Brevet FR2492112A1 — publié le 19820416

La présente invention se rapporte à un procédé pour identifier des objets immergés dans l'eau en émet- tant des ondes sonores dont les signaux réfléchis par l'objet immergé permettent de reconnaître la nature de ce dernier. Dans un procédé d'identification connu de ce type on envoie en direction de l'objet immergé détecté une suite de trains d'ondes sonores d'une durée et d'une fréquence cons- tantes, par exemple des impulsions appelées CW, qui sont réfléchies par l'objet immergé et captées par un dispositif récepteur. Afin de déterminer la nature de l'objet immergé on utilise les signaux d'écho en interprétant l'ensemble de leur structure ce qui permet de relever la forme extérieure de l'objet immergé et de reconnaître sa nature. Pour obte- nir une information valable en ce qui concerne l'objet im- mergé détecté, ce procédé nécessite des dispositifs émet- teurs et/ou récepteurs d'un grand pouvoir de résolution dont la réalisation est souvent impossible ou seulement possible grâce à l'emploi de moyens compliqués. Un procédé de ce type ne convient, en outre, qu'à l'identification d'objets de dimensions importantes tels que des corps de navires ou analogues en raison du pouvoir de résolution limité des dispositifs émetteurs et/ou récepteurs et de ce fait ce procédé ne permet pas d'identifier des objets plus petits tels que des fûts, des extrémités de conduits tubu- laires ou analogues. La présente invention a pour objet de perfectionner un procédé du type mentionné qui permet avec des moyens techniques relativement simples et d'un prix de revient rai- sonnable, d'obtenir une identification valable notamment d'objets "techniques" de dimensions réduites comme par exemple des fûts, des extrémités de conduits tubulaires ou des objets analogues et qui permet également la détection précise de tels objets. Les problèmes ci-dessus sont résolus conformément à l'invention par un procédé pour l'identification d'objets immergés qui est caractérisé en ce que l'objet immergé est exploré par des ondes sonores de façon qu'il soit amené à émettre une résonance propre et en ce que l'identifica- tion de l'objet immergé s'effectue sur la base de ses fréauences de résonance caractéristiques. Le procédé suivant l'invention est basé sur le fait que les objets, appelés "techniques", tels que les ffts, les extrémités de conduits tubulaires ou les objets analo- gues se différencient d'objets naturels, tels que des pierres ou des galets d'un ordre de grandeur identique, par des formes moins tourmentées, des surfaces plus lisses et du fait qu'ils présentent fréquemment des parois d'une épaisseur sensiblement constante de façon à émettre un ensemble de fréquences propres d'un type caractéristique. Suivant l'invention, on excite ces objets "techniques" pour qu'ils entrent en résonance en envoyant une onde sonore à partir d'un endroit éloigné, les fréquences propres ou les fréquences de résonance des objets réfléchies par ces der- niers, pouvant alors être sélectionnée de l'énergie sonore captée par le dispositif récepteur en les comparant aux fréquences de référence propres à chaque objet. Il a été constaté par exemple, qu'un cylindre en acier à paroi épais- se présentant une longueur de 40 cm, un diamètre de 40 cm et une paroi d'une épaisseur de 1,7 cm, émet vingt-six fréquences propres comprises entre 0,8 et 8,3 kHz (Acustica 1979, volume 42, page 93). Lorsqu'on connaît l'ensemble caractéristique des fréquence propres de l'objet immergé, il est possible de reconstituer cet ensemble de fréquences à partir des fréquences de résonance sélectionnées des signaux captés par le dispositif récepteur et de déterminer la nature de l'objet détecté. Les ensembles de fréquences de référence propres aux objets à identifier et dont le nombre est généralement assez limité, peuvent Stre détermi- nés de façon empirique ou par calcul et tre consignés sous forme de tableaux ce qui permet d'identifier l'objet immergé détecté par simple comparaison de l'ensemble des fréquences propres prélevé des signaux captés avec les ensembles de fréquences propres connus et consignés sous forme de tableaux. Le procédé suivant l'invention permet l'identifica- tion notamment d'objets-immergés de petites dimensions et qui reposent au fond