Brevet FR2724734A1 — publié le 19960322

La présente invention se rapporte aux procédés qui permettent de compenser, dans les traitements sonars, les mouvements de l'antenne qui perturbent les signaux acoustiques reçus. Il est connu, pour réaliser une image acoustique, d'utiliser le principe de la synthèse d'ouverture, qui prend en compte le déplacement d'un sonar par rapport à la zone dont on veut obtenir une image. Ce sonar est composé d'un récepteur, solidaire d'un émetteur acoustique qui émet périodiquement un signal. Chacun des diffuseurs acoustiques se trouvant dans l'ouverture commune de l'émetteur et du récepteur renvoie un écho sur le récepteur. L'ensemble de ces échos constitue une séquence associée à une position donnée du sonar. La juxtaposition des séquences successives, obtenues lors du déplacement, forme une image de la zone considérée. La synthèse d'ouverture permet d'améliorer la résolution de cette image dans le sens du déplacement du sonar connaissant sa trajectoire, sa vitesse et la cadence des émissions.Dans la pratique, on essaie de maintenir la trajectoire rectiligne et uniforme, de façon à diminuer la complexité du traitement, mais très souvent, le sonar s'écarte de cette trajectoire idéale et il est nécessaire de connaître précisément sa position à chaque réception des échos. Le procédé selon l'invention consiste à utiliser pour la synthèse d'ouverture, la trajectoire et la vitesse du sonar estimées à partir des seules données acoustiques. D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront clairement dans la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en regard des figures annexées qui représentent:: figure 1, un schéma d'une antenne sonar se déplaçant par rapport à un diffuseur acoustique; figure 2, I'image simplifiée d'un diffiseur acoustique pour une trajectoire du sonar rectiligne et uniforme et le principe de la synthèse d'ouverture appliqué à cette image; figure 3, I'image simplifiée d'un diffuseur acoustique après synthèse d'ouverture; figure 4, I'image simplifiée dans le cas ou la trajectoire du sonar s'écarte de la trajectoire idéale; figure 5, I'ensemble des points de la courbe donnée par la fonction d'intercorrélation entre séquences et l'hyperbole moyenne estimée; Sur la figure 1, un sonar (1) émet périodiquement en direction d'un diffuseur acoustique (2) situé dans le même plan.Ce sonar se déplace à une vitesse constante sur une trajectoire rectiligne (3) et reçoit un écho à différentes positions, comme celles figurées en (4) et (5). La juxtaposition de ces différents échos fournit l'image brute de la cible comme celle schématisée sur la figure 2. Sur cette figure, I'axe horizontal (6) correspond au sens de déplacement du sonar et l'axe vertical (7) correspond à la distance entre le sonar et le diffiseur. Pour chaque position du sonar, la présence de l'écho est schématisée par un segment vertical du motif (8). Si la trajectoire est rectiligne et uniforme, il est connu que le squelette de ce motif est une hyperbole dont le sommet (9) correspond à la position réelle du diffiseur dans l'image.Elle est définie par l'équation: (eq.l) où Rn# représente la distance minimale -associée au sommet (9)- entre le sonar et le diffuseur, n est le numéro de la séquence ('i=71o pour la distance minimale), Rn représente la distance entre le sonar et le diffuseur pour la séquence Il, Z ,n représente la vitesse moyenne du sonar lors de son passage devant le diffuseur et Af représente la fréquence de répétition des émissions sonar. La synthèse d'ouverture, dont le principe est schématisé sur la figure 2, consiste â remplacer chaque point (10) de l'image par la somme des contributions énergétiques de chaque point décrivant l'hyperbole (11) dont il est le sommet. Dans le cas de l'image de la figure 2, le point (9) est celui qui reçoit la plus grande contribution, ce qui le rend prépondérant sur l'image finale de la figure 3. Il est clair alors que la résolution de l'image a été améliorée dans le sens de déplacement du sonar. Une description plus détaillée de cet