Brevet FR2091906A1 — publié le 19710121

L'invention concerne le positionnement d'un véhicule marin par rap-. port à des points fixes et plus particulièrement à son maintien en un lieu prédéterminé , L'invention trouve en particulier son application dans le maintien 5 d'un navire ou d'une plateforme de forage à la verticale d'un puits de forage en mer. Le maintien d'un navire à un point fixe choisi est assuré soit par un ancrage statique avec ancres et chaînes, soit par un ancrage appelé "dynamique" consistant à le maintenir ou le ramener à la position d'origine à l'aide 10 de propulseurs. Les écarts du navire sont détectés le plus souvent par rapport à un ou plusieurs points fixes immergés, au moyen d'ultrasons, ou en utilisant un inclinomètre à fil tendu. Ce dispositif comporte un fil tendu entre un point fixe immergé et le navire, ainsi que des moyens de détection de la grandeur et de la direction des inclinaisons prises par le fil lorsque le navire s'écarte 15 d'une position de référence, La précision de ce type de dispositif décroît au fur et à mesure que la profondeur d'eau augmente. A une profondeur relativement grande, la courbure du fil sous l'effet de sa masse cesse d'avoir une importance négligeable et l'inclinaison qu'il prend n'est plus proportionnelle aux écarts du navire. Les néthodes de détection des écarts au moyen d'ultrasons les plus fréquemment utilisées consistent à déterminer les temps de propagation d'impulsions ultrasonores entre le navire et des points de référence. Un mode de réalisation consiste par exemple à immerger en un lieu connu un transducteur émetteur d'impulsions ultrasonores et à recevoir les impulsions émises par exemple au moyen cle . / trois hydrophones fixes aux trois sommets d un châssis en forme de triangle rectangle attaché à la coque. Un calculateur embarqué détermine la position du navire à partir des différences entre les temps d'arrivée des impulsions aux trois hydrophones. D'autres modes de réalisation consistent inversement à envettre dos ,au moven de impulsions ultrasorsores a partir du navire et a les recevoir/ slusisurs hydrophones iirr.erg'îs maintenus en positions fixes par rapport au fond do la mer. Les hydrophones sont placés aux sormrets d'un châssis polyédrique posé sur le fond ou répartis en plusieurs emplacements connus. Les temps de propagation des impulsions ultrasonores sont transmis au navire, par exemple par des bouées de surface connectées a-ox hydrophones et contenant des émetteurs radio- 20 25 50 35 BAD OBIG1NAW 70 13718 2 2091906 électriques. Les temps de propagation peuvent également être déterminés en disposant à des emplacements connus des balises portant des réflecteurs de forme et de nature différentes qui renvoient vers le navire des échos caractéristiques de chacun d'eux. La durée du trajet aller et retour des impulsions permet de 5 connaître la distance séparant le navire de chacune des balises. Le principal inconvénient des méthodes rappelées ci-dessus réside dans la difficulté de détermination des instants d'arrivée des impulsions émises, en raison du brouillage intense provoqué par le bruit engendré par le na- et vire ou la plateforme de forage/également des réflexions parasites qui rendent 10 incertain le repérage de l'arrivée directe des impulsions. De plus, les résultats des calculs effectués à partir des écarts de temps de parcours sont fournis sous la forme d'écarts absolus de distance qui ne sont pas toujours facilement exploitables par le dispositif de pilotage automatique ou manuel devant ramener le navire à sa position initiale. • 15 L'objet de l'invention est de fournir une méthode de maintien d'un navire à uns position prédéterminée, selon laquelle les mesures des écarts de position sont effectuées non plus à partir d'impulsions, mais par mesure des variations des déphasages d'une onde émise de façon continue et reçue par plusieurs hydrophones et selon laquelle les écarts de position sont fournis sous 20 la forme d'incréments de valeurs quantifiées aisément exploitables. La méthode selon l'invention permet de déterminer les écarts d'un navire au voisinage d'une position choisie par rapport à un lieu de référence immergé oii sont placés plusieurs capteurs de pression en position pré-établie les uns par rapport aux autres. Cette méthode consiste tout d'abord à émettre, à partir du véhicule, de façon continue, des ondes acoustiques qui sont reçues par des capteurs et transformées par ceux-ci en signaux électriques, On.détecte alors .1er, variations continues des déphasages dos ondes reçues, les unes par rapport aux au- -très, 1er?.nue le véhicule se déplace au voisinage de la position choisie. Cette détection comporte une composition, Sous forme de modulations, des signaux électriqu s issus de plusieurs ensunbles de capteurs comprenant au noins deux couples de capteurs ayant un capteur en cosaran. Ces capteurs sont agencés de façon que les directions formées pir ces deux couples ne soient pas alignées. La méthode selon l'invention permet de déterminer les déplacements du navire au voisinage de cette position initiale, sans que le site ou l'azimut de celui-ci par rapport au lieu de référence soit nécessairement connu. 