marins, des navires, des avions et des hélicoptères.The invention has the particular advantage of providing a method of measurement and detection that is completely passive and impossible to scramble. In addition, unlike a radar or sonar, a fixed or moving target positioned behind an obstacle can be detected, since any material is perceived to be transparent when this method is used. In addition, detection is not affected by weather elements such as precipitation and temperature. Furthermore, the detection method according to the invention operates in a linear manner which results in the possibility of differential measurements. It also makes it possible to visualize the ground included in the field of observation as well as mobile targets such as submarines, ships, planes and helicopters.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit donnée à titre illustratif et non limitatif, faite en regard des dessins annexés parmi lesquels :Other features and advantages of the invention will become apparent with the aid of the following description given by way of non-limiting illustration, with reference to the appended drawings in which:
- la figure 1 illustre le procédé de détection selon l'invention ; la figure 2 donne un exemple de dispositif mettant en œuvre l'invention.FIG. 1 illustrates the detection method according to the invention; FIG. 2 gives an example of a device implementing the invention.
La figure 1 illustre le procédé de mesure par gravimétrie selon l'invention. Le procédé est composé d'au moins trois étapes 101 , 102, 103.FIG. 1 illustrates the gravimetric measurement method according to the invention. The process is composed of at least three steps 101, 102, 103.
En fonction de l'application ciblée, la troisième étape 103 peut être ou ne pas être mise en œuvre, cette dernière pouvant être utilisée à des fins de détection de cible.Depending on the targeted application, the third step 103 may or may not be implemented, the latter may be used for target detection purposes.
L'objectif des deux premières étapes est d'obtenir une image de la distribution de densité de masse dans l'environnement du senseur mettant en œuvre le procédé, un senseur désignant dans la suite de la description l'association d'une série de capteurs assemblés en une antenne de mesure et couplée à un système de traitement approprié. L'image ainsi obtenue permet de distinguer les fluctuations locales de champ de gravitation. Une antenne composée d'une pluralité de capteurs gravimétriques précis associés est utilisée afin d'obtenir des séries de mesures de champ gravitationnel réalisées successivement. Un certain nombre de ces séries de mesures correspondant à une fenêtre temporelle glissante, sont extraites, et sont combinées pour donner une image locale du gradient du champ gravitationnel le long de la trajectoire du porteur et sur la largeur de l'antenne. Ce gradient de champ local est ensuite inversé par une transformée adaptée, lors de la deuxième étape détaillée plus loin dans la description, afin de passer d'un champ gravitationnel vectoriel local à la distribution de densité de masse ayant donné naissance au champ de gravitation mesuré. Le nombre de capteurs doit être suffisant pour créer des contraintes sur l'inversion évitant les ambiguïtés liées à une technique purement gradiométrique en les reléguant à une ordre inférieur a la résolution demandée. Il doit également ne pas présenter de symétrie plane afin de ne pas conduire a un positionnement ambigu par rapport a un plan de mesure. Le procédé permet ainsi d'obtenir, sans rien émettre et sans être repérable par lui même, une image de l'environnement du senseur et de toutes les cibles dans cet environnement en traversant toute matière présente. Les différentes étapes du procédé sont détaillées dans la suite de la description.The objective of the first two steps is to obtain an image of the mass density distribution in the sensor environment implementing the method, a sensor designating in the following description the association of a series of sensors. assembled into a measuring antenna and coupled to a suitable processing system. The image thus obtained makes it possible to distinguish local fluctuations of gravitational field. An antenna composed of a plurality of associated accurate gravimetric sensors is used to obtain successive series of gravitational field measurements. A number of these series of measurements corresponding to a sliding time window are extracted, and are combined to give a local image of the gradient of the gravitational field along the trajectory of the wearer and the width of the antenna. This local field gradient is then inverted by a suitable transform, during the second step detailed later in the description, in order to pass from a local vector gravitational field to the mass density distribution giving rise to the measured gravitational field. . The number of sensors must be sufficient to create inversion constraints avoiding ambiguities related to a purely gradiometric technique by relegating them to a lower order than the requested resolution. It must also not have flat symmetry so as not to lead to an ambiguous positioning with respect to a measurement plan. The method thus makes it possible to obtain, without emitting anything and without being identifiable by itself, an image of the environment of the sensor and of all the targets in this environment by traversing any material present. The various steps of the method are detailed in the following description.
Le procédé peut être mis en œuvre dans des dispositifs embarqués, par exemples dans des bateaux, des sous-marins mais aussi au sein d'installations fixes et d'installations mobiles, remorquables ou transportables.The method can be implemented in embedded devices, for example in boats, submarines but also in fixed installations and mobile installations, towable or transportable.
