Brevet FR2511158A1 — publié le 19830211

SYSTEME DE FORMATION DE VOIES POUR SONARS PANORAMIQUES. La présente invention se rapporte à la formation de voies d'un sonar panoramique, équipé d'une base d'écoute circulaire La formation des voies est obtenue par la technique des "dispositifs à transfert de charge" appelée DTC. Une voie préformée correspond à une réception des signaux acousti- ques autour d'une direction Elle est obtenue par compensation des retards relatifs, par rapport à cette direction, des signaux électriques fournis par les transducteurs formant la base d'écoute Ces retards sont obtenus par des lignes à retard et en particulier par des registres à décalages numériques ou io analogique par DTC. L'avantage de l'utilisation des DTC par rapport aux dispositifs numéri- ques est dû au fait que pour les DTC les signaux sont traités sous la forme l'échantillons analogiques Il en résulte une simplification du matériel, puisque dans les systèmes numériques il faut autant de registres à décalage que de bits résultant de la quantification des amplitudes De plus, la technique DTC permet la suppression des convertisseurs analogique-numéri- que et numérique-analogique qui sont coûteux, et réduisent le rapport signal sur bruit. Dans cette technique de formation de voies par DTC les signaux reçus par les différents transducteurs formant la base d'écoute peuvent être traités en parallèle; ceci a pour inconvénient de nécessiter autant de registres à décalage DTC que de transducteurs Il est donc plus intéressant de traiter ces signaux en série, par multiplexage. Pour le traitement des signaux en série suivant l'art antérieur, les retards sont obtenus par des prises sur le registre à décalage DTC qui reçoit les signaux multiplexés Ces prises fournissent des signaux échantillonnés correspondant à des transducteurs tous différents, et disposées de façon à fournir les retards nécessaires à la formation des voies. 11158 Les voies sont formées par addition des signaux retardés, les voies sont obtenues séquentiellement, quand les échantillons avancent dans le registre à décalage DTC. Un exemple de formation de voies par DTC est donné dans la demande de brevet européen N O de publication 007 864 publié le 6 février 1980. Dans cette demande de brevet certaines voies sont obtenues par interpolation. Pour ces dispositifs il faut réaliser des DTC avec des prises multiples disposés en des positions précises qui dépendent des caractéristiques du sonar, et notamment des diamètres de la base d'écoute. Ceci a pour désavantage d'éxiger la réalisation d'une ligne DTC spéciale pour chaque application. Le dispositif suivant l'invention permet de remédier à cet inconvénient en permettant de n'utiliser que pratiquement des lignes comprenant des 1 S modules de N, N-I et N+ 1 cellules, qui mis en serie permettent d'obtenir la formation des voles quelque soit notamment le diamètre de la base d'écoute. Le dispositif suivant l'invention a de plus l'avantage de permettre une réparation d'une panne, par remplacement d'un module. Suivant une variante de l'invention principalement dans le cas d'un traitement de N signaux numériques multiplexés a un bit, on réalise les lignes à retard, par une mémoire lecture-écriture, l'écriture se faisant aux adresses fournis par un compteur modulo N, N-I ou N+I Dans le premier cas au bout de N bits les bits précédemment inscrits sont réinscrit à la même adresse dans une nouvelle sous-mémoire Les signaux sortent avec un retard de p N o p est le nombre de sous-mémoires. Brièvement c'est un dispositf de formation de voies pour sonars panoramiques, comprenant une base circulaire de N capteurs et que les N signaux reçus par les capteurs sont appliqués à un circuit de multiplexage, sous le contrôle d'une horloge H de fréquence Fe et que les signaux multiplexés sont appliqués à des lignes de registres à décalage et que des prises sur cette ligne permettent de recueillir les M signaux retardés correspondant aux M capteurs utilisés pour la formation d'une voie et que les signaux retardés sont appliqués à un circuit sommateur qui fournit séquen- tiellement les voies, caractérisé par le fait que les signaux retardés sont 11158 obtenus par deux lignes de registres à décalage, une ligne étant composée de modules CN de N cellules et de modules CN-1 de N-1 cellules et l'autre de modules C de N cellules et de modules CN+ de N+I cellules. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre, illustrée par les figures qui représentent: Figure I un schéma d'une base circulaire montrant les différences de marche à compenser pour former une voie. Figure 2 un schéma illustrant le changement de la direction des voies. Figure 3 un schéma montrant la formation simultanée de deux voies. Figure 4 un schéma de principe de formation de voies. Figure 5 -une ligne DTC avec les prises pour la formation de voies. Figures 6,7 et 8, la répartition des échantillons des signaux multiplexés dans la ligne DTC. Figure 9 les emplacements des prises sur la ligne DTC. Figure 10 la réalisation des lignes à retard avec ses prises par utilisation de modules à N, N-1 et N+ 1 cellules, suivant l'invention. Figure 11 un schéma pour la réalisation d'une ligne à retard numérique, suivant l'invention. Figure 12 des signaux temporels pour les lignes à retard numéri- ques. La figure 1 montre une base circulaire 1 équipée de N capteurs transducteurs A 1, A 2 AN (sur la figure 1 on a pris N= 16) Pour former une voie centrée sur la direction, on n'utilise que les signaux reçus par M transducteurs Pour former la voie montrée sur l'exemple de la figure 1, on utilise les transduceurs A 1, A 2, A 3,A 4, A 5 et A 6 (M= 6) Ainsi pour une base d'écoute circulaire, ce sont les transducteurs situés sur un arc correspondant à un secteur d'ouverture 135 , qui participent à la formation d'une voie ayant un diagramme D On doit compenser les retards relatifs pour chaque transducteur Sur la figure on a représenté les différences de marche 251 1 158 4 - l, AL 2, AL 3 (M pair) qui sont les distances des transducteurs A 1 et A 6, A 2 et A 5, A 3 et A 4 à une droite A 2 perpendiculaire à la direction A On en déduit simplement que les retards Ti a introduire pour ramener les signaux sur un même plan d'onde virtuel, sont tels que: T i= AL /V o i est le numéro du capteur et Vc la célérité des ondes Soit si (t) le signal fourni par un capteur, le signal de voie est donné par: V(t) = z aisi (t T i) ai: coefficient de pondération éventuel. Si l'on re'mplace le signal d'un capteur tel que A, par le suivant A,+l sur le cercle 1, en gardant les mêmes retards que précédemment, on obtient une autre voie V 2 comme montré sur la figure 2, V 2 est décalée par rapport à la voie V 1 de l'angle 0, qui correspond à l'angle entre deux capteurs successifs. On forme ainsi séquentiellement N voies uniformément réparties sur 360 . Il est connu de former plus de N voies sur 3600 Comme le montre la figure 3, pour former 2 N voies; à chaque voie précédente correspond une voie dite de droite Vd et de gauche V Ces deux voies sont obtenues en compensant les retards des capteurs utilisés par rapport aux deux plans d'onde D 2 et D 22 perpendiculaires aux directions des voies Vd et Vg* La figure 4 montre le principe connu de l'obtention de voies séquen- tielles sur 3600. Les signaux reçus par les capteurs A 1 A 1 i AN sont appliqués par des liaisons G Gi GN à un dispositif de multiplexage 10 sous le contrôle d'une horloge H à la fréquence F e Les signaux multiplexés Sm sont appliqués à la ligne DTC 2 o les échantillons analogiques avancent à la cadence Fe Des prises sont disposés sur la ligne 2, pour recueillir les signaux des capteurs successifs avec les retards T l, T 2 T M Les signaux retardés sont appliqués à des circuits de filtrage et de pondération 4 et appliqués en Lil, L 12 LIM à un circuit de sommation 5, qui fournit les voies Sv, qui se