2e) 30 35 «• Sad original 70 13718 3 2091906 Pour une commodité de mise en oeuvre de la méthode, on transforme les variations continues de déphasages en incréments de déphasage de valeur constante . Ces incréments sonttransrais à un appareil de comptage placé sur le 5 véhicule. Le retour à la position initiale, en cas d'écart, est obtenu en manoeuvrant le navire dans des directions appropriées pour annuler les incréments de déphasage comptabilisés. Selon une première variante de la méthode, on place au moins trois capteurs de pression au lieu de référence immergé. On effectue une composition 10 deux à deux des signaux issus d'au moins deux des couples de capteurs constitués à partir des trois capteurs immergés. Selon une seconde variante préférée de la méthode, on dispose, à proximité du lieu de référence immergé, au moins quatre ensembles de capteurs constitués chacun par plusieurs capteurs disposés sensiblement le long d'une 15 direction verticale et à des niveaux régulièrement espacés. Les capteurs de chaque niveau se trouvent ainsi dans un plan sensiblement horizontal. On détecte" alors les variations des déphasages des ondes reçues en effectuant pour les capteurs de chaque niveau la composition d'une combinaison de signaux issus respectivement de deux couples de capteurs ayant un capteur en commun avec une 20 combinaison particulière de signaux issus d'un capteur de référence. La mise en oeuvre de cette seconde variante est particulièrement simple et permet de faire correspondre, à l'unité d'incrémentation de déphasa^s, un déplacement en surface relativement petit même lorsque l'épaisseur de la couche d'eau est très grande. Les écarts du navire sont ainsi détectés avec 25 une très bonne précision. Selon la méthode de l'invention, la communication,à i'appar^il de comptage placé sur le véhicule,du nombre d'incréments de déphasage détectés, est assurée par une émission codée d'impulsions acoustiques ré-émises à partir d'un transducteur immergé et reçues par un capteurs de pression place sur le 30 véhicule. Ce mode de transmission est avantageux car il ne nécessité qu'un appareillage électronique simple et peu onéreux. De plus, il n'est r?3 nsioeB-saire d'installer le capteur de pression sur une plateforme stabilisée. La réception de3 impulsions ré-émises reste satisfaisante malgré les déplacements du navire sous l'effet de la houle. ' bad original 70 13718 4 2091906 Les caractéristiques et avantages du procédé selon l'invention et du dispositif de mise en oeuvre seront mieux compris à la lecture de la description qui suit et par référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente schématiquement un navire situé à un emplacement 5 choisi, par rapport à un lieu de référence immergé où sont disposés quatre capteurs selon la première variante de la méthode, - la figure 2 représente schématiquement le dispositif pour la mise en oeuvre de la première variante de la méthode, - la figure 3 représente la position du système de réception des ondes de pres-10 sion continues dans le cas particulier où le navire se trouve dans son plan, - la figure 4 représente les projections du vecteur de déplacement du navire sur les axes joignant les capteurs de pression, - la figure 5 représente, dans le cas général, le réseau formé par des lignes entrecroisées d'égales différences de phase pour des combinaisons des si- 15 gnaux électriques produits par des ensembles de capteurs distincts, - la figure 6 représente schématiquement la position du véhicule par rapport à un ensemble de quatre capteurs selon la seconde variante de la méthode, - la figure 7 représente le dispositif de mise en oeuvre de la seconde variante de la méthode, 20 - la figure 8 représente le réseau de lignes d'égales différences de phase obtenu par l'application de la seconde variante de la méthode, - la figure 9 représente une disposition particulière des capteurs permettant d'accroître la précision en resserrant le réseau de lignes d'égales différences de phase représenté à la figure 8, 25 - la figure 10 représente une première variante du dispositif de la figure 7 per mettant d'accroître la précision dans la détermination de la position du navire, - la figure 10A représente un agencement d'éléments de retard dans une seconde variante du dispositif de la figure 7 qui permet d'accroître la précision. 30 Si l'on se reporte à la figure 1, on voit que le navire porte un disposi tif 1, émettant des ultrasons d'une manière continue, à une fréquence choisie r JSAD ORiGiNAi 70 13718 5 2091906 pour permettre une pénétration des ondes de plusieurs kilomètres dans la couche d'eau. Les ondes émises sont reçues par un dispositif de quatre capteurs i et H agencés sur un châssis polyédrique qui les maintient dans des positions prédéterminées les uns par rapport aux autres. Ce châssis est 5 maintenu au voisinage du fond de l'eau par une balise 2 posée sur le fond et préalablement immergée par le navire. Suivant un autre agencement non représenté, les capteurs peuvent être par exemple disposés sur une plateforme fixée à un câble tendu entre un élément de fixation situé sur le fond et une bouée de surface. 