Lorsque le procédé selon l'invention est activé 100, un premier processus 101 a pour objectif d'acquérir en continu des mesures du champ gravitationnel. Ces mesures sont réalisées par au moins une antenne de mesure capable de fournir des informations sur son environnement, ladite antenne étant composée d'une pluralité de capteurs gravimétriques. Un nombre important de capteurs doit être utilisé, par exemple 96.When the method according to the invention is activated 100, a first process 101 aims to continuously acquire measurements of the gravitational field. These measurements are performed by at least one measuring antenna capable of providing information on its environment, said antenna being composed of a plurality of gravimetric sensors. A large number of sensors must be used, for example 96.
Les capteurs gravimétriques composant l'antenne de mesure comprennent, par exemple, un gravimètre trois axes à haute résolution associés à un gyromètre trois axes d'une résolution compatible. Ces capteurs peuvent être disposés selon des configurations différentes. Lesdits capteurs peuvent être répartis en utilisant, par exemples, une configuration plane, linéaire, volumique, ou synthétique. Dans cette configuration, les capteurs peuvent être répartis régulièrement ou irrégulièrement. Le procédé selon l'invention est applicable à tous type de disposition des capteurs gravimétriques sur l'antenne de mesure dès lors qu'elle ne conduit pas à une symétrie plane de la grille de mesure. La grille de résolution finale du senseur dépendant de la disposition des capteurs, ladite disposition est, par conséquent, un choix d'implémentation devant être pris en compte lors de la conception du système mettant en œuvre le procédé selon l'invention. Les capteurs gravimétriques pourront par exemple être réalisés selon une technologie exploitant les ondes de matière, mais tout autre capteur fournissant une résolution et une précision suffisante peut être utilisé. Ainsi, des gravimètres à atomes froids, à coin optique, à parallélépipède ou bien à sphère électrostatique peuvent être utilisés. L'utilisation de gyromètres au sein des capteurs n'est pas obligatoire.The gravimetric sensors composing the measurement antenna comprise, for example, a high-resolution three-axis gravimeter associated with a three-axis gyrometer of compatible resolution. These sensors can be arranged in different configurations. said The sensors may be distributed using, for example, a planar, linear, voluminal or synthetic configuration. In this configuration, the sensors can be distributed regularly or irregularly. The method according to the invention is applicable to all types of gravimetric sensors on the measuring antenna since it does not lead to a plane symmetry of the measurement grid. Since the final resolution grid of the sensor depends on the arrangement of the sensors, the said provision is, therefore, an implementation choice to be taken into account when designing the system implementing the method according to the invention. The gravimetric sensors may for example be made using a technology exploiting material waves, but any other sensor providing a resolution and sufficient accuracy can be used. Thus, gravidometers with cold atoms, optical wedge, parallelepiped or electrostatic sphere can be used. The use of gyrometers within sensors is not mandatory.
Ces derniers peuvent être remplacés par l'utilisation de toute autre technique, par exemple optique, permettant une détermination à la précision requise des directions relatives de mesure des axes des capteurs gravimétriques dans le but de déterminer l'orientation du repère de mesure. II est également possible que chaque capteur gravimétrique mesure le champ de gravité sur Na axes simultanés, Na étant supérieur à 3 et les axes étant disposés afin que chaque sous ensemble d'axes pris 3 à trois constitue un repère à trois dimensions (axes non coplanaires). Cette disposition permet de résoudre grâce aux équations supplémentaires indépendantes ainsi obtenues un système d'équations définissant le champ sans utiliser de gyromètre couplé.These can be replaced by the use of any other technique, for example optical, allowing a determination to the required accuracy of the relative directions of measurement of the axes of the gravimetric sensors in order to determine the orientation of the measurement mark. It is also possible for each gravity sensor to measure the gravity field on Na simultaneous axes, Na being greater than 3 and the axes being arranged so that each subset of axes taken from 3 to 3 constitutes a three-dimensional reference (non-coplanar axes). ). This arrangement makes it possible to solve, thanks to the additional independent equations thus obtained, a system of equations defining the field without using a coupled gyrometer.
L'orientation d'un capteur gravitationnel donné peut être déterminée par calibration, par exemple, en le faisant tourner lentement dans un champ de gravitation uniforme. Une variante consiste à calibrer le senseur dans sa globalité, l'antenne étant immobile par rapport à la terre. Cette calibration s'effectue en exploitant le champ de gravitation de la terre, de la lune et du soleil pendant une durée suffisante, par exemple de 6 à 24 heures, afin d'obtenir la précision requise. Tout autre procédé permettant de calculer avec la précision requise les orientations relatives des axes des différents capteurs constituant l'antenne est utilisable dans le cadre de l'invention.The orientation of a given gravitational sensor can be determined by calibration, for example, by rotating it slowly in a uniform gravitational field. An alternative is to calibrate the sensor in its entirety, the antenna being stationary relative to the earth. This calibration is performed by exploiting the gravitational field of the earth, the moon and the sun for a sufficient period of time, for example from 6 to 24 hours, in order to obtain the required accuracy. Any other method to calculate with the precision required the relative orientations of the axes of the various sensors constituting the antenna can be used in the context of the invention.