art antérieur peut être trouvée par exemple dans: L.J. Cutrona. Comparison of sonar sister performa7ice achievable resing synthetic-aperture techniqlles with the performance achievable by more conventional means. Journal of the Acoustical Society of America. August 1975. Vol 58, N 2, p. 336-348. Lorsque la trajectoire ou la vitesse réelles du sonar sont affectées de petites perturbations par rapport à la trajectoire ou la vitesse idéales, on peut schématiser l'image brute obtenue comme sur la figure 4. Sur cette figure, le motif (12) ne décrit plus une hyperbole comme le motif(8). Si la synthèse d'ouverture est appliquée directement sur l'image brute de la figure 4, la résolution de I'image après traitement, dans le sens du déplacement du sonar, est dégradée ainsi que le rapport signal à bruit. Le procédé selon l'invention permet de s'affranchir de la connaissance imparfaite de la trajectoire et la vitesse réelles en utilisant les signaux correspondant aux différentes séquences de l'image brute. Le procédé consiste à calculer la fonction d'intercorrélation entre deux séquences consécutives ou non. La position du maximum de cette fonction donne la variation de position de l'écho d'une séquence à l'autre. En réitérant le processus sur l'ensemble des séquences, on peut construire une distribution de points (13) qui donne la variation de position du diffuseur par rapport à la première séquence qui est prise comme référence. A partir de cette courbe, on détermine par interpolation l'hyperbole (14) qui approche au mieux la distribution de points obtenue.En soustrayant les points de l'hyperbole (14) à ceux obtenus précédemment (13), on obtient une série d'écarts m Chaque séquence de l'image brute est alors décalée de nom de façon à compenser les écarts liés à la perturbation de la trajectoire. Dans un deuxième temps, on peut estimer la vitesse moyenne du sonar Vm lors de son passage sur le diffuseur à partir de l'équation (ex. 1) dans laquelle 4f est connu alors que RnO et Rn sont mesurés sur l'hyperbole (14). n convient alors d'appliquer la synthèse d'ouverture sur les séquences corrigées des écarts de trajectoire en utilisant la vitesse moyenne estimée. Il s'ensuit, pour l'image finale, une amélioration de la résolution dans le sens de déplacement du sonar et une augmentation du rapport signal à bruit par rapport au résultat provenant de la synthèse d'ouverture effectuée directement à partir de l'image brute. La description du procédé selon l'invention vient d'être réalisée dans le cas d'une image comportant un diffuseur acoustique unique. Toutefois, ce procédé peut être adapté sans difficulté au cas d'une image composée d'un ensemble de diffuseurs. ll suffit en effet de découper l'image brutes en zones plus petites et d'appliquer le procédé sur chacune de ces zones. REVENDICATIONS 1. Procédé permettant de compenser le mouvement de l'antenne pour un sonar à synthèse d'ouverture caractérisé en ce qu'il comprend une estimation de la vitesse moyenne du sonar et une compensation de la variation de sa position par intercorrélation entre des séquences comprenant l'écho d'un même diffuseur acoustique, cette estimation étant utilisée dans le procédé de synthèse d'ouverture. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le résultat de l'intercorrélation entre séquences fournit un ensemble de points caractéristiques de la variation de la distance instantanée entre le sonar et le diffuseur et à partir desquels on estime par interpolation une hyperbole moyenne. j. Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'estimation de la vitesse moyenne du sonar est obtenue à partir de l'hyperbole moyenne. 4. Procédé selon les revendications I et 2, caractérisé en ce que les séquences de l'image brute sont corrigées par la diffërence entre l'hyperbole moyenne et l'ensemble des points qui a permis de l'estimer. 5. Procédé selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que le procédé de la synthèse d'ouverture est appliqué sur l'ensemble des séquences corrigées en utilisant la vitesse moyenne estimée.