10 La balise comporte un appareillage électronique décrit ci-après pour la mesure des différences de phase, leur transformation en impulsions électriques et leur conversion sous forme d'ondes ultrasonores codées qui sont ensuite ré-émis es vers le navire par un transducteur 3. Un hydrophone omni-directionnel 4, suspendu sous la coque du navire, capte les ondes codées ré-15 émises qui seront démultiplexées dans un dispositif approprié d'un type connu et non représenté. Les incréments de phase décodés pourront être utilisés par exemple dans un dispositif changeur de coordonnées d'un type connu produisant des incréments suivant les axes liés au navire puis traités dans un calculateur qui engendre les ordres de commande des propulseurs ramenant le navire à 20 sa position initiale. A titre d'exemple, on pourra utiliser comme dispositif changeur de coordonnées celui décrit dans la demande de brevet français n° 69 33 777 déposée le 2 OCTOBRE 1969 sous le titre : "Méthode de détermination de la trajectoire d'un mobile, dont les variations sont fournies sous forme d'incréments, par rapport à un système d'axes fixes et dispositif pour 25 sa mise en oeuvre". Dans le dispositif représenté à la figure 2, chaque capteur de pression h , h > h , h est connecté à un amplificateur, respectivement 5A , 5B , i u j rr 5C , 5D. Les quatre amplificateurs amplifient et filtrent les signaux correspon dant aux ondes de "pression continues reçues, dans une bande suffisamment 30 large pour tenir compte de l'effet Doppler éventuel. Un dispositif connu de com mande de gain, automatique ou programmé, maintient constant le niveau des signaux à l'entrée des limiteurs d'amplitude 6A , 6B , 6C et 6D connectés bad original 70 13718 6 2091906 respectivement aux amplificateurs 5A , 5B , 5C , 5D. Ces limiteurs écrêtent les signaux et réduisent l'effet des modulations d'amplitude provoquées par les parasites. Les ensembles constitués par les amplificateurs 5 et les limiteurs 6 5 ne sont pas caractéristiques du dispositif. Ils peuvent être remplacés par exemple par des amplificateurs logarithmiques ou par des boucles d'asservissement de phase. Les signaux amplifiés et écrêtés sont ensuite combinés dans un ensemble de multiplicateurs de tension 7 , 8 , 9 et 10 d'un type connu, encore dési-10 gnés par "démodulateurs synchrones" ou "comparateurs de phase" ou "modulateurs équilibrés" ou "changeurs de fréquence". Ces multiplicateurs sont connectés respectivement aux sorties des limiteurs 6B et 6C , 6A et 6C , 6B et 6D , 6A et 6D. Ces démodulateurs multiplient les signaux deux à deux, éliminent les 15 composantes de haute fréquence et restituent les cosinus des signaux de basse fréquence. Chaque démodulateur 7 , 8 , 9 et 10 est relié à une chaîne constituée par un filtre passe-bas -respectivement 11A , 11B , 11C et 11D- qui élimine les restes de modulation à haute fréquence, par un détecteur de passage à zéro de l'amplitude des signaux -respectivement 12A , 12B , 12C et 12D-20 et par un détecteur de sens du passage à zéro de l'amplitude de ces mêmes signaux -respectivement 13A , 13B , 13C et 13D. Chaque détecteur produit, une impulsion à une première borne de sortie, lorsque la variation de déphasage relevée entre les signaux provenant du couple de capteurs correspondant a augmenté d'une quantité préalablement choisie. Dans le cas contraire, lors-25 que la variation de déphasage diminue de cette même quantité, chaque détec- • teur 13 produit à une seconde borne de sortie une impulsion de décroissance. Pour dos raisons de commodité , on choisira l'unité de déphasage égale à if ou 2TC radians. Le dispositif comprend en outre un ensemble de codage et de réémis-SOsion codée d'ultrasons vers le navire. Selon un mode préféré de réalisation, bad original 70 13718 7 2091906 les huit bornes de sortie des quatre détecteurs 13A , 13B , 13C et 13D sont, connectées respectivement à huit portes ET 151,. . . , 158. Ces portes sont également connectées respectivement à huit oscillateurs 141, . . . ,148 accordés sur huit fréquences f ,f distinctes les unes des autres. Les bornes de 1 O 5 sortie des portes 15 sont reliées à un modulateur de fréquence porteuse 16 qui est lui-même relié à un émetteur 17. Un transducteur 3 réémet, sous forme d'ondes ultrasonores, les signaux qu'il reçoit, en provenance de l'émetteur 17. Les impulsions d'accroissement ou de diminution des déphasages, pro- 10 duit es par l'un quelconque des détecteurs 13, ouvrent l'une des deux portes ET correspondantes. Chacune des fréquences • f , . . . , f qui module la fré- i o quence porteuse est donc caractéristique d'un incrément positif ou négatif apparaissant sur l'une des voies correspondant à un couple de capteurs H bien précis. Les incréments transmis par la liaison codée sont comptabilisés, 15 après filtrage ou décodage dans des compteurs placés sur le navire. Si n incréments de variation de phase ont été transmis par la balise immergée avant que le pilote ou le dispositif de pilotage automatique aient agit sur les moyens de déplacement du navire, il suffit de manoeuvrer dans des directions déterminées par l'orientation des capteurs, et dans des sens tels que les in-20 créments de déphasage, transmis au cours de ce mouvement, aient des signes contraires à ceux engendrés lorsque le véhicule s'est écarté de sa position d'origine. Les fréquences f , f_ , ... , fQ de modulation sont choisies de fa-12 8 çon qu'elles restent distinctes les unes des autres même lorsqu'elles sont 25 affectées par l'effet Doppler dQ au mouvement du navire par rapport au transducteur de réémission 3. On ne sortirait cependant pas du cadre de l'invention en remplaçant le codage à huit fréquences distinctes par un codage obtenu en associant à chacun des incréments positifs ou négatifs produit par l'un quelconque des dé-30 tecteurs 13, une combinaison spécifique de plusieurs signaux de fréquences, distinctes modulant un signal porteur ou émise directement. Dans ce dernier cas on remplacera le modulateur par un additionneur de signaux. 