Brevet FR2778746A1 — publié le 19991119

-1 - La présente invention concerne un dispositif passif permettant la détection, la localisation et l'identifi- cation d'objets ayant des propriétés magnétiques. Ces résultats sont obtenus par la mesure du champ5 magnétique crée par ces objets et le traitement du ou des signaux temporels issus d'un ou de deux capteurs magnétomètriques. Les applications actuelles et futures de ce dispositif sont très nombreuses. Tous les objets ayant des caractéristiques magnétiques10 sont, détectables; par exemple: Les objets manufacturés ou naturels de toute dimension, comportant des substances ferreuses, Les gisements de minéraux magnétiques ou comportant des impuretés magnétiques, 15. Les matériaux argileux cuits... Les objets comportant des circuits électriques à courant continu ou soumis à des courants continus. Les domaines d'applications de ce dispositif sont égale- ment très nombreux et variés, par exemple:20. La recherche archéologique et minière... La surveillance de passage de véhicules, de navires... Les portiers d'aéroports, La recherche des épaves, des sous-marins, des objets perdus ou enfouis à terre ou en mer, des canalisations, des têtes de forages... Le positionnement de robots ou de navires... La présente invention concerne la détection d'objets en mouvement relatif par rapport au(x) magnétomètre(s) de mesure et se comportant magnétiquement de façon sensible-30 ment dipolaire ou quadripolaire, ce qui est le cas avec une précision suffisante dans tous les cas o la distance entre l'objet à détecter et le ou les capteurs est supérieure à 2 ou 3 fois la plus grande dimension de l'objet. -2- De très nombreux systèmes de détection d'objets magnétiques sont utilisés. Pour les systèmes passifs, c'est à dire ne procédant pas par émission de champ électromagnétique connu et analyse de la réponse de l'objet à cette émission figurent en bonne place les systèmes mesurant et analysant le champ magnétique statique (naturel ou non) généré par des objets recherchés. Deux grandes catégories de tels systèmes existent: - Ceux utilisant des informations de capteurs directionels - Ceux utilisant des informations de capteurs de module de champ magnétiques. L'invention décrite dans le brevet américain n 4 309 659 du 5 janvier 82 est très représentative de la première catégorie de systèmes. L'auteur utilise un jeu de plusieurs magnétomètres direct- ionels c'est à dire sensibles aux composantes du champ magnétique (champs parasites + champ à mesurer) sur chacun des axes de mesure des dits magnétomètres et obtient donc des valeurs mesurées d'une part des composantes suivant un repère XYZ du champ magnétique de l'objet et des valeurs des gradients de champ directionels suivant les mêmes axes. Dans le cas o l'objet est magnétiquement dipolaire les inconnues pour en effectuer la détection et l'identifica- tion sont au nombre de 6 à savoir: Les trois coordonnées XYZ de l'objet par rapport aux capteurs de mesure et les trois composantes Mx, My, Mz du moment dipolaire M de l'objet. L'auteur effectue donc 6 mesures: 3 mesures de champ Mx, My, Mz avec l'un des magnétomètres C) è- H y ___ 30. 3 mesures de gardient de champ - -x -èy,- r Avec trois ou quatre magnétomètres d'espacement x, 6yz relatifs connus. 3 - A partir des équations classiques du champ d'un dipôle, lt 6 inconnues sont calculées à partir des 6 mesures effectuées. Ce dispositif convient aux applications o le champ de l'objet est très supérieur aux champs parasites d'origines variées. Pour certaines applications o la recherche d'objets s'effectue en présence superposée du champ magnétique naturel de la terre, ce dispositif souffre de très importantes limitations dues à l'utilisation de magnétomètres directifs, aux bruits, c'est à dire aux fluctuations temporelles et spatiales du champ magnétique terrestre et aux défauts inévitables de positionement relatifs des magnétomètres. Par exemple, le gradient du champ naturel terrestre dû aux structures géologiques est couramment très supérieur à la valeur du gradient d'un objet dipolaire même à faible distance. Dans ce cas les trois gradients mesurés sont sans relation avec ceux créés par l'objet à détecter et conduisent donc à des solutions erronées