Brevet FR2137162A1 — publié le 19721229

La présente invention a trait L des perfectionnements apportés aux procédés et dispositifs de formation de voies. Elle concerne notamment des systèmes dtantennes destinés à être utilisés en acoustique sous-marine pour recevoir ou pour émettre des ondes ultrasonores dans des directions choisies, avantageusement orientables par un procédé connu de balayage électronique. Un procédé connu de formation de voies de réception et/ou démission au moyen d'un réseau de transducteurs appartenant à une mtme structure fixe d'antenne, consiste à compenser, au moyen de circuits de retard appropriés les retards de propagation entre les signaux parvenant aux différents transducteurs du réseau. Pour chaque direction préalablement choisie, la valeur de ces retards de compensation est telle que lorsqu'une onde plane est reçue par l'antenne dans la direction choisie, tous les signaux reçus par les différents transducteurs se retrouvent en synchronisme après compensation. Dans le cas où ces signaux ont été préalablement écrêtés ou mis sous forme numérique, cette compensation peut avantageusement ventre réalisée par des techniques digitales.Les retards de compensation sont alors fournis par des registres à décalage commandés par un même signal d'horloge et-associés chacun à leur transducteur respectif. Chacun de ces registres est composé dtune succession d' étages identiques. Pour former une voie dans une direction donnée, il suffit dans ce cas de sélectionner un étage particulier de chaque registre et de faire une sommation des signaux ainsi prélevés. Toute modification dans le choix des étages de chaque registre entraxe une modification corrélative de 11 orientation de la voie formée. Par ailleurs, un balayage électronique peut etre réalisé de manière connue, en modifiant la fréquence du signal d'horloge commandant les registres à décalage, ce qui a pour effet de modifier chacun des retards de compensation et de ce fait, l'orientation de la voie formée. La présente invention a pour objet d'adapter les techniques de formation de voies décrites dans ce qui précède, au cas particulier d'antennes à section circulaire utilisées notamment pour la poursuite précise de cibles sous-marines. Selon la présente invention le procédé de formation de voies dane lequel des registres à décalage sont utilisés pour compenser les retards de propagation entre les signaux ultrasonores détectés par les différents transducteurs d'une antenne à section circulaire est principalement caractérisé en ce que d'une part, les écarts de tcmps de propagation relatifs à chaque transducteur répartis sur un secteur circulaire correspondant à une direction choisie sont compensés par ds retards fixes dc manière à rendre ce secteur équivalent à une antenne plane inclinée par rapport à ladite direction de la voie à former, et, d'autre part, la voie ainsi formée est repointée sur ladite direction choisie en introduisant des retards additionnels de durées modifiables, la compensation totale obtenue pormottant d'ap- @liquer en synchronisme tous les signaux à un ensemble de sommation et lesdits registres à décalage étant commandés par un signal de rythme distinct. Selon une autre caractéristique dc la présente invention un dispositif de formation dc voies mettant on oeuvre le procédé selon l'invention, comportant une antenne acoustique de section circulaire munie dc transducteurs et d'un ensemble de sommation re- cevant en aynchronisme Par l'intermédiaire des ragistres à décalage, les signaux respectifs des transducteurs est principalement caractérisé en ce que ledit dispositif comporte, connecté entre un ensemble d'écrêtage ct de choix dc secteurs et ledit ensem- ble de sommation, un ensemble de compensation du temps de propagation ct de pointage de voie comprenant pour chaque transducteurs deux groupes de registres à décalage connectés en série, le premier ayant un nombre d'étages par registre choisi pour apporter un retard fixe aux signaux dos transductours du secteur sélectionné et commandé par un signal de rythme fixe et le deuxième ayant un