Brevet FR2034403A1 — publié le 19701211

L'invention est relative à un appareillage pour la réception d'impulsions de sondage par échos, qui utilise un amplificateur à tension accordée et/ou à commande automatique du gain, en particulier avec indication par compteur de la distance des objets intéressants. Les compteurs appartiennent au groupe des instruments indicateurs qui ne peuvent indiquer chaque fois qu'une seule valeur mesurée, à l'opposé, par exemple, des mécanismes de mesure enregistreurs, qui sont capables d'indiquer un nombre pratiquement quelconque de valeurs mesurées de grandeur différente,se succédant dans le temps au cours d'une même période de mesure. S'il se présente une suite dans le temps de tensions de réception d'échos pendant une opération de sondage, ce qui est généralement le cas dans le sondage par échos, il importe donc que -l'appareillage soit agencé de façon que le compteur ne réagisse à chaque mesure,qu1 au seul signal provenant de l'objet réfléchissant intéressant, parmi les signaux d'échos plus ou moins nombreux qui arrivent pendant la période de mesure. Pour le sondage vertical par échos dans l'eau, ce signal intéressant est normalement 11 écho provenant du fond. Dans d'autres cas, on désire affaiblir l'écho de fond et faire apparaltre sur l'-indicateur- les échos arrivant le cas échéant un peu avant et provenant de poissons ou autres corps sous-marins qui flottent au-dessus du fond. Lorsqu'-on utilise des compteurs ou autres instruments de mesure répondant à une valeur mesurée définie, il est donc indispensable que l'appareil récepteur soit suffisamment sélectif pour que le compteur ne réagisse chaque fois qu a un seul signal, appartenant le cas échéant à tout un groupe de signaux d'échos. Tant au sondage vertical qu'au sondage horizontal il se produit, en dehors des échos du fond de la mer et des corps flottants intéressants pouvant se trouver entre le fond ét la surface de l'eau, de nombreuses impulsions parasites plus ou moins fortes dûes à des échos provenant d'objets réfléchissants sans intérêt qui forment un niveau de bruit plus ou moins permanent, dont l'allure dans le temps peut prendre des formes différentes suivant les circonstances. Les échos utiles, c'est-à-dire l'écho de fond et les échos de corps flottants ayant un intérêt se différencient en premier lieu de ces échos parasites par leur amplitude. C'est pourquoi on utilise couramment un filtre d'amplitude à seuil de réponse fixe ou variable pour séparer les échos utiles des échos parasites, en particulier de ceux qui se trouvent dans le niveau de bruit général. Un tel filtrage d'amplitude est toutefois insuffisant et précaire lorsqu'il s'a & t de signaux d'échos provenant de distances différentes et dépassant notablement le niveau de bruit général; ce filtrage échoue complètement lorsque le signal d'écho correspondant à l'objet intéressant possède une amplitude plus faible qu'un écho arrivant auparavant d'un objet non intéressant. Si l'objet parasite se trouve à une distance connue, on peut empêcher son indication par un filtre masquant sa bande de distance. On a déjà prévu à cet effet des filtres temporels réglables. Une autre caractéristique importante pour la discrimination de l'écho utile est sa durée, qui découle de celle de l'impulsion dtémission. Pour mettre ce critère à profit, il est de pratique courante d'utiliser des filtres de longueur d'impulsions, qui ne laissent passer vers l'indicateur que les signaux reçus dont la durée est égale ou supérieure à celle de l'impulsion émise. Un tel filtrage de longueur d'impulsion ne convient toutefois qu'à I'affaiblissement-d'impusions parasites sensiblement plus courtes que les impulsions d'émission. Ce filtrage de lon geur dtimpulsions est utilisé en complément du filtrage d'amplitude. Ainsi qu'il ressort de la Fig.2 du dessin annexé, qui reproduit une allure caractéristique de la tension de réception pour un sondage par échos vertical, la durée d'une seule et même impulsion d'écho dépend fortement. du niveau