70 13718 8 2091906 La figure 3 représente le cas où le navire se déplace dans'le plan déterminé par les trois capteurs de pression h , h et h localisés respecti- 1 b j vement aux trois sommets d'un châssis en forme de triangle ABC. On désigne par : 5 0 l'angle formé par l'axe de direction des ultrasons provenant du navire avec l'horizontale, Bp un axe parallèle à cette direction , Bq l'axe perpendiculaire à l'axe Bp , X , Y et Z les distances respectives BC , CA et AB , ÎO oc p et y *es angles orientés (AB , CA) , (BC , AB) et ( CA, BC) , X la longueur d'onde des ondes de pression dans l'eau. On peut évaluer très simplement les déphasages g ' ' 'î'cA des ondes arrivant sur les couples de capteurs, respectivement h^ et h^ , h et h , h et h et les exprimer sous la forme : w j j 1 15 ^BC= 2tt7"Cos0 W » CA = 2tt^-Cos (oC+P-0) (2), +AB= 2lTTCos (.P- 9) A des incréments de déphasage Ai , Ad>~ . . AèA ,, correspondent JDC GA AIj des variations respectives A0OJ~ . A0,~a ■ A0a-d 20 relations 1 , 2 et 3 par les relations suivantes : A A = -5^ — Û°BC , v —^ (4) 2tt X sm& _ 1 x A A®CA 2 tt y s in U+p-9.) ^ ' _! A ^AB AB 2tt Z sin(p-e) 1 ' En pratique on choisit, pour des raisons de simplicité, X égal à Z , 70 13718 9 2091906 pégal à 90° et «c égal à 45*. Les relations (4) (5) et (6) se simplifient et s'écrivent sous la forme • - x a AÔBC ~ h sin 0 ^ .. L a A*CA hV2 shTpETo) 4 _ _ _X_ At\B , . 5 A0AB ~ h Cos 0 ^ h désignant la valeur commune de X et Z. On voit, d'après les relations (7) , (8) et (9) , que la seule connaissance du quadrant angulaire dans, lequel se situe l'angle 0 , permet de déterminer les coefficients de proportionalité entre les variations A0et les variations de 10 phase A^et par conséquent de déterminer le sens de déplacement du navire d'après les incréments de phase comptabilisés. On obtiendrait des relations identiques aux relations (7) (8) et (9) et déterminant les variations A^de l'angle formé par l'axe de direction d'arrivée des ondes avec l'axe passant par les capteurs h^ et h^ dans le plan conte- 15 nant les capteurs de pression h. , h , h (figure 1). x ù *x Si l'on se reporte à la figure 4, on voit qu'à un déplacement NN' du navire à la surface, correspondent des variationsA0etAvJ/respectivement des angles 9 et vydans les deux plans perpendiculaires déterminés par les capteurs hj , et , dans le cas particulier où l'angle pest égal à 90° On 20 désigne par I et II les quadrants respectifs pour lesquels l'angle 0 est inférieur ou supérieur à 90° et l'angle Le passage du navire du premier au second quadrant par exemple entraf-ne un changement du signe des incréments de déphasage (relation 9). On BAD QRIGINAI^ 70 13718 ÎO 2091906 peut ainsi établir de façon simple les azimuts des directions matérialisées par les couples de capteurs et et connaître le quadrant dans lequel s'immobilise le navire. La détermination du quadrant pourra se faire par exemple à l'aide 5 d'une analyse logique combinatoire à partir des incréments de phase A . La mise en oeuvre de la première variante de la méthode se simplifie lorsqu'il est possible de disposer la balise 2 de façon que le plan contenant les capteurs et soit horizontal (figure 1). Dans ce cas, trois capteurs tels que , h^ et suffisent pour déterminer le sens des variations de 0 et de vp en fonction des signes des incréments de phase A . 10 La figure 5 illustre, dans lë cas général, le réseau de lignes d1 égales différencesde phase obtenu à la surface de la mer par une composition des signaux électriques créés par deux combinaisons quel-conques de capteurs de pression immergés. Lorsque le véhicule franchitfune quelconque de ces lignes, les compteurs d'incréments affichent des variations quantifiées des différences 15 de phase. Si le véhicule se déplace sous l'effet des courants par exemple d'un point d'origine E à un point F, il franchit selon l'exemple de la figure 5 les lignes q^ , q^ , • • • » q^ et les lignes p^ , p^ , . . p^ correspondant respectivement à six et cinq incréments de phase dans deux directions différentes. Pour revenir à sa position d'origine, le véhicule suit un trajet visant à annuler 20 les incréments comptabilisés le long du trajet E , F . Ce trajet peut être absolument quelconque et comporter par exemple un déplacement E G le long de q^ de façon à annuler d'abord les incréments de phase dans une direction, puis un déplacement complémentaire le long de la ligne p , de façon à annuler l,es incréments dans l'autre direction. 25 Dans le cas général, on peut cependant mettre en évidence qu'une com binaison des signaux électriques produits par deux couples de capteurs différents ne permet pas d'obtenir un réseau de lignes facilement exploitable. Lorsque la profondeur d'eau est relativement grande, les deux ensembles de lignes qui composent ce réseau prennent très rapidement de la courbure 30 lorsqu'on s'éloigne de l'aplomb des couples de capteurs. La grandeur et l'orientation des mailles du réseau changeant rapidement, la construction du BAd ORIGINAL 70 13718 h 2091906 dispositif d'exploitation des incréments de phase devient rapidement très complexe . La seconde variante de la méthode consiste à disposer les capteurs de pression dans des positions choisies au voisinage les uns des autres et 5 à combiner de façon particulière les signaux électriques qu'ils produisent pour créer un réseau de lignes d'égales différences de phases constitué par deux séries de courbes dont les angles d'intersection restent stables sur une grande surface