nombre d'étages introduisant des retards additionnels de durées variables en fonction du dépointage désiré et qui dépend de la variation maximum possible du rythme du signal distinct commandant ce groupe, le choix du secteur et ledit rythme du signal variable étant commandé par un organe de conmande. D'autres caractéristiques, ainsi que des avantages de la présente invention, ressortiront au cours de la description qui va suivre, donnée à titre d1 exemple non limitatif en se référant aux figures jointes qui représentent La figure 1 un schéma synoptique d'un système de formation de voies de typo connu. La figure 2 : un schéma explicatif du procédé conforme à la présente invention; La figure 3 : un schéma synoptique d'un dispositif de formation de voies conforme à la présente invention et mettant en oeuvre le-procédé selon l'invention; -La figure 4 : un schéma synoptique d'un dispositif de formation de voies selon l'invention utilisable comme système d'an- tenne de repérage et de poursuite précise de cibles. Le schéma de la figure 1 illustre un procédé et dispositif connu de formation de voies, utilisé notamment pour la détection d'ondes ultrasonores. Ce procédé consiste à interconnecter, entre un ensemble 2 d'amplificateurs d'écrêtage des signaux reçus par un réseau des transducteurs d'une antenne 1 et un ensemble 4 de sommation des signaux écrStés, un ensemble 3 de compensation des écarts de temps de propagation entre ces signaux. Dans le cas de la figure 1, l'antenne 1 est du type réseau plan et comporte N = 6 transducteurs Il à 16, dans le plan défini par son axe x et la direction Y suivant laquelle on désire former la voie de réception. A chaque transducteur li à 16 de l'antenne 1 , correspond, dans l'ensemble 3 'de compensation, un registre à décalage distinct 17 à 22 , dont le nombre datages suceessifs ko dki, i étant un nombre enticr compris entre 1 et N, dépend de étant gle a dont est inclinée la direction Y par rapport à l'axe x de l'antenne 1 .Si To est la période du signal d'horloge commandant les registres 17 à 22 , v la vitesse de propagation des ondes ultrasonores et 1 la largeur de 11 antenne r dans le plan XY , l'angle a est défini par la relation sin a = d kN z To (1) en choisissant dk1 = 0 Si maintenant la période To du signal d'horloge est nodifiée d'une valeur dTo, la direction Y de la voie formée subit une rotation d'un angle da défini par la relation : sin (a+ da) - d kN vt (To + dTo) (2) Lorsque les valeurs a, dTo et da sont petites, cette relation peut être remplacée par la relation de proportionnalité :: da - ( d v/1 l ) dXo (3) A titre d'exemple, si da est inférieur à 50, cette dernière relation est vérifiée à mieux que 1 . 1000 L'invention est principalement destinée à adapter les procédé et dispositif de formation de voie décrits ci-dessus, au cas particulier d'une antenne i à section circulaire, telle par exemple une antenne cylindrique, et d'assurer un balayage électronique par dépointage commandé de la voie formée. La figure 2 représente un schéma explicatif du procédé conforme à l'in- vention. Sur cette figure on voit notamment plusieurs transducteurs Il à 17 répartis sur un secteur sélectionné d'une antenne à section circulaire. Les N transducteurs de antenne 1 étant répartis régulièrement sur un cercle, il est connu de n'utiliser que les M transducteurs d'un secteur d'axe X de ce cercle pour former une voie dans la direction X , M étant un nombre entier in N férieur ou égal à 2 ' Une compensation des écarts de temps de propagation entre les signaux reçus par ces transducteurs, permet de rendre ce secteur circulaire équivalent à une droite Y1 perpendiculaire a' la direction I . N directions distinctes telles que I , peuvent être obtenues de la sorte en décalant à chaque fois, le secteur circulaire choisi d'un pas de transducteurs. Un tel système ne permet toutefois pas de faire varier de manière continue ou quasi-continue, par une technique de balayage électronique, la direction de la voie formée. Suivant l'invention, on évite cet-inconvénient en modifiant la structure de l'ensemble 3 de compensation des écarts de phase. A cet effet, l'ensemble 3 est composé de deux groupes en série de M registres à décalage en parallèle, 21, 22 ...2M et 31, 32 ... 