Brevet FR2704065A1 — publié le 19941021

Dispositif de mesure de la signature magnétique dtun bâtiment naval et son application au réglage de l'immunisaffon magnétique. La présente invention se rapporte au domaine de l'immunisation magnétique d'un bâtiment naval et a plus particulièrement pour objet un dispositif de mesure de la signature magnétique de celui-ci et son application au réglage de l'immunisation magnétique. Le problème de l'immunisation magnétique d'un bâtiment naval est crucial face à une menace de type M. A . D ., abréviation anglo-saxonne pour Magnetic Anomaly Detection, provenant de capteurs magnétiques aéroportés mais aussi de mines magnétiques immergées. En résumé, le principe déjà décrit dans la littérature, est basé sur le fait que tout bâtiment naval possède une signature magnétique qui lui est propre constituée par son aimantation permanente et son aimantation induite et c'est la variation du champ magnétique lors du passage du bâtiment naval qui est détectée par les capteurs magnétiques cités précédemment. L'immunisation magnétique a donc pour but de compenser cette signature magnétique afin de ne plus pouvoir différencier le champ magnétique du bâtiment naval du champ magnétique terrestre, lui conférant alors une invisibilité magnétique. Une méthode actuelle pour réaliser l'immunisation magnétique des bâtiments navals, utilise une station de mesure fixe comportant des capteurs magnétiques triaxiaux disposés sur le fond marin qui mesurent la signature magnétique des bâtiments navaIs avant, pendant et après leur passage au-dessus de la station. Les informations recueillies par les capteurs magnétiques sont analysées par une station terrestre reliée par câbles à la station de mesure sous-marine. Le bâtiment naval compte tenu de ces informations peut alors compenser sa signature magnétique comme décrit par exemple dans le brevet français 2 510 805 déposé par la demanderesse, en utilisant les mesures comme signaux d'entrée d'un dispositif électrique de compensation, qui contient un modèle mathématique prenant en compte les mécanismes d'apparition des champs magnétique propres au corps et les champs de compensation provoqués par des bobinages parcourus par des courants électriques. Ce dispositif de compensation fournit les signaux de sortie qui commandent ces intensités dans les bobinages pour réduire au minimum le champ magnétique extérieur propre du bâtiment. Les bâtiments de surface utilisent un capteur magnétique placé en général à l'extrémité du mât du navire permettant de donner l'alerte quand l'immunisation magnétique du navire varie au-delà d'une limite autorisée. Pour les sous-marins, I'immunisation magnétique est réglée une fois pour toute : Il n'y a pas de capteur magnétique à bord. Avec de telles méthodes, la compensation magnétique est loin d'être parfaite : en effet, elle est effectuée à un instant et en un lieu donné. Or l'immunisation magnétique varie dans le temps, suivant la situation géographique du bâtiment naval et en fonction d'autres paramètres physiques (i.e. température, pression etc...). Il est alors nécessaire d'effectuer une nouvelle immunisation magnétique. De plus, pour effectuer une compensation magnétique correcte il faut que la modélisation magnétique soit suffisamment précise. Plus un capteur magnétique est proche du bâtiment naval et plus la modélisation correspondante est complexe. En effet un capteur placé suffisamment loin du bâtiment naval voit celui-ci comme un dipôle magnétique ou un ellipsoïde facilement modélisable, mais plus il est rapproché du bâtiment naval et plus le bâtiment naval se ramène à un ensemble moins aisément modélisable par des méthodes simples. Une méthode de modélisation magnétique d'un bâtiment naval est décrite dans les travaux de F.M. DUTHOIT, L. KRAHENBUL et A. NICOLAS parus dans IEEE Trans . Mag. de Novembre 85, pages 151 à 154. Afin d'éviter un retour précipité vers une station de mesure proche des côtes pouvant être risqué et coûteux, il existe une autre méthode utilisant une station de mesure magnétique transportable décrite dans le brevet WO 87/02324 ainsi que dans le brevet français 91 09227 déposé par la demanderesse. Cette méthode permet en tout lieu de déployer un système de capteurs magnétiques sur le fond marin permettant de commander un nouveau réglage de l'immunisation magnétique du bâtiment naval ; mais cette méthode est lourde à utiliser. Afin d'optimiser la vérification de l'immunisation magnétique d'un bâtiment naval en évitant les inconvénients des solutions précédentes,l'invention