de résolution des équations. Dans cette première catégorie de systèmes on ne suppose pas à priori que l'objet à détecter soit animé d'une vitesse relative par rapport aux capteurs et l'effet d'une telle vitesse éventuelle est secondaire pour la détection et de ce fait, bien que le principe de calcul soit basé sur les équations du champ des objets dipolaires, il n'existe pas de possibilité de vérifier que les signaux recus sont réellement ceux d'un objet dipolaire et non pas des signaux parasites pouvant être d'origine variée et qui sont donc exploités de façon erronée. Dans la seconde catégorie le procédé de détection est basé sur la mesure par capteur de module (donc insensible à son orientation) du champ de l'objet superposé aux différents champs parasites. -4- Dans ce cas bien qu'un jeu de trois magnétomètres directifs orientés suivant les axes d'un triedre puissent théorique- ment permettre le calcul du module du champ magnétique, il est fait appel le plus souvent à des magnétomètres à résonnances du fait qu'ils ne sont pas directifs. Dans cette seconde catégorie de systèmes, le magnétomètre de mesure de la valeur en module du champ est animé d'un mouvement relatif par rapport à l'objet et le système de détection analyse l'évolution du signal mesuré en fonction du temps. Ce signal temporel est la somme du signal dû à l'objet et des bruits magnétiques divers. Le plus souvent la détection est effectuée lorsque le signal à mesurer dépasse d'une certaine valeur les signaux dûs aux bruits. Dans certains cas il est également pris en compte la durée de ce dépassement compte tenu d'un certain nombre de seuils. A titre d'exemple le brevet francais n .2 106 657 décrit un procédé de détection élaboré sur le principe précédent. Suivant ce procédé, le signal mesuré est filtré dans une batterie de filtre passe bandes jointifs effectuant une analyse spectrale sommaire. Dans chacune de ces bandes de fréquence est effectuée une détection d'enveloppe des signaux et une mesure de l'ampli- tude crête. La comparaison des amplitudes crêtes entre les enveloppes des signaux filtrés en provenance des filtres adjacents permet à travers une logique de décision d'éla- borer un signal de détection. Bien que ses performances soient largement supérieures aux méthodes de la première catégorie, le procédé n'est efficace que lorsque le signal utile de cible est largement supérieur aux signaux crées par les bruits magnétiques parasites et de ce fait a une portée de détection limitée -5-Comme précédemment, ce procédé ne distingue pas les signaux d'un objet dipolaire des signaux parasites dépassant le seuil de décision. L'objectif auquel vise l'invention est d'améliorer considérablement les performances des systèmes antérieérs dans la détection des objets magnétiques à des distances telles que leur aspect magnétique est dipolaire. Nous verrons que l'invention s'applique également à des objets de forme magnétique plus complexe et ayant notamment un comportement quadripolaire dans les conditions pratiques de la détection. Par performance on entend au premier ordre la portée de détection. Cette portée est fonction du rapport signal (de l'objet) sur bruit (bruits magnétiques variés). Dans les procédés de l'art antérieur, la détection n'est possible que lorsque le signal est largement supérieur au bruit dans un rapport au moins égal à 2 ou 3. Le premier avantage de l'invention est de pouvoir détecter des signaux dipolaires ayant des niveaux très largement inférieurs au bruit et donc d'augmenter considérablement la portée de détection par rapport aux systèmes de l'art antérieur. Un second objet de l'invention est de permettre la détection d'objets magnétiques en ne faisant appel qu'à la mesure du ou des signaux fournis par un ou des capteurs magnéto- mètriques mesurant le module du champ de l'objet et des champs magnétiques parasites et de ce fait facilite grandement l'utilisation par rapport aux méthodes utilisant des capteurs directionels dont la stabilité des orientations relatives des axes de sensibilité est particulièrement difficile à assurer et à conserver dans le temps. -6- Ceci est obtenu entre autres par une nouvelle formulation analytique des signaux à détecter (dipolaires ou quadri- -ô