3M chacun, chaque groupe étant commande, par un signal d'horloge distinct.Le groupe 21, .. 2M citant commandé par un signal d'horloge de période fixe T0 , le nombre d'éta- ges des registres 21 à 27 de ce groupe, est choisi de manière à réaliser une compensation fixe des écarts de temps de propagation relatif à chaque transducteur Il à 17 du secteur circulaire choisi, cette compensation ayant pour but de rendre le secteur circulaire équivalent à une droite Y2 inclinée d'un angle al par rapport à la droite Y1 joignant les deux extr- mités de ce secteur.Le direction Xj de la voie' ainsi formée fait un angle a1 avec l'axe de symétrie X du secteur circulaire. En supposant que la période du signal dthorloge commandant les registres du groupe 31, ... 3M y est elle aussi égale à 20 , le nombre d'étages de chacun des registres 31 à 37 est choisi de manière à ce que la voie formée soit à nouveau pointée sur la direction I , le secteur circulaire devenant en définitive équivalent à une droite Xo perpendiculaire à la direction z .I Si l'on modifie d'une valeur dEo X la période du signal horloge commandant les registres 31 à 37 du groupe 31,..3M. en maintenant fixe celle To du signal d'horloge commandant les registres 21 à 27 du groupe 21,...2M, la voie formée prend une nouvelle orientation Y faisant un angle da avec la direction initiale I . La relation de proportionnalité(3) définie dans ce qui précède, s'écrit alors v da = ( kM ) dTo (4) 2R sin a@ R étant le rayon de l'antenne, v la vitesse de propagation des ondes ultrasonores, kM le nombre d1dtages du registre 2M et a2 la demi-ouverture angulaire du secteur considéré. Le choix de la valeur de kM est lié à la variation maximum possible dToMax de période du signal d'horloge comman- dant le groupe de registres 31,..3M , cette variation maximum devant être en mesure de provoquer le dépointage maximum dune voie. La figure 3 représente le schéma synoptique d1un exemple d'application d'un dispositif de formation de voies conforme à l'invention. Elle a trait à un système d'antenne à balayage électronique. Pour rendré le système bien adapté à un traitement digital binaire, on choisit avantageusement une antenne 1 à section circulaire comportant N = 2n transducteurs il à IN régulièrement répartis sur la circonférence. Ces N transducteurs sont reliés aux entres respectives dtun ensemble 2 dgécrê- tage et de choix de secteurs commandé par les n digits de poids binaire le plus élevé d'un signal binaire G fourni par un compteur digital binaire 5 , le nombre total de secteurs différents pouvant être sélectionnés pour former une voie étant alors égal à N.A chaque transducteur de l'antenne 1 correspond dans cet ensemble 2 , un écrêteur distinct. En outre, à chaque secteur pouvant être choisi, correspond une porte logique différente à M entrées et M sorties , M étant le nombre de transducteurs que comporte chacun des secteurs. Chacune des N valeurs binaires distinctes définies par les n digits de plus fort poids du signal binaire G , commande llouverture dlune porte logique différente. Les M sorties de ensemble 2 sont ensuite reliées à un ensemble 3 de compensation, et de pointage de voie qui, conformément au schéma de la figure 2, se compose d'un prenier groupe 21,...2M de registres à décalage commandés par un signal Ho fourni par une horloge 6 de période fixe T0 , suivi d'un deuxième groupe 31,..3S de registres à décalage commandés par un signal H1 fourni par une horloge 7 de période variable To + dTo, Cette horloge 7 consiste par exenple en un synthétiseur de fréquences, commandé par les q digits de poids le plus faible du signal binaire G fourni par le compteur 5 , qui lui-mtme est commandé par un signal H2 de période fixe fourni par une horloge non représentée sur la fi gure. Les M sorties de ltensemble 3 3 étant reliées au somma- teur 4 le signal V obtenu à la sortie de ce sommateur 4 , correspond à une voie d'écoute passive que