autour de la position des capteurs. Dans le mode de réalisation décrit ci-dessous, un agencement parti-10 culier des capteurs de pression permet d'obtenir un réseau de lignes d'égales différences de phase constitué par deux séries de lignes orthogonales recti-lignes et d'écartement constant sur des longueurs appréciables. Si l'on se-reporte à la figure 6, on voit que le dispositif immergé comporte quatre capteurs de pression M , P, Q et R. Trois d'entre eux P , Q 15 et R sont disposés sur le sipport aux emplacements des sommets d'un triangle isocèle. Le quatrième capteur M se trouve au milieu du segment délimité par Q et R. On désigne par s la distance commune entre le capteur M et les trois capteurs F , Q et R , par x et y les coordonnées du véhicule rapportées à 20 deux axes orthogonaux parallèles aux directions PM et QR et dont le point d'intersection se trouve à la verticale du point M. On désigne en outre par à , d_ , d et d les distances du point N aux quatre hydrophones respec-M P Q K tivement M , P , Q et R et par Z la distance verticale entre le véhicule et le plan délimité par les quatre capteurs. 25 Un transducteur émetteur analogue au transducteur 1 de la figure 1 envoie de façon continue des ondes acoustiques de fréquence fixe qui sont captées par les Capteurs et transformées en signeux électriques . Si l'onde émise à partir du navire est de la forme : 70 13718 12 2091906 e (t)-= Cos 2nft (10) les amplitudes des ondes r„(t) , r (t) , r„(t) , r_(t) reçues respectivement M ir y K aux capteurs M , P , Q et R sont, après égalisation de leurs amplitudes, de la forme : 5 r„(t) = Cos 2n (ft + —) (11) M X dp r„(t) = Cos 2n(ft H ) (12) p X do r^(t) = Cos 2n(ft + ) (13) drj r (t) = Cos 2n(ft •) ) (14) R X Les combinaisons de signaux permettant d'obtenir un réseau stable 10 de lignes d'égale phase sont effectuées en accord avec les relations : et jfe |rp.rQ j . &F{rM } j (i5) 3F {vrp, J • & | t") en désignant par r_.r et r .r les produits du signal r par les signaux " . rW /O 15 rn r_ , par r .r le produit du signal r. Par lui-même et par 3-F etlpF y K A A A respectivement les composantes de haute fréquence èt de basse fréquence des produits effectués. On vérifie immédiatement que : |rp.rQ | = Cos 2nj2ft + J (17) 20 {rM-rM } = Gos 2n[2 ft + ] (18) | rp. rR Cos 217^2 ft + ^ ^ ^ j (19) et que les combinaisons des signaux en accord avec les relations (15) et (16) se traduisent par les relations de phase : C°S ^PQM = C°S 2lT ^ + ^ \ (20) 25 Cos v^pRM = Cos 2n dP ^ dR ^ 2dM (21) 70 13718 13 2091906 dans lesquelles U>pQj^ et ^prjj sont les phases des signaux résultant de ces combinaisons. On détecte toutes les variations de ces phases dont la valeur est un multiple de 2n radian. Il s'ensuit que les variations des sommes dp + d^ - 2d^ et dp + d^ - 2d^ sont respectivement égales à IX etmX (X désigne la lon-5 gueur d'onde des ondes émises et 1 et m deux nombres entiers). Les longueurs d^ 3 dp , dq et dR s'évaluent très simplement sur la figure et sont exprimées par les relations : 2- 2- 2 -2 d^ =* x + y + Z (22) 2 2 2-2 ? dp = Zz + x + y + h + 2xs (23) 10 dQ2 = Z2 + x2 + y2 + h2 + 2ys (24) 9 2 2 2 ? d = Z ,+ x + y + h - 2vs (25) Compte tenu de la faible valeur relative des déplacements x et y et de longueur s par rapport à l'épaisseur Z de la couche d'eau, les longueurs dji , dp , dq et dR s'expriment avec une bonne approximation sous la forme : 15 M 2, 2 Z + x +y (26) 2Z 2 2 2 z + x +y +- s .+JEL (27) 2Z 2Z z 2 2 2 z + x +y +. s .+2L (28) 2Z 2Z z 2, 2 2 z + . x +y +. s _ ys (29) 2Z 2Z z 20 la forme R- Les sommes d_ + d„ - 2d,, et d^ + d„ - 2d,„ s'écrivent alors sous P Q M D R M d + d - 2dM = -2-(s + x + y) = IX (30) ^ Z ,d_ + d - 2d =— (s + x - y) - mX (31) R M z Les .relations (30) et (31) traduisent le fait que les lignes d'égales différences de phase sont constituées à la surface de la mer et lorsque 1 et m 25 varient, par deux familles de droites orthogonales inclinées à 45° sur les axes 70 13718 14 2091906 PM et MR comme l'illustre la figure 8. De ces mômes relations, on déduit que l'écartement A entre les lignes de ce réseau est constant et égal Z à\ L'inclinaison de 45° est obtenue par la configuration particulière des quatre capteurs. On peut cependant faire varier l'inclinaison des droites du faisceau en faisant varier la distance PM. En se référant à la figure 7, les signaux électriques produits par les capteurs > h^ t et localisés aux quatre points M , P , Q et S sont amplifiés dans des amplificateurs-limiteurs, respectivement 18 , 19 , 20 et 21. Ces signaux sont ensuite traités en accord avec les relations (15) et (16). Le signal produit par hp est multiplié aux signaux produits par et dans des modulateurs équilibrés, respectivement 22 et 23 ( cf. relations (17) et (19) ).. Le signal issu du capteur h., est multiplié par lui-même dans le modulateur 2 (cf relation 18) . Les bornes de sortie des modulateurs 22 , 23 et 24 sont connectées à des filtres passe-haut, respectivement 25 , 26 et 27 qui éliminent les composantes de basse fréquence des produits effectués. Le signal produit par le modulateur 27 est multiplié respectivement par les signaux issus des modulateurs 25 et 26 , dans d'autres modulateurs équilibrés 28 et 29. Les bornes de sorties de ces derniers sont con nectées à des filtres passe-bas, respectivement 30 et 31, qui éliminent les com posantes de hautes fréquences des signaux multipliés. Les filtres 30 et 31 sont connectés respectivement à des phasemètres 