Brevet FR2118896A1 — publié le 19720804

' La présente invention concerre d'une façon générale la détection des sens scus-marins, et plus particulièrement un récepteur de bord pour navire qui calcule et présente l'information de distance et de relèvement par rapport à un phare acoustique 5 sous-marin unique. La présente invention a par suite pour but un récepteur de bord pouvant calculer et présenter l'information de relèvement et de distance par rapport à un phare acoustique sous-marin unique. L'invention a aussi pour but un récepteur utilisant la com-10 paraison des phases pour déterminer l'information de relèvement„ L'invention a aussi pour but un récepteur comportant un appareil de mesure analogique et des lampes de référence pour produire l'information de relèvement. L'invention a aussi pour but l'utilisation d'un secteur de 15 180° d'un appareil de mesure ayant une déviation supérieure à 180° et de lampes de référence pour indiquer si la déviation de l'appareil de mesure est dans le secteur de 180° avant ou arrière. L'invention a aussi pour but un récepteur assurant la validation du signal. 20 L'invention a aussi pour but un récepteur avec un dispositif provoquant l'interrogation. Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante donnée à titre d'exemple et faite "en se référant aux dessins annexés sur lesquels : 25 Fig. 1 est le schéma général par blocs d'un récepteur selon un mode de mise en oeuvre de 1 ' invent.1 on, Fig. 2 est le schéma général par blocs de la sect'ion des hydrophones et de la section analogique du récepteur de la fig. 1 , Fig. 3 est le schéma général par blocs de la section de re-30 connaissance et de validation du récepteur de la fig. 1, Fig. k est le schéma général par blocs de la section de traitement de l'information de relèvement du récepteur de la fig. 1, Fig. Fig. 5 est le schéma général par blocs de la section de traitement de l'information de distance, et Fig. 5A représente graphiquement différents signaux comparés au traitement de l'information de distance. ZfO Le récepteur selon l'invention représenté sur la fig. 1 peut 71 41811 2116896 ! être divisé en cinq sections de base. Ces sections peuvent être considérées comme une section d1hydrophones ou de transducteurs HS pour la réception de signaux acoustiques, une section analogique AS pour amplifier, filtrer et limiter de façon nette les 5 signaux entrants afin que seule la gamme de fréquences de la bande passante de chaque signal soit conservée, une section de reconnaissance et de validation RV, une section de traitement de l'information de relèvement BIP et une section de traitement de l'information de distance RIP. Les deux sections BIP, RIP de traite-10 ment de l'information comportent des - dispositifs d'affichage et d'information et la section de traitement de l'information de distance RIP comporte aussi des dispositifs de commande provoquant 1'interrogation. La fig. 2 représente la section d'nydrophones HS et la sec-15 tion analogique AS qui comportent trois canaux, un pour chacun des trois hydrophones 11, 12 et 13 qui sont des dispositifs à bande large et qui sont agencés pour être de préférence directionnels suivant un angle faible afin de permettre d'éliminer les effets de la réverbération et de la réflexion de surface. 20 Les hydrophones sont disposés essentiellement en deux dipôles croisés!. Les hydrophones 11 et 12 forment un dipôle et les hydrophones 12 et 13 forment un autre dipôle, les axes des dipôles étant à 90° et les hydrophones de chaque dipôle étant espacés de moins d'une demi-longueur d'onde. Dans les conditions de réception 25 d'un signal, la différence moyenne des phases aux sorties des hydrophones 11 et 12 est traitée pour afficher le relèvement relatif par rapport à un phare acoustique immergé, sur un appareil de mesure du relèvement BM dans un secteur de 180°. Cette information prise seule est ambiguë en raison de la nature symétrique d'un di-30 pôle. La différence