utilise une antenne linéaire acoustique (flûte) remorquée dans le sillage du bâtiment naval, normalement utilisée pour effectuer la surveillance acoustique passive, comme support du ou des capteurs magnétiques, réalisant ainsi une station de mesure magnétique remorquée dans le sillage du bâtiment naval permettant la mesure, et éventuellement la compensation à tout moment et en tout lieu de la signature magnétique du bâtiment naval. L'invention a pour objet, un dispositif de mesure de la signature magnétique d'un bâtiment naval comportant au moins un capteur magnétique destiné à la mesure de champ magnétique, caractérisé en ce qu'il utilise un dispositif remorqué par le bâtiment naval comme support du capteur magnétique, ce capteur magnétique étant positionné lors de la mesure à une distance où il est sensible au champ magnétique propre du bâtiment naval, les informations recueillies par le capteur étant transmises à bord du bâtiment naval. L'invention a également pour objet l'application du dispositif de mesure pour commander le réglage de l'immunisation magnétique du bâtiment naval. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à I'aide de la description qui suit en référence aux figures annexées - la figure 1 est un schéma général montrant un sousmarin équipé d'un premier dispositif selon l'invention; - la figure 2 est un schéma général montrant un sousmarin équipé d'un deuxième dispositif selon l'invention. 1l est connu qu'un bâtiment naval et en particulier un sous-marin peut être aisément modélisé par un dipôle ou un ellipsoïde uniformément aimanté, un dipôle n'étant qu t un éllipsoide particulier de dimensions faibles, dont le demigrand axe et le demi-petit axe sont respectivement égaux à la demi-longueur et à la demi-largeur du sous-marin. La signature magnétique peut prendre les ordres de grandeurs suivants - à une distance de 100 m l'amplitude du champ magnétique varie de 100 à 500 nT, son gradient de 2 à 20 nT/m, - à une distance de 200 m l'amplitude du champ magnétique varie de 10 à 50 nT, son gradient de 0,1 à lnT/m, - à une distance de 300 m l'amplitude du champ magnétique varie de 1 à 10 nT, son gradient de 0,02 à 0,2 nT/m. Ces valeurs peuvent être réduites d'un facteur 10 à 20 avec une bonne immunisation. Il est également connu différents types de capteurs magnétiques pouvant être utilisés pour l'immunisation magnétique d'un bâtiment naval, notamment les magnétomètres dits "champ total", les magnétomètres dits "triaxes" et les gradientmètres: un magnétomètre "champ total" mesure le module du champ magnétique local. I1 n'est pas sensible aux mouvements du porteur. Tant que le signal recherché reste petit, la variation du module mesuré par rapport à la valeur locale sans perturbation peut être identifiée à la projection de la perturbation sur le champ magnétique terrestre, ce qui correspond en fait à une mesure monoaxe. Il existe trois types de magnétomôtres à champ total - à RMN (Résonance Magnétique Nucléaire), dont l'ordre de grandeur du signal minimum détectable est de 10 2nu, - à RPE (Résonance Paramagnétique Electronique), dont l'ordre de grandeur du signal minimum détectable est de 5 nT, - à Hélium, dont l'ordre de grandeur du signal minimum est de 10 2nT un magnétomètre "triaxe" effectue les mesures simultanées, sur trois axes perpendiculaires, des trois composantes du champ magnétique. Il existe deux types de magnétomètres "triaxe" - fluxgate, dont l'ordre de grandeur du signaI minimum détectable est de inT - à SQUID, dont l'ordre de grandeur du signal minimum détectable est inférieur à 10 3nT. les "gradientmètres" quant à eux, sont en fait des couples de magnétomètres uniaxes. Il en existe deux types - fluxgate, dont tordre de grandeur du signal minimum détectable est de 10 nT/m, - à SQUID, dont l'ordre de grandeur du signal minimum détectable est de 10 1 à 10-2 nT/m. Dans une station de mesure connue, pour l'immunisation magnétique d'un bâtiment naval, le champ mesuré pendant son passage au-dessus de la station est comparé au champ mesuré avant et après son passage. La variation du champ magnétique due au passage du bâtiment naval est mesurée et il en est déduit un modèle de la signature magnétique du bâtiment. Selon l'invention, une flûte sert de support d'un ou de plusieurs capteurs magnétiques et elle est remorquée dans le sillage d'un bâtiment naval. Il est supposé dans ce qui suit que la navigation de la flûte dans le sillage est suffisamment douce pour que la position des capteurs par rapport au bâtiment naval soit connue avec