Brevet FR2550348A1 — publié le 19850208

SYSTEME DE TRAJECTOGRAPHIE D'UN BATIMENT NAVAL La présente invention concerne un système de trajectographie permettant de suivre à l'aide de moyens magnétiques le trajet d'un bâtiment naval. Il est particulièrement utilisable pour le suivi d'un bâtiment, immunisé contre les risques de détection magnétique, notamment dans les stations de contrôle d'immunisation magnétique des bâtiments. Une station de contrôle d'immunisation magnétique est destinée à effectuer des mesures sur un navire ou un sous-marin en mouvement au dessus d'un alignement de capteurs, permettant, entre autres, d'ajuster les courants de boucles d'immunisation Pour ce faire, on a besoin de localiser la 10 position du bâtiment par rapport aux capteurs lors de chaque mesure de façon à pouvoir comparer les résultats de mesures de plusieurs passages du bâtiment. Les progrès réalisés dans les systèmes de détection magnétique ont conduit à concevoir des systèmes d'immunisation plus performants permet15 tant aux bâtiments d'échapper autant que possible aux systèmes de détection Il s'ensuit une nécessité de contrôler avec une grande précision l'immunisation des bâtiments et de ce fait de pouvoir lors de tels contrôles localiser de façon très précise leur position. Jusqu'à ces dernières années, et dans de nombreux cas encore actuel20 lement, les moyens étaient essentiellement manuels: postes de visée soit par opérateur, soit par liaison image vidéo Actuellement, les systèmes de positionnement et de trajectographie utilisés sont radioélectriques ou optiques; ils consistent à réaliser une triangulation à partir d'une balise mobile (sur le bâtiment) et de deux ou trois balises fixes disposées à terre. L'ensemble est de dimensions très grandes vis-à-vis des dimensions de la base de mesure et des corrections à effectuer; en effet, le site (normalement un port) nécessite des portées de l'ordre de 4 à 5 kms. Les précisions de positionnement réellement atteintes sont le l'ordre de 2 mètres dans les meilleurs des cas Une telle installation est donc très 30 grande Elle nécessite une infrastructure (construction, alimentation, maintenance de balises) coûteuse. Il est connu aussi d'obtenir la trajectoire d'un bâtiment de surface ou d'un sous-marin de manière acoustique Pour cela, au moins trois capteurs acoustiques ou hydrophones sont posés et fixés sur le fond Le bâtiment à trajectographier est équipé d'un émetteur acoustique La mesure des instants de réception aux hydrophones du signal émis permet d'obtenir la 5 position du mobile Cette technique a une bonne précision de mesure, mais nécessite l'implantation d'une base acoustique (trois hydrophones) spécifique. C'est pourquoi l'invention fournit un système de trajectographie d'un bâtiment suffisamment précis, facilement mis en oeuvre et peu coûteux. Elle a pour objet un système de trajectographie d'un bâtiment naval 10 caractérisé en ce qu'il comprend au moins une source magnétique disposée sur le bâtiment et émettant un champ magnétique de caractéristiques connues ainsi que des moyens de détection extérieurs au bâtiment permettant de détecter le champ magnétique émis. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avan15 tages apparaîtront à l'aide de la description qui suit en référence aux figures annexées parmi lesquelles: la figure I représente un exemple d'installation d'un système de trajectographie selon l'invention; les figures 2 A et 2 B illustrent les diagrammes des vecteurs d'induc20 tion de champs magnétiques du système de la figure 1; la figure 3 représente un exemple de réalisation de l'installation de traitement du système de l'invention; la figure 4 représente un exemple de réalisation d'une source magnétique embarquée sur un bâtiment. Le système de trajectographie de la figure I comporte une source 11 d'émission de rayonnements magnétiques fixée sur un bâtiment naval 10, deux magnétomètres 12 et 13 et une installation de traitement 14. Le bâtiment 10 navigue, en surface par exemple, dans une zone déterminée contenue dans un plan x Oy. La source 11 émet un champ magnétique H à une fréquence connue selon une direction Oz perpendiculaire au plan x Oy. Les magnétomètres 12 et 13 peuvent être des magnétomètres directifs triaxiaux permettant de mesurer le champ magnétique selon trois directions orthogonales Ils sont fixés au fond de la mer en des points A et C selon une droite D parallèle à l'axe Ox et à l'intérieur d'une zone correspondant à la projection, sur le fond de la mer, de la zone de navigation Ils sont distants l'un de l'autre d'une distance e et sont orientés de façon que leurs axes de mesure soient dirigés parallèlement aux axes Ox, Oy et Oz Chaque 5 magnétomètre possède donc un premier axe de mesure parallèle à Ox, un deuxième axe de mesure parallèle à Oy et le troisième axe de mesure parallèle à Oz c'est-à-dire parallèle à la direction du champ magnétique H. L'installation de traitement 14 