du seuil d'amplitude du filtre d'amplitude mis en oeuvre et il apparat que, pour un seuil d'amplitude défini, le -filtrage supplémentaire de la longueur d'impulsion n1 est utile pour la discrimination que si ce seuil d'amplitude se trouve juste au-dessus du niveau de bruit permanent général, à un emplacement où 'les pointes parasites de durée moindre dans. la bande du seuil réglé dépassent occasionnellement ce suil d'amplitude. Le principe servant de base à l'invention est de mettre à profit, pour discriminer les échos venant d'objets-de nature différente, la relation existant entre l'amplitude de réception et la largeur des impulsions. Pour qu'un tel procédé puisse être appliqué, il importe que les impulsions d'échos de tous les objets réfléchissants possibles débutent avec un flanc initial abrupt et élevé, pour retomber ensuite plus ou moins rapidement, mais toujours de façon moins abrupte que le flanc initial. Partant de cette observation, il faudrait donc utiliser, pour le filtrage de la longueur des impulsions, des seuils d'amplitude différents dans le flanc antérieur ascendant et le flanc postérieur descendant. Le principe de la présente invention réside par conséquent dans l'utilisation d'un filtre d'amplitude connu en soi, dont le seuil de réponse se trouve notablement plus haut que son seuil de chute et à l'entrée duquel est amené le signal de réception redressé. Au moyen d'un filtre d'amplitude agencé de cette manière, on peut dériver pour l'indication des impulsions dont la durée caractérise en chaque cas la nature des objets réfléchissants. Ce filtrage d'amplitude permet en particulier une discrimination sans équivoque entre l'écho de fond et les échos provenant de corps flottants situés au-dessus du fond. On sait que des échos de corps flottant dans l'eau sont généralement courts, alors que l'écho de fond possède une longueur sensiblement plus grande. Les échos de corps flottants, par exemple de poissons ou de bulles d'air, correspondent approximativement dans leur longueur à la longueur de l'impulsion sonore émise. L'écho de fond est au contraire notablement plus long que le signal sonore émis. Ce fait doit être attribué à ce que le son est émis non sous la forme d'un rayon individuel exactement dirigé, mais sous la forme d'un cône sonore, de sorte qu'unie surface croissant avec la profondeur du support réfléchissant participe à 11 établissement des impulsions d'écho. Les fractions d'écho provenant du coeur de cette zone de fond réfléchissant située à la verticale au-dessous de l'émetteur arrivent les premières au récepteur et possèdent l'amplitude la plus grande, si bien qu'elles sont responsables de la formation du flanc antérieur de l'écho qutelles sont responsables de la formation du flanc antérieur de l'écho de fond, tandis que les échos provenant du reste de la zone arrivent de plus en plus tard en raison du trajet plus long qu'ils doivent parcourir au fur et à mesure que leur éloignement du coeur est plus grand, et possèdent une amplitude qui va en diminuant.avec ltéloignement de la zone du coeur. Par suite de la réflexion sur le fond de la mer de l'impulsion émise, l'impulsion d'écho présente par conséquent une allure sensiblement trapézoIdale, dont l'amplitude diminue du flanc initial vers le flanc postérieur. Il est bien évident que la largeur de cette impulsion trapézoIdale dépend de la dimension de la surface réfléchissante et représente donc une caractéristique des dimensions de l'objet réfléchissant. L'utilisation d'un filtre d'amplitude à seuil de réponse élevé et seuil de chute bas constitue par suite un moyen valable pour obtenir des impulsions d'indication de durée différente correspondant à la nature de l'objet réfléchissant, de sorte-qu'en combinaison avec un tel filtre d'amplitude il est possible d'effectuer, par une sélection appropriée des durées d'impulsion, une séparation efficace de cès impulsions d'écho trapézoidales. Le filtre d'impulsions trapézoIdales est constitué, de préférence, par un déclencheur de Schmitt à