moyenne des phases entre les hydrophones 12 et 13 est utilisée pour produire un affichage de référence supprimant l'ambiguïté en indiquant si le secteur de 180° affiché sur l'appareil de mesure du relèvement BM est dans le secteur 180° avant ou arrière. L'affichage complet du .relèvement (voir la fig. ,35 est ainsi donné par l'appareil de mesure du relèvement BM et par deux lampes, une lampe BL indiquant que le relèvement concerne l'avant et l'autre lampe SL indiquant que le relèvement concerne 1'arrière. Les préamplificateurs à bande large IZf, 13 et 16, dans le cas 40 considéré, qui ont un. gain d'environ 20 db, sont situés à l'inté 71 41811 3. 2118896 ! rieur de la section d'hydrophones HS. Ces amplificateurs présentent une impédance de sortie faible permettant une souplesse pour le câblage entre la section d'hydrophones HS et l'équipement électronique ou le reste du récepteur. 5 Le premier étage de l'équipement électronique, c'est-à-dire la section analogique AS, est constitué par des préfiltres 17, 18 et 19, un pour chacun des trois canaux. Chacun des préfiltres 17, 18 et 19 a pour fonction d'assurer un gain supplémentaire et de supprimer le bruit au-delà des fréquences utiles. 10 Avec un préamplificateur à bande large et un préfiltre de la façon expliquée ci-dessus, un amplificateur limiteur à gain élevé et un limiteur à limites nettes forment en combinaison un limiteur à coupure nette presque idéal. Trois limiteurs à coupure nette 21, 22, 23 sont connectés aux sorties des préfiltres respectifs 17, 15 18 et 19 pour compléter la section analogique AS. Chaque limiteur à coupure nette a pour fonction d'amplifier son signal entrant et de produire un signal sortant pour l'un ou l'autre de deux états, l'état élevé (+L) ou l'état bas (0). Le signai sortant est à l'état élevé quand la valeur instantanée du signal sortant du préfiltre 20 est positive et à l'état bas quand la valeur instantanée du signal sortant du préfiltre est négative. Toute information d'amplitude est ainsi écartée. La sortie de chaque limiteur à coupure nette, comme il est dans l'un ou l'autre des deux états, doit être telle que le niveau de ces deux états soit très stable par rapport aux 25 effets de la température et au niveau du signal entrant. La sortie 24 du limiteur 21 est connectée à un postfiltre 27 de la section de reconnaissance et de validation du signal RV et à une entrée de commande d'un basculeur de mesure 41 de la section de traitement de l'information de relèvement BIP qui comporte aus-30 si un basculeur de référence 44» La sortie 25 du limiteur 22 est connectée à l'autre entrée de commanie du basculeur de mesure 41 et à une entrée de commande du basculeur de référence 44, et la sortie 26 du limiteur raiie 23 est connectée à l'autre entrée de commande du basculeur de référence 44» 35 En référence plus particulièrement aux fig. 1 et 3, le post filtre 27 est un filtre à bande étroite acco'rdé à la fréquence de réponse du répondeur immergé interrogé ou de son phare acoustique. Quand un signal est présent à la sortie 24 du limiteur 21 avec une fréquence tombant dans la largeur de bande du postfiltre 27 et 40 quand le signal est suffisamment au-dessus du niveau de b-ruit, le 71 41811 4. 2118896 1 signal sortant du postfiltre est une impulsion sinusoïdale ou entretenue dont l'amplitude est déterminée par le gain Q du postfiltre 27. Si le signal reçu de la sortie 24 du limiteur 21 est présent 5 pendant une durée suffisante pour que sa fréquence soit constante pe-idant une certaine durée, l'impulsion sinusoïdale à la sortie du postfiltre 27, vers le décodeur 28 atteint un état stable ou valeur de crête de la composante de fréquence du signal sortant du limiteur multiplié par le gain du postfiltre. Quand le bruit est 10 seul présent à l'entrée du postfiltre 27, son signal sortant croit ou décroît continuellement sans jamais atteindre pendant une durée appréciable l'amplitude d'état stable. Le préfiltre 17, le limiteur 21 et le postfiltre 27 forment un dispositif démodulateur utilisant la technique appelée de limitation raide. 