Brevet FR2525774A1 — publié le 19831028

DISPOSITIF DE FILTRAGE ADAPTATIF DE SIGNAUX RECUS PAR UN SONAR ACTIF POUR LA REJECTION DE LA REVERBERATION. L'objet de la présente invention est un dispositif de filtrage adaptatif de signaux reçus par un sonar actif, monté sur un porteur mobile, pour la réjection des signaux de réverbération. Il est connu qu'un appareil de type sonar sur un véhicule porteur en mouvement (bateau, sous-marin, torpille etc), détecte et localise d'autres véhicules ou des objets en insonifiant par ondes ultrasonores l'espace sous- marin environnant et en observant les échos reçus en direction et en distance Il est également bien connu que l'énergie ultrasonore ainsi envoyée dans le milieu sous-marin est réverbérée par les particules, bulles et autres discontinuités présentes dans le milieu ou à sa surface. Cette réverbération gêne la réception des échos car elle tend à les masquer Un moyen utilisé pour diminuer la réverbération est de former à la réception des voies angulaires très directives mais ce moyen est limité par les dimensions de l'antenne. Le véhicule porteur étant en mouvement, la fréquence du signal émis renvoyé par une cible immobile est affectée du décalage par effet Doppler propre au porteur: c'est le cas pour la réverbération, o les hétérogénéités du milieu se comportent comme des cibles fixes Lorsque le but est en mouvement, ce qui est le cas le plus fréquent, la fréquence du signal renvoyé par le but est affecté à la fois par effet Doppler propre dû au porteur et par celui dû au but Il s'ensuit que la fréquence du signal correspondant à la réverbération et celle correspondant au but sont diffé- rentes, il est connu d'utiliser cette différence des fréquences reçues pour séparer les signaux d'échos de la réverbération. Ainsi on utilise dans les appareils électro-acoustiques de type sonar un filtre réjecteur de bande pour atténuer la réverbération Ce filtre a en général une largeur de bande fixe et une fréquence centrale qui varie en fonction du déplacement en fréquence par effet Doppler dû au porteur, c'est à dire en fonction de la vitesse du porteur projetée sur la direction d'observation Il est décrit un dispositif de filtrage de ce type, appliqué à un sonar de torpille, dans le brevet américain 3 723 954. Dans ce dispositif la largeur de bande du filtre réjecteur est calculée en fonction d'une vitesse moyenne et d'une direction moyenne Or cette largeur varie avec la vitesse, la direction d'observation c'est à dire la direction de la voie et comme on le verra avec la largeur du lobe de directivité de cette voie. Le dipositif de filtrage, suivant l'invention a l'avantage par rapport à cet Art Antérieur, d'optimiser le filtre réjecteur de réverbération en fonction de la vitesse du porteur, des propriétés de directivité du sonar et de la direction de la cible. Brièvement c'est un dispositif je filtrage adaptatif de signaux reçus par un sonar actif, comprenant des c Ircuits de -formation de N voies angulaires B 1, B 2, Bi, BN correspondant à des directions d'angle en gisement E 1, e 2 e 1, e NI le sonar étant monté sur un véhicule porteur animé de la vitesse V, mesurée par un' dispositif de mesure, caractérisé par le fait que la valeur de la vitesse V est appliquée à des circuits de calcul, qui reçoivent également la valeur de l'angle 08 de la direction d'une cible ainsi que la valeur de la largeur angulaire à 3 d B d'atténuation du diagramme, ô 5 de la voie Bl correspondante, de la valeur de la vitesse de propagation des ondes acoustiques ainsi que la valeur de la fréquence f O émise par le sonar et que le circuit de calcul fournit la valeur de la fréquence reçue décalée par effet Doppler f R au centre de la voie Bl ainsi que la bande 6 f correspondant à la largeur angulaire de la voie et que ces valeurs de M = f R f O et 6 f sont appliquées à des filtres commandables pour filtrer les signaux reçus, les signaux filtrés étant appliqués au dispositif d'exploita- tion du sonar. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre illustrée par les figures qui représentent: figure 1, un schéma des diagrammes angulaires des voies formées; figure 2, un schéma explicatif pour le calcul de l'effet Doppler; figure 3, une courbe montrant l'écart de fréquence en fonction de l'angle cible-propagation du porteur; -figure 4, la synoptique du dispositif de filtrage, suivant l'invention; figure 5, une variante numérique du dispositif de filtrage. Le système d'antennes d'un sonar actif permet d'insonifier l'espace dans un secteur angulaire qui correspond au iobe principal du diagramme d'émission Les cibles sont repérées dans un plan horizontal et il est connu de former à la réception plusieurs voies angulaires permettant d'effectuer ce repérage La figure 1 représente les lobes de réception L formés dans le i secteur d'émission O E et qui ont une largeur 66 à 3 d B d'atténuation du maximum qui peut être identique d'une voie à l'autre ou différente selon le cas. Soit D O (figure 2) la direction de déplacement du porteur de vitesse V et Vs la projection de cette vitesse sur la droite D 1 reliant celui-ci à la cible, l'écart de fréquence Af, dû à l'effet Doppler du porteur, et observé sur la fréquence reçue f RI par rapport à la fréquence émise fo est donné par la relation: Af = 2 f VS/C ( 1) o C est la vitesse du son dans l'eau, d'o A f = K cos e ( 2) o e est l'angle orienté entre les droites Do et D, avec K = 2 f V/C ( 3) On a représenté sur la figure 3 la variation de Af en fonction de O entre,r/2 et w/2 suivant la relation ( 2) On a porté également la variation 2 f de Af qui correspond à la largeur angulaire d O autour de la valeur O l' qui correspond à la voie choisie Bi La valeur de Sf peut d'ailleurs se calculer pratiquement par la relation: f = 2 K sin (ô 6 /2)sin 8 ( 4) o l'on a considéré les diagrammes de directivité comme constants dans le domaine _ et i+ se Le filtre réjecteur proposé est adaptatif en ce sens que sa fréquence centrale; donnée par la relation ( 1), ainsi que sa bande, donnée approximati- vement par la relation ( 4) compte tenu de la relation ( 3), sont commandables afin de le rendre optimal. La figure 4 montre un dispositif de filtre réjecteur adaptif, suivant l'invention Une antenne 40 émet des impulsions à la fréquence fo et reçoit des impulsions à la fréquence f R affectée de l'effet Doppler avec f R = f O + Af, Af étant donné par la relation ( 1) De manière connue, les signaux SA fournis par l'antenne de réception sont appliqués à des circuits de formation de voies 41 dans lesquels ces signaux sont convertis en numérique puis retardés et additionnés pour former des voies angulaires dans plusieurs directions Ces N directions correspondent à des angles e 1 ' 02 ' a i N et à chaque voie telle que Bl correspond une largeur angulaire de voie et l'on suppose que toutes ces largeurs sont égales à une même valeur d O, comme le montre la figure 1. Chaque signal de voie tel que Bl est démodulé par multiplication par deux signaux en quadrature cos ( 2 lr f Rt) et sin ( 2 zr f Rt) La fréquence f R est fournie aux deux multiplieurs 421 et 422 par un oscillateur local 43, qui est par exemple à commande par tension appelé, V C O dans la littérature anglo-américaine (voltage controlled oscillator) Cet oscillateur 43 reçoit la valeur Af = K cos O il Les deux composantes du signal démodulé sont filtrées dans deux filtres passe-haut identiques 441 et 442, dont la fréquence de coupure fc est, selon l'invention, fonction de la direction ide la voie et de sa largeur Siu suivant la relation ( 4) avec f = ô f/2. Les valeurs à f et 1 c sont calculées par un ensemble de circuits numériques 45, qui reçoit la valeur de la vitesse V, ainsi que des signaux numériques, tel que Si, des circuits de formation de voies 41 Ce signal Si fournit les adresses des valeurs de a i et de 60/2 dans des mémoires 450 La valeur de la vitesse V est fournie par un dispositif de mesure 410 et appliquée à un circuit de calcul 44, qui reçoit par ailleurs la valeur de la fréquence émise f et de la vitesse des ondes acoustiques dans l'eau C Le circuit 44 fournit à sa sortie la valeur de K, suivant la relation ( 3) Les valeurs de Oi et 50/2 lues dans les mémoires 450 sont appliquées à des circuits de calcul 401, 402 et 403, qui donnent à leurs sorties respectivement les valeurs cos Oi, sin O et sin ( 68/2) Un circuit multiplieur M, recevant les valeurs de cos 01 et de K fournit la valeur de A f appliqué à l'oscillateur commandable 43 Un second circuit