Brevet FR2480945A1 — publié le 19811023

L'invention a pour objet une méthode pour la télédétection de l'état de la mer par un radar à haute fréquence. Plus particulièrement, l'invention concerne une méthode pour la télédétection de l'étant de la mer, par détermination du spectre de fréquence des échos successifs sur les vagues, d'impulsions de radar transmises séquentiellement et un dispositif pour sa mise en oeuvre. On sait que les ondes électromagnétiques transmises à partir d'un radar vers une certaine zone de l'océan sont réfléchies et/ou rétrodiffusées sélectivement par les vagues et 'en particulier vers le radar. Les ondes électromagnétiques ayant une longueur d'onde déterminée sont rétrodiffusées en particulier par les vagues dont la longueur d'onde est la moitié de celle des ondes émises. Les ondes rétrodiffusées sont affectées d'un décalage de fréquence Doppler correspondant à la vitesse de déplacement des vagues dans la direction d'observation et leur spectre comporté en particulier deux composantes discrètes désignées par "raies de Bragg" correspondant aux vagues s'approchant et s'éloignant du radar ainsi qu'un spectre dit du 2ème ordre. L'exploitation du spectre de fréquence obtenu permet de déterminer différentes données relatives à l'état de la mer. Le rapport entre les amplitudes des raies de Bragg peut servir à déterminer la direction du vent et, dans certaines conditions, le spectre directionnel des vagues. La direction du,vent est déterminée par exemple en recherchant la direction de réception des ondes électromagnétiques pour laquelle le rapport entre les amplitudes des raies de Bragg est maximal ou minimal. Er exploitant les spectres du 2ème ordre, on peut aussi calculer la hauteur significative des vagues. On désigne habituellement par ce terme la hauteur moyenne du tiers des vagues les plus hautes. Une méthode connue permettant de calculer cette hauteur significative consiste tout d'abord à déterminer le rapport de l'aire du spectre du 2ème ordre mesuré sur une certaine bande de fréquence à l'aire des raies de Bragg. Puis, on détermine les fréquences extrêmes délimitant la zone centrale du spectre du 2ème ordre. Connaissant les valeurs de ce rapport et de ces fréquences, on se reporte alors à des abaques établies préalablement d'après un modèle approprié et l'on détermine la hauteur significative des vagues. Le principal inconvénient de la méthode antérieure tient au niveau du "bruit" qui se superpose au spectre de fréquence et qui vient masquer certaines raies de niveau insuffisant et fausser les mesures. Dans certains cas, il est impossible de mesurer l'aire des bandes latérales du spectre du 2ème ordre qui ne sont pas discernables du bruit de fond. Pour les mêmes raisons, il est impossible de déterminer précisément les deux fréquences extrêmes de la bande centrale du spectre du 2ème ordre. La méthode selon l'invention comporte la détermination du spectre de fréquence des échos obtenus successivement sur une zone, d'impulsions de radar transmises séquentiellement et ltexploitation des données relatives à l'état de la mer contenues dans ce spectre de fréquence.La méthode se distingue en ce que l'exploitation des données relatives à l'état de la mer comporte la mesure d'un premier paramètre représentatif de l'intensité de la raie de Bragg la plus importante, la mesure d'un secpnd paramètre représentatif df l'intensité d'une certaine raie du spectre de 2ème ordre souvent la plus importante, la mesure du rapport du second paramètre au premier paramètre et la détermination de la hauteur significative des vagues, cette hauteur étant une fon tion connue de ce rapport. Les paramètres représentatifs de l'intensité de la raie de Rragg et de la raie du 2ème ordre les plus importantes peuvent etre, par exemple, les amplitudes maximales de ces raies ou bien encore leurs aires respectives mesurées pour un certain intervalle de fréquence. Cette méthode présente des facilités de mise en oeuvre pour les raisons suivantes deux raies seulement dont la position est parfaitement déterminée par les conditions de mise en oeuvre intervien nent dans l'estimation de la hauteur des vagues; - la délimitation de la bande centrale du spectre correspon dant au 2ème ordre n'intervient pas dans la détermination de la hauteur significative des vagues; - aucune mesure n'est effectuée sur les raies de plus faibles amplitudes susceptibles d'être masquées par le bruit de fond superposé aux spectres de fréquence; - il n'est plus systématiquement nécessaire de déterminer des surfaces pour en calculer le rapport car, selon une variante préférée de la méthode, on effectue le rapport des amplitudes de deux pics du spectre de fréquence dont les positions relatives sont indépendantes de l'état de la mer. D'autres caractéristiques du dispositif apparaîtront à la lecture de la description d'un mode de réalisation de l'invention et en se référant aux dessins annexés où - la figure 1 est une représentation très schématique d'un spectre de fréquence Doppler A (f) des signaux de radar rétrodiffusés par une zone de mer, dans le cas où la direc tion de réception est orientée à 90 par rapport à la di rection du vent; - la figure 2 est une représentation analogue à