est située à terre Elle est reliée par des câbles de transmission d'informations aux magnétomètres et effectue les 10 traitements appropriés d'informations fournies par les magnétomètres. Sur les figures 2 A et 2 B illustrant les diagrammes des vecteurs d'induction magnétiques, on retrouve la source de rayonnements magnétiques 11 se déplaçant selon une direction uv dans un plan P, correspondant à la surface de la mer dans le cas d'un bateau de surface, ainsi que le 15 trièdre Oxyz. Les points A et C o sont situés les magnétomètres sont situés sur une droite D parallèle à l'axe Ox. La source 11 émet un champ magnétique H perpendiculaire au plan P. Les magnétomètres 12 et 13 mesurent aux points A et C respec20 tivement les composantes des champs magnétiques selon trois directions parallèles aux axes Ox, Oy, Oz. Avec l'hypothèse d'un champ dipolaire émis par la source magnétique 11, les amplitudes des composantes de l'induction B en un point de coordonnées X, Y et Z dans le trièdre Oxyz sont données par: 25 3 XZ o M BX 5 4B 3 YZ o M d 5 32 Z_ 22 2 M B Z = X y d 2 = X 2 + y 2 + Z 2 Po: perméabilité, M: moment dipolaire magnétique, En appliquant ces relations aux points A et C de coordonnées respectives XA, Y, Z et XC, Y, Z, et compte-tenu du fait que XA Xc = e, on obtient: BYC 1 X= e CA A B X B BYA BX BX C A BYA y= -XA X XC =XA e La valeur de Z est connue à partir de l'immersion des magnétomètres. On remarque que la droite D étant parallèle à l'axe Ox, les coordonnées Y et Z des points A et C sont égales et que seules diffèrent les 20 abscisses XA et XC. Le système de l'invention a donc permis, par la mesure des champs magnétiques en deux points A et C de déterminer leurs coordonnées par rapport à un trièdre Oxyz convenablement orienté dont le sommet O est le centre de la source d'émission 11 de rayonnements magnétiques Dans ces 25 conditions, connaissant les positions des points A et C il est aisé de déterminer la position du point O, donc du bateau 10. De plus, les valeurs de Bz et de Bz n'ont pas été utilisées ce qui ne nécessite en A et C que des m Agnétomètre Cs mesurant les composantes des champs magnétiques que selon deux directions Ox et Oy perpendiculaires. Néanmoins, si les magnétomètres utilisés permettent également de mesurer les composantes des champs magnétiques selon la troisième direction Oz on pourra mettre à profit cette faculté pour effectuer les mesures lorsque le bâtiment passe à l'aplomb de la droite D Dans ce cas là, la coordonnée Y devient très faible puis nulle et les composantes By et By tendent ves zro Lquation ( 1) est indtermine et on ne peut plu Cs tendent vers zéro L'équation ( 1) est indéterminée et on ne peut plus calculer XA Néanmoins, à partir des relations précédentes, on obtient l'équation suivante qui permet de calculer XA, Z étant connu: 3 XA BZA 2 3 X AZB A + 2 l = O 2 Z 5 BXA A B Cette équation permet par ailleurs de calculer la profondeur Z à laquelle sont immergés les magnétomètres 12 et 130 Elle est donc utilisable lorsque les mesures concernent un sous-marin immergé et dans ce cas Z est la distance qui sépare le sous-marin, du fond sur lequel se trouvent les 10 magnétomètres 12 et 13 Elle peut servir pour affiner la mesure d'immersion en fonction de l'état de la mer et des dimensions du bâtiment. La station de mesure 14 comporte les moyens de calcul permettant d'obtenir XA, Y et éventuellement Z La figure 3 représente un schéma du traitement des signaux reçus par deux magnétomètres triaxiaux. Un circuit de filtrage 30 reçoit les composantes des champs magné tiques aux points A et C sous forme de signaux électriques Ces signaux sont filtrés en passe-bande autour de la fréquence de fonctionnement de la source d'émission 11 Les signaux correspondants aux composantes en A et C des champs magnétiques émis par la source Il sont transmis à un dispositif 20 de détection 31 qui convertit leur valeur analogique en valeur numérique Un calculateur 32 reçoit les signaux ainsi traités Il reçoit par ailleurs la distance e séparant les deux magnétomètres Il calcule en échange les coordonnées XA, Y, Z et affiche sur un dispositif d'affichage 33 la position du bâtiment Un circuit test 34 détecte également à l'intention du calcu25 lateur 32 la valeur nulle de Y. Pratiquement, un moment magnétique de 103 A mrn 2 à une fréquence de Hz permet un suivi de bâtiment sur une distance suffisante pour les besoins opérationnels (environ 100 mètres de part et d'autre de la ligne des capteurs) Par ailleurs, pour des raisons de précision de mesures, on aura 30 intérêt de faire naviguer le bâtiment selon une ligne transverse et si possible orthogonale à la ligne D et à égale distance des magnétomètres 12 et 13. Afin d'éviter les erreurs dues à une mauvaise verticalité du moment magnétique, ayant pour cause des mouvements de roulis-tangage, la gîte la source magnétique sera de préférence suspendue. Dans l'exemple représenté sur la figure 4, cette source