succèdent au rythme Fe. Pour former 2 N voies on peut utiliser la même ligne DTC, figure 5, avec les prises Pî *PI *PM pour la voie de droite Vd et des prises R 1, Ri, RM pour les voies de gauche, les voies Vd et Vg étant obtenues après sommation par les sommateurs 51 et 52. La figure 6 montre comment les échantillons successifs se suivent dans le registre DTC, 2 Des séries d'échantillons ENl, lN-L, l 21, lIl J se succèdent, la durée de passage d'une série étant Tm=N/Fe. A un certain moment T figure 7, l'échantillon l 1 ll correspond à la prise L 1, l'échantillon l 2 l à la prise L 2 et l'échantillon l 3 l à la prise L 3 etc Les prises corespondent approximativement aux retards nécessaires T 1 I, T 2, T 3 etc Au temps To+l/Fe, figure 8, les échantillons auront avancé d'une case, se seront les échantillons l 2 l,l 3-1 J, et l 4-jqui correspondront aux prises L 1, L 2 L 3, et la voie V 1 sera remplacée par la voie V 2. La figure 9 montre le nombre de cellules de la ligne DTC entre deux prises successives, dans le cas de M= 6 Entre les prises Pl et P 2, il y a K 1 N- I cellules et entre les prises P 2 et P 3 il y a K 2 N-I cellules K 1 et K 2 sont des nombres entiers choisis pour obtenir les retards nécessaires Ces retards doivent tenir compte non seulement des retards géométriques montrés par la figure 1, mais également des retards à l'échantillonnage par le multiplexeur de la figure 4 Les retards augmentent pour les signaux correspondants des capteurs A 1 à A 3 Par contre les retards diminuent pour les signaux des capteurs de A 4 à A 6. Pour les prises P 4, P 5, P 6 correspondant à ces derniers capteurs le nombre de cellules entre prises est de la forme K 1 N+ 1 et K 2 N+ 1. Le dispositif de prises montré par la figure 9 exige un registre DTC spécialement réalisé pour une application qui dépend du rayon de la base, du nombre M de capteurs utilisés et de la célérité des ondes. Le dispositif de formation de voies suivant l'invention, permet l'ob- tention de tous les retards nécessaires avec deux lignes et ne comprenant à part un module, que des modules de N, N-1, et N+ 1 cellules. La figure 10 montre le schéma de réalisation des lignes à retard avec ces modules (M= 6). Le signal mutiplexé Sm entre à la fois dans les sous-ensembles F 1 et F 2 Le sous-ensemble F 1 comprend à l'entrée un module C 1 de I cellules, de K 1 modules CN de N cellules, suivi d'un module CN_ 1 de N-I cellules, ensuite K 2 modules CN et un module CN 1. Les seul modèle non-standard dans le sous-ensemble est le premier, qui correspond à la compensation du retard à l'échantillonnage du capteur A 6 par rapport au capteur A Le sous-ensemble F 2 se compose de K 1 modules CN suivi d'un module CN+ 1 et de K 2 modules, CN suivi d'un module CN. Les signaux retardés SI, 52, et 53 prélevés dans les sous-ensemble F 1 et les signaux 54, S et 56 prélevés dans le sous-ensemble F 2 sont additionnés dans le sommateur 100 qui fournit séquentiellement les voies telle que V 1. Suivant une réalisation, on prend: Rayon de la base, R= 1,5 m Célérité des ondes, Vc= 1500 m/sec Pas de quantification des retards, 1/Fe O 5 /u sec nombre de capteurs, N = 32 nombre de voies, 2 N = 64 nombre de capteurs par voie, M = 12. La disposition pour la formation des 64 voies est montrée par la figure 11 Le signal Sm est appliqué à deux lignes, une figurée en haut et l'autre en bas de cette figure La composition des éléments de la ligne du haut est donnée par le Tableau I, et celle de la ligne du bas par le Tableau Il. La notation Sdi o i est le numéro du capteur, correspond aux prises de la voie de droite et la notation Sgi aux prises de la voie de gauche. Suivant une variante de l'invention, on utilise une technique numérique pour former les voies Les signaux provenant des capteurs sont numérisés et les K 1 ou K 2 modules CN ou les modules CN-1 et CN+ 1 de la figure 10 sont remplacés par-un ensemble de traitement montré par la figure 12. Cet ensemble