32 et 33 constitués par des détecteurs de passage à zéro de l'amplitude des signaux et de détecteurs de sens de ces passages, analogues aux éléments 12 et 13 de la figure 2. Ces phasemètres 32 et 33 délivrent à une sortie une impulsion chaque fois que la phase des signaux combinés augmente de 2 net, à une seconde sortie, une impulsion chaque fois que les phases décroissent de 2tt . Le dispositif comprend également un ensemble de codage analogue à l'ensemble L de la figure 2. Dans ce second exemple de réalisation, le codage sera effectué plus simplement à partir de quatre fréquences distinctes associées chacune aux impulsions produites à l'une des quatre bornes de sortie des phasemètres 32 et 33. Le dispositif comprend enfin, comme celui illustré à la figure 2, un amplificateur de puissance 17 associé à un transducteur émetteur d'ondes acoustiques codées 3. La seconde variante de la méthode et le dispositif associé ont été décrit^én considérant que l'on transformait les variations des déphasages combinés en incréments de phase de valeur 2tt . Pour accroître la précision, on $AD ORIGINAJ.1 70 13718 15 2091906 peut transformer les variations des déphasages détectés en incréments de valeur 2tt —— ( K est un nombre entier ). K Dans ce cas, les relations (30) et (31) peuvent s'écrire : dP + dQ " 2dM "T" (h + X + y) ""TT L'écart A des lignes d'égales différences de phase devient alors La position du navire est ainsi déterminée avec une plus grande précision. 10 La figure 8 représente un mode de réalisation du dispositif amélioré pour augmenter la précision, selon lequel on a disposé à l'aplomb de chaque point M , P , Q , R , un nombre K de capteurs de pression séparés verticalement les uns des autres par une distance égale à —( k est égal à cinq sur la figu-\ re). 15 On combine les signaux électriques provenant des capteurs situés au même niveau (e.g. h. , hM , h , h ) , selon les relations (15) et 0.6), Q1 *1 P1 1 dans un dispositif analogue à celui de la figure 7. Les signaux engendrés aux niveaux des plans contenant les capteurs h , h , h , h , h sont 1 2tt 2 3 4 5 retardés les uns par rapport aux autres de . en raison des distances dif- 20 férentes.qui les séparent de l'émetteur porté par le navire. Les filtres 30 et 31 de chaque dispositif sont reliés respectivement aux deux phasemètres 32 et 33 à travers des portes OU non représentées. Les phasemètres 32 et 33 (fig. 7) sont reliés à un ensemble de codage L contenant des moyens de codage en impulsions par des fréquences sous-25 porteuses en nombre 2K. La figure 10 représente un autre dispositif amélioré permettant d'augmenter la précision des mesures. Pour des raisons de simplicité le dispositif illustre le cas particulier où K=2. ». Le dispositif comprend quatre capteurs h^ , hp , h^ et h^ connectés à quatre amplificateurs 18 , 19 , 20 et 21 et deux circuits analogues à celui 30 illustré à la figure 7 connectés en parallèle à la sortie des amplificateurs. 70 13718 16 2091906 Le premier de ees circuits est connecté directement à la sortie des amplificateurs par les conducteurs 181 , 191, 201 et 211. Le second est connecté à ces amplificateurs par l'intermédiaire de déphaseurs > ^3 et ^4 dépha- sent de 180° les signaux amplifiés. Les signaux directs provenant des capteurs 5 hp et h d'une part et les signaux retardés provenant de ces mêmes capteurs sont respectivement multipliés dans des modulateurs 221 et 222 puis filtrés dans des filtres passe-haut 251 et 252. De même, les signaux directs et les signaux retardés provenant des capteurs hp et h^ sont respectivement multipliés dans les modulateurs 231 et 232 puis filtrés dans les filtres passe-haut 261 10 et 262. Les signaux directs issus du capteur h^ et ces mêmes signaux retardés sont respectivement multipliés par eux-mêmes dans les modulateurs 241 et 242 puis filtrés dans les filtres passe-haut 271 et 272. Les signaux issus des filtres 271 et 272 sont respectivement multipliés par les signaux issus des filtres 251 et 252 dans des modulateurs 281 et 282 puis filtrés dans les filtres passe-bas 15 301 et 302 d'une part et respectivement multipliés par les signaux issus des filtres 261 et 262 dans des modulateurs 291 et 292, puis filtrés par des filtres passe-bas 311 et 312 d'autre part. Les bornes de sortie des filtres 301 et 302 sont connectées à la borne d'entrée du phasemètre 32 à travers une porte OU 34. De même les bornes de sortie des filtres 311 et 312 sont connectées à la borne 20 d'entrée du phasemètre 33. Les impulsions issues de ces phasemètres sont ensuite codées dans l'ensemble L puis retransmises au navire par le transducteur de pression 3 après amplification dans l'élément 17. Le dispositif décrit ci-dessus permet d'obtenir des incréments de phase de valeur tt en nombre double de celui obtenu avec le dispositif de la fi-25 gure 7. Ce doublement du nombre d'incréments se traduit à la surface de la mer par un réseau de lignes d'égales différences de phase d'écartement constant -r- (cf fig.8). Il s'ensuit une plus grande précision dans la détermination de ^ « la position du navire. On peut accroître la précision des mesures et diminuer l'écart sépa-30 rant les lignes d'égale phase en choisissant K supérieur à 2 et en multipliant le nombre de déphaseurs à la sortie de chacun des amplificateurs 18, 19, 20 et 21. A titre d'exemple, la figure 10A représente l'agencement particulier des déphaseurs à la sortie de l'amplificateur 20 dans le cas où K=4. Trois déphaseurs R^ , R^2 et R33 agencés en cascade retardent successivement le signal 35 direct de 90° , 180° et 270°. Le dispositif comportera quatre circuits parallèles de combinaison des signaux directs et des signaux retardés de —-, t et —J-. 