d'une rivière ou de la mer en étant encastrés entre des galets ou par exemple dans des récifs de coraux. Il n'est pas nécessaire que le pouvoir de réso- lution du dispositif d'émission et/ou de réception soit plus important que celui des sonars habituels. Le procédé suivant l'invention permet non seulement de déterminer la nature d'un objet immergé détecté, mais également de repé- rer un objet connu parmi d'autres objets tels que des roches ou analogues. Suivant une caractéristique de l'invention on émet en direction de l'objet immergé un rayonnement acoustique d'une très large bande et de préférence un rayonnement di- rectif. La grande largeur de bande du rayonnement acousti- que permet, à coup sûr, de capter toute la plage des fré- quences propres d'un objet immergé à identifier et d'obte- nir ainsi des résultats de mesure fiables. Lorsque la re- cherche est limitée uniquement à des objets immergés et déterminés, par exemple à des extrémités de conduits tubu- laires d'une certaine dimension, il suffit d'accorder la largeur de la bande à la plage des fréquences de résonance de l'objet à rechercher. Selon une autre caractéristique de l'invention, on procède à une focalisation du rayonnement acoustique de façon que la surface balayée à l'emplacement de l'objet immergé et détecté ne soit pas sensiblement supérieure à celle de l'objet lui-même. Il est ainsi possible d'identi- fier de façon s re un objet qui repose à proximité immé- diate d'autres objets. Suivant une autre caractéristique de l'invention, on utilise pour créer le rayonnement acoustique deux rayon- nements acoustiques de fréquences différentes qui créent, par suite des propriétés de transmission non linéaires de l'eau, un rayonnement acoustique présentant une fréquence qui correspond à la fréquence différentielle des deux rayonnements acoustiques et au moins un rayonnement acoustique étant vobulé en fréquence. Grâce à l'utilisation d'un dispositif sonar fonc- tionnant selon le principe paramétrique connu on peut obtenir une grande largeur de bande du rayonnement acous- tique et une focalisation poussée du rayonnement. Le rayonnement acoustique peut alors tre constitué par un train d'impulsions (icw: inter-rupted carrier wave; fré- quemment appelé impulsions CW), dans lequel les différentes impulsions sont modulées à des fréquences différentes de préférence d'une manière ascendante ou descendante et de façon monotone à l'intérieur du train dtimpulsions. Pen- dant les intervalles entre les différentes impulsions on capte alors les signaux d'échos provenant des objets immer- gés détectés. Il est cependant également possible d'émet- tre un rayonnement acoustique continu (appelé fréquemment courant permanent) qui se présente alors soit sous forme d'un signal sinusoïdal modulé en fréquence à fréquence variable de façon monotone, soit sous forme de bruit erra- tique, soit sous forme de pseudo-bruit erratique. Diverses autres caractéristiques dé l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Une forme de réalisation de l'objet de l'invention est représentée, à titre d'exemple non limitatif, aux des- sins annexés. La fig. 1 est la représentation schématique d'un navire de surface muni d'un dispositif pour l'identifica- tion d'objets reposant au fond de l'eau. La fig. 2 est un schéma de couplage par blocs d'un dispositif suivant la fig. 1. Comme cela ressort de la fig. 1, un transducteur électro-acoustique d'émission 11 et un transducteur électro- acoustique de réception 12 sont disposés sur le fond (quille) d'un navire de surface 10. Le transducteur d'émis- sion 11 est relié par un cible électrique 15 à un disposi- tif émetteur 13 et le transducteur de réception 12 par un câble 16 à un dispositif récepteur 14, les dispositifs émetteur et récepteur 13, 14 étant logés à l'intérieur de 24921 12 la coque du navire 10. A la fig. 1 le fond de la mer ou le fond du lit d'une rivière porte la référence 17. Un objet "technique" 19, par exemple, un fût, une extrémité d'un conduit tubulaire ou un objet analogue repose sur le fond 17 en étant entouré par des galets 18. Le transduc- teur électro-acoustique d'émission 11, le transducteur électro-acoustique de réception 12 ainsi que les disposi- tifs émetteur et récepteur 13, 14 composent le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé pour l'identification d'objets immergés, ce dispositif étant appelé dans ce qui suit dispositif d'identification. Dans le procédé suivant l'invention et destiné & l'identification d'un objet immergé tel que, par exemple, un objet "technique" 19, ayant la forme d'un fût ou d'une extrémité d'un conduit tubulaire, on envoie au moyen du dispositif d'identification un rayonnement acoustique en direction de l'objet 19. A cet effet on utilise un rayon- nement acoustique directif à très large bande. Ce rayonne- ment est créé par deux rayons acoustiques directifs présen- tant des fréquences différentes et dont résulte une fré- quence correspondant à la fréquence différentielle des deux rayons acoustiques fréquence due aux propriétés de transmission non linéaires de l'eau. Le dispositif émet- teur 13 comporte à cet effet un générateur de signaux 20 qui délivre une énergie électrique de fréquence f et un générateur de signaux 21 délivrant une énergie électrique de fréquence f2, la fréquence f2 pouvant tre modulée en permanence. Les deux fréquences f1 et f2 sont additionnées par un montage de sommation 22 et appliquées au transduc- teur électro-acoustique d'émission 11 par l'intermédiaire d'un circuit porte 23 et après avoir été amplifiées dans un amplificateur 24. Le circuit porte 23 est commandé par un circuit à constante de temps 25 qui établit une intercon- nection pendant un certain laps de temps de façon que le transducteur électro-acoustique 11 émette une série de trains d'ondes, appelés également suites d'impulsions, d'une durée prédéterminée. En conséquence le transducteur 24921 12 Il émet une énergie acoustique présentant les fréquences fi et f2 dans le milieu aqueux à propriété de transmis- sion non linéaire. En raison des propriétés de transmission non liné- aire de l'eau on crée, de façon connue, un rayonnement acoustique dont la fréquence f l-f2 correspond à la fré- quence différentielle résultant des deux rayons acoustiques. Une focalisation appropriée des rayons acoustiques permet de focaliser également le rayonnement acoustique en résul- tant de façon que la surface balayée au niveau de l'empla- cement de l'objet 19 ne soit pas sensiblement supérieure à la surface de l'objet lui-mime. GrAce au balayage par le rayonnement acoustique l'objet 19 est amené à sa fréquence propre. Du fait que l'on modifie la fréquence f2 de façon monotone à chaque impulsion du train d'impulsions il est possible de faire varier le rayonnement acoustique balayant l'objet 19 à l'in- térieur d'une très large plage de fréquences de manière que l'on couvre à coup sûr la plage de fréquences à l'inté- rieur de laquelle se situe la fréquence de résonance émise par l'objet 19 lorsque la plage balayée par le rayonnement acoustique a été déterminée pour une largeur appropriée. L'objet 19 amené à résonner présente un ensemble de fréquences de résonance propres caractéristiques qui est déterminé par la nature de la matière, les dimensions et l'épaisseur de la paroi de l'objet 19. Lorsqu'on connait cet ensemble de fréquences de résonance propres de l'objet 19 on peut procéder à l'identification de ce dernier sur la base des fréquences de résonance caractéristiques. A cet effet le dispositif récepteur 14 comporte un analyseur spectral 26. Un analyseur spectral de ce type qui fonctionne selon le principe de l'analyse de Fourier par transformation algorithmique, est décrit dans "IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement" ne 4, novembre 1971, pages 198 à 201. Les signaux acoustiques émis par l'objet 19 balayé par le rayonnement acoustique, sont captés par le transducteur électro-acoustique de réception 12, transfor- més en signaux électriques et transmis au dispositif récep- teur 14 par l'intermédiaire du cAble de liaison 16. Après leur passage dans un amplificateur 27, les signaux électri- S ques arrivent dans l'analyseur spectral 26 qui crée un spectre des fréquences reçues dans lequel on peut recon- nattre facilement et de façon distincte les fréquences de résonance de l'objet 19. Le spectre est représenté sur un écran de visualisation 28. Lorsqu'on connatt les ensembles caractéristiques des fréquences propres d'un grand nombre d'objets immergés et susceptibles d'être détectés il est possible d'identifier