polaires) et ayant comme avantages d'une part de permettre l la détection, mais également le calcul de la localisation de l'objet magnétique sans ambiguïté; ni solutions multiples et de manière mathématiquement exacte. L'invention outre une nouvelle formulation analytique adaptée, propose également une méthode nouvelle de résolution effective des équations conduisant à la détection et à la localisation. En effet, ces équations ne sont pas susceptibles d'être résolues directement compte tenu du nombre d'inconnues et de leur non linéarité. En particulier dans le cas de l'utilisation de deux capteurs magnétomètriques de mesure un des avantages de l'invention, outre la détection et la localisation de l'objet magnétique, est de permettre le calcul précis des moments magnétiques de l'objet, permettant ainsi son identification sous l'aspect magnétique ce qui offre l'avantage de ne détecter que les objets dont l'aspect magnétique correspond aux objets à rechercher et contribue largement à la sureté de détection en augmentant les performances, et en minimisant les fausses alarmes. Un autre avantage de l'invention est de proposer une méthode permettant d'effectuer ces opérations en temps réel, c'est à dire sans perte de temps, ni retard. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante o en référence aux dessins annexés: La figure 1A est une représentation du champ magnétique crée par un objet dipolaire dans l'espace qui l'entoure. La figure 19 représente les 3 formes typiques des signaux observés lorsqu'un capteur de module de champ magnétique est en déplacement par rapport à l'objet magnétique. La figure 1C représente un des signaux précédents échan- tilloné c'est à dire lorsque la mesure est effectuée à intervalles de temps à t. -7- La figure ZA est la représentation des fonctions de base de l'art antérieur fO,fl,.f2, permettant de représenter tout signal dipolaire. La figure 22 est la représentation des fonctions de bases 'iy/ LIz selon l'invention permettant non seulement -de représenter tout signal dipolaire mais aussi d'effectuer la détection de l'objet et sa localisation. La figure 3 est la représentation suivant l'invention du choix des paramètres géométriques choisis, définis par l'objet à détecter N, et le vecteur vitesse v relatif entre le capteur magnétomètrique et le dit objet à détecter. La figure 4 analogue à la précédente montre les paramètres géométriques choisis dans le cas de l'utilisation de deux capteurs magnétomètriques M1 et M2. k15 La figure 5 est le diagramme explicitant la méthode utilisée suivant l'invention pour obtenir les paramètres de détection et de localisation de l'objet magnétique à partir du signal SM d'un capteur magnétomètrique unique. La figure 6 analogue à la précédente présente le diagramme explicitant une des methodes pour obtenir les paramètres de détection et de localisation de l'objet magnétique à partir des signaux SM1 et SM2 de deux capteurs magnéto- métriques. La figure 7 représente graphiquement la forme des critères de détection obtenus suivant la méthode à des instants différents avant et après passage dans le plan de l'objet. La figure 8A est une représentation d'une réalisation simplifiée n'utilisant qu'un nombre restreint (8 par exemple) de points d'observation dans le plan d'observation. La figure 8B montre à deux instants avant et après passage dans le plan de l'objet les valeurs des critères de détection, -8- Classiquement le champ d'un dipôle magnétique de moment _4 placé en O créé au point t D s'effectue la mesure est - donné par: À o (voir figure1 A) U est le vecteur unitaire porté par le vecteur De et R est la distance OM. Du fait de l'utilisation pour la mesure en M d'un magnéto- mètre mesurant le module du champ magnétique total et parce que le champ Hd en pratique est toujours très petit, devant Ht, le signal présent à la sortie du magnétomètre est l'image de AH, projection de Hd sur le champ magnétique terrestre Ht. H j Lorsque l'objet magnétique et le capteur ma3gnétomètrique sont animés d'un mouvement relatif, l'information de sortie du capteur représentant AtH est variable avec le temps et, est fonction des variations temporelles des paramètres et relations exprim- es par l'équation (1) dans