La simulation de couverture d'observation et de détection est simplifiée du fait des propriétés intrinsèques du senseur dont le comportement est totalement et exclusivement défini par une géométrie en 1/r2.The simulation of observation and detection coverage is simplified because of the intrinsic properties of the sensor whose behavior is totally and exclusively defined by a geometry in 1 / r2.
Dans le processus d'acquisition des mesures 101 , chacun des N capteurs effectuent une série de P mesures du champ de gravitation dans lequel il est plongé. Le processus d'acquisition de mesures 101 comprend, , une tâche d'extraction dont le but est de générer périodiquement un tableau de mesures du champ gravitationnel, soit un tableau de vecteurs. Pour cela, une série successive de P mesures est utilisée. Il est également possible d'utiliser une fenêtre glissante de p mesures ou toute autre combinaison fournissant un système d'équations de n x p mesures ou n est un entier inférieur ou égal à N et p un entier inférieur ou égal à P.In the measurement acquisition process 101, each of the N sensors performs a series of P measurements of the gravitational field in which it is immersed. The measurement acquisition process 101 includes, an extraction task whose purpose is to periodically generate an array of measurements of the gravitational field, ie a vector array. For this, a successive series of P measurements is used. It is also possible to use a sliding window of p measurements or any other combination providing a system of equations of n x p measures where n is an integer less than or equal to N and p an integer less than or equal to P.
Chaque mesure à l'instant t pour le capteur i fournit pour chaque axe de chaque capteur une valeur donnée par la projection sur l'axe de mesure d'une intégrale pouvant être exprimée par l'expression suivante :Each measurement at time t for the sensor i provides for each axis of each sensor a value given by the projection on the measurement axis of an integral that can be expressed by the following expression:
««.o n*») f l r(p. .mvd, unive 'rs observable '
Figure imgf000009_0001
".On *" ) flr (p .m vd , unive 'rs observable'
Figure imgf000009_0001
dans laquelle : i est l'indice du capteur ; M(i) représente la matrice de gain du capteur i sur les axes du repère utilisé ; p représente un point parcourant l'univers observable sur lequel se fait l'intégration, ce point étant entouré par un volume élémentaire dv sans recouvrement avec le point voisin ; t représente le temps local à l'endroit ou se fait la mesure ; T(p, t) est le temps corrigé du retard de propagation du champ de gravitation créé par le point p et corrigé des effets relativistes dus à la non colocalisation du point p et du capteur. Dans la suite de la description, il est considéré en première approximation que T(p, t) = t ; :(p,i)in which: i is the index of the sensor; M (i) represents the gain matrix of the sensor i on the axes of the marker used; p represents a point traversing the observable universe on which the integration is made, this point being surrounded by an elementary volume dv without overlap with the neighboring point; t represents the local time at the place where the measurement is made; T (p, t) is the time corrected for the propagation delay of the gravitational field created by the point p and corrected for the relativistic effects due to non-collocalisation of the point p and the sensor. In the remainder of the description, it is considered as a first approximation that T (p, t) = t; : (p, i)
Une formule plus précise du type T(p, t) = + ( ou c est la vitesse de c propagation du potentiel de gravitation pourra être substituée à la première approximation cité ci-dessus ; m(p,T(p,t)) est la densité de masse au point p à l'instant T ; dans le cas de cibles fixes et de l'environnement fixe cette fonction est indépendante de t ; dans le cas de cible mobile ou d'environnement mobile (vagues, forêt) la fonction dépend de t ; r (p,i) est le vecteur joignant le capteur i au point p considéré ; F prend en compte le mouvement propre du capteur.A more precise formula of the type T (p, t) = + (or c is the velocity of c propagation of the gravitational potential can be substituted for the first approximation cited above; m (p, T (p, t)) is the mass density at point p at time T, in the case of fixed targets and the fixed environment this function is independent of t, in the case of mobile target or mobile environment (waves, forest) the function depends on t, r (p, i) is the vector joining the sensor i at the point p considered, F takes into account the own motion of the sensor.
La première intégrale de l'expression (1 ) exprime le fait que le capteur est influencé par tout l'univers observable. La deuxième intégrale exprime le fait que la mesure est effectuée pendant une certaine durée dt, à l'instant t. Le terme intégré correspond à la loi de Newton, ledit terme indiquant que le champ de gravité créé par un élément donné est dirigé selon l'axe joignant l'élément au point d'observation et qu'il est proportionnel à sa masse, inversement proportionnel au carré de la distance, et ne dépend d'aucun autre facteur. Le champ de gravitation est indépendant de tout obstacle pouvant se trouver sur la ligne de propagation. Ce point constitue une différence importante par rapport à un sonar ou un radar, ces derniers étant perturbés par le milieu dans lequel ils se déplacent.The first integral of expression (1) expresses the fact that the sensor is influenced by the entire observable universe. The second integral expresses the fact that the measurement is carried out during a certain duration dt, at time t. The integrated term corresponds to Newton's law, said term indicating that the gravitational field created by a given element is directed along the axis joining the element to the observation point and that it is proportional to its mass, inversely proportional. squared the distance, and does not depend on any other factor. The gravitational field is independent of any obstacle that may be on the propagation line. This point is a significant difference from a sonar or a radar, the latter being disturbed by the environment in which they move.