70 13718 17 2091906 La figure 8 illustre le procédé préféré de détermination des directions de deux familles de lignes de phase orthogonales. On fait suivre au navire une trajectoire IJ avec un cap constant de préférence vers le nord entre une position d'origine et une position d'arrivée quelconque.On note pendant son déplace-5 ment les nombres respectifs 1 et m de lignes parallèles aux axes cC'cC et p1 p qu'il traverse. L'angle Xc formé par IJ et la direction PM est alors donné par la relation : tgr c = iSr Si la trajectoire IJ est orientée dans la direction Nord, on obtient 10 directement l'azimut de l'axe PM de l'ensemble d'hydtophones immergé. Les coordonnées du navire pourront être élaborées dans un calculateur changeur de coordonnées d'un type connu en fonction du nombre des impulsions reçues, après décodage dans des filtres dont les bandes passantes sont centrées sur les fréquences de codage, et également en fonction de la valeur de l'angle 15 *fc et de la valeur du cap fourni par un compas. La seconde variante de la méthode a été décrite dans le cas particulier où les capteurs de pression sont placés sur un support aux emplacements de trois sommets d'un carré. On ne sortirait pas du"cadre de l'invention en disposant au moins quatre capteurs de façon quelconque au voisinage du lieu de 20 référence immergé et en combinant les signaux produits par au moins deux couples de capteurs ayant un capteur en commun avec les signaux produits par un capteur de référence. On pourra également associer les deux variantes décrites pour les intervalles de séparation des lignes ou courbes du réseau de lignes 25 les différences de phase. D'une façon générale, le cadre de l'invention défini en se reportant aux revendications annexées. diminuer d'éga- sera 70 13718 18 2091906 REVENDICATIONS 1.- Méthode de détermination des écarts d'un véhicule se déplaçant dans ou sur l'eau au voisinage d'une position choisie par rapport à un lieu de référence immergé où sont disposés plusieurs capteurs de pression en position préétablie les uns par rapport aux autres caractérisée en ce qu'elle comporte les étapes 5 suivantes : a) on émet des ondes acoustiques de façon continue à partir du véhicule et on les reçoit au moyen desdits capteurs de pression, b) on transforme les ondes acoustiques reçues en signaux électriques et on détecte les variations continues des déphasages des ondes reçues, les unes par 10 rapport aux autres, lesdites variations résultant des déplacements du véhicule au voisinage de la position choisie, en effectuant une composition, sous forme de modulations, des signaux électriques issus d'au moins un ensemble de capteurs comprenant au moins deux couples de capteurs ayant un capteur en commun, les directions formées par ces deux couples n'étant pas alignées. 15 c) on transforme lesdites variations continues en impulsions de déphasage de valeur constante, d) on transmet, sous forme de code, le nombre desdites impulsions à un appareil de comptage placé sur le véhicule, qui indique la grandeur et le sens des écarts à corriger pour le retour dudit véhicule à la position choisie. 20 2.- Méthode selon la revendication 1 caractérisée en ce que on utilise des ensembles de capteurs comportant au moins trois capteurs de pression et en ce •que l'on effectue ladite composition séparément pour chaque couple de capteurs formé dans un ensemble de trois capteurs. 3.- Méthode selon la revendication 2 caractérisée en ce que on dispose les 25 capteurs selon au moins deux directions orthogonales. 4.- Méthode selon la revendication 1 caractérisée en ce que l'on utilise des ensembles de capteurs constitués par au moins quatre groupes de capteurs de pression comprenant chacun K capteurs disposés sensiblement suivant une direction verticale, à K niveaux régulièrement espacés, les capteurs de chaque 30 niveau se trouvant dans un plan sensiblement horizontal, le nombre K étant un nombre quelconque, et en ce que la détection des variations des déphasages est réalisée en effectuant, pour les capteurs de chaque niveau, la composition d'une combinaison de 70 13718 19 2091906 signaux issus respectivement de deux couples de capteurs ayant un capteur en . commun avec une combinaison particulière de signaux issus d'un capteur de.référence. 5.- Méthode selon la revendication 4 caractérisée en ce que ladite composition 5 est effectuée directement, avec des retards appropriés. 6.- Méthode selon la revendication 4 caractérisée en ce que le capteur de référence est disposé dans l'alignement des deux capteurs non-communs des deux couples de capteurs. 7.- Méthode selon la revendication 6 caractérisée en ce qu'on dispose dans cha-10 que plan horizontal le capteur de référence à égale distance de deux capteurs non-communs. 8.- Méthode selon la revendication 7 caractérisée en ce que l'on dispose les capteurs constituant les deux couples de capteurs aux emplacements de trois des sonnets d'un carré. 15 9.- Méthode selon la revendication 5 caractérisée en ce que le capteur de référence est disposé dans l'alignement des deux capteurs non-communs des deux couples de capteurs. 10.- Méthode selon la revendication 9 caractérisée en ce qu'on dispose dans chaque plan le capteur de référence à égale distance des deux capteurs non- 20 communs. 