Brevet FR2733838A1 — publié le 19961108

L'invention concerne un émetteur acoustique sous- marin pour un système de remorquage d'un sonar, comportant un corps remorqué creux, fixé à un câble de remorquage et comportant de préférence des éléments stabilisateurs, et une antenne d'émission intégrée dans le corps remorqué et constituée par plusieurs transducteurs électroacoustiques, qui sont distants les uns des autres et présentent une caractéristique omnidirectionnelle, antenne qui est formée et commandée de telle sorte qu'elle émet des signaux d'émission acoustiques séparément des deux côtés de l'axe longitudinal du corps remorqué, qui coïncide avec la direc- tion de remorquage. De tels systèmes de remorquage de sonars, qui sont constitués par un émetteur sous-marin remorqué et par une antenne remorquée en forme de tuyau et équipée d'un hydrophone (connue sous la désignation anglaise "Towed Array", c'est-à-dire ensemble remorqué) en tant que récep- teur et qui pour cette raison sont désignés comme systèmes de remorquage de sonars à deux supports, l'un destiné à la partie émission et l'autre destiné à la partie réception du sonar, sont utilisés pour les tâches de repérage sous- marin. Étant donné que les transducteurs d'émission possè- dent une caractéristique omnidirectionnelle, le signal d'émission est par conséquent émis dans les deux directions transversales par rapport à la direction de remorquage, le récepteur peut déterminer en général, uniquement à partir des signaux d'échos reçus, la direction de repérage et la distance par rapport à une cible, mais, sans dispositions supplémentaires, on ne peut obtenir aucune indication sur le fait que la cible est située à babord ou à tribord. C'est pourquoi il a déjà été proposé d'agencer et de commander l'antenne d'émission de l'émetteur acoustique sous-marin de manière qu'il émette alternativement une im- pulsion d'émission exclusivement vers la droite (tribord) et ensuite une impulsion d'émission exclusivement sur la gauche (babord), la fréquence d'émission des impulsions d'émission émises à tribord et à babord pouvant être encore différente. Alors, sur la base de l'amplitude et éventuel- lement de la fréquence des signaux d'écho reçus, le récep- teur est à même de distinguer si la cible déclenchant les signaux d'écho est située à tribord ou à babord. Une antenne d'émission utilisée à cet effet com- porte deux transducteurs électroacoustiques, qui sont dis- posés à la distance transversale de À/4 symétriquement par rapport à l'axe longitudinal du corps remorqué (À = longueur d'onde du signal d'émission). Pour l'émission d'une impul- sion acoustique à tribord ou à babord, les deux transduc- teurs d'émission sont alimentés avec un signal d'émission électrique, auquel cas dans le cas de la direction d'émission "tribord", le transducteur situé à tribord est commandé par un signal d'émission déphasé de X/4 et, dans le cas de la direction d'émission "babord", le transducteur électroacoustique situé à babord est commandé avec un signal d'émission déphasé de À/4. Pour obtenir une focalisa- tion verticale, on peut en outre superposer verticalement à chaque transducteur d'autres transducteurs identiques. Étant donné que toujours deux transducteurs supplémentaires sont identiques, une antenne d'émission ayant une directi- vité verticale suffisamment bonne contient une multiplicité de transducteurs et de composants électroniques, qui sont nécessaires pour la commande des transducteurs, ce qui entraîne rapidement un accroissement des coûts de fabrica- tion de l'émetteur acoustique sous-marin. L'invention a pour but de créer un émetteur acoustique sous-marin possédant des directions d'émission droite/gauche séparées et une directivité verticale suffi- samment bonne de l'antenne d'émission, qui n'utilise qu'un nombre minimum de transducteurs électroacoustiques et implique par conséquent des coûts de fabrication relative- ment faibles et possède un faible poids remorqué. Le problème est résolu conformément à l'invention dans un émetteur acoustique sous-marin du type indiqué plus haut, grâce au fait que les transducteurs sont disposés exclusivement verticalement les uns au- dessus des autres, qu'un réflecteur acoustique est associé à chaque transduc- teur et que les réflecteurs acoustiques sont disposés laté- ralement dans le corps remorqué à une certaine distance ra- diale du transducteur associé de telle sorte que des réflecteurs acoustiques associés à des transducteurs suc- cessifs sont disposés alternativement à gauche et à droite de l'axe longitudinal du corps remorqué. L'émetteur acoustique sous-marin selon l'inven- tion présente l'avantage consistant en ce que respective- ment la moitié des transducteurs émet d'un côté et l'autre