laquelle le coefficient k est fonction des unités choisies. Explicitement le signal AH mesuré à un instant donné est fonction des paramètres suivants: - Orientation du champ terrestre Ht (2 angles) Orientation du vecteur unitaire U (2 angles) - Orientation du moment magnétique > (2 angles) - Module de moment.magnétique/t (1 paramètre) Distance de l'objet au capteur R (1 paramètre) soit un total de 8 paramètres. -9- La connaissance, à priori, de ces 8 paramètres permet de calculer le signal AH, mais à l'inverse la mesure deZH à partir d'une seule équation (1) ne permet en aucun cas de calculer les 8 paramètres inconnus, ni même les 6 dans le cas o l'on suppose l'orientation du champ terrestre t connue au moyen par exemple de magnétomètres directifs auxiliaires. De plus l'évolution en fonction du temps de aH fait intervenir deux paramètres supplémentaires qui sont la trajectoire relative de l'objet et du capteur et leur vitesse relative. En pratique courante on peut assimiler la trajectoire relative du capteur et de l'objet à une droite (trajectoire rectiligne) et parcourue à vitesse relative v constante. Cette hypothèse est vérifiée pour la quasi totalité des applications de l'invention, de plus l'analyse et l'ex- périence pratique nous ont montré que les erreurs commises en utilisant la méthode de l'invention pour les objets et véhicules de recherche courants restaient d'impact négli- geable sur les performances du système. Dans ce contexte, l'expérience a montré que l'allure des signaux mesurés en fonction du temps par le capteur magnétomètrique pouvait avoir trois formes typiques représentées par les courbes 1,2 et 3 de la figure [1B]. Toujours dans cette hypothèse, MR. J.E. ANDERSON a montré en 1949 que tous les signaux magnétiques, quelle que soit la configuration de l'objet et de la trajectoire relative, pouvaient être exprimés mathématiquement en fonction d'une combinaison linéaire de trois signaux ou fonctions de base. Des signaux magnétiques variés sont représentés en changeant la contribution de chacune de ces fonctions de base. La représentation mathématique de ces fonctions de base est communément appelée fonctions d'ANOERSON. -10- En utilisant le paramètre sans dimension u défini comme le rapport de la distance E parcourue suivant la trajectoire relative et de la plus courte distance D de passage entre l'objet et le capteur, le signal magnétomètrique SM vu par le capteur en fonction du temps est exprimé par: sM = té a.)(z+uS1>+ ^utr t CT46UdC.S[ - 5 SI+ air ,. a) S,; 'J t3)) io uC^=(t Y / Les trois fonctions (3) sont les fonctions de base d'ANDERSON, les coefficients AO, A1, A2, des coefficients dont la valeur, variable suivant le cas, représentent la contribution au signal SM total de chacun des signaux de base WD, La figure 2-A est une représentation graphique des ces fonctions. De même que pour l'équation (1),l'équation (2) permet de représenter n'importe quel signal magnétique SM en fonction du temps une fois choisis tous les paramètres déjà cités, mais ne permet pas plus que la précédente de déterminer les dits paramètres, c'est à dire d'effectuer une détection localisation à partir de la seule connaiss- ance du signal magnétique SM en fonction du temps. f _ 11 _ L'analyse montre qu'il y a en fait une infinité de représentations possibles du signal SM et que l'on peut trouver autant de jeux correspondants de trois fonctions de base pouvant représenter exactement SM Une première caractéristique de l'invention est de proposèr un jeu de trois fonctions de base, permettant évidemment de représenter le signal SM à partir de la connaissance à priori des différents paramètres reliant, l'objet, le capteur, et leurs trajectoires respectives, mais surtout permettant à partir de la seule connaissance d'un ou de deux signaux SM d'avoir accès à l'ensemble des paramètres cités et donc d'effectuer la détection, la localisation et la détermination des caractéristiques magnétiques de l'objet détecté. La seconde caractéristique de l'invention est un procédé :'- nouveau permettant effectivement à partir d'un signal SM lk. (ou de 2 signaux SM, et SM,) de calculer les différents paramètres précités et d'effectuer la détection localisa- E0 tion de l'objet. Les fonctions