l'on fait tourner de manière quasi-continue. Les n digits de poids binaires les plus élevés du signal G fourni par le compteur 5 , permettent d'assurer le décalage -du secteur choisi par exemple d'un pas de transducteurs à chaque fois; les q digits de poids le plus faible de ce signal G , permettent quant à eux d'assurer le décalage quasi-continu de la voie formée, entre deux changements de secteurs successifs. On a ainsi réalisé un système de localisation à balayage électronique panoramique à vitesse angulaire constante. Un tel système peut de mime, sans modification importante, être utilisé à l'émission. Un autre exemple d'application dtun dispositif de formation de voies conforme à l'invention, est représenté à la figure 4 suivant un schéma synoptique. Ce schéma concerne un système d'antenne qui, pour effectuer une poursuite précise de cibles, exploite de manière connue la comparaison d'amplitude entre deux voies semblables préformées, se recoupant entre elles,par exemple à 3 dB. L'utilisation des procédé et dispositif de formation de voies conformes à l'invention, permet de déplacer ces dernières à volonté et de manière concomitante sur tout lthori- zon, une boucle dtasservissement assurant en outre le maintien du pointage de leur intersection sur la cible à suivre.Dans ce système, l'antenne 1 1, ensemble 2 d'écrêtage et de sélection de secteurs, le groupe 21,...2M de registres de compensation de l'ensemble 3 ainsi que les horloges fixe 6 et variable 7, commandant ensemble 3, sont semblables aux éléments correspondants du système de la figure 3 . Le groupe 31,...3M de registres de ltensemble 3 décrit est remplacé par deux groupes 40 et 50 en série, commandés tous deux par le signal H1 fourni par l'horloge variable 7.Le nombre d'étages de chacun des registres constituant les groupes 40 et 50 , est choisi de manière à ce que les voies V1, formée par le sommateur 41 recevant les sorties du groupe 40, et V2 formée par le somma- teur 51 recevant les sorties du groupe 50 1 soient également inclinées de part et d'autre de l'axe x du secteur circulaire choisi, leur intersection étant alors initialement portée par ledit axe X . Conformément au schéma de la figure 2 la variation dRo du signal d'horloge H1 , commandant ces groupes 40 et 50 , provoque une rotation simultanée d'un angle da des voies V1 et V2 , ainsi que de leur intersection. Les signaux de voies Vl et V2 fournis par les sommateurs 41 et 51 , sont appliqués à un comparateur 8 , suivi d'un intégrateur digital 9 , dont le rôle est d'éliminer le bruit du signal digital de comparaison Vr - V2 . Un circuit 10 transmet à une horloge variable 20 , la valeur absolue de ce signal. Cette horloge 20 est par exemple un synthétiseur de fréquences, et définit le rythme de comptage ou de décomptage d'un compteur 'décompteur digital binaire 5 , ce rythme étant proportionnel à la valeur IV1 - v2@ . La commande des fonctions de comptage ou décomptage de élément 5 , est assurée par le signal représentatif du signe de V1 - V2 , ledit signai étant fourni par un circuit 30 . aomme dans le système de la figure 3 , ce sont les n digits de poids le plus élevé du signal binaire G fourni par le compteur-décompteur 5 , qui assurent le choix du secteur, tandis que les q digits de poids le plus faible de ce signal G , assurent la commande de horloge variable 7 Lorsque la valeur de V1 - V2 est importante, c'est donc un changement de secteur qui est commandé. Par contre, lorsque' V1 - V2 diminue, c'est la modification-de la période To+dTo du signal H1 horloge variable 7 qui intervient. Lorsque V1 - V2 est nulle, l'horloge variable 20 est arrêtée, et le compteur-décompteur 5 reste bloqué, ce qui correspond alors au positionnement précis du système sur la cible. On a ainsi décrit à l'aide de la figure 4 un système de poursuite précise de cibles avec asservissement du pointage de ce système sur la direction de la cible. 