moitié des transducteurs de l'autre côté par rapport à la direction de remorquage des émetteurs acoustiques sous- marins. Cependant, en raison de la présence des réflecteurs acoustiques, une pression acoustique est rayonnée dans chaque direction d'émission, comme si tous les trans- ducteurs d'émission participaient à l'opération d'émission. Par rapport aux émetteurs acoustiques décrits plus haut, possédant un dispositif d'émission droite/gauche, pour un même rayonnement de pression acoustique et les mêmes carac- téristiques de directivité verticale, seule encore la moi- tié des transducteurs électroacoustiques est nécessaire. Cela signifie l'économie importante du point de vue des coûts de fabrication et contribue à réaliser une réduction non négligeable de poids, en raison de la réduction, qui est liée à la réduction du nombre de transducteurs, des composants nécessaires pour la commande des transducteurs. Selon une autre forme de réalisation préférée de l'invention, la distance radiale du réflecteur acoustique par rapport au transducteur associé est égale approximati- vement à À/2, dans le cas o le réflecteur acoustique est réalisé avec un pouvoir réfléchissant acoustique fort, et est égale approximativement à À/4 dans le cas o le réflec- teur acoustique est réalisé avec un pouvoir réfléchissant acoustique faible, À étant la longueur d'onde du signal d'émission. Étant donné que dans le cas d'une paroi réali- sant une bonne réflexion acoustique, la pression acoustique de l'onde réfléchissante possède la même valeur absolue et le même signe que la pression acoustique de l'onde inci- dente et que, dans le cas d'une paroi réalisant une réflexion acoustique faible, la pression acoustique de l'onde réfléchissante possède la même valeur absolue que la pression acoustique des ondes incidentes, mais le signe opposé, dans les deux cas on obtient une superposition en phase du signal acoustique délivré par le transducteur et du signal acoustique réfléchi par le réflecteur acoustique, de sorte que l'amplitude acoustique émise par le transduc- teur dans la direction d'émission est doublée. Conformément à une forme de réalisation avanta- geuse de l'invention, la distance verticale des transduc- teurs est comprise approximativement entre À/4 et X/2, À étant la longueur d'onde du signal d'émission. Pour une telle distance, les transducteurs associés respectivement à une direction d'émission fournissent une bonne directivité verticale de l'antenne d'émission, qui correspond approxi- mativement à la directivité verticale de l'antenne d'émission équipée uniformément de transducteurs. Conformément à une forme de réalisation préférée de l'invention, pour une configuration correspondante du corps remorqué, les réflecteurs acoustiques sont formés directement sur la paroi intérieure de la coque du corps remorqué ou sont formés par la coque elle-même du corps remorqué, lorsque la structure de paroi de cette coque est conformée de façon correspondante. Les éléments de surface, qui sont respectivement opposés au réflecteur acoustique, de l'enveloppe du corps remorqué sont transparents du point de vue acoustique, c'est-à-dire qu'ils possèdent une impé- dance de paroi, qui correspond à l'impédance caractéris- tique du milieu, à savoir l'eau. Selon une autre caractéristique de l'invention, une couche de séparation réalisant une bonne réflexion acoustique est disposée entre les transducteurs qui sont superposés à une certaine distance verticale. Selon une autre caractéristique de l'invention, les faces frontales des deux transducteurs extérieurs dans l'antenne d'émission sont recouverts respectivement par une même couche réalisant une bonne réflexion acoustique et qui est située à une même distance de la surface frontale asso- ciée des transducteurs, que les couches de séparation. On comprendra alors que les couches recouvrant les faces fron- tales des deux transducteurs sont de même nature. Selon une autre caractéristique de l'invention, les réflecteurs acoustiques sont formés sur la paroi inté- rieure de la coque du corps remorqué ou dans la coque elle- même. Selon une autre caractéristique de l'invention, on utilise, comme transducteurs, des transducteurs en anneau à large bande. D'autres caractéristiques et avantages de la pré- sente invention ressortiront de la description donnée ci- après prise en référence aux dessins annexés, sur les- quels: - la figure 1 représente une vue en perspective d'un émetteur acoustique sous-marin; - la figure 2 représente une coupe longitudinale simplifiée de l'émetteur acoustique sous-marin de la figure 1; et - la figure 3 représente une coupe prise suivant la ligne III-III sur la figure 2. L'émetteur acoustique sous-marin, qui est repré- senté schématiquement