précision. Toutefois, si cela s'avère nécessaire, par gros temps par exemple, une localisation goniomètrique est utilisée pour repérer avec précision la position des capteurs. Dans le cadre de l'invention, il faut pouvoir s'affran- chir du champ magnétique terrestre pour n'obtenir que la variation de la signature magnétique propre au bâtiment naval. Pour cela, dans un premier mode de réalisation avec des capteurs de type champ total, un premier capteur de ce type est placé à proximité du bâtiment naval, et un deuxième capteur de ce même type, suffisamment éloigné du bâtiment naval pour ne plus subir son influence, sert de référence en mesurant le champ magnétique terrestre. Une telle mesure permet de vérifier que l'immunisation magnétique reste suffisante, mais en cas d'écart important avec la mesure attendue, elle ne donne pas assez de paramètres pour permettre le réglage des courants dans les bobines du dispositif de compensation Pour ce type de capteurs, le signal détecté est en fait la mesure "monoaxe" de la projection de la perturbation sur le champ magnétique terrestre. Il faut noter qu'au pôle ou à l'équa- teur, le capteur se trouve placé en "position de Gauss" et devient insensible à toute variation de l'aimantation du bâtiment naval dans un plan parallèle à l'équateur. Une telle mesure test pas possible à l'aide de deux capteurs de type triaxal, car il faudrait que les orientations des capteurs l'un par rapport à l'autre soient connues avec une très grande précision, ce qui n'est pas le cas. Avec un gradientmètre, directement sensible à la variation du champ magnétique, comme le champ terrestre est uniforme sur de grandes zones, il n'y a plus besoin de capteur de référence, et les mesures obtenues peuvent permettre le réglage de l'immunisation lorsque nécessaire. En résumé, les solutions préférées par l'invention sont les suivantes - associer deux capteurs de type champ total pour la mesure de la signature magnétique assurant ainsi un contrôle de celle-ci, - utiliser un gradientmètre permettant en cas de variation de la signature magnétique de commander un nouveau réglage de l'immunisation magnétique. Les modes de réalisation décrits ci-après du dispositif selon l'invention utilisent un dispositif remorqué dans le sillage d'un bâtiment naval constitué d'une antenne linéaire acoustique (ou flûte) connue, pour l'observation sous-marine passive et d'un tronçon de remorquage, comme support des capteurs magnétiques. La position des capteurs est fonction des emplacements possibles sur le dispositif remorqué et le choix de ces capteurs est fonction de leurs performances à la distance par rapport au bâtiment naval de ces emplacements, compte tenu de l'ordre de grandeur de la perturbation magnétique apportée par un bâtiment naval sur le champ magnétique terrestre. A titre d'exemple, un capteur magnétique de type champ total ou un gradientmètre à SQUID est sensible au champ magnétique du bâtiment naval jusqu a environ 300 m de celui-ci. A cette distance > il est considéré comme un dipôle en terme de modélisation magnétique et comme un ellipsoïde entre 50 m et 100 m environ du bâtiment naval. Pour une distance inférieure à 50 m un capteur magnétique de type gradientmètre fluxgate peut être utilisé associé à une modélisation plus complexe du bâtiment naval utilisant par exemple des méthodes connues comme EIF (Equation Intégrale de Frontière), DCM (Développement du champ en Composantes Multipôlaire) ou MED (Multi Ellipsoïdes et Dipôles). Le premier mode de réalisation décrit par la figure 1 montre une flûte 1 remorquée derrière un bâtiment naval 2 par l'intermédiaire d'un tronçon de remorquage constitué de deux tubes 3, remplis d'huile, de 250 m de long, mis bout à bout, dans lesquels passent les fils de liaison entre les hydrophones (non représentés) de l'antenne linéaire disposés le long de la flûte 1, et le bâtiment naval 2. L'enroulement et le déroulement de ce tronçon de remorquage sont impossibles. Suivant ce premier mode de réalisation de l'invention, un magnétomètre à champ total 4, à RMN ou à Hélium pour avoir suffisamment de précision, est placé à la jonction des deux tubes 2, soit à 250 mètres du bâtiment naval 1. Un second capteur 5 du même type que le premier est placé dans la flûte 1, soit à une distance supérieure à 500 mètres du bâtiment naval 2, pour servir de référence et ne mesurer que le champ magnétique terrestre. Le bâtiment étant passé au préalable, sur une station de mesure non représentée, on dispose d'un modèle de sa signature magnétique pour sa compensation. A chaque