de base selon l'invention ont donc été déter- (. ji minées et choisies en fonction-d'un certain nombre de L_ critères et caractéristiques nécessaires pour être en mesure d'utiliser le nouveau procédé de détection. Ces critères suivant l'invention sont les suivants: Les bases doivent être orthogonales et normées à 1. C'est à dire qu'aucun signal de base n'est projetable sur les deux autres bases et en particulier la partie du signal Sm projetable sur chacune des bases est unique ce qui conduit à la détermination de coefficients de projections (Ai) uniques pour un signal SM donné. Ce qui n'est pas le cas des fonctions d'ANDERSON pour lesquelles les bases n'étant pas orthogonales il y a une infinité de solutions de projection du signal S, sur lesdites bases ce qui conduit à l'impossibilité de détermination des paramètres inconnus qui ne sont pas séparés. I. _1 2 - -12-, Les fonctions de base doivent être aussi différenciées que possible ce qui dans la pratique o le signal utile SM est noyé dans des bruits variés permet le calcul précis des projections et donc des coefficients Ai de projection. On a donc cherch6' àétabIir un jeu de bases dites à fall off décroissant, c'est à dire à comportement asymptotique aussi différent que possible des unes par rapport aux autres. Une troisième caractéristique fondamentale de l'invention est le choix des paramètres géométriques par lesquels on exprime les équations de manière à minimiser le nombre de paramètres inconnus ce qui a permis de trouver un procédé permettant dans une première étape de résoudre le problème en n'ayant qu'un nombre réduit de paramètres inconnus à trouver. Le choix de ces paramètres est explicité par la figure 3 dans laquelle: M et N sont respectivement les positions du capteur M et et de l'objet N à un instant donné, v est le vecteur vitesse relative à cet instant entre l'objet et le capteur, V est le plan objet tel que il passe par l'objet N et est orthogonal au vecteur 7, W est le plan d'observation tel que ce plan contienne M, N et v. Ce choix de paramètres est valable dans tous les cas de mouvements respectifs de M et N et en particulier s'applique aussi bien à la détection d'un objet N mobile par un capteur M fixe, d'un objet fixe par un capteur mobile ou d'un objet mobile et d'un capteur mobile. Dans le cas pratique o pendant la durée d'observation des signaux la trajectoire relative de M et N est relati- vemnent rectiligne et parcourue à vitesse sensiblement constante v, la droite passant par M et parallèle à v est constante V, - -13- La trajectoire relative de M par rapport à N et coupe le plan V au point O. O est choisi comme origine des coordonnées, OX est parallèle à v, OY est orthogonal à OX et passe par N, D est la plus courte distance de passage entre M et N, E est la distance du capteur M au plan objet V, à un instant donné, H est le vecteur champ magnétique terres- tre à priori quelconque dans le repère OXY. Tout signal temporel Sm issu du capteur magnétomètrique et créé par le moment magnétique/ dipolaire de l'objet N dans son déplacement relatif par rapport au capteur pourra t s'écrire: S t. 15 soit: SM = Ao. + Pf, + Az expression (E) E- dans laquelle suivant l'invention et avec u =: L fl.,. e4,L) S/L C _____ C!= V. z_ La représentation graphique de ces nouvelles fonctions de base, à la fois orthonormées et à comportement asympo- tique différent est donnée en figure 2-B. On constate que ces trois nouvelles fonctions sont très bien différenciées dans tout le domaine pratique de variation du paramètre u au contraire des fonctions d'ANDERSON pour lesquelles L Si ---- -14- f0 et 2 sont confondues pour u 1-1 1 et 2 sont confondues pour u > -1 i i1 et 2 sont confondues pour u >0 ?O,? 