sur la vue en perspective de la figure 1, possède, de façon connue, un corps remorqué creux comportant une coque 101 indéformable, qui est formée de manière à favoriser l'écoulement et est fixée par l'intermédiaire d'un crochet de remorquage 11 en forme de fourche à un câble de traction 12. Le câble de traction 12 est fixé, à bord d'un bâteau non représenté ici, à un treuil, à l'aide duquel l'émetteur acoustique sous-marin peut être monté à bord et peut être à nouveau remis à l'eau. Dans le fonctionnement d'émission, l'émetteur acous- tique est tiré par le câble de traction 12 en arrière du bâteau, la direction de remorquage étant caractérisée par la flèche 13 sur les figures 1 et 3. Pour conserver la position verticale, représentée sur la figure 1, du corps de l'émetteur acoustique lors de l'opération de remorquage, d'une part le crochet de remorquage 11 s'accroche d'une manière articulée des deux côtés du corps remorqué 10, les axes d'articulation étant orientés transversalement par rapport à la direction de remorquage 13, et d'autre part le corps remorqué 10 est équipé d'éléments de stabilisation 14, 15. Les éléments de stabilisation 14, 15 peuvent être également agencés sous la forme d'une unité de réglage de profondeur, ce qui permet de régler la profondeur de remor- quage de l'émetteur acoustique, dans certaines limites. L'axe longitudinal du corps remorqué 10 est désigné par la référence 19 qui coïncide avec la direction de remorquage 13 du corps remorqué 10. Dans le corps remorqué creux 10 rempli d'eau est intégrée une antenne d'émission 16, qui est constituée de plusieurs, ici quatre, transducteurs électroacoustiques 17 superposés verticalement à distance les uns des autres. Chaque transducteur 17 possède une caractéristique omnidi- rectionnelle. Les axes, désignés par 18, des transducteurs superposés 17 sont réciproquement alignés. L'alimentation en courant de l'antenne d'émission 16 et la transmission de signaux au bàteau s'effectuent par l'intermédiaire d'un câble électrique sous-marin 23, qui s'étend à l'intérieur du câble de remorquage 12. A chaque transducteur 17 est associé un réflecteur acoustique 20, qui est disposé à une certaine distance radiale latéralement dans le corps remor- qué 10. La disposition est telle que les réflecteurs acous- tiques 20 associés à des transducteurs successifs 17 sont situés alternativement à gauche et à droite de l'axe longi- tudinal 19 du corps remorqué 10. Chaque réflecteur acous- tique 20 est réalisé de manière à réaliser une bonne réflexion acoustique ou une faible réflexion acoustique. Une bonne réflexion acoustique est obtenue au moyen d'une struture stratifiée du réflecteur acoustique 20, dans laquelle une couche de mousse est disposée entre deux tôles métalliques. La tôle métallique devrait posséder une telle masse par unité de surface (M), que w.M fois est égale à l'impédance acoustique caractéristique p.c de l'eau. On obtient une faible réflexion acoustique dans le cas d'une structure stratifiée du réflecteur 20, qui est constituée par une mousse tournée vers le transducteur 17, et une tôle d'acier ou une tôle métallique. La distance entre le réflecteur acoustique 20 et le centre du transducteur 17 est choisie égale à À/2 dans le cas d'un réflecteur acous- tique réalisant une bonne réflexion acoustique et à X/4 dans le cas d'un réflecteur acoustique 20 réalisant une faible réflexion acoustique, À étant la longueur d'onde du signal d'émission, qui est combiné à la fréquence d'émission f et à la vitesse du son c dans l'eau, par la relation À = c/f. La distance verticale réciproque des transducteurs 17 est située entre À/4 et À/2. Comme cela est indiqué schématiquement sur la figure 2, alors que cela n'est pas représenté sur la figure 1 pour en conserver la clarté, entre les transducteurs 17 superposés à une certaine distance verticale sont disposées des couches respectives de séparation 21 réalisant une bonne réflexion acoustique. Les faces frontales des deux transducteurs extérieurs 17, c'est-à-dire du transducteur 17 le plus haut et du transducteur 17 le plus bas, sont recouvertes respectivement par une même couche 22, qui réa- lise une bonne réflexion acoustique. La distance de ces couches 22 par rapport à la face frontale des transducteurs 17 les plus extérieurs est choisie égale à la distance des couches de séparation 21 par rapport à chacun des transduc- teurs 17 voisins. Les réflecteurs acoustiques 20 sont fixés à la coque (101) du corps remorqué 10 (figure 1). Comme cela est représenté sur la figure 3, pour une forme adéquate du corps remorqué 10, les réflecteurs sont de préférence for- més directement sur la paroi intérieure de la coque 101 du corps remorqué 10. Cependant, grâce à une structure