multiplieur recevant les valeurs de sin O i et sin 50/2 fournit le produit de ces deux valeurs Ce produit étant appliqué à un troisième circuit multiplieur M 3 qui reçoit la valeur de K et fournit la valeur de f c = 6 f/2 suivant la relation ( 4) Cette valeur f c est appliquée aux filtres passe-haut commandables 441 et 442 fixant la fréquen- ce de coupure à la valeur f c Ce sont ces filtres qui reçoivent les signaux démodulés par les multiplieurs 421 et 422 et les signaux filtres appelés composantes complexes sont appliqués au dispositif d'exploitation sonar 48. Suivant une variante de l'invention, l'ensemble 45 est un calculateur numérique du type microprocesseur. La figure 5 montre un exemple de réalisation d'un dispositif de filtrage comprenant un microprocesseur 500 Pour cette réalisation les N signaux de voies BI, B 2 Bl BN sont appliqués à un multiplexeur 50, qui fournit le signal multiplexé SM au rythme d'une horloge H Le signal multiplexé SM est traité par le microprocesseur 500, qui reçoit les signaux d'horloge H et le signal de vitesse du porteur V A partir de cette valeur de V, le microproces- seur calcule pour chaque voie la fréquence centrale et la fréquence de coupure fc pour chaque voie Le microprocesseur trie les échantillons du signal SM execute la démodulation synchrone et le filtrage par un program- me de filtrage numérique. Finalement le microprocesseur 500 fournit les composantes complexes des voies telles que Xiet Yi appliquées au dispositif d'exploitation. En conclusion, on a décrit un dispositif de filtrage antiréverbération dont la largeur de bande est optimisée en fonction de la vitesse du porteur, de la direction de la voie et de sa largeur, la fréquence centrale étant -adaptée à la vitesse du porteur et à la direction de la voie. REVENDICATIONS 1 Dispositif de filtrage adaptif de signaux reçus par un sonar actif, comprenant des circuits de formation ( 41) de N voies angulaires B 1, B 2, Bl BN correspondant à des directions d'angle en gisement O 1,02 " l ON le sonar étant monté sur un véhicule porteur animé de la vitesse V, mesurée par un dispositif de mesure ( 410), caractérisé par le fait que la valeur de la vitesse V est appliquée à des circuits de calcul ( 45), qui reçoivent également la valez de l'angle a i de la direction d'une cible ainsi que la valeur de la largeur angulaire à 3 d B d'atténuation du diagramme, 6 o de la voie Bl correspondante, de la valeur de la vitesse de propagation des ondes acoustiques ainsi que la valeur de la fréquence f O émise par le sonar ( 40), et que le circuit de calcul fournit la valeur de la fréquence reçue décalée par effet Doppler f R au centre de la voie Bl ainsi que la bande 6 f correspondante à la largeur angulaire de la voie et que ces valeurs de Af = f R-f O et âf sont appliqués à des filtres commandables ( 441, 442) pour filtrer les signaux reçus, les signaux filtrés étant appliqués au dispositif d'exploitation du sonar ( 48). 2 Dispositif de filtrage suivant la revendication 1 caractérisé par le fait que les circuits de formation de voies ( 41) fournissent un signal d'adresses Si qui produit la lecture des valeurs de 8 a et dé dans des mémoires ( 450). 3 Dispositif de filtrage suivant la revendication 1 caractérisé par le fait que les signaux de voies, telle que Bl sont démodulés par des signaux en cos( 27 f Rt) et sin( 2 r Tf Rt) par des circuits de multiplication ( 421, 422) la fréquence f R étant fournie par un oscillateur commandable recevant le signal Af des circuits de calcul ( 45) et que les filtres commandables ( 441,442) sont des filtres passe-haut dont la fréquence de coupure est égale à Sf/2. 4 Dispositif de filtrage suivant la revendication 1 caractérisé par le fait, que les signaux de voies B 1, Bl BN sont appliqués à un circuit de multiplexage ( 50) fournissant le signal multiplexé SM qui est appliqué à un microprocesseur ( 500) qui reçoit la valeur de la vitesse V, et qui traite les signaux de façon à les démultiplexer, à les démoduler à la fréquence f R calculée par le microprocesseur ( 500), et à les filtrer en filtre passe-haut numérique avec une fréquence de coupure fc, calculée par le microproces- seur ( 500), les signaux traités étant appliqués au dispositif d'exploitation sonar.