15 Le décodeur 28 est constitué par un détecteur de niveau et un intégrateur. Le détecteur de niveau a pour fonction de déterminer à quel moment l'enveloppe du signal sortant du postfiltre a dépassé le niveau de seuil appelé V^.. Quand le détecteur de niveau change d'état pour indiquer que le seuil a été dépassé à 20 son entrée, l'intégrateur commence le comptage. Tant que le signal d'enveloppe pour le détecteur de niveau reste supérieur à V^, l'intégrateur continue le comptage jusqu'à l'expiration d'un intervalle de temps T^- ou jusqu'à ce qu'une valeur* ait été atteinte. A ce moment, l'intégrateur produit à sa sortie une impulsion Pj in-25 diquant qu'une impulsion de signal valable a été reçue du répondeur immergé ou du phare acoustique. Le détecteur de niveau et l'intégrateur forment ainsi un circuit décodeur 28 qui nécessite que l'impulsion sinusoïdale provenant du postfiltre 27 atteigne un certain niveau et que ce niveau soit dépassé pendant une durée 30 prédéterminée Tj. Le but de ce circuit décodeur 28 est de rendre le récepteur insensible aux bruits océaniques et aux bruits de l'environnement. En résumé, il est nécessaire que le signal ait une certaine fréquence pendant un temps spécifié avant la reconnaissance de cette impulsion comme signal de réponse du répondeur 35 sous-marin. Quand le signal du répondeur sous-marin ou phare acoustique est reconnu et validé, l'impulsion Pj présente à la sortie 29 du décodeur 28 excite un circuit de commande de signal sonore 34 pour la production d'un signal par un dispositif d'alarme sonore AA tel 40 qu'un avertisseur, pour alerter l'opérateur. L'impulsion Pj est 71 41811 5. 2118896 ! aussi appliquée à une porte OU 57 de la section de traitement de l'information de distance (fig. 5) qui ramène à l'état-a un basculeur de commande de compteur 58 et arrête le compteur de distance BC de la façon décrite ci-après. Simultanément", un circuit 5 monostable de blocage 31 est aussi excité par l'impulsion Pj pour empêcher le traitement des réflexions et des réverbérations suivant immédiatement la réponse par le trajet direct à partir du répondeur sous-marin, et un circuit monostable de référence 32 est déclenché pour produire un signal sortant Tg qui permet le 10 traitement du signal pendant une durée préétablie. Comme la largeur de l'impulsion sinusoïdale de réponse du répondeur est réglée pour une durée donnée, la période d'échantillonnage est choisie pour qu'elle existe seulement pendant le temps d'arrivée par le trajet direct pour déterminer le relèvement du répondeur sous-marin. 15 Pour considérer la section de traitemeat de l'information de revêtemoit BIP représentée sur les fig. 1 et 4S il est nécessaire de se référer à la représentation graphique des signaux des phases relatives de sortie sélectionnées de la fig„ 4A, et la fig. 2 doit aussi être considérée. 20 Le signal sortant du limiteur 21 fait basculer le basculeur de mesure 413 ce basculeur étant ramené au repos par le signal sortant du limiteur raide 22. L'hydrophone 11 est câblé avec des polarités opposées à celles de 1'hydrophone 12. Par suite, pour un relèvement relatif de 0° , le déphasage électrique entre les hy-25 drophones 11 et 12 et entre les signaux sortants des limïteurs 21 et 22 est de 180°. Le signal soi^tant du basculeur de mesure 41 a un coefficient d'utilisation de 50 % et, quand le relèvement relatif change, le signal sortant du basculeur s'écarte autour de ce coefficient. Les hydrophones doivent être convenablement espacés 30 pour ne pas permettre que la phase du signal plus bruit dépasse 0° ou 360°, ce qui entraînerait une information de relèvement erronée. En faii"-, il est possible et désirable d'espacer les hydrophones de façon à utiliser un secteur de 180° du mouvement d'un appareil de mesure analogique ayant une déviation supérieure à 35 180° pour