seuils de réponse et de chute convenablement différents, suivi d'un filtre de longueur d'impulsion de type conventionnel, par exemple d'un filtre de longueur d'impulsion formé d'un filtre passe-bas ou d'un réseau d'intégration. L'appareillage selon l'invention peut servir en principe pour séparer des impulsions trapézoIdales tant de courte que de longue durée. Il offre un intérêt particulier pour la discrimination des échos de fond de grande longueur, lors du sondage vertical par échos avec indication au moyen d'un compteur, de la profondeur de la mer. D'autres caractérist.iques de l'invention apparaltront au cours de la description qui va suivre faite en référence au dessin annexé, donné à titre d'exemple illustratif seulement et dans lequel: la Fig.l montre le schéma d'une sonde verticale à échos pour la mesure numérique de la profondeur des mers; la Fig.2 reproduit des diagrammes d'impulsions pour illustrer le mode de fonctionnement de l'appareillage selon la Fig.l. L'appareillage pour le sondage par échos selon Fig.l se compose principalement d'un émetteur 1, destiné à émettre sous l'eau des impulsions dirigées S et raccordé à un générateur d 'im- pulsions 2, d'un récepteur acoustique sous-marin 5 pour les échos E revenant de la zone de sondage, d'un amplificateur 4 faisant suite au récepteur précité, d'un filtre combiné d'amplitude et de longueur d'impulsions 5, dénommé par la suite filtre d'impulsions trapézoidales, ainsi que d'un circuit 6 pour le blocage du signal d'absence dtécho etdhn instrument 7, fonctionnant en compteur de durée de parcours pour indiquer la profondeur de la mer. Entre le filtre d'impulsions trapézoidales 5 et le circuit de blocage du signal d'absence d'écho 6 peut être intercalé en outre un filtre d'amplitude, avantageusement constitué par un iAxième déclencheur de Schmitt 8. Il est prévu enfin un commutateur 19 pour changer la constante de temps du filtre de longueurs d'impulsions. Les impulsions S émises sous l'eau par l'émetteur sonore 1 présentent une forme générale rectangulaire de durée données . La tension de réception apparalssant après l'émission sonore à la sortie de l'amplificateur 4 présente l'allure reproduite à titre d'exemple à la Fig.2 sous la forme de la tension-e en fonction du temps de parcours t ou de la distance r. Cette tension comprend régulièrement une première zonez d'absence d'écho avec une amplitude de réception e a chutant de façon plus ou moins uniforme, et une zone suivante #b, dans laquelle se superposent des impulsions de tension E1, E2 et E dépassant plus ou moins une amplitude de niveau parasite eb sensiblement constante. Pour autant qu'elles ne proviennent pas de perturbations électriques,.ces impulsions de tension sont provoquées par la réflexion dans l'eau de l'impulsion émise sur des objets réfléchissants de natures diverses se trouvant à des distances différentes de l'émetteur. L'amplitude et la forme de ces échos caractérisent la nature de l'objet réfléchissant. Dans ltexemple représenté, l'impulsion E1 correspond par exemple à l'écho d'un banc de poissons plus ou moins grand se trouvant à la profondeur rl, l'impulsion E2 à l'écho d'un corps flottant de dimensions limitées se trouvant à la profondeur r2, par exemple à l'écho de l'attrape d'un chalut, et l'impulsion E3 à l'écho du fond de la mer à la profondeur r3. Dans le présent exemple, on suppose que le sondage par échos doit indiquer la profondeur de la mer r3 sur l'instrument indicateur numérique 7. Le problème qui se pose est donc d'affaiblir, non seulement les tensions parasites e de la zqnerZ t! d ab- -a mais enore sence d'écho et eb de la zone de niveau de bruit b,/les échos E1 et E2 provenant des objets réfléchissants situés entre ltémet- teur sonore et le fond de la mer, afin que l'instrument indicateur 7 ne puisse pas réagir à ces tensions parasites Il y a lieu de signaler que, dans le diagramme précité reproduisant l'allure de la tension e en fonction du temps t, il a été admis implicitement que l'amplificateur 4 est à tension