1. Dispositif de formation de voies de réception et/ou d'émis- sion a partir des signaux des transducteurs électro-acoustiques balayés électroniquement d'un système d'antenne à section circulaire dans lequel les signaux, groupés par secteur de direction choisi dépointable au moyen d'un organe de commande et traites sous forme numérique dans un ensemble de compensation et de pointage de voie, ont les écarts de temps de propagation respectifs compensés par des retards fixes d'un groupe de registres à décalage commandés par un signal de période fixe T0 rendant ainsi le secteur choisi équiva- lent à une antenne plane dont la voie formée est réorientée par des retards additionnels introduits par un deuxième groupe de registres, ces retards étant modifisbles par ledit organe de commande en fono- tion du dépointage d'orientation et de la variation admissible dTo maximum de la période variable T0 + dTo d'un signal commandant ledit autre groupe, les signaux traités étant additionnés en syn- chronisme dans un ensemble de sommation caractérisé en ce que ledit organe de commande est un compteur digital binaire (5) connecté aux X portes logiques, une par secteur de formation de voie dif- férente, ayant leurs M sorties connectées aux entrées dudit ensemble de compensation (3) et leurs N entrdes connectées aux écrêteurs associés aux N transducteurs successifs des N n transducteurs (11 à 1N) de l'antenne (1) à section circulaire , ces N transducteurs iormant l'un parmi les N secteurs sélectivement réalisable, chaque secteur étant décelable sur la circonférence de l'antenne par l'une des N valeurs binaires distinctes définies par les n digits de plus fort poids du signal binaire (G) dudit compteur (5), ce signal ouvrant la porte logique associée au secteur choisi. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit compteur (5), commandé par un signal (H2) de période fixe et comprenant dans ledit signal binaire (G) les q digits de poids le plus faible, est connecté à une horloge (7) de période variable To + dTo connectée aux registres à décalage (31,... 3 M) dudit deuxième groupe à retards de durées variables, réunis audit en- semble (4) de sommation, lesdits q digits assurent le décalage continu de la voie formée entre deux changements de secteurs successifs. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite horloge de période variable est un synthétiseur de frdquen- ce (7). 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2 , réalisant un système de poursuite précise de cibles par comparaison d'amplitu- de entre deux voies semblables préformées se recoupant entre elles caractérisé en ce que ledit deuxième groupe de repointage comprend deux groupes de registres (40; 50) connectés en série et commandés par le signal (Ht) de période variable dudit synthétiseur (7), leurs sorties étant réunies aux sommateurs respectifs (41; 51) connectés à un comparateur (8) suivi d'un intégrateur digital (9) fournissant l'écart d'amplitudes (V1 - V2) entre deux voies semblables préformées, l'information sur le signe et la valeur absolue de cet écart étant transmise par des organes intermédiaires (10 20 ; 30 ) audit organe de commande constitué par un compteur-décomp- teur digital (5) refermant la boucle d'asservissement et fournissant lesdits digits n et q du signal binaire (0). 5. Dispositif selon la revendication 4 , caractérisé en ce que lesdits organes intermédiaires comportent un circuit (30) indicateur du signe d'écart commandant le comptage/ddcomptage de l'organe de comptage (5) et un circuit (10) donnant la valeur absolue d'écart |V1 - V2| connecté à une horloge t20) fournissant à une borne d'entrée dudit compteur (5) un signal variable (H2) définissant le rythme du compteur proportionnellement à ladite valeur |V1 - V2 de sorte qu'un pointage sur la cible poursuivie s'effectue d'abord par changement de secteur d'antenne (1) dépendant du signe de l'écart, puis par la modification de la période To + dTo du signal du Byn- thétiseur (7) et enfin par l'arrêt du oompteur/décompt.ur (5) lorsque son horloge de rythme (20) est arrStée pour un écart de valeur nulle. 6. Dispositif selon la revendication 5 , caract érisé en ce que l'horloge commandant le rythme du compteur-décompteur (5) est un synthétiseur de fréquence (20).