La loi de Newton rappelée précédemment est additive et linéaire. Le tableau de mesures obtenu pour la somme de deux distributions de matière est la somme des tableaux de chaque distribution. Cette propriété entraîne la possibilité de mesures différentielles. Par ailleurs le tableau de mesures obtenu en multipliant par un facteur x une répartition de matière est x fois le tableau de mesure de la répartition initiale.The law of Newton recalled previously is additive and linear. The measurement table obtained for the sum of two material distributions is the sum of the tables of each distribution. This property causes the possibility of differential measurements. In addition, the table of measurements obtained by multiplying the distribution of material by a factor x is x times the measurement table of the initial distribution.
Dans ce qui suit, le terme « rigide » est entendu comme « rigide a l'échelle de la précision demandée ». L'antenne utilisée est, par exemple, rigide et peut être déplacée par un porteur ou bien remorquée par un véhicule. Le tableau de vecteurs mesurés le sera selon l'extrusion de la figure constituée par l'ensemble des capteurs du senseur selon la trajectoire de l'antenne fixée par le porteur ou le véhicule. II est aussi possible d'utiliser des capteurs liés de manière non rigide et de mesurer le mouvement propre pour chaque capteur, ou en intégrant les valeurs de g mesurées précédemment.In what follows, the term "rigid" is understood as "rigid on the scale of the precision required". The antenna used is, for example, rigid and can be moved by a carrier or towed by a vehicle. The array of vectors measured will be according to the extrusion of the figure constituted by all the sensors of the sensor according to the trajectory of the antenna fixed by the carrier or the vehicle. It is also possible to use non-rigidly connected sensors and to measure the own motion for each sensor, or by integrating the values of g measured previously.
Un second processus 102 de traitement des mesures utilise notamment comme entrée le tableau de mesures obtenu durant l'étape d'acquisition 101. Le tableau de vecteurs mesurés peut alors être transformé en une image de l'environnement qui a généré ce champ de gravitation sur le senseur, c'est-à-dire une image de la distribution de densité de masse dans l'environnement du senseur, et ce en appliquant à ce tableau une transformée linéaire inverse de l'expression (1 ). Il est préférable de ne pas effectuer directement cette opération car l'information recueillie par les capteurs compte tenu de leur précision, de leur résolution et de leur bruit de mesure ne contient pas une quantité d'information égale à celle contenue dans l'univers observable. D'autre part l'intégrale étant continue, le volume de calculs à effectuer serait infini.A second measurement processing process 102 uses, in particular, as input the array of measurements obtained during the acquisition step 101. The array of measured vectors can then be transformed into an image of the environment which generated this gravitational field on the sensor, that is to say an image of the mass density distribution in the sensor environment, and this by applying to this table an inverse linear transform of the expression (1). It is preferable not to carry out this operation directly because the information collected by the sensors in view of their accuracy, their resolution and their measurement noise does not contain a quantity of information equal to that contained in the observable universe. . On the other hand, the integral being continuous, the volume of calculations to be performed would be infinite.
Le traitement peut être ramené à un cas fini en définissant une grille finie de boites élémentaires regroupant l'image d'un certain volume de l'univers observable, lesdites boites étant appelées « graxels » dans la suite de la description. Ainsi, chaque graxel est l'image d'un volume donné de l'espace observable.The treatment can be reduced to a finite case by defining a finite grid of elementary boxes containing the image of a certain volume of the observable universe, said boxes being called "graxels" in the remainder of the description. Thus, each graxel is the image of a given volume of observable space.
L'observation et le fait même que nous existions montre que le champ de gravitation mesuré sur terre n'est pas infini et qu'il est très voisin du champ propre de la terre. La distribution de masse située au delà du bord de l'image n'apporte qu'une contribution finie au champ de gravitation mesuré qui variera peu avec le déplacement du volume d'observation du capteur, ledit volume étant habituellement appelé portée instrumentée. Un traitement par intégration ou par calibration périodique permet de s'en affranchir.The observation and the very fact that we existed shows that the field of gravitation measured on earth is not infinite and that it is very close to the proper field of the earth. The mass distribution beyond the edge of the image provides only a finite contribution to the measured gravitational field which will vary little with the displacement of the observation volume of the sensor, said volume being usually called the instrumented range. A treatment by integration or by periodic calibration makes it possible to get rid of it.