accordée où à commande automatique du gain ainsi qu'il est d'usage dans les sondes à échos, réglage qui permet d'élever le taux d'amplification en fonction du temps de parcours pour compenser la diminution de l'amplitude de réception liée au temps de parcours ou à l'éloignement de l'émetteur. Les largeurs de base #1, #2 des échos E1 et E2 correspon- dent sensiblement à la largeur ou la durées de l'impulsion émise S, du fait que les objets réfléchissants considérés possèdent des dimensions relativement faibles, tandis que la largeur de base Ct: de l'écho de fond E est supérieure de plusieurs fois à la 3 3 largeur ou la durée Pour traiter de telles impulsions trapézoidales sur toute leur largeur, l'appareillage récepteur doit fonctionner avec un seuil qui est dépassé également par le flanc postérieur bas de l'impulsion trapézoîdale. Ce seuil d'amplitude m se trouve toutefois juste au-dessus du niveau de bruit eb, de sorte qu'il est utile d'adjoindre au seuil bas m un seuil plus haut n, par lequel sont déjà affaiblies toutes les impulsions d'échos se trouvant au-dessous du seuil plus haut n, c 'est-à-dire l'impulsion d'écho E1, dans le cas présent. Il n'est plus alors nécessaire que d'effectuer la séparation entre les impulsions d'échos dépassant le suil le plus haut n, ce qui correspond dans le cas présent à séparer les impulsions d'échos E2 et E3. Etant donné que le flanc antérieur des impulsions d'échos est normalement très abrupt et que l'impulsion d'écho atteint également au début sa-valeur maximale, le~filtre d-'impulsions trapézoidales 5 est agencé de manière à démarrer sous l'action du flanc initial des impulsions d'écho franchissant le seuil le plus haut n. Pour la longueur des impulsions, la chute de l'am plitude au-dessous du seuil le plus bas m est par contre aéterminante. Le filtre d'impulsions trapézoidales 5 est par conséquent agencé en outre de manière à ne pas s'arrêter dès le franchissement vers le bas du seuil le plus haut n, mais seulement lors du franchissement vers le bas du seuil m. Le filtre d'impulsions trapézoidales 5 traite de cette manière toute la durée de l'impulsion entre son flanc initial et son flanc postérieur. Pour l'exercice de cette fonction, il est prévu dans ce filtre un conformateur d'impulsions constitué par un déclencheur de Schmitt 9, qui est affecté de manière connue en soi d'une grande hystérésis, du fait que ses seuils d'entrée et de sortie se différencient notablement l'un de l'autre. La tension de réception e a dans la zone #a d'absence d'écho présente pareillement la forme générale d'un trapèze à flanc antérieur abrupt et amplitude chutant uniformément vers la fin; cette tension serait par conséquent exploitée par le filtre d'impulsions trapézoidales 5 comme les impulsions d'échos E2 et E3, et amenée le cas échéant à l'indicateur. Etant donne qu'on ne veut indiquer dans le cas présent que les échos de fond E3 et que le signal d'absence d'écho est d'ailleurs toujours sans intérêt, on prévoit un blocage du signal d'absence d'écho par le dispositif 6. Celui-ci influence le circuit de comptage pour l'interprétation de la mesure, de façon que le circuit ne réagisse pas au signal d'absence d'écho, ainsi qu'il sera exposé plus loin en détails. Par suite de la formation d'impulsions sus-décrite, on obtient ainsi à la sortie du déclencheur de Schmitt 9 des impul sions rectangulaires c2 et C3 résultant des impulsions faécho sions rectangulaires -2 -3 a oE2 et E . Ces impulsions rectangulaires sont envoyées, poui7détermi- 3. nation de leur longueur, sur un filtre passe-bas ou du filtre d'impulsions trapézoidales, on devrait alors s'attendre à des signaux correspondant à d2 et d3. Il est toutefois judicieux dans le cas présent de munir le filtre passe-bas d'une petite constante de temps de décharge; à la place des impulsions d2 et d3 d'élévation et de chute symétriques, on obtient ainsi à la sortie des impulsions f2 et 2 à flanc postérieur abrupt. Ces impulsions parviennent au déclencheur de Schmitt 8, branché à la suite