11.- Méthode selon la revendication 10 caractérisée en ce qu'on dispose les capteurs constituant lès deux couples de capteurs aux emplacements de trois des sommets d'un carré. 12.- Méthode selon la revendication 5 caractérisée en ce que le nombre K de ni-25 veaux est égal à un. 13.- Méthode selon la revendication 4 caractérisée en ce que la composition des combinaisons de signaux issus des capteurs de chaque plan consiste en la sélection des signaux de basse fréquence, résultant des produits des composantes de haute fréquence des signaux engendrés en effectuant une multiplication du si- 30 gnal issu du capteur de référence avec lui-même, par les composantes de haute . fréquence des signaux engendrés respectivement par la multiplication des signaux i 70 13718 20 2091906 issus des deux capteurs de chaque couple. 14.- Méthode selon la revendication 6 caractérisée en ce que les positions du véhicule, pour lesquels les valeurs successives des déphasages résultant de ces compositions subissent des variations par incréments sont alignés selon 5 au moins deux ensembles sécants de lignes parallèles. 15.- Méthode selon les revendications 7 et 14 caractérisée en ce que les deux ensembles de lignes parallèles sont orthogonaux. 16.- Méthode selon la revendication 15 caractérisée en outre en ce qu'on détermine l'angle formé par une trajectoire rectiligne suivie par le véhicule et 10 par la direction dudit alignement de capteurs, par comptage du nombre de lignes de chaque ensemble traversées par le véhicule entre une position de départ et une position d'arrivée. 17.- Méthode selon la revendication 1 caractérisée en ce que le code de transmission desdits incréments est constitué en associant aux incréments de phase 15 résultant de chaque combinaison de signaux, un signal électrique de fréquence déterminée ou un signal électrique constitué par une combinaison spécifique de plusieurs signaux de fréquences différentes. 18.- Dispositif pour la mise en oeuvre de la méthode selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte au moins un ensemble de capteurs comprenant 20 au moins deux couples de capteurs ayant un capteur en commun, les directions formées par ces deux couples n'étant pas alignées, des moyens d'effectuer, pour chaque ensemble, des compositions de signaux issus de groupes de capteurs comprenant chacun au moins un desdits couples, des moyens de détection des variations de déphasage de ces compositions de signaux, des moyens de transfor-25 mation des variations continues des déphasages, pour chaque composition de signaux, en impulsions électriques de valeur quantifiée, un ensemble de codage comportant des moyens de production de signaux de codage, et des moyens d'as sociation de chaque signal de codage aux impulsions selon leur sigae pour chaque composition de signaux, et des moyens de transmission des signaux de coda-30 ge audit appareil de comptage. 19.- Dispositif selon la revendication 18 caractérisé en ce que l'ensemble de codage comporte des moyens de production de signaux de fréquences différentes. 20.- Dispositif selon la revendication 18 caractérisé en ce que l'ensemble de 70 13718 21 2091906 codage comporte des moyens de production de combinaisons spécifiques de fréquences différentes. 21.- Dispositif selon la revendication 18 caractérisé en ce que les moyens de transmission des signaux comportent un dispositif de modulation d'un signal 5 porteur par lesdits signaux de codage. 22.- Dispositif selon la revendication 18 caractérisé en ce qu'il comporte un seul ensemble de capteurs et en ce que les moyens effectuant les compositions de signaux sont des moyens pour combiner séparément les signaux issus des capteurs de chaque couple de capteurs. 10 23.- Dispositif selon la revendication 22 caractérisé en ce que les moyens de composition de signaux sont constitués par des démodulateurs synchrones. 24.- Dispositif selon la-revendication 18 caractérisé en ce que chaque ensemble comporte trois couples de capteurs ayant un capteur en commun et en ce que les moyens d'effectuer les compositions de signaux sont constitués par 15 des moyens de combinaison des signaux issus des capteurs non-communs de deux couples, des moyens de combinaison de signaux issus des capteurs non-communs de deux autres couples, des moyens de "combinaison du signal issu du capteur commun avec lui-même, des éléments de filtrage éliminant les composantes de basse-fréquence des signaux issus des moyens de combinaison, des moyens de 20 combinaison des signaux issus de l'élément de filtrage, connecté auxdits moyens de combinaison du signal issu du capteur commun avec lui-même, avec respectivement les signaux issus des deux autres éléments de filtrage et des éléments de filtrage éliminant les composantes de haute fréquence des signaux issus des derniers moyens de combinaison. 25 25.- Dispositif selon la revendication 24 caractérisé en ce que les moyens d'effectuer lesdites compositions sont connectés auxdits capteurs par l'intermédiaire d'amplificateurs -écrêteurs et en ce que les moyens de combinaison sont constitués par des démodulateurs-synchrones. 26.- Dispositif selon la revendication 24 caractérisé en ce qu'il comporte 30 une pluralité de moyens pour effectuer lesdites compositions de signaux, connectés respectivement auxdits capteurs par l'intermédiaire d'une pluralité d'éléments de déphasage pour retarder signaux de quantités croissantes. BAD OnK3ttoU/T