comporte un compteur 121 pouvant fonctionner modulo N, N-1 ou N+ 1, une mémoire adressable écriture-lecture (RAM) 120, une mémoire tampon 122 connectée en sortie de la mémoire 120. Le câblage montré sur la figure 12 se rapporte à la réalisation de 3 modules de traitement CN de la figure 10 permettant de retarder le signal de sortie de 3 par rapport au signal d'entrée Le compteur 121 fonctionne modulo N et foeurnit les adresses A à la mémoire 120 Dans cette mémoire le signal d'entrée appliqué en E 1 est retardé de N et le signal T 1 résultant est stocké temporairement dans la mémoire tampon 122 Le signal de sortie U correspondant est renvoyé dans le mémoire 120 à l'entrée E 2 et ainsi de suite Le signal de sortie U 3 est ainsi retardé de 3 N par rapport au signal d'entrée. La mémoire 120 est lue par une horloge HE et la mémoire tampon par une horloge HL. Dans le cas des modules CN_ 1 et CN+ 1, le compteur 121 fonctionnera avec un modulo N-I et N+ 1. 251 1 158 Elément (fig 11) Elément (fig 11) TABLEAU I Composition I module de 12 cellules modules de 32 cellules 4 modules de 32 cellules 1 module de 31 cellules modules de 32 cellules 3 modules de 32 cellules I module de 31 cellules 4 modules de 32 cellules 3 modules de 3 cellules I module de 31 cellules 3 modules de 32 cellules 1 module de 32 cellules 1 module de 31 cellules 2 modules de 32 cellules 1 module de 31 cellules 1 module de 32 cellules TABLEAU HII Composition 1 cellule 6 modules de 32 cellules 4 modules de 32 cellules 1 module de 33 cellules modules de 32 cellules 3 modules de 32 cellules 1 module de 33 cellules 4 modules de 32 cellules 2 modules de 32 cellules 1 module de 33 cellules 3 modules de 32 cellules 1 module de 32 cellules 1 module de 33 cellules 2 modules de 32 cellules 1 module de 33 cellules I module de 32 cellules Prise de sortie s g, 1 Sd,l Sg,2 Sd,2 S g,3 Sd,3 Sg, 4 Sd,4 Sg,5 Sd,5 Sg,6 Sd,6 Prise de sortie Sd,12 Sg,12 Sg, 1 Sd,l 1 Sd,o 10 Sg,10 Sd,9 Sg,9 Sd,8 Sg,8 Sdj 7 Sg,7 251 1 158 REVENDICATIONS 1 Dispositif de formation de voies pour sonars panoramiques, compre- nant une base circulaire ( 1) de N capteurs A 1,i A 2 AN et que les N signaux reçus par ces capteurs sont appliqués à un circuit de multiplexage ( 10) sous le contrôle d'une horloge H de fréquence F et que les signaux multiplexés e (Sm) sont appliqués à des lignes ( 2) de registres à décalage et que des prises (L 1,L 2 LM) sur cette ligne permettent de recueillir les M signaux retardés correspondant aux M capteurs utilisés pour la formation d'une voie et que les signaux resultant sont appliqués à un circuit sommateur ( 5) qui fourni séquentiellement les voies, caractérisé par le fait que les signaux retardés sont obtenus par deux lignes de registres à décalage ( 10,11), une ligne étant composée de modules CN de N cellules et de modules CN_ 1 de N-I cellules et l'autre de modules CN de N cellules et de modules CN+ 1 de N+ 1 cellules. 2 Dispositif de formation de voies pour sonar suivant la revendication I caractérisé par le fait que les signaux sont multiplexés sous forme analogique et que les différents modules sont des dispositifs à transfert de charges. 3 Dispositif de formation de voies pour sonar suivant la revendication I caractérisé par le fait que le signal (Sm) est multiplexé sous forme numérique et que les modules (CN, Ni CN-1 ' CN+I) sont réalisés par une mémoire écriture-lecture ( 120) recevrant les adresses (A) d'un compteur modulo N, N-I ou N+ 1, que cette mémoire ( 120) permet de retarder le signal de N/Fe ou (N-I)/Fe ou (N+I)/Fe, et que un retard de p N/Fe ou p(N-I)/Fe ou p(N+I)/Fe est obtenu en reinscrivant p-1 fois le signal dans la mémoire ( 120). 4 Dispositif de formation de voies suivant les revendications 2 et 3 caractérisé par le fait que des prises (Sdi' Sg i) sont disposés après les modules, pour compenser les retards correspondant simultanément à deux voies une appelée voie de droite et Pl'autre voie de gauche.