Brevet FR2657205A1 — publié le 19910719

Système de communication hautdébit dans un milieu aquatique entre deux stations La présente invention se rapporte aux systèmes de communication haut débit entre deux stations. Plus particulièrement, I'invention concerne un système de communication haut-débit sans support matériel de transmission, pour des données transmises en milieu aquatique, par exemple en eau de mer, entre un véhicule autonome de surveillance sous-marin piloté par un véhicule relais de surface. De façon connue, la transmission de données entre un véhicule de surveillance en immersion, par exemple un sous-marin, et un véhicule relais, par exemple un navire, est réalisée par méthode acoustique. La transmission acoustique est notamment utilisée pour réaliser des communications dans les puits de forage pétroliers off-shore. Une autre application de ce type de transmission est le transfert de données entre un véhicule d'observation d'un milieu sous-marin et un navire de surface, dans des buts scientifiques. Ce type de systèmes de transmission de données possède un débit suffisant pour l'analyse de fonds marins par exemple. En revanche, du fait que ce mode de transmission est généralement limité en débit à quelques dizaines de Kbits par seconde, il s'avère trop lent pour transmettre des données provenant par exemple d'un sonar à haute résolution, où le volume de données à transmettre est important.Un système acoustique de transmission de données en milieu aquatique utilisant une porteuse de fréquence de 50 à 100 KHz environ a une portée pouvant aller jusqu'à 1 000 mètres pour un débit d'environ 20 Kbauds. Ce débit est trop faible pour transmettre de nombreuses données en peu de temps et ne convient donc pas par exemple à la transmission d'images à haute définition. Cet inconvénient limite sérieusement la qualité des informations transmises et un grand nombre de mesures ou d'observations ne peuvent être réalisées et transmises au navire de surface à cause de cette limitation de débit. La présente invention a notamment pour but de pallier ces inconvénients. L'objectif de l'invention est de permettre un transfert de données à haut débit entre deux stations essentiellement, mais non exclusivement, applicable en milieu marin, et ce sans support matériel. Cet objectif, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, est atteint grâce à un sytème de communication entre deux stations dont une au moins est mobile, notamment pour la communication en milieu marin entre un véhicule autonome immergé et un véhicule de surface, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'émission d'informations à haut débit de la première station vers la deuxième, par modulation d'un faisceau optique focalisé, et en ce que la deuxième station comprend des moyens de détection et d'évaluation des erreurs de pointage du faisceau optique focalisé reçu et des moyens d'émission d'une information de correction des erreurs de pointage en direction de la première station, par un canal de transmission différent du canal de transmission optique, l'information de correction reçue par la première station pilotant des moyens de repointage correctif du faisceau optique. Préférentiellement, le canal de transmission de l'information de correction est constitué par une onde acoustique. Avantageusement, le faisceau optique focalisé de transmission des informations à haut débit est constitué par un faisceau laser de fréquence fixe, émettant notamment dans le bleu ou le vert. Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, les moyens de détection et d'évaluation des erreurs de pointage du faisceau optique focalisé comprennent une cellule photodétectrice, notamment à quatre quadrants, délivrant un signal électrique représentatif de l'erreur de pointage du faisceau optique par rapport au centre de la cellule. Avantageusement, la transmission acoustique des informations de correction est réalisée au moyen d'un transducteur acoustique solidaire de la deuxième station, la réception du signal acoustique étant assurée par au moins un hydrophone solidaire de la première station. Préférentiellement, I'hydrophone solidaire de la première station est associé à un dispositif de commande de déflexion du faisceau laser, constitué par exemple par un jeu de miroirs pivotants galvanométriques. On prévoit que la première station comprend également un deuxième hydrophone permettant un pointage grossier par une méthode de goniométrie acoustique. Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, les moyens d'émission du faisceau optique focalisé comportent des moyens d'élargissement du faisceau laser. Préférentiellement, les procédures de goniométrie acoustique et d'élargissement du faisceau laser sont commandées en VHF à partir d'une troisième station. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention, donné à titre illustratif et non limitatif, et de la figure unique annexée représentant le système de transmission selon l'invention appliqué à la communication entre un véhicule immergé et un véhicule de surface télécommandé à partir d'un bateau support. Un véhicule immergé 1, pouvant être un sous-marin, transmet des informations à un bâtiment de surface 2 par voie optique. Ce véhicule immergé 1 se situe entre le fond 19 de l'eau et la surface 20. Ces informations peuvent provenir d'un sonar 18, d'une caméra ou de tout autre capteur à débit important destiné à recueillir des informations. Ces informations sont transmises à une unité de traitement 14 qui pilote un module 13 comprenant un laser et un système de pointage. La transmission des données entre le véhicule immergé 1 et le bâtiment de surface 2 est réalisée par modulation à très haute fréquence soit en phase, soit en amplitude, du faisceau laser 17. Cette modulation permet d'atteindre des débits d'informations de l'ordre de quelques dizaines de Mbits par seconde pour une portée de quelques centaines de mètres. La transmission se fait suivant un canal de transmission 17 rectiligne et suivant une direction 4. Le bâtiment de surface 2 est équipé d'une cellule photodétectrice 11, notamment à quatre quadrants, placée sur le fond du bâtiment 2. Cette cellule photodétectrice 11 a deux fonctions : elle transmet les informations émises par le laser à partir du sous-marin 1 à une unité de traitement 12 et fournit également à cette unité de traitement 12 un signal électrique représentatif de l'erreur de pointage du faisceau laser par rapport au centre de la cellule. Ce signal d'erreur est codé par l'unité de traitement 12 et module une impulsion électrique qui est transmise par signal acoustique 6 fourni par un transducteur acoustique 5 placé au fond du bâtiment 2 à au moins un hydrophone 16, placé sur le véhicule immergé 1. Le signal électrique provenant de l'hydrophone 16 est décodé et l'unité de traitement 14 commande le système de pointage 13 qui comprend un dispositif de déflexion du faisceau laser pouvant notamment consister en un jeu de miroirs pivotants galvanométriques. Le faisceau laser 17 est alors défléchi et reste pointé au centre de la cellule photodétectrice 11 qui continue à recevoir des informations: le système est donc asservi. Ce système permet de travailler avec un faisceau laser très peu divergent sans que la transmission optique soit coupée. On prévoit également un deuxième hydrophone 15 monté sur le véhicule immergé 1 pour permettre un pointage grossier par une méthode classique de goniométrie acoustique. Ce deuxième hydrophone 15 sert notamment pour la phase d'accrochage acoustique lors de la mise à l'eau du véhicule immergé 1 et de la mise en service de la station relais 2, afin de réaliser l'asservissement de position entre ces deux stations 1, 2. Il est également prévu la possibfflité d'élargir le faisceau laser 17 en cas de perte de contact optique entre les stations 1 et 2. Dans le cas d'une télécommande à distance de la station relais 2, les procédures de goniométrie et d'élargissement du faisceau laser sont commandées en VHF 7 à partir d'un bateau support 3. Celui-ci possède une antenne 9 lui permettant de communiquer avec la station relais 2 également équipée d'une antenne 10. Les données transmises par voie optique par le véhicule immergé 1 au véhicule de surface 2 sont transmises en VHF 8 au bateau support 3. Le bateau support 3 peut ainsi être très éloigné de la station relais 2, la liaision VHF entre ces deux bâtiments renseignant continuellement le bateau support 3 des informations émises par le véhicule immergé 1. L'asservissement de position entre les stations 1 et 2 peut être facilité par l'utilisation d'un véhicule sub-surface 2, dont seule l'antenne 10 d'émission et de réception ne serait pas immergée sous la surface 20 de l'eau, de façon à réduire les mouvements de ce véhicule 2 dus à la houle et ainsi permettre un meilleur pointage du faisceau laser 17 sur la cellule photodétectrice 11. Une bonne transmission optique dans l'eau est obtenue par laser émettant dans le bleu ou le vert. Pour obtenir une portée la plus grande possible avec des lasers de quelques Watts seulement, notamment en eaux troubles, il est nécessaire d'avoir un faisceau laser le plus convergent possible et c'est pourquoi il faut assurer le pointage du faisceau entre l'émetteur et le récepteur. Plus le faisceau laser sera fin, plus