1 et 2 sont confondues pour u >,1 Dans le cas o la distance minimum D de passage entre le capteur M et l'objet N n'est plus très grande devant les dimensions de l'objet, le modéle dipolaire ne peut plus être considéré comme représentant exactement le comporte- ment magnétique de l'objet, ces nouvelles bases peuvent être complétées par deux bases supplémentaires, représentant le comportement quadripolaire de l'objet. D3ns ce cas, suivant l'invention l'équation(4)s'écrit: o., t,, C , sont donnés par 5)et, j et f, par: (4' Ba.4 ^^^^L^^^^^ 4 = t t't e1 t) @/2 Ces deux nouvelles bases répondent aux critères choisis d'orthonormalisation et de comportement asymptotique différent entre elles et vis à vis des trois premières. L'ensemble Y à C décrit complètement et exactement le signal issu d'un objet quadripolaire. Le procédé de détection objet de l'invention s'applique aussi bien aux objets considérés comme dipolaires (équations 4 et 5) qu'à ceux à comportement quadripolaire (équations 6, 5 et 7). -15- Dans les équations 4 et 6: - les coefficients Ai sont des fonctions non linéaires des paramètres Ht et/t: - les nouvelles fonctions de base 5 et 7 sont fonction des paramètres E,D et Ht de façon également non linéaire. De ce fait, et disposant de moins d'équations que d'inconnues dans le cas dipolaire comme dans le cas quadripolaire, le problème de la détection et localisation de l'objet n'est pas soluble par les méthodes mathématiques classiques du fait que les équations ne sont pas inversi- bles et de plus parfaitement non linéaires en fonction de E, D, H& et.4 Une première caractéristique essentielle de l'invention est le choix que nous faisons de rechercher l'objet inconnu N dans le plan W appelé plan d'observation bien que ce plan soit à priori inconnu sauf qu'il contient le vecteur vitesse relative v et le capteur M, ceci est rendu possible par le choix fait des paramètres E et D et du paramètre réduit u = E/D permettant d'exprimer les fonctions de base t uniquement en fonction de E, et D, dans le plan W. Une seconde caractéristique essentielle de l'invention est de rechercher l'objet inconnu N dans certaines positions choisies à priori dans le plan W. Pour cela, nous définissant à priori dans le plan W un certain nombre de points définis chacuns par leurs coordon- nées E.et DJ. On établit donc un tableau des coordonnées de ces points de dimension m X n tel que le suivant: Ed Di EL D - - E D - - E. Dj - D-ED E- D E D EmDE E D.E Eu D 2778746 1 -16- - Ce tableau comporte en principe un nombre m X n de points de coordonnées courantes E i Det pour chacune desquelles nous J. connaissons les valeurs numériques des fonctions de base t o1 S Z 3à partir des équations 5 en modèle dipolaire ou des fonctions go a1 C2 q3 q,4 3 partir des équations 5 et ' 7 en modèle quadripolaire. Par ailleurs, suivant l'invention,le signal SM issu du capteur magnétomètrique est échantilloné à des intervalles de temps égaux At, ce qui donne lieu à la mesure (pendant un temps défini (T) appelé horizon de' mesure de P valeurs successives de SM notées S, S'M.. SM et correspondant à l'évolution du signal créé par l'objet inconnu et mesuré par le capteur magnétométrique dans son déplacement relatif par rapport à l'objet recherché. Suivant l'invention, on établit pour chaque point EL D choisi à priori dans le plan W, l'équation suivante (8), partir de l'équation, (4) des expressions des fonctions de J base C(i, de la mesure des P échantillons S'M SPM du signal SM du magnétomètre: 2 5 i SL x + ia q la solution de cette équation est Ar. e dans laquelle 9t est la matrice transposée de -ij et le terme [ gT.SM] Représente le vecteur de corrélation entre le signal réel mesuré S. et le signal qui serait -17- généré par un objet N arbitrairement placé au point de coordonnées ECDj du plan W; et IBI est la matrice des bruits. On notera que la matricel lest identique, à une translation près pour tous les points E;D- du tableau correspondant à une distance Didonnée constante. L'équation(9)représente la solution qui minimise l'erreur entre le signal réel mesuré et le signal d'un objet virtuel placé en Ej, c'est à dire l'erreur entre le signal réel et le signal issu du modèle pour un objet placé au point choisi Ej représenté par les équations (4) et (5). Dans le cas o l'objet recherché a un comportement quadri- polaire, des équations similaires à(8)et(9)sont établies pour chaque point Ej3 à partir des équations(6et (5s) et(71 la méthode proposée restant identique par ailleurs. L'équation(9)est appelée "opération de projection" puisqu' elle effectue la projection mathématique du signal réel S sur les bases tpour chacun des points EL.Dj des plan W, c'est à dire effectue l'identification dans le signal SK réel et dans