l'objet 19 comme étant un fût ou une extrémité de conduit tubulaire de dimensions déterminées en comparant l'ensemble des fréquences propres représenté sur l'écran de visualisation 28 aux ensembles de fréquences propres connus et disponibles. Etant donné qu'on ne doit identifier habituellement et dans la pratique qu'un nombre limité d'objets il est parfaitement possible de déterminer pour les objets intéressés les ensembles de fréquences propres servant de modèle, de façon empirique ou le cas échéant également par calcul et de les consigner sous forme de tableaux. La comparaison entre l'ensemble de fréquences propres de l'objet détecté 19 représenté sur l'écran de visualisation et tous les ensembles de fréquences propres connus et figurant sur les tableaux, permet d'identifier l'objet 19. Au lieu de la comparaison directe de l'ensemble de fréquences propres capté par un opérateur on peut également prévoir dans le dispositif récepteur 14 une calculatrice 29 et une mémoire 30 dans laquelle sont mémorisés tous les ensembles de fréquences propres, servant de modèle, des objets intéressés. Le spectre des signaux captés et obtenus par l'analyseur spectral 26 est transmis à la calculatrice 29 qui appelle successivement de la mémoire 30 les ensembles de fréquences propres connus et les compare à l'ensemble de 24921 12 fréquences propres provenant de l'analyseur spectral 26. Lors de la concordance un signal correspondant est délivré. L'invention n'est pas limitée à l'exemple de réali- sation décrit ci-dessus et se rapportant à un procédé pour l'identification d'objets reposant au fond de l'eau. Il est par exemple possible de moduler également la fréquence du rayonnement acoustique et dans ce cas la fréquence est modifiée de façon monotone. Le rayonnement acoustique peut également se présenter sous la forme d'un bruit erratique ou d'un pseudo-bruit erratique. Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé ne comporte pas obligatoirement un transducteur électro-acous- tique d'émission et un transducteur électro-acoustique de réception séparés parce qu'il est parfaitement possible de combiner ces deux transducteurs sous forme d'un transduc- teur électro-acoustique unique auquel les cibles de liaison et 16 sont reliés par l'intermédiaire d'une dérivation électrique. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour identifier des objets immer- gés dans l'eau en émettant des ondes sonores dont les signaux réfléchis par l'objet immergé permettent de recon- naltre la nature de ce dernier, caractérisé en ce que l'objet immergé (19) est exploré par dep ondes sonores de façon qu'il soit amené à émettre une résonance propre et en ce que l'identification de l'objet immergé (19) s'ef- fectue sur la base de ses frié,uences de résonance caractA- risticques. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on émet en direction de l'objet immergé (19) un rayonnement acoustique d'une très large bande et de préfé- ronce un rayonnement directif. 3 - Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le rayonnement acoustique est composé de trains d'impulsions dont. les impulsions successives sont modulées à des fréquences différentes de préférence A des fréquences variant de façon monotone. 4 - Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le rayonnement acoustique est modulé en fré- quence et en ce qu'on fait varier la fréquence de façon monotone et continue. - Procédé suivant la revendication 2, caractérisé on ce que le rayonnement acoustique est réalisé sous forme de bruits erratiques ou pseudo-erratiques. 6 - Procédé suivant l'une des revendications & 5, caractérisé en ce qu'on procède à une focalisation du rayon- nement acoustique de façon que la surface balayée à l'em- placement de l'objet immergé et détecté (19)ne soit pas sensiblement supérieure A celle de l'objet lui-méme (19). 7 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on utilise pour crier le rayonnement acoustique deux rayonnements acoustiques de fréquences différentes qui créent, par suite des propriétés de transmission non linéaires de l'eau, un rayonnement acoustique présentant une fréquence qui correspond à la fréquence différentielle des deux rayonnements acousti- ques et en ce queau moins un rayonnement acoustique est vobulé en fréquence.