correspondre à des relèvements relatifs sur un secteur de 180° . Le signal sortant du basculeur de mesure 41 est transmis à travers un filtre passe-bas 42 dont le signal sortant est la valeur moyenne du signal sortant du basculeur. Le signal sortant du 40 filtre passe-bas 42 est, par suite, fonction de la différence mo 71 41811 2118896 i yenne des phases des signaux sortants des limiteurs raides 21 et 22, décalée de 180°. Le signal sortant du filtre passe-bas 42 est échantillonné pendant approximativement quatre constantes de temps du filtre quand un signal est détecté, après quoi cette valeur est 5 retenue par un dispositif d'échantillonnage et de maintien 43 préparé par le signal Tg de la sortie 33 du circuit monostable d'échantillonnage 32. Cette valeur est lue ou affichée par l'appareil de mesure du relèvement relatif BM. Cette information de relèvement est ambiguë parce que le relèvement relatif peut se trouver 10 dans le secteur 180° avant ou arrière. Le signal, sortant du limiteur 22 fait changer d'état-b le basculeur de référence 44 qui est ramené à l'état-a par le signal sortant du limiteur raide 23= Comme l'nydrophone 11, l'hydrophone 13 est câblé avec des polarités opposées à celles de l'hydrophone 15 12. Le signal sortant du basculeur de référence 44 passe par un filtre passe-bas 45 et un détecteur de niveau 46 qui détermine si la valeur moyenne du signal sortant du basculeur 44 est âu-dessus ou au-dessous d'un seuil correspondant aux relèvements pour l'avant ou l'arrière. Le signal sortant du détecteur de niveau 46 20 (qui est binaire) est échantillonné par un circuit d'échantillonnage 47 pendant la période d'échantillonnage expliquée ci-dessus, et il détermine l'état d'un basculeur bistable 48. Le signal sortant de ce basculeur 48 est appliqué à un dispositif de commande de lampes 49 qui allume la lampe de référence voulue, c'est-à-dire 25 la lampe d'avant BL ou la lampe d'arrière SL. Cela supprime l'ambiguïté et complète l'information de relèvement affichée. En considérant maintenant les fig. 1, 5 et 5A, la section de traitement de l'information de distance RIP comporte un dispositif interrogateur 50 qui provoque la production d'une impulsion à la 30 sortie 52 d'un circuit clé monostable 51. La principale fonction de la section de traitement de l'information de distance RIP est de calculer et d'afficher la distance oblique du récepteur par rapport au répondeur ou au phare acoustique sous-marin si une réponse valable a été reçue en tenant compte du temps de décision (TAT) du 35 système total (répondeur et récepteur). L'étage déclencheur d'interrogation 50 commence une interrogation à tg manuellement par enfoncement d'un bouton poussoir d'interrogation ou à distance par un déclencheur éloigné (non représenté). Une manipulation répétitive (non représentée) est aussi 40 possible en utilisant un oscillateur à relaxation à transistor 71 41811 7. 2118896 i unijonction ou analogue. Le signal de démarrage déclenche le circuit monostable 51 à t^, temps auquel une impulsion d'interrogation apparaît à la sortie 52 du basculeur pour faire démarrer les opérations à des temps précis. A son apparition, l'impulsion sor-5 tante du circuit de manipulation 51 déclenche un émetteur (non représenté) du navire pour interroger le répondeur sous-marin au temps tg. En plus du déclenchement de la commande d'interrogation du répondeur sous-marin, l'impulsion déclenche un circuit monostable de suppression de l'info"mation de distance 53, ramène au re-10 pos un basculeur de compteur 58 par l'intermédiaire de la porte OU 57 si aucune réponse précédente n'a été reçue, ramène à zéro un compteur de distance à affichage numérique RC et déclenche un circuit monostable de temps de décision 56. Le circuit monostable de temps de décision 56 a ^our fonction de retrancher le temps de dé-15 cision du système total du temps de transit double sens total de l'impulsion acoustique augmenté du temps nécessaire pour établir