Brevet FR2678236A1 — publié le 19921231

Procédé d'autocontrôle et d'asservissement de l'immunisation magnétique d'un bâtiment naval. La présente invention concerne un procédé d'autocontrôle et d'asservissement de l'immunisation magnétique d'un bâtiment naval muni de circuits d'immunisation magnétique. R est connu que les pièces ferromagnétiques présentes dans les bâtiments navals rendent ceux-ci détectables par des moyens de détection de leur "signature magnétique" pouvant par exemple être intégrés dans des mines, dans d'autres bâtiments navals ou encore dans des aéronefs. Ainsi, certaines mines, dites à influence magnétique, comportent des capteurs capables de détecter toute variation de leur environnement magnétique provoqué par un bâtiment naval, leur permettant de détruire ou d'endommager ce bâtiment. Certains aéronefs sont également munis de capteurs de ce type leur permettant de détecter le bâtiment naval afin de le détruire. Le risque engendré par la possibilité de détection par un aéronef de la signature magnétique d'un bâtiment naval est appelé le risque M.AD. (Magnetic Anomaly Detection). La signature magnétique d'un bâtiment est constituée par son aimantation permanente et par son aimantation induite. L'aimantation permanente d'une structure est due aux matériaux ferromagnétiques la constituant. Celle-ci est sensiblement constante, ne fluctue qu'avec le temps et est liée à la nature du matériau utilisé. L'aimantation induite, en revanche, est essentiellement variable. Dans le cas d'un navire, elle dépend de son orientation dans le champ terrestre, de son cap et de son inclinaison due au roulis et au tangage. La signature magnétique du navire permet donc de le repérer, de le suivre, et éventuellement de guider ou de mettre à feu des engins destinés à le détruire. R est donc très important de minimiser, voire d'annuler cette "signature magnéti que" pour empêcher sa détection par méthode magnétique. Cette opération, dite "immunisation magnétique", s'effectue, de manière connue, en créant dans le volume du bâtiment un champ magnétique qui compense celui du bâtiment, afin d'annuler sa signature magnétique. Pour cela, on munit le bâtiment d'un jeu de circuits appelés 'boucles d'immunisation" qui sont parcourues par des courants électriques. Les dimensions, la disposition des boucles et les courants qui y circulent sont déterminés pour minimiser au mieux la "signature magnétique" du bâtiment, quelle que soit son orientation dans le champ magnétique terrestre, c'est-à-dire quels que soient son cap et son inclinaison due au roulis et au tangage. Ces boucles d'immunisation sont réparties suivant trois directions correspondants aux axes de roulis, de lacet et de tangage, appelés de manière conventionnelle "l,M,A" ou encore "L,V,r' (Longitudinal, Vertical, Transversal). Le réglage des courants dans les boucles d'immunisation se fait grâce à des valeurs obtenues par passage du bâtiment naval sur une station de mesure. Cette station peut-être posée au fond de la mer (à une profondeur variant généralement de 8 m à 30 m) et constituée d'une ligne de magnétomètres en ce qui concerne le risque occasionné par les mines ou par d'autres bâtiments navals, ou être constituée par des magnétomètres embarqués sur un aéronef pour le risque M.A.D. Les relevés obtenus grâce à ces magnétomètres permettent d'obtenir à terre un réglage de la valeur des courants à faire circuler dans les circuits d'immunisation quelque soit le cap du bâtiment, dans un plan à la profondeur ou à l'altitude de danger. Après réglage, le bâtiment part en mission sans connaître précisément la carte du champ magnétique qu'il crée dans le volume qui l'entoure et pour différentes hauteurs d'eau. En effet, une tellc connaissance supposerait la transmission, à partir d'une station terrestre, d'un trop grand nombre de données. Or, en fonction des impératifs de sa mission, au cours de laquelle le bâtiment naval peut être amené à localiser un objet suspect ou la présence d'un aéronef susceptible de le localiser, ce bâtiment doit pouvoir connaître sa signature magnétique exacte et le risque associé à celle ci, en un point ou sur une zone donnée. En effet, il peut être nécessaire de modifier en intensité les courants circulant dans les circuits d'immunisation et de contrôler les résultats de ces modifications sur la signature magnétique. Or, il n'existe actuellement pas de procédés permettant de prédire en temps réel la signature magnétique d'un bâtiment naval dans une zone de danger définie et d'en déduire son risque vis-à-vis d'une détection magnétique sous-marine ou aérienne. De plus, si par suite d'un incident, le courant électrique circulant dans un circuit donné ne peut être maintenu à sa valeur de consigne, le bâtiment doit pouvoir estimer par lui-même les conséquences de cette défaillance sur sa vulnérabilité et y remédier immédiatement par un nouveau réglage des courants dans les circuits d'immunisation. Un objet de la présente invention est de fournir un procédé permettant à un bâtiment naval de prédire en temps réel sa signature magnétique dans une