et servant de conformateur d'impulsions, qui peut être agencé ' identiquement au formeur d'impulsions 9, mais ne doit pas posséder comme ce dernier une grande hystérésis et doit travailler avec un simple seuil d'amplitude p. A la sortie de ce déclencheur de Schmitt 8, il n'existe donc plus qu'une impulsion rectangulaire c3, dérivée de l'impulsion d'écho E3, car l'impulsion f2 provenant de l'impulsion d'écho E2 n'atteint plus le seuil p.Cet effet est dû à ce qu'il se produit dans le filtre passe-bas 10 une intégration qui entralne une élévation progressive de la tension, de sorte que l'impulsion C3 de plus longue durée fournit une tension finale plus élevée que l'impulsion de courte durée L'instrument indicateur 7 est formé du compteur proprement dit 11, auquel une horloge 12 applique des impulsions de comptage par l'intermédiaire d'une porte 13 pendant la durée du parcours du son devant être mesurée, c'est-à-dire entre le départ de l'impulsion émise S et l'arrivée de l'impulsion d'écho E3 ( ) ou pendant le laps de temps 4, de sorte qu a la fin de ce laps de temps le mécanisme 11 compte les impulsions de temps z émises par l'horloge au cours de cet intervalle et les amène à l'indicateur.Si ces impulsions de comptage de temps sont envoyées à un intervalle pendant lequel le son parcourt dans l'eau un trajet de deux fois 10 cm., le compteur 11 indique numériquement la profondeur de l'eau r avec une précision de 10 cm. L'erreur de temps se produisant lors de la conversion de l'impulsion 5 f reste comprise entre les toléranees de mesure. La porte 13 est ouverte par un basculeur 14 pendant le laps de temps 4.Le basculeur 14 est excité à cet effet par le générateur d'impulsions 2 à l'instant t à travers une ligne 15 c et amené dans une position pour laquelle une impulsion de tension h ouvrant la porte 13 est appliquée à celle-ci par l'intermédiaire de la sortie du basculeur -. Cette tension se maintient jusqu a ce qu'à l'instant t l'impulsion rectangulaire 3, dérivée de l'impulsion d'écho E3 et venant de la sortie du déclencheur de Schmitt 8, arrive au basculeur 14 par le dispositif de blocage de son nul 6 et la ligne 15. Le circuit de blocage du signal d'absence d'écho 6, dont il a été déjà question plusieurs fois, fonctionne de la manière suivante: il a été exposé plus haut que, dans la zone d'absence d'écho, il se produit à la sortie du filtre d'impulsions trapé zoIdales 5, une impulsion d'absence d'écho ea, qui est convertie dans le filtre passe-bas 10 en une impulsion f a et apparat à la sortie du déclencheur de Schmitt 8 sous la forme d'une impul sion rectangulaire a De mAeme que l'impulsion 3 dérivée de l'impulsion d'écho E3, cette impulsion rectangulaire a parvient au circuit de blocage du signal d'absence d'écho 6.Celui-ci reçoit en outre à l'instant t par une ligne 16 l'impulsion pour -o le démarrage du compteur, amenée par la ligne de commande 15 à l'instrument indicateur 7. Le circuit pour le blocage du signal d'absence d'écho est agencé de manière à ne pas laisser passer vers l'instrument indicateur 7 les impulsions venant du déclencheur de Sehmitt 8 pendant la zone 'a d'absence d'écho. L'impulsion émise S, ou l'impulsion de commande partant simultanément du générateur dtim- pulsions 2, commence par annuler la tension de sortie i d'un basculeur J-K- 17. C'est seulement lorsque le signal d'absence d'écho descend au-dessous du seuil m à la fin de la zone à d'absence d'écho que la sortie du basculeur 17, qui est commandée en même temps par le générateur d'impulsions 2 et la sortie du déclencheur de Schmitt 8, est inversée, si bien que l'impulsion de tension i est alors appliquée avec un signal L à la sortie du basc-uleur 17.Cette impulsion de tension enclenche un autre basculeur 18, qui inverse le basculeur d'entrée 14 de l'instrument indicateur 7, aussitôt que l'impulsion venant du déclencheur de Schmitt 8 s'ajoute à l'impulsion i. Pour la formation dans le filtre passe-bas 10 d'impulsions f2 et f à flanc postérieur abrupt, il est prévu un commutateur 