Il est possible de choisir une grille de mesures définies avec un pas en r2 de manière à ce que la quantité d'information exploitée pour chaque graxel soit la même. La couche la plus extérieure de la grille sera prolongée jusqu'à l'infini, couvrant ainsi l'ensemble de l'univers observable. Cette couche ne sera pas exploitée par la suite et sert uniquement à fixer les conditions aux limites. La transformée étant linéaire, au sens défini plus haut, la quantité totale d'information disponible dans le tableau de mesures est conservée après transformation. L'utilisation d'une grille conforme vis à vis de la quantité d'information à l'exception de sa dernière couche qui groupe la contribution du reste de l'univers, permet de travailler à précision constante pour chaque graxel utile. L'utilisation d'une grille de n mesures permet d'exprimer le champ gravitationnel en utilisant l'expression suivante :It is possible to choose a grid of defined measures with a step in r 2 so that the amount of information used for each graxel is the same. The outermost layer of the grid will be extended to infinity, thus covering the entire observable universe. This layer will not be exploited later and is only used to set the boundary conditions. Since the transform is linear, as defined above, the total amount of information available in the measurement table is preserved after transformation. The use of a compliant grid with respect to the amount of information except for its last layer which groups the contribution of the rest of the universe, makes it possible to work with constant precision for each useful graxel. The use of a grid of n measurements makes it possible to express the gravitational field by using the following expression:
iii,,) <2>
Figure imgf000012_0001
ii i ,, ) < 2 >
Figure imgf000012_0001
dans laquelle :in which :
gO est le champ de gravitation créé par l'ensemble des points à l'extérieur de la grille ; celui-ci peut être évalué, par exemple, par une mesure initiale suivie d'une actualisation à chaque cycle de mesure ; n désigne l'indice du graxel dans la grille de calcul ;gO is the gravitational field created by the set of points outside the grid; this can be evaluated, for example, by an initial measurement followed by an update at each measurement cycle; n denotes the graxel index in the calculation grid;
Pn représente le point situé au centre de gravité du graxel considéré ; vn est le volume du graxel ; m est, dans cette expression, une fonction de densité moyenne du graxel considéré.P n represents the point situated at the center of gravity of the graxel considered; v n is the volume of the graxel; m is, in this expression, a function of average density of the graxel considered.
La somme obtenue est discrète et finie et peut alors être inversée avec un volume fini de calculs.The sum obtained is discrete and finite and can then be inverted with a finite volume of calculations.
Si les capteurs sont alignés et disposés à intervalles réguliers, un porteur déplaçant l'antenne perpendiculairement à cet axe, alors les mesures constituent une matrice plane qui est l'image de l'univers observable.If the sensors are aligned and arranged at regular intervals, a carrier moving the antenna perpendicular to this axis, then the measurements constitute a plane matrix which is the image of the observable universe.
L'inversion dans la grille de graxels se fait, par exemple, par une transformée dite de Radon-Abel.The inversion in the grid of graxels is, for example, by a so-called Radon-Abel transform.
Dans le cas ou la disposition des points de mesure n'est pas plane, l'inversion peut se faire, par exemple, par une transformée de Radon généralisée adaptée ou par projection inverse des mesures dans la grille d'image choisie. Dans ce cas, le suivi des déformations de l'antenne qui conditionne le positionnement relatif des points de mesure peut se faire en effectuant une double intégrale de l'accélération mesurée par le capteur afin d'en obtenir le déplacement relatif par rapport à sa position initiale. Le résultat de cette seconde étape du procédé selon l'invention est une image de la distribution de masse.In the case where the arrangement of the measurement points is not flat, the inversion can be done, for example, by a suitable generalized Radon transform or by inverse projection of the measurements in the chosen image grid. In this case, the monitoring of the deformations of the antenna which conditions the relative positioning of the measurement points can be done by performing a double integral of the acceleration measured by the sensor so to obtain the relative displacement with respect to its initial position. The result of this second step of the process according to the invention is an image of the mass distribution.
Un troisième processus de post-traitement 103 exploite l'image de la distribution de masses résultant de l'étape de traitement des mesures 102.A third post-processing process 103 exploits the image of the mass distribution resulting from the measurement processing step 102.
Ce troisième processus analyse la différence entre deux distributions de masse successives et permet de suivre les cibles mobiles. C'est une conséquence de la linéarité du senseur vis à vis de la distribution des masses telle que définie précédemment.This third process analyzes the difference between two successive mass distributions and tracks the moving targets. This is a consequence of the linearity of the sensor with respect to the mass distribution as defined above.
Cette troisième étape est optionnelle et peut ne pas être mise en œuvre pour des applications de senseur de navigation pour les navires et les sous-marins, pour la recherche de tunnel ou de structures enterrées, pour la recherche géologique, et pour toute autre application nécessitant la connaissance du terrain avoisinant les capteurs.This third step is optional and may not be implemented for navigation sensor applications for ships and submarines, for searching for tunnel or buried structures, for geological research, and for any other application requiring knowledge of the terrain surrounding the sensors.