celle de la figure 1 dans le cas où le vent souffle vers la terre et où la direction de réception est orientée à 1200 par rapport à la direction du vent;; - la figure 3 est une représentation analogue à celle de la figure 1 dans le cas où le vent souffle vers la mer et où la direction de réception est orientée à 120 par rapport à la direction du vent; - la figure 4 représente schématiquement la courbe des varia tions du rapport du 2ème paramètre au 1er paramètre en fonc tion de la hauteur significative des vagues. Comme on peut le voir sur les figures, les spectres de fréquence Doppler A (f) des signaux de radar rétrodiffusés par la mer comportent deux raies principales A1+ et A1 dites raies de Bragg dont les fréquences respectives fg+ et sont symétriques par rapport à une fréquence centrale prise comme origine. Ils comportent en outre une partie dite spectre du second ordre constituée par deux raies A 2+ et A2 symétriques par rapport à l'origine, dont les fréquences sont respectivement égales à V2 - et PZ f B- et > 5 fBt et par une bande centrale B les fréquences extrêmes sont respectivement f1 et f2. Au spectre de fréquence Doppler se suPer- pose un spectre de bruit A (N) réparti sur toute la bande de fréquence utile. On voit également que, dans les cas les plus fréquents où la direction de réception n'est pas orthogonale à la direction du vent et où les spectres de fréquence Doppler sont dissymétriques (figures 2, 3) - les pics du 2ème ordre les moins importants (A2 dans le cas de la figure 2, A2+ dans celui de la fi gure 3) ont une amplitude faible qui les rend souvent peu dissociables du bruit de fond; - 1'une des extrémités de la bande centrale B du spectre du 2ème ordre n'est pas toujours dissociable du bruit de fond et la fréquence correspondante (f 2 dans le cas de la figu re 2, f3 dans celui de la figure 3) ne peut pas toujours être déterminée avec précision. Comme la connaissance de l'aire des pics secondaires et de la largeur de la bande centrale est indispensable dans la méthode connue pour déterminer la hauteur significative des vagues, on voit que, dans de nombreux cas, cette méthode peut vespas conduire à des résultats satisfaisants. La méthode selon l'invention comporte - une mesure de l'amplitude de la raie de Bragg plus impor tante (A1+ dans le cas de la figure 2, A dans celui de la figure 3). Lorsque les deux raies de Bragg sont iden tiques (figure 1), on mesure indifféremment l'amplitude de l'une ou l'amplitude de l'autre; - une mesure de l'amplitude de la raie du spectre du 2ème ordre dont la fréquence est égaye à celle de la raie de Bragg la plus importante multipliée par VT (A2+ dans le cas de la figure 2, A2 dans celui de la figure 3); - une détermination du rapport p de l'amplitude de la raie du second ordre à celle de la raie de Bragg. On se reporte alors à une courbe connue représentative des variations du rapport p en fonction de la hauteur significative des vagues (figure 4 obtenue préalablement)et l'on détermine la hauteur correspondante. Cette courbe qui est le plus souvent sensiblement une droite peut être obtenue soit par application d'un modèle théorique, soit par des mesures expérimentales. On voit clairement sur les figures que la raie de Bragg la plus importante et la raie du second ordre correspondante sont, dans tous les cas, clairement visibles et dissociables du bruit de fond et que, par conséquent, la hauteur significative des vagues est constamment obtenue avec une bonne précision. On ne sortirait pas du cadre de l'invention en remplaçant la mesure des amplitudes par la mesure de tout autre paramètre représentatif de l'intensité des raies, par exemple celle de leurs aires mesurées dans un intervalle de fréquence détermine. REVENDICATIONS 1 - Méthode pour la détection à distance de l'état de la mer dans une zone explorée, consistant à 1 - Emettre séquentiellement des ondes radar en direction de cette zone 2 - Recevoir les échos successifs de ces ondes rétrodiffusés par les vagues de cette zone et établir leur spectre de fréquence DoppSer, et to - détermlr.er à partir de ce spectre une valeur liée à la hauteur significative des vagues dans la zone explorée, caractérisée en ce que cette dernière étape comporte la sélection dans ledit spectre de fréquence Doppler de deux paramètres représentatifs respectivement de l'intensité de celle des deux raies de Bragg qui est la plus importante, et d'une raie du spectre autre que les raies de t3ragg dont 1R différence de fréquence par rapport à la fréquence de ladite raie de 13ragg correspond à une valeur fixée à l'avance, e rapport de ces deux paramètres étant représentatif de la hauteur significative des vagues dans la zone explorée 2 - Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que les deux paramètres sont les valeurs des amplitudes maximales des deux raies sélectionnées du spectre 3 - Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que les deux paramètres sont les valeurs des aires respectives des deux raies sélectionnées du spectre 4 - Méthode selon la revendication 1, caractéri.ée en ce que la fréquence de la raie sélectionnée du spectre autre qu'unie raie de Bragg est égale à celle de ladite raie de Bragg la plus importante multipliée par