strati- fiée adéquate de la coque 101 du corps remorqué 10 dans la zone des réflecteurs, le réflecteur acoustique 20 peut être également formé de parties de la coque 101 du corps remor- qué 10 lui-même. Si la coque 101 du corps remorqué 10 n'est pas construite de manière à être globalement transparente du point de vue acoustique, les éléments de paroi de la coque 101, qui sont situés en vis-à-vis des réflecteurs acoustiques 20, d'une manière rapportée à l'axe longitudi- nal 19 du corps remorqué 10, doivent être agencés de manière que leur impédance de paroi soit égale à l'impédance caractéristique du milieu, formé par l'eau. Cette fenêtre dite fenêtre d'émission 102 est marquée sur la figure 3 par des lignes formées de tirets. Comme transducteurs électroacoustiques 17, on utilise de préférence des transducteurs en anneau à large bande. La commande électrique des transducteurs 17 s'effec- tue de telle sorte que les transducteurs 17, dont les réflecteurs acoustiques 20 sont situés du même côté de l'axe longitudinal 19 du corps remorqué 10, sont alimentés simultanément avec un signal électrique d'émission. L'antenne d'émission 16, qui travaille de préférence dans la gamme des basses fréquences, émet par conséquent des signaux acoustiques d'émission uniquement dans une direc- tion transversale par rapport à l'axe longitudinal 19. Dans l'intervalle d'émission suivant, les autres transducteurs 17, dont les réflecteurs acoustiques associés 20 sont dis- posés de l'autre côté de l'axe longitudinal 19 du corps remorqué 10, sont déclenchés de manière à émettre des signaux d'émission acoustiques. L'antenne d'émission émet alors dans la direction opposée transversalement par rap- port à l'axe longitudinal 19 du corps remorqué 10 ou par rapport à la direction de remorquage 13. REVENDICATIONS 1. Emetteur acoustique sous-marin pour un système de remorquage d'un sonar, comportant un corps remorqué creux (10), fixé & un câble de remorquage (12) et com- portant de préférence des éléments stabilisateurs (14, 15), et une antenne d'émission (16) intégrée dans le corps remorqué (10) et constituée par plusieurs transducteurs électroacoustiques (17), qui sont distants les uns des autres et présentent une caractéristique omnidirection- nelle, antenne qui est formée et commandée de telle sorte qu'elle émet des signaux d'émission acoustiques séparément des deux côtés de l'axe longitudinal (19) du corps remorqué (10), qui coïncide avec la direction de remorquage (13), caractérisé en ce que les transducteurs (17) sont disposés exclusivement verticalement les uns au-dessus des autres, qu'un réflecteur acoustique (20) est associé à chaque transducteur (17) et que les réflecteurs acoustiques (20) sont disposés latéralement dans le corps remorqué (10) à une certaine distance radiale du transducteur associé (17) de telle sorte que des réflecteurs acoustiques (20) asso- ciés à des transducteurs successifs (17) sont disposés alternativement à gauche et à droite de l'axe longitudinal (19) du corps remorqué (10). 2. Émetteur acoustique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la distance radiale du réflecteur acoustique (20) par rapport au transducteur associé (17) est égale approximativement à À/2, dans le cas o le réflec- teur acoustique (20) est réalisé avec un pouvoir réfléchis- sant acoustique fort, et est égale approximativement à À/4 dans le cas o le réflecteur acoustique (20) est réalisé avec un pouvoir réfléchissant acoustique faible, À étant la longueur d'onde du signal d'émission. 3. Émetteur acoustique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la distance verticale des transducteurs (17) est comprise approximativement entre À/4 et À/2, À étant la longueur d'onde du signal d'émission. 4. Émetteur acoustique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'une couche de séparation (21) réalisant une bonne réflexion acoustique est disposée entre les transducteurs (17) qui sont superpo- sés à une certaine distance verticale. 5. Émetteur acoustique selon la revendication 4, caractérisé en ce que les faces frontales des deux trans- ducteurs extérieurs (17) dans l'antenne d'émission (16) sont recouverts respectivement par une même couche (22) réalisant une bonne réflexion acoustique et qui est située à une même distance de la surface frontale associée des transducteurs, que les couches de séparation (21). 6. Émetteur acoustique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les réflecteurs acoustiques (20) sont formés sur la paroi intérieure de la coque (101) du corps remorqué (20) ou dans la coque (101) elle-même. 7. Émetteur acoustique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on utilise, comme transducteurs (17), des transducteurs en anneau à large bande.