la décision par le répondeur et pour le repositionnement du récepteur, laissant le temps de transit double sens vrai pour qu'il soit lu en qualité de distance dans un sens. A la fin de la période de 20 temps de décision t^T le basculeur de compteur 58 change d'état et excite le dispositif d'affichage RC pour le comptage à la fré- 9 quence d'une horloge 60. Le signal sortant du circuit ou oscillateur de base de temps 60 est appliqué à une entrée de la porte ET 59 et le signal sortant du basculeur porte de compteur 58 est ap-25 pliqué à la seconde entrée de la porte ET, de sorte que, quand la porte de compteur 58 est excitée, le compteur RC reçoit les impulsions de base de temps sur l'autre entrée. Le signal sortant du circuit monostable d'inhibition de'l'information de distance 53 a une durée correspondant à la distance 30 minimale danô un sens du système et il est appliqué au circuit d'inhibition 54 qui produit sur sa sortie 55 un signal pour le décodeur 28 afin que le récepteur soit inhibé et ne puisse pas détecter de réponse d'une distance quelconque inférieure à celle qui est établie dans le circuit un-coup inhibiteur d'information de 35 distance 54- Cette inhibition réduit la possibilité de réponse du récepteur à une interrogation réfléchie par la surface à une fréquence voisine de la fréquence d'interrogation. Si, après l'inhibition, une réponse correcte du répondeur est reçue, l'impulsion sortante du décodeur 28 (au temps t^) transmise à travers la 40 porte OU 57 ramène le basculeur porte 58 au repos, ce qui arrête 71 41811 2118896 l'accumulation des impulsions de base de temps dans le compteur RC à afficb.Hge numérique. Le compte qui représente la distance oblique jusqu'au répondeur, est affiché visuellement sur le compteur RC. Pendant le fonctionnement normal, la probabilité de fausse alarme produite par le récepteur est négligeable en raison de la sécurité apportée par l'étage décodeur ou de reconnaissance du signal RV. Le temps de décision nécessaire pour cette reconnaissance à la fois dans le répondeur sous-marin et le récepteur de navigation, a une valeur t^^ prévisible et commandée avec précision qui est retranchée du temps total. Cela laisse seulement le temps de transit acoustique vrai qui est lu sous la forme d'une distance dans un sens jusqu'au répondeur. Bien entendu, la description qui précède n'est pas limitative et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes sans que l'on sorte de son cadre. 71 41811 9. 2118896 ! REVENDICATIONS 1. Récepteur pour calculer et pour afficher le relèvement et la distance jusqu'à un phare acoustique sous-marin, caractérisé par : des hydrophones pour recevoir des signaux acoustiques 5 et pour produire des signaux électriques en réponse à la réception de ces signaux acoustiques ; un dispositif pour produire trois signaux de fréquence en relation de phases en réponse aux signaux électriques des hydrophones ; un dispositif de reconnaissance pour recevoir un premier de ces signaux de fréquence et pour 10 produire un signal sortant quand ce premier signal de fréquence représente un signal acoustique valable ; un dispositif de traitement de 1'information de relèvement rendu actif par un signal sortant du dispositif de reconnaissance et ayant une première partie comportant un appareil de mesure analogique du relèvement à affi-15 chage dans un secteur de 180° à zéro central, et une seconde partie comportant une paire de lampes, l'une indiquant que l'affichage par l'appareil de mesure représente une mesure en avant des hydrophones et l'autre indiquant que l'affichage par l'appareil de mesure représente une mesure en arrière des hydrophones, cette 20 première partie recevant et comparant les phases du premier signal de fréquence et du second signal de fréquence et produisant un signal analogique représentant la différence des phases pour son application à l'appareil de mesure du relèvement, et la seconde partie recevant et comparant- les