zone de danger afin de lui permettre de déduire très rapidement son risque vis-à-vis d'un système de détection magnétique situé dans la zone de risque. Un autre objet de la présente invention est de fournir un procédé permettant au bâtiment naval d'évaluer sa signature magnétique même en cas d'anomalie détectée dans les circuits d'immunisation, et ainsi d'évaluer de manière autonome sa vulnérabilité, éventuellement en redéfinissant automatiquement la meilleure combinaison des courants en tenant compte des nouvelles contraintes générées par la ou les anomalies détectées. Un autre objectif de l'invention est de fournir un procédé permettant au bâtiment naval de tester en simulation les modifications des courants dans les circuits d'immunisation afin de mieux contrôler l'impact de celle-ci sur sa signature magnétique, puis le cas échéant de modifier sa signature réelle. Selon l'invention, le procédé d'autocontrôle et d'asservissement de l'immunisation magnétique d'un bâtiment naval muni de circuits d'immunisation magnétique au moyen d'un système de modélisation selon l'invention comprend les étapes consistant à: - déterminer une zone de danger par rapport à laquelle on veut évaluer le risque magnétique; - déterminer les coordonnées spatiales de ladite zone par rapport à un repère de référence du bâtiment naval;; - utiliser un système de modélisation embarqué fournissant le risque magnétique du bâtiment en fonction de la position du bâtiment par rapport à ladite zone On entend dans la présente description sous le terme "système de modélisation" tout système permettant de modéliser un bâtiment naval ou l'un de ces "effets de circuit", effet de circuit étant la différence des champs magnétiques, créés par un circuit d'immunisation, mesurés avec le circuit alimenté d'une part et le circuit non alimenté d'autre part. Selon une variante préférentielle, le procédé selon l'invention comprend les étapes consistant à: - lire en temps réel les valeurs des courants dans les circuits d'immunisation du bâtiment naval; - définir un type de risque et un seuil de danger de façon à caractériser la zone de danger; - lire les modèles représentatifs embarqués des aimantations et effets de circuits du bâtiment naval; - prédire en temps réel le champ magnétique créé par le bâtiment naval dans ladite zone de danger; - évaluer, selon la prédiction obtenue, la vulnérabilité du bâtiment et modifier ou non les valeurs des courants circulants dans les circuits d'immunisation du bâtiment. Selon une variante particulièrement intéressante de l'invention, le procédé d'autocontrôle et d'asservissement comprend en outre les étapes consistant à: - détecter les éventuelles anomalies concernant les valeurs des courants d'immunisation; - prédire le champ magnétique par le bâtiment naval en prenant en compte les éventuelles anomalies détectées dans les circuits d'immunisation; - éventuellement modifier les courants dans les circuits d'immunisation en fonction des anomalies détectées. Cette variante permet au bâtiment naval d'estimer de façon autonome les conséquences provoquées sur sa signature magnétique par une anomalie dans un circuit donné et d'y remédier immédiatement par un nouveau réglage des courants dans les circuits d'immunisation. Selon une variante intéressante, le procédé selon l'invention comprend une étape supplémentaire consistant à tester en simulation les modifications des courants dans les circuits d'immunisation, de façon à contrôler la validité des informations fournies par le système de modélisation. Après test de simulation et bien qu'une intervention humaine puisse être envisagée pour mener à bien l'étape de modification, en temps réel, des valeurs des courants circulant dans les circuits d'immunisation du bâtiment selon les informations fournies par le système de modélisation, la modification de ces valeurs est avantageusement effectuée automatiquement Selon un mode de réalisation préférentiel du procédé, celui-ci comprend une remise àjour périodique des modèles embarqués grâce à des capteurs magnétiques installés à bord du bâtiment naval. Selon une autre variante intéressante, le procédé comprend une phase consistant à remettre à jour de façon permanente les modèles embarqués grâce à des capteurs magnétiques installés à bord du bâtiment naval. Dans le but d'optimiser l'exploitation des informations fournies par le système de modélisation, le procédé selon l'invention peut inclure une étape consistant à exploiter ces informations sur une console ou sur une table tactique. L'opérateur peut ainsi modifier lui-même rapidement la définition de la zone de danger, par exemple passer d'un risque mines à un risque MAD, évaluer sa vulnérabilité et commander le cas échéant une modification temporaire ou définitive des courants dans des circuits d'immunisation. L'invention ainsi que les avantages qu'elle présente seront plus facilement compris grâce à l'exemple non limitatif de réalisation de l'invention qui va suivre en référence aux dessins dans lesquels: - la figure 1 représente les trois directions de disposition des boucles