instant, le champ magnétique que devraient voir les capteurs 4 et 5 est calculé puis comparé à une prédiction et une alarme 6 est déclenchée si la mesure est trop différente de la prédiction. Dans le deuxième mode de réalisation représenté à la figure 2, où les mêmes éléments que sur la figure 1 ont été désignés par les mêmes repères, flûte 1, bâtiment naval 2 et tronçon de remorquage 3, un seul capteur de type gradientmètre 7, à SQUID pour avoir la précision requise, est placé à la jonction des deux tubes 3 à 250 m du bâtiment naval. Les gradients sont mesurés sur les trois composantes, ce qui permet de déterminer l'aimantation propre du bâtiment naval. En effet la relation entre le champ B et l'aimantation M est linéaire et de la forme B = (K)M le paramètre K est obtenu par la mesure des effets de circuits en faisant la différence entre les champs magnétiques mesurés circuits alimentés et circuits non-alimentés, les effets de circuits peuvent être mesurés directement par exemple par superposition d'un courant continu, ou d'une composante alternative dans les circuits. Comme la mesure est permanente, la séparation induit/permanent n'est pas nécessaire, ce qui enlève toute contrainte sur le cap du navire. Pour la même raison, toute variation du magnétisme du navire est prise en compte (changement d'immersion, changement de zone géographique). Il est alors possible de commander le réglage de l'immunisation magnétique via un dispositif de compensation magnétique 8 à bord du bâtiment naval, lorsque nécessaire, car les paramètres nécessaires au réglage peuvent être extraits des mesures. Une immunisation en boucle fermée (IBF) est ainsi réalisée. L'expérience montre que I'utilisation d'un gradientmètre à SQUID 7 permet du fait de sa grande sensibilité au champ magnétique, de le placer suffisamment loin du bâtiment naval et de se contenter d'un modèle simplifié comme un ellipsoïde uniformément aimanté. Selon un autre mode de réalisation représenté sur la figure 3 où les éléments semblables à ceux des figures précédentes ont été désignés par les mêmes repères, la flûte 1 est remorquée par un câble 9 pouvant être enroulé et déroulé sans toutefois pouvoir rentrer la flûte 1 dans le bâtiment naval 2. Ce câble 9 permet la transmission de données numériques (électriques ou optiques) entre la flûte 1 et le bâtiment naval 2. Selon l'invention, un seul capteur, de type gradientmètre à SQUID 7 est dans ce cas placé en tête de la flûte 1. La mesure, puis la compensation de la signature magnétique du bâtiment 2 via le dispositif de compensation magnétique 8 à bord du bâtiment naval sont effectuées, lorsque nécessaire, lors de l'enroulement ou du déroulement du câble. Des mesures sont faites à des distances différentes lors de l'enroulement ou du déroulement pour transmettre suffisamment de paramètres pour compenser s'il y a lieu, la signature magnétique du bâtiment naval. Comme la mesure n'est pas permanente, la flûte étant trop loin en utilisation habituelle de celle-ci, câble déroulé (à environ 500 m du bâtiment naval), il faut faire la séparation induit/permanent et donc adopter plusieurs routes de mesure à des caps différents1 par exemple nord/sud et est/ouest. La mesure doit être refaite à chaque fois qu'une modification importante du magnétisme du bâtiment naval peut être redoutée: changement de zone géographique ou changement important d'imversion. Selon un autre mode de réalisation de l'invention représenté sur Ia figure 4 où les éléments semblables à ceux des figures précédentes ont été désignés par les mêmes repères, le capteur est un gradientmètre "fluxgate" 10. Les mesures doivent alors être faites suffisamment près du navire 2, ce qui implique l'utilisation d'un modèle magnétique de l'aimantation du navire un peu plus complexe qu'un simple ellipsoïde pour vérifier et éventuellement effectuer le réglage de l'immunisation magnétique du bâtiment naval : la modélisation peut utiliser une méthode de résolution EIF (Equation Integrale de Frontière) ou une méthode DCM (Développement du champ en Composantes Multipôlaires), connues. L'invention n'est pas limitée à la description précise des dispositifs décrits ci-dessus. En particulier, la flûte peut être rempIacée par tout autre dispositif remorqué par un bâtiment naval et le tronçon de remorquage par tout autre type de système de remorquage. De même, tout capteur magnétique vérifiant les conditions de sensibilité pour les distances déterminées en fonction du type de dispositif remorqué rentre dans le cadre de l'invention. D'autres méthodes de modélisation magnétique peuvent également être employées REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure de la signature magnétique d'un bâtiment naval (2) comportant au moins un capteur magnétique destiné à la mesure de champ magnétique, caractérisé en ce qu'il utilise un dispositif remorqué par le bâtiment naval (2) comme support au capteur magnétique, ce capteur magnétique étant positionné lors de la mesure à une distance où il est sensible au champ magnétique propre au bâtiment naval, les informations recueillies par le capteur étant transmises à bord du bâtiment naval dont le modèle magnétique est prédéterminé. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur magnétique (4 ; 7) est placé sur le dispositif remorqué à une distance fixe du bâtiment naval. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le capteur magnétique (7) est de type gradientmètre à SQUID et effectue une mesure permanente du champ magnétique du bâtiment naval. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le capteur magnétique (4) est de type champ total, un deuxième capteur (5) de même type étant placé sur le dispositif remorqué à une distance où il est insensible au champ magnétique du bâtiment naval, le premier effectuant une mesure du champ magnétique du bâtiment naval et le deuxième une mesure du champ magnétique terrestre ambiant. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif remorqué étant lié au bâtiment naval via un tronçon de remorquage déroulable et enroulable (9), le capteur magnétique (7 ; 10), fixé sur le dispositif remorqué, est à une distance variable du bâtiment naval lors du déroulement et de l'enroulement du tronçon de remorquage, la mesure étant effectuée en des instants où le capteur est placé à des distances prédéterminées du bâtiment naval et pour plusieurs caps de navigation différents. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le capteur magnétique (7) est de type gradientmètre à SQUID. 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le capteur magnétique (10) est de type gradientmêtre fluxgate. 8. Application du dispositif selon la revendication 3 au réglage de l'immunisation magnétique du bâtiment naval, caractérisé en ce que la mesure permanente du champ magnétique du bâtiment naval est associée à une modélisation de la signature magnétique de celui-ci considéré comme un ellipsoïde uniformément aimanté, un dispositif de compensation (8) étant placé à bord du bâtiment naval et utilisant les mesures comme paramètres de réglage de l'immunisation magnétique du bâtiment naval. 9. Application du dispositif selon la revendication 6 au réglage de l'immunisation magnétique du bâtiment naval, caractérisé en ce que la mesure du champ magnétique du bâtiment naval est associée à une modélisation de la signature magnétique de celui-ci considéré comme un ellipsoïde uniformément aimanté, un dispositif de compensation (8) étant placé à bord du bâtiment naval et utilisant les mesures comme paramètres de réglage de l'immunisation magnétique du bâtiment naval. 10. Application du dispositif selon la revendication 7 au réglage de l'immunisation magnétique du bâtiment naval, caractérisée en ce que la mesure du champ magnétique du bâtiment naval est associée à une modélisation de la signature magnétique de celui-ci en utilisant une méthode de résolution d'équation intégrale de frontière, un dispositif de compensation (8) étant placé à bord du bâtiment naval et utilisant les mesures comme paramètres de réglage de l'immunisation magnétique du bâtiment naval. 11. Application du dispositif selon la revendication 7, au réglage de l'immunisation magnétique du bâtiment naval, caractérisé en ce que la mesure du champ magnétique du bâtiment naval est associé à une modélisation de la signature magnéti que de celui-ci en utilisant une méthode de développement du champ en composantes multipôlaires, un dispositif de compensation (8) étant placé à bord du bâtiment naval et utilisant les mesures comme paramètres de réglage de l'immunisation magnétique du bâtiment naval. 12. Application du dispositif selon la revendication 7 au réglage de l'immunisation magnétique du bâtiment naval, caractérisée en ce que la mesure du champ magnétique du bâtiment naval est associée à une modélisation de la signature magnétique de celui-ci en utilisant une méthode de modélisation multi-ellipsoides et dipôles, un dispositif de compensation (8) étant placé à bord du bâtiment naval et utilisant les mesures comme paramètres de réglage de l'immunisation magnétique du bâtiment naval.