En complément, des techniques d'extraction et de pistage peuvent être appliquées à l'image différentielle pour en extraire les trajectoires des cibles, pour améliorer leur détection et pour réduire les taux de fausses alarmes. Les techniques issues du radar comme l'application d'un filtrage différentiel aux mesures de type MTI, acronyme venant de l'expression anglo-saxonne « Moving Target Indicator » peuvent être avantageusement appliquées. Elles présentent en outre l'avantage d'éliminer le champ de gravitation naturel pour ne conserver que les objets mobiles. Afin d'étendre le domaine de vitesse accessible au senseur pour une résolution donnée, un algorithme correctif peut être appliqué au moment de l'intégration en faisant une série d'hypothèses de déplacement d'une cible éventuelle sur les graxels. Cette disposition permet de faire apparaître les cibles mobiles dont le déplacement lors de l'acquisition des mesures dépasse les dimensions d'un graxel. Cet effet, appelé habituellement « migration distance » dans le cadre des radars, affecte également le procédé de détection selon l'invention.In addition, extraction and tracking techniques can be applied to the differential image to extract the trajectories of the targets, to improve their detection and to reduce the rates of false alarms. Techniques derived from the radar, such as the application of differential filtering to MTI-type measurements, an acronym derived from the Anglo-Saxon expression "Moving Target Indicator" can be advantageously applied. They also have the advantage of eliminating the natural gravitational field to keep only moving objects. In order to extend the speed domain accessible to the sensor for a given resolution, a corrective algorithm can be applied at the time of integration by making a series of hypotheses of displacement of a possible target on the graxels. This arrangement makes it possible to reveal the moving targets whose displacement during the acquisition of the measurements exceeds the dimensions of a graxel. This effect, usually called "remote migration" in the context of radars, also affects the detection method according to the invention.
Les techniques basées sur un test exhaustif des hypothèses de déplacement pour un domaine donné sont également applicables. Les techniques de détections utilisées à intégration longues utilisées notamment dans les sonars peuvent être appliquées à lors de cette troisième étape. Les techniques de détections décrites dans le brevet US5432753 intitulé « Target Detector and Localizer for Passive Sonar ».Techniques based on a comprehensive test of travel hypotheses for a given domain are also applicable. The techniques of detections used with long integration used in particular in the sonars can be applied to during this third stage. The detection techniques described in patent US5432753 entitled "Target Detector and Localizer for Passive Sonar".
La figure 2 donne un exemple de système mettant en œuvre le procédé de détection par gravimétrie. Ce système comprend une antenne 201 , ladite antenne étant composée d'une série de capteurs 202 alignés et fixés sur une barre 208. D'autres dispositions desdits capteurs peuvent également être envisagées pour cette antenne. L'antenne est remorquée par un navire 200. Pour cela, un câble 209 peut être utilisé, ledit câble reliant le navire à une première aile immergée 203, la première aile étant reliée à une seconde aile également immergée 204, par exemple par une ou plusieurs tiges solides 210. L'antenne est fixée sur ladite tige solide 210 de manière à se déplacer à faible profondeur à la même vitesse que le bateau 200. Si la barre 208 est fixée à la tige solide 210 de manière à se déplacer en suivant la direction 21 1 de déplacement du bateau tout en restant parallèle à la surface de la mer et perpendiculaire à ladite tige, le déplacement de l'antenne permet de générer une matrice plane de mesures 207 définissant la grille d'image mentionnée précédemment dans la description. Ces mesures peuvent être, par exemple, transmises à un centre de traitement localisé dans le bateau 200, ledit centre de traitement permettant d'exploiter les mesures comme décrit précédemment dans la description. D'autres mises en œuvre du système selon l'invention peuvent être considérées, l'antenne pouvant être positionnée, par exemples, sur le flan d'un sous marin, sur une ligne de capteurs à l'avant du bateau ou portée par un avion ou un planeur. FIG. 2 gives an example of a system implementing the gravimetric detection method. This system comprises an antenna 201, said antenna being composed of a series of sensors 202 aligned and fixed on a bar 208. Other arrangements of said sensors can also be envisaged for this antenna. The antenna is towed by a ship 200. For this, a cable 209 may be used, said cable connecting the ship to a first submerged wing 203, the first wing being connected to a second wing also immersed 204, for example by one or several solid rods 210. The antenna is fixed on said solid rod 210 so as to move at shallow depth at the same speed as the boat 200. If the bar 208 is fixed to the solid rod 210 so as to move in following the direction 21 1 of displacement of the boat while remaining parallel to the surface of the sea and perpendicular to said rod, the movement of the antenna makes it possible to generate a plane matrix of measurements 207 defining the image grid mentioned previously in the description . These measurements can be, for example, transmitted to a processing center located in the boat 200, said processing center for exploiting the measurements as described above in the description. Other implementations of the system according to the invention can be considered, the antenna being able to be positioned, for example, on the blank of a submarine, on a line of sensors at the front of the boat or carried by a plane or glider.