d'immunisation dans un navire; - la figure 2 représente un organigramme d'un procédé conforme à l'invention. Selon la figure 1, le bâtiment 21 comprend des structures ferromagnétiques entourées par des boucles 22, 23, 24 d'immunisation. Ces boucles sont disposées dans trois plans distincts. Une boucle 22 sert à compenser l'aimantation longitudinale et est couramment appelée boucle , une autre boucle 23 sert à compenser l'aimantation verticale et est notée lS" et la troisième boucle 24 qui a pour fonction de compenser l'aimantation transversale est notée 'T. Les boucles 22 et 23 sont présentées en perspectives. Une boucle est caractérisée par ses coordonnées (x,y,z) par rapport à un point donné, par ses dimensions, par sa résistance, par sa forme, par le courant maximal pouvant la traverser, et par le nombre de tours disponibles. Bien entendu, la disposition de la figure 1 n'est qu'indicative, l'immunisation de toutes les structures ferromagnétiques comprises dans un navire impliquant la disposition de nombreuses boucles dans les différents plans autour des structures à compenser. Selon la figure 2, une étape préalable au procédé de contrôle et d'asservissement de rimmunisatson magnétique d'un bâtiment naval consiste en une opération comprenant deux étapes. La première de ces étapes a consiste à mesurer le champ magnétique du navire sur station en mer. Cette étape consiste à faire parcourir au bâtiment naval deux fois le même trajet au-dessus de réseaux de capteurs magnétiques selon des caps opposés. L'aimantation permanente liée au bâtiment tourne avec celui-ci, alors que l'aimantation induite ne tourne pas. Pour connaître l'aimantation induite il suffit de soustraire les résultats de mesure des deux sens opposés. La seconde étape b consiste à définir les modèles représentatifs des aimantations du bâtiment naval et de ses effets de boucle. A titre d'exemple, il est possible de modéliser le bâtiment naval ou l'un de ces "effets de circuit" par un ensemble de N ellipsoïdes. Le champ magnétique dérive d'un potentiel magnétique V; les composantes hr hy, hz du champ magnétique sont respectivement égales à 1 dV 1 dV 1 dV 0 dx' 0 dy 0 dz p0 étant la perméabilité. Pour un modèle ellipsoidal le potentiel est donné nar: La limite e est donnée par z x y z a + e b + e c + e chaque ellipsoïde étant défini par 9 données : la position du centre x, y, z, les projections des aimantations sur les 3 axes M %, Mz, et les dimensions a, b, c. Pour un bâtiment comportant M circuits d'immunisation, celui-ci se trouve parfaitement défini à l'aide de (M + 4) modèles, soit 9 N (M + 4) données. Le chiffre 4 correspond aux 4 modèles pour les circuits coupés et relatifs à l'aimantation permanente et aux aimantations induites suivant les 3 axes. Le procédé d'autocontrôle et d'asservissement de l'immunisation consiste, après avoir transféré à bord du bâtiment naval l'ensemble des modèles, c, à caractériser une zone de danger 2, en définissant le type de risque 10 et les seuils de dangers 11 de façon à aboutir à une définition précise de la zone de danger 12. Les étapes 10 et il peuvent être remplacées par une étape 19 de lecture en temps réel des paramètres concernant la zone de danger (profondeur, cible...).Le procédé consiste ensuite à lire les modèles représentatifs embarqués des aimantations et effets de circuits du bâtiment naval 3 , ces modèles étant mis à jour 8 au moyen de capteurs installés à bord, pais à prédire en temps réel le champ magnétique créé par le bâtiment naval dans la zone de danger définie 4, à exploiter de façon graphique les résultats 5 enfin à interpréter la vulnérabilité du bâtiment et à décider de l'opportunité de modifier ou non les valeurs des courants circulant dans les circuits d'immunisation du bâtiment 6,. En outre, le procédé selon l'invention comprend une étape supplémentaire 7 consistant à détecter les éventuelles anomalies concernant les valeurs des courants d'immunisation circulant dans les circuits d'immunisation. A ce titre, la lecture en temps réel des courants d'immunisation circulant dans les circuits 1 est suivi d'une étape permettant de détecter les éventuelles anomalies concernant les valeurs des courants d'immunisation et de prédire le champ magnétique créé en prenant en compte ces éventuelles anomalies. Cette étape est divisée en une étape de détection de l'anomalie 13 suivie, si une anomalie est détectée, par une étape de prédiction du champ magnétique produit dans les boucles d'immunisation en prenant en compte l'anomalie détectée 14 puis d'une étape de calcul des courants optima 15 suivie d'une validation 16 conduisant à la modification de ces courants lors d'une étape 17. L'étape de lecture en temps réel des courants circulant dans les circuits d'immunisation 1 suivie de l'étape de détection d'anomalies permettant de modifier ces courants 7 aboutit à la connaissance des courants dans les boucles d'immunisation 18. On prendra en compte que dans d'autres modes de réalisation les deux étapes précédentes I et 7 peuvent être substituées par une entrée manuelle des valeurs des courants circulant