la puissance transmise sera importante. Par exemple, un laser Néodyne YAG doublé, de longueur d'onde L = 532 nm et de puissance 10 Watts peut être utilisé pour une telle application. Pour un signal détectable au niveau du photodétecteur de l'ordre de 10-16 W/Hz, dans une bande de 100 MHz, la puissance de bruit vaut 10.12 W. Le rapport signal sur bruit est donc de 130 dB ce qui correspond à 30 longueurs d'atténuation, la longueur d'atténuation étant celle correspondant à une atténuation égale à 10 log e soit 4,3 dB. Pour une eau du large, la longueur d'atténuation vaut environ 10 mètres et la portée maximale du faisceau laser est donc de 300 mètres. Pour cette portée, la transmission acoustique de correction est réalisée par exemple avec une fréquence de l'ordre de 100 KHz. Le laser est modulé à très haute fréquence, puisque la porteuse correspond à une fréquence lumineuse, permettant d'obtenir des débits supérieurs à 1 Mégabits/s. Bien entendu, le système de transmission et d'asservissement selon l'invention peut être indépendant du bateau support 3, les différentes commandes servant à l'asservissement de position et à l'établissement de la communication étant dans ce cas commandées directement par le bâtiment de surface ou de subsurface 2. Le système peut également s'appliquer à la transmission de données en milieu marin entre une première station fixe et une seconde station mobile et l'homme du métier pourra imaginer d'autres applications rentrant dans le cadre de cette invention. REVENDICATIONS 1. Sytème de communication entre deux stations dont une au moins est mobile, notamment pour la communication en milieu marin entre un véhicule autonome immergé (1) et un véhicule de surface (2), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'émission (13) d'informations à haut débit de la première station (1) vers la deuxième (2), par modulation d'un faisceau optique (17) focalisé, et en ce que la deuxième station (2) comprend des moyens (11) de détection et d'évaluation des erreurs de pointage dudit faisceau optique (17) focalisé reçu et des moyens d'émission (5, 12) d'une information de correction (6) desdites erreurs de pointage en direction de ladite première station (1), par un canal de transmission différent du canal de transmission optique, ladite information (6) de correction reçue par la première station (1) pilotant des moyens de repointage correctif dudit faisceau optique (17). 2. Système de communication selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit canal de transmission de ladite information (6) de correction est constitué par une onde acoustique. 3. Système de communication selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que ledit faisceau optique (17) focalisé d'émission desdites informations à haut débit est constitué par un faisceau laser de fréquence fixe, émettant notamment dans le bleu ou le vert. 4. Système de communication selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que lesdits moyens (11) de détection et d'évaluation des erreurs de pointage dudit faisceau optique (17) focalisé comprennent une cellule photodétectrice (11), notamment à quatre quadrants, délivant un signal électrique représentatif de l'erreur de pointage dudit faisceau optique (17) par rapport au centre de ladite cellule. 5. Système de communication selon l'une quelconque des revendications 2 à 4 caractérisé en ce que ladite transmission acoustique des informations de correction (6) est réalisée au moyen d'un transducteur acoustique (5) solidaire de la deuxième station (2), la réception dudit signal acoustique (6) étant assurée par au moins un hydrophone (16) solidaire de la première station (1). 6. Système de communication selon la revendication 5 caractérisé en ce que ledit hydrophone (16) solidaire de la première station (1) est associé à un dispositif (13,14) de commande de déflexion du faisceau laser, constitué par exemple par un jeu de miroirs pivotants galvanométriques. 7. Système de communication selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que la première station (1) comprend également un deuxième hydrophone (15) permettant un pointage grossier par une méthode de goniométrie acoustique. 8. Système de communication selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que lesdits moyens (14) d'émission dudit faisceau optique (17) focalisé comportent des moyens d'élargissement du faisceau laser. 9. Système de communication selon l'une quelconque des revendications 7 et 8 caractérisé en ce que lesdites procédures de goniométrie acoustique et d'élargissement du faisceau laser sont commandées en VHF (7) à partir d'une troisième station (3).