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Procédé de mesure de champ gravitationnel comportant au moins deux étapes caractérisé en ce que : une première étape (101 ) déterminant, en utilisant au moins une antenne de mesures, un tableau de mesures représentatives du champ de gravitation généré dans la zone de couverture de l'antenne, ladite antenne étant composée d'une pluralité de capteurs gravimétriques, un capteur gravimétrique étant composé d'au moins un gravimètre trois axes à haute résolution et d'un gyromètre trois axes d'une résolution compatible avec ledit gravimètre ; une seconde étape (102) déterminant une image de la distribution de densité de masse dans la zone de couverture de l'antenne par inversion du champ de gravitation mesuré et contenu dans le tableau de mesures ; une troisième étape (103) utilise les images de distribution de masse produite successivement lors de l'application des deux premières étapes du procédé (101 , 102) et analyse les différences entre au moins deux images de distribution de masse distinctes et déduit de cette différence la trajectoire de cibles en mouvement.1 - Gravitational field measurement method comprising at least two steps characterized in that: a first step (101) determining, using at least one measurement antenna, a table of measurements representative of the gravitational field generated in the coverage area antenna, said antenna being composed of a plurality of gravimetric sensors, a gravimetric sensor being composed of at least one high-resolution three-axis gravimeter and a three-axis gyrometer of a resolution compatible with said gravimeter; a second step (102) determining an image of the mass density distribution in the coverage area of the antenna by inverting the measured gravitational field and contained in the measurement table; a third step (103) uses the mass distribution images produced successively during the application of the first two steps of the method (101, 102) and analyzes the differences between at least two distinct mass distribution images and deduced from this difference the trajectory of moving targets.
2- Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'inversion du champ de gravitation est réalisée en appliquant une transformée linéaire audit tableau.2. The method as claimed in claim 1, characterized in that the inversion of the gravitational field is performed by applying a linear transform to said array.
3- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que les gravimètres des capteurs gravimétriques composant l'antenne de mesure sont d'un ou de plusieurs types parmi lesquels : gravimètres à ondes de matière, à atomes froids, à coin optique, à parallélépipède, à sphère électrostatique. 4- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le tableau de mesures correspond à une grille finie de boites élémentaires regroupant l'image d'un volume donné, fini ou infini de l'univers observable.3- A method according to any one of claims 1 or 2 characterized in that the gravimeters gravimetric sensors constituting the measuring antenna are of one or more types among which: gravimeters material waves, cold atoms, optical wedge, with parallelepiped, with electrostatic sphere. 4. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the array of measurements corresponds to a finite grid of elementary boxes grouping the image of a given volume, finite or infinite of the observable universe.
5- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les capteurs gravimétriques composant l'antenne de mesure sont alignés et disposés à intervalles réguliers.5. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the gravimetric sensors constituting the measuring antenna are aligned and arranged at regular intervals.
6- Procédé selon les revendications 4 et 5 caractérisé en ce que l'inversion dans la grille finie de boites élémentaires est réalisée en utilisant une transformée de Radon-Abel.6. Process according to claims 4 and 5 characterized in that the inversion in the finite grid of elementary boxes is carried out using a Radon-Abel transform.
7- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que la disposition des capteurs gravimétriques composant l'antenne de mesure n'est pas plane.7- Method according to any one of claims 1 to 4 characterized in that the arrangement of the gravimetric sensors constituting the measuring antenna is not flat.
8- Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que l'inversion, effectuée lors de la deuxième étape, du champ de gravitation mesuré contenu dans le tableau de mesures est réalisée en utilisant une transformée généralisée adaptée.8- Method according to claim 7 characterized in that the inversion performed during the second step of the measured gravitational field contained in the table of measurements is performed using a suitable generalized transform.
9- Procédé selon les revendications 4 et 7 caractérisé en ce que l'inversion, effectuée lors de la deuxième étape, du champ de gravitation mesuré contenu dans le tableau de mesures est réalisée par projection inverse des mesures dans la grille finie de boites élémentaires choisie.9- Process according to claims 4 and 7 characterized in that the inversion, performed during the second step, the measured gravitational field contained in the table of measurements is performed by inverse projection of the measurements in the finite grid of selected elementary boxes .
10- Procédé selon la revendication 9 caractérisé en ce que des mesures de type MTI sont appliquées sur les différences détectées entre au moins deux distributions de masse distinctes.10- Method according to claim 9 characterized in that MTI type measurements are applied to the differences detected between at least two separate mass distributions.
1 1 - Système de mesure par gravimétrie caractérisé en ce qu'il comporte une antenne de mesure (208), ladite antenne étant composée d'une pluralité de capteurs gravimétriques, un capteur étant composé d'au moins un gravimètre trois axes à haute résolution et comportant des moyens pour mettre en œuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10. - Système de mesure selon la revendication 1 1 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour remorquer (200) l'antenne de mesures (208). 1 1 - Gravimetric measurement system characterized in that it comprises a measuring antenna (208), said antenna being composed of a plurality of gravimetric sensors, a sensor being composed of less a high-resolution three-axis gravimeter and comprising means for implementing the method according to any one of claims 1 to 10. - Measuring system according to claim 1 1 characterized in that it comprises means for towing ( 200) the measurement antenna (208).