dans les circuits. Le bâtiment possède grâce au procédé selon l'invention tous les moyens nécessaires pour calculer le champ magnétique créé en un point de coordonnées quelconques (x, y, z) dans le repère centré sur le bâtiment. En effet ce champ peut être décrit comme la somme des contributions - du bâtiment sans les circuits d'immunisation, obtenue à partir des modèles des aimantations permanentes et induites, du champ magnétique local et du cap du navire connus par ailleurs, - des circuits d'immunisation, obtenue à partir des modèles des effets de circuits d'immunisation et de la mesure des courants Ii dans les circuits d'immunisation (lsisM); les aimantations M, My,M sont multipliées par le rapport Ii/IiO où Ii représente le courant ayant servi à mesurer l'effet de circuit sur station. Les coordonnées (x, y, z) sont définies par une analyse du danger. Le paramètre z est soit la profondeur (risque mines), soit l'altitude supposée de l'aéronef par rapport au bâtiment (risque MAD). Les coordonnées x, y des points pour lesquels le champ est calculé définissent la longueur et la largeur de la zone que l'on souhaite couvrir. Une fois calculé les composantes hx, h" hz en plusieurs points du plan correspondant à la zone de danger, on calcule par exemple le module qui est comparé à une valeur limite (seuil) prédéfinie à ne pas dépasser. S'il y a dépassement, le commandant de bord ordonne une manoeuvre pour déplacer le bâtiment. Le champ est ensuite recalculé pour vérifier si le bâtiment est encore vulnérable. Le commandant de bord peut aussi ordonner un calcul du champ magnétique avec de nouvelles valeurs de courants dans les circuits et modifier ces courants si le bâtiment est redevenu non vulnérable. En dehors de tout danger immédiat, s'il y a une anomalie détectée, le système permet au bâtiment d'évaluer presque instantanément la conséquence de cette anomalie sur sa vulnérabilité et redéfinir la meilleure combinaison des courants pour minimiser sa signature. Avantageusement, la zone de danger et les valeurs du champ magnétique sont visualisés sur une console ou une table tactique pour aider à la décision. REVENDICATIONS 1. Procédé d'autocontrôle et d'asservissement de l'immunisation magnétique d'un bâtiment naval muni de circuits d'immunisation magnétique au moyen d'un système de modélisation caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: - déterminer une zone de danger par rapport à laquelle on veut évaluer le risque magnétique; - déterminer les coordonnées spatiales de ladite zone par rapport à un repère de référence du bâtiment naval; - utiliser un système de modélisation embarqué fournissant en temps réel le risque magnétique du bâtiment en fonction de la position du bâtiment par rapport à ladite zone; 2.Procédé d'autocontrôle et d'asservissement selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: - lire en temps réel les valeurs des courants dans les circuits d'immunisation du bâtiment naval; - définir un type de risque et un seuil de danger de façon à caractériser la zone de danger; - lire les modèles représentatifs embarqués des aimantations et effets de circuits du bâtiment naval; - prédire en temps réel le champ magnétique créé par le bâtiment naval dans ladite zone de danger; - évaluer,' selon la prédiction obtenue, la vulnérabilité du bâtiment et modifier ou non les valeurs des courants circulants dans les circuits d'immunisation du bâtiment. 3. Procédé d'autocontrôle et d'asservissement selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes consistant à: - détecter les éventuelles anomalies concernant les valeurs des courants d'immunisations; - prédire le champ magnétique par le bâtiment naval en prenant en compte les éventuelles anomalies détectées dans les circuits d'immunisation; - éventuellement modifier les courants dans les circuits d'immunisation en fonction des anomalies détectées. 4. Procédé d'autocontrôle et d'asservissement selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'il comprend une étape supplémentaire consistant à tester en simulation les modifications des courants dans les circuits d'immunisation. 5. Procédé d'autocontrôle selon l'une des revendications 1 ou 4 caractérisé en ce que l'étape finale consistant à modifier les valeurs des courants dans les circuits d'immunisation du bâtiment naval est effectuée automatiquement selon la prédiction de la signature magnétique obtenue. 6. Procédé d'autrocontrôle et d'asservissement selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'il consiste en outre à remettre à jour de façon périodique les modèles embarqués grâce à des capteurs magnétiques installés à bord du bâtiment naval. 7. Procédé de contrôle et d'asservissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'il consiste en outre à remettre à jour de façon permanente les modèles embarqués grâce à des capteurs magnétiques installés à bord du bâtiment naval. 8. Procédé de contrôle et d'asservissement selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce qu'il consiste à exploiter les informations sur une console ou sur une table tactique.