phases du second signal de fré-25 quence et du troisième signal de fréquence et produisant un signal sortant représentant la différence des phases pour l'allumage sélectif de l'une des lampes ; et un dispositif de traitement de l'information de distance comportant un compteur pour afficher l'information de distance, un dispositif de base de temps produi-30 sant des impulsions pour 1 'entraînemert du compteur, et un disx>o-sitif porte pour commander la transmission des impulsions de base de temps, ce dispositif porte étant conditionné par un signal de commande d'interrogation pour transmettre les impulsions de base de temps au compteur et étant ramené à l'état initial par un si-35 gnal sortant du dispositif de reconnaissance. 2. Récepteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première partie du dispositif de traitement de l'information de relèvement comporte : un basculeur pour un appareil de mesure activé par le premier signal de fréquence, ramené au repos par le 40 second signal de fréquence et produisant un signal sortant ayant 71 41811 lu. 2118896 ! un coefficient d'utilisation de 50 % et s'écartant de ce coefficient- quand l'information de relèvement relatif change ; un filtre passe-bas connecté au basculeur de mesure pour recevoir le signal sortant de celui-ci et produire un signal sortant ayant 5 la valeur moyenne du signal sortant du basculeur de mesure ; et un circuit d'échantillonnage et de maintien connecté au filtre passe-bas et à l'appareil de mesure du relèvement pour échantillonner et conserver le signal sortant du filtre passe-bas quand il est excité par le signal sortant du dispositif de reconnaissance 10 et pour présenter la valeur échantillonnée à l'appareil de mesure du relèvement. 3. Récepteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé ers ce que la seconde partie du dispositif de traitement de l'information de relèvement comporte : un basculeur de référence 15 activé par le second signal de fréquence et ramené au repos par le troisième signal de fréquence ; un filtre passe-bas connecté au basculeur de référence pour recevoir le signal sortant de celui-ci et produire un signal sortant représentant la valeur moyenne du signal sortant du basculeur de référence ; un dispositif détecteur 20 de niveau à seuil connecté au filtre passe-bas pour recevoir le signal sortant de celui-ci, le dispositif détecteur de niveau comparant le signal sortant du filtre passe-bas au seuil et produisant un signal sortant binaire représentant la différence entre le signal comparé et le seuil ; un circuit connecté au dispositif 25 détecteur de niveau pour échantillonner le signal binaire quand il est excité par le signal sortant du dispositif de reconnaissance ; un basculeur bistable connecté à ce circuit et répondant au signal binaire échantillonné ; et un circuit de commande connecté à ce basculeur et aux lampes pour provoquer sélectivement 30 l'allumage d'une des lampes suivant l'état instantané du basculeur bistable» Récepteur selon l'une des revendications 1 à caractérisé en ce que le dispositif de traitement de l'information de distance comprend : un dispositif pour provoquer l'interrogation 35 et comportant un circuit d'impulsions ayant une sortie connectée au dispositif porte, au compteur et adapté pour être connecté à un émetteur d'interrogation, ce circuit produisant-, quand il est déclenché, une Impulsion à sa sortie pour ramener instantanément la porte au repos et le compteur à zéro ; et un circuit à retard 4-0 connecté au circuit d'impulsions et à la porte pour activer la 71 41811 2118896 porte avec un retard de temps prédéterminé sur le démarrage de l'interrogation. 5. Récepteur selon la revendication caractérisé par un disposilif répondant à une impulsion du circuit d'impulsions pour inhiber le dispositif de reconnaissance pendant, une durée prédéterminée après le démarrage de l'interrogation afin d'empêcher la validation d'un signal d'interrogation réfléchi.