PCT/EP2010/058152 2009-06-12 2010-06-10 Gravimetric measurement method and system implementing the method WO2010142765A2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0902873 2009-06-12
FR0902873A FR2946759B1 (en) 2009-06-12 2009-06-12 GRAVIMETRY MEASUREMENT METHOD AND SYSTEM IMPLEMENTING THE METHOD

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2010142765A2 true WO2010142765A2 (en) 2010-12-16
WO2010142765A3 WO2010142765A3 (en) 2011-07-21

Family

ID=41698191

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2010/058152 WO2010142765A2 (en) 2009-06-12 2010-06-10 Gravimetric measurement method and system implementing the method

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR2946759B1 (en)
WO (1) WO2010142765A2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102721969A (en) * 2012-07-02 2012-10-10 中国科学院武汉物理与数学研究所 Device and system for global four-dimensional information transmission

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU3893399A (en) * 1998-05-12 1999-11-29 Lockheed Martin Corporation System and process for optimizing gravity gradiometer measurements
EP1518134B1 (en) * 2002-06-28 2011-09-28 Gedex Inc. System and method for surveying underground density distributions
US6937023B2 (en) * 2003-02-18 2005-08-30 Pathfinder Energy Services, Inc. Passive ranging techniques in borehole surveying
US7406390B2 (en) * 2006-07-14 2008-07-29 Micro-G Lacoste, Inc. Accurate dynamic gravity measurement method and apparatus
WO2008140498A1 (en) * 2006-11-28 2008-11-20 Williams Colin P Gravitational tomography technique for determining a mass distribution

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A. GERARD; P. GRIVEAU: "Interprétation quantitative en gravimétrie ou magnétisme à partir de cartes transformées de gradient vertical", 33ÈME CONGRÈS DE L'E.A.E.G., June 1971 (1971-06-01)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102721969A (en) * 2012-07-02 2012-10-10 中国科学院武汉物理与数学研究所 Device and system for global four-dimensional information transmission

Also Published As

Publication number Publication date
FR2946759B1 (en) 2011-08-19
FR2946759A1 (en) 2010-12-17
WO2010142765A3 (en) 2011-07-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kudryavtsev et al. Sun glitter imagery of ocean surface waves. Part 1: Directional spectrum retrieval and validation
Sutherland et al. Observations of wave dispersion and attenuation in landfast ice
Stolt Migration by Fourier transform
Yang et al. Application of the Geostationary Ocean Color Imager (GOCI) to estimates of ocean surface currents
Lund et al. A new technique for the retrieval of near‐surface vertical current shear from marine X‐band radar images
WO1999013358A1 (en) Method for locating a moving object by gradiometry measurements
Shemer et al. Estimates of currents in the nearshore ocean region using interferometric synthetic aperture radar
Jezek et al. Radar images of the bed of the Greenland Ice Sheet
EP2661636B1 (en) Method and device for determining the movements of a fluid from remote measurements of radial velocities
Steinbrügge et al. Assessing the potential for measuring Europa's tidal Love number h2 using radar sounder and topographic imager data
Blake et al. Observations of small‐scale latitudinal structure in energetic electron precipitation
Proud Reconstructing the orbit of the Chelyabinsk meteor using satellite observations
Sutherland et al. Airborne remote sensing of wave propagation in the marginal ice zone
Montopoli Velocity profiles inside volcanic clouds from three‐dimensional scanning microwave dual‐polarization Doppler radars
Genco et al. Acoustic wavefield and Mach wave radiation of flashing arcs in strombolian explosion measured by image luminance
Hosokawa et al. Relationship between polar cap patches and field‐aligned irregularities as observed with an all‐sky airglow imager at Resolute Bay and the PolarDARN radar at Rankin Inlet
Johnson et al. Snow avalanche detection and source constraints made using a networked array of infrasound sensors
Lynch et al. Structure and dynamics of the nightside poleward boundary: Sounding rocket and ground‐based observations of auroral electron precipitation in a rayed curtain
Hosokawa et al. Two‐dimensional direct imaging of structuring of polar cap patches
Gaudin et al. 3‐D high‐speed imaging of volcanic bomb trajectory in basaltic explosive eruptions
CN108776341A (en) Airborne synthetic aperture radar Doppler center offset calculation method
WO2010142765A2 (en) Gravimetric measurement method and system implementing the method
Howard et al. Interplanetary coronal mass ejections that are undetected by solar coronagraphs
Huang et al. Sea ice elevation in the western Weddell Sea, Antarctica: Observations from field campaign
Finn et al. An acoustic tomography technique for concurrently observing the structure of the atmosphere and water bodies

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10725112

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 10725112

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2