19, permettant de modifier la constante de temps du filtre passebas 10 en fonction de la position du basculeur 17. Le passage à une constante de temps plus petite à l'aide du commutateur 19 a lieu au moment où, après l'achèvement du signal d'absence d'écho, le basculeur 6-K 17 prend à la sortie le potentiel L par connexion au zéro de la sortie du déclencheur de Schmitt 8. Pour la duree de l'écho, la constante de temps est toutefois ramenée à sua valeur maximale, afin que la constante de temps de décharge ne diminue pas pendant la durée d'une impulsion d'écho. Cette condition est remplie par la formation de la condition ET des deux signaux du basculeur 17 et du déclencheur de Schmitt 8 à travers la ligne 15 dans le commutateur 19. A la fin de la zone #a d'absence d'écho, le filtre passe-bas 10 est inversé en conséquence,de sa constante de temps de décharge la plus grande à sa constante la plus petite, tandis que la constante de temps de charge est toujours d'égale valeur. Pour remplir la condition ET à l'entrée du montage à -dio- des 20, il faut que la sortie du basculeur 17 et la sortie du déclencheur de Schmitt 9, déphasée de 180 par un circuit 23, soient toutes deux positives afin qu'une résistance 22 branchée dans le circuit collecteur d'un transistor 21 soit connectée en parallèle au filtre passe-bas 10 pour diminuera constante de temps de décharge. La constante de temps de charge n1 est pas influencée, étant donné que la condition ET n'est pas remplie au montage à diodes 20 pour la position L du basculeur de Schmitt 9. Dans le cadre de l'invention, de nombreuses variantes et autres formes de réalisation sont possibles. C'est ainsi, notamment, que 11 appareillage pourrait être facilement transformé par des moyens connus en soi, de façon que le compteur indique les impulsions de courte durée au lieu des impulsions plus longues, ou encore que les deux impulsions soient amenées par des canaux séparés à des instruments indicateurs différents, par exemple à des compteurs distincts, indiquant à la fois ltécho le plus long et le plus court. REVENDICATIONS 1.- Appareillage pour la réception d'impulsions de sondage par échos, qui utilise un amplificateur à tension accordée a et/ou/commande automatique du gain, en particulier avec indication par compteur de la distance des objets intéressants, caractérisé en ce qu' il comprend un filtre d'impulsions trapézoTdales (5) connu en soi, dont le seuil de réponse se trouve notablement plus haut que son seuil de chute et à l'entrée duquel est amené le signal de réception redressé (e). 2.- Appareillage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à un déclencheur de Schmitt (9) possédant une grande hystérésis est raccordé un filtre passe-bas (lo) pour le filtrage de longueur d'impulsions, qui ne laisse passer vers l'instrument indicateur (7) que des impulsions d'une longueur minimale prédéterminée. 3.- Appareillage selon la revendication 2, caractérisé en ce que le filtre d'impulsions trapézoidales (5) est suivi d'un filtre d'amplitude, de préférence constitué par un deuxième déclencheur de Schmitt (8). 4.- Appareillage selon la revendication 3, caractérisé en ce que, dans le deuxième déclencheur de Schmitt (8) les seuils d'entrée et de sortie sont différents ou identiques. 5.- Appareillage selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce qu a la fin de la durée des impulsions, le filtre passebas (10) est amené par un commutateur (19) à une constante de temps de décharge faible. 6.- Appareillage selon la revendication 5, caractérisé en ce que la constante de temps de décharge est définie par une résistance en parallèle (22), connectée en série avec ungransis- tor (21) qui peut être rendu à volonté conducteur ou non conducteur. 7.- Appareillage selon la revendication 6, caractérisé en ce que le transistor (21) est rendu conducteur aussitôt qu'un basculeur J-E (17) connecte sa sortie sur L après achèvement du signal d'absence d'écho et que le filtre d'impulsions trapézoidales (5) ne laisse passer aucun écho.