est une bobine 51 alimentée en courant et est enfermée dans un caisson 50 rivé sur le pont du bâtiment ou du sous-marin La bobine 51, dont le diamètre est égal à environ I mètre par exemple, se trouve suspendue autour d'un axe 52 par son centre au moyen de liaisons radiales 53 inclinées vers le bas Le caisson est rempli d'une huile isolante électriquement de manière à amortir les oscillations de la bobine et il comporte des circuits d'alimentation 54. Suivant une autre réalisation, la source magnétique utilisée est une boucle horizontale d'immunisation dont est déjà muni le bâtiment Le 10 courant alternatif injecté pour produire le champ est choisi à une fréquence telle que le champ produit ne modifie pas la signature magnétique et donc ne gêne pas le réglage d'immunisation. Dans ce cas le mobile est équipé d'un inclinomètre fournissant l'angle d'inclinaison du mobile qui est transmis à la station à terre par radio. 15 Suivant la valeur de l'angle, le calculateur 32 calcule la position du mobile en calculant le changement d'axes nécessaire. Enfin, les deux magnétomètres 12 et 13 peuvent être choisis parmi les magnétomètres utilisés dans la station de contrôle d'immunisation magnétique pour les mesures magnétiques En combinaison avec la variante 20 précédente, l'invention présente l'avantage, en utilisant le matériel existant de ne nécessiter aucune installation supplémentaire. REVENDICATIONS 1 Système de trajectographie d'un bâtiment naval ( 10) caractérisé en ce qu'il comprend au moins une source magnétique ( 11) disposée sur le bâtiment ( 10) et émettant un champ magnétique de caractéristiques connues ainsi que des moyens de détection ( 12, 13) extérieurs au bâtiment permet5 tant de détecter le champ magnétique émis. 2 Système de trajectographie selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de détection comportent au moins deux dispositifs de détection magnétiques ( 12, 13) permettant de mesurer au moins deux composantes du champ magnétique émis par la source située sur le bâtiment. 3 Système de trajectographie selon la revendication 2, caractérisé en ce que les dispositifs de détection magnétiques ( 12, 13) sont situés en des points fixes (A, C). 4 Système de trajectographie selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les dispositifs de détection magnétiques ( 12, 13) sont 15 situés dans un plan parallèle au plan d'évolution (P) du bâtiment naval. Système de trajectographie selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les dispositifs de détection magnétiques ( 12, 13) sont disposés sur le fond marin. 6 Système de trajectographie selon l'une des revendications 1 à 5, 20 caractérisé en ce que chaque dispositif de détection magnétique ( 12, 13) comporte un magnétomètre orienté de tel façon qu'il mesure au moins deux composantes du champ magnétique émis situées dans un plan parallèle au plan d'évolution (P) du bâtiment naval. 7 Système de trajectographie selon l'une des revendications I à 6, 25 caractérisé en ce que chaque dispositif de détection magnétique ( 12, 13) comporte au moins deux magnétomètres directifs orientés selon deux axes perpendiculaires contenus dans un plan parallèle au plan d'évolution du bâtiment naval. 8 Système de trajectographie selon l'une des revendications I à 7, 30 caractérisé en ce que la source magnétique comporte un solénolde ( 51) alimenté en courant et constituant une boucle de courant. 9 Système de trajectographie selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le solénoïde ( 51) est alimenté par un courant d'une fréquence déterminée. Système de trajectographie selon l'une des revendications I à 9, caractérisé en ce que le solénoïde ( 51) est orienté selon une direction déterminée. 11 Système de trajectographie selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le solénoïde ( 51) est orienté de façon à émettre un flux magnétique dont les lignes de champs sont perpendiculaires au plan (P) d'évolution du bâtiment naval. 12 Système de trajectographie selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le solénoïde ( 51) comporte des moyens de suspension ( 52, 53) permettant de garder lé solénoïde dans une même position par rapport au plan horizontal. 13 Système de trajectographie selon l'une des revendications I à 12, 15 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'amortissement des mouvements du solénoïde. 14 Système de trajectographie selon l'une des revendications I à 13 dans Lequel le bâtiment naval est immunisé par des boucles de compensation de champ magnétique contre les risques de détection magné20 tique, caractérisé en ce que la source magnétique est formée par au moins une ou boucle de compensation alimentée par un courant alternatif d'une fréquence déterminée. Système de trajectographie selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que les moyens de détection ( 12, 13) sont fournis par les 25 moyens de détection d'une station de réglage d'immunisation.