les bruits superposés à ce signal de la partie identifiée comme provenant d'une source magnétique dipolaire (ou quadripolaire) placée au point d'analyse ED]. Une autre caractéristique essentielle de l'invention est de faire appel pour la détection localisation de l'objet N au calcul des énergies du bruit et du signal identifié et au calcul du critère de détection défini comme le rapport de l'énergie identifiée et de l'énergie totale égale à la somme de ladite énergie identifiée et de l'énergie du bruit. C'est l'utilisation de ce critère énergétique qui est mathématiquement exact conjointement avec la description analytique exacte des signaux possibles issus de chacun des points ELD] qui fait la supériorité -18- du procédé objet de l'invention par rapport aux méthodes connues antérieurement basées sur des mesures d'amplitude, du fait que l'on extrait du signal noyé dans le bruit i la totalité des informations qu'il contient et de manière rigoureusement exacte au sens mathématique de ce terme. Suivant l'invention, le procédé de détection consiste en: i - Calculer l'énergie úE(idu signal réel S. projetable sur les bases de chacun des points ELDj. & (àest l'énergie identifiée du signal SM - Calculer l'énergie totale du signal réel et des bruits e sur l'horizon temporel T mesure défini précédemment. - Calculer le critère de détection CLj correspondant à chaque point ELDi et défini suivant l'invention par le rapport Cj= j) Ct - Evaluer pour l'ensemble des points E.Dj la valeur] maximum du critère C j qui est la valeur Cke (k et 1 représentant les coordonnées en Ek et Du du point E-Dj pour lequel CL" est maximum) -Comparer la valeur de C; à un seuil v - Si CKL est supérieur à Extraire C = CFu/≥ niveau de confiance de la détection 25. Extraire E = Et D = DL qui sont les coordonnées dans les axes définis précédem- ment de l'objet détecté par rapport au capteur magnéto- mètrique M. A partir des notations des équations:8>et9 l'énergie identifiée C du signal S Mcorrespondant à chaque point EgDj est obtenu par application de l'équation (10) suivante: qi -19- i(ij) = A ". (10) o A" est la matrice transposée de A matrice des coeffi- cients A. Ad Az en dipolaire (ou A, AA AI, A, A4 en quadripolaire). J5 8(/ pourrait également être calculée par: i (i j)= Ac + AA + AD ou i (ij)= Ad + A + An A& + A4 puisque les bases tutilisées sont orthonormées, mais avec une erreur de principe dû à l'effet des filtrages et au fait que le bruit superposé au signal dans la bande de fréquences de mesure peut ne pas être parfaitement blanc r 15 pour certains cas d'application.L'énergie totale Et somme L[ de l'énergie du signal réel possible et de l'énergie des bruits est obtenue par (12) l_ & t =.M 201.:(12) S + (s f +.... ( SM) Chaque valeur de Sm étant obtenue par échantillonnage du signal du magnétomètre à la cadence nt sur l'horizon de mesure T et correspondant à P échantillons successifs avec P = T/ at. Comme indiqué précédemment, les informations fournies par le procédé objet de l'invention lorsqu'un seul capteur de mesure est utilisé sont: le paramètre C, niveau de confiance de la détection, les paramètres E et D de loca- lisation de l'objet magnétique par rapport au capteur M. E est la distance (à un instant donné) entre le capteur magnétométrique et le plan objet V qui est ainsi compléte- ment défini, D est dans ce plan la distance entre le -20- point 0 (connu comme intersection du plan V et de la trajectoire relative capteur objet définie par l'axe du vecteur vitesse v.) et l'objet détecté. La position de l'objet ainsi détecté n'est connue que par un lieu de position qui est le cercle de centre 0 et de rayon D, ou du moins une fraction de cercle pour toutes les applications. En pratique l'utilisation d'un seul capteur de mesure ne permet pas, compte tenu des phénomènes physiques mis en jeu, une localisation complète des objets à détecter, ni une détermination de leurs caractéristiques magnétiques. Par contre, ceci explique que compte tenu du choix parti- culier des paramètres utilisés pour la mise en équation des signaux et des fonctions de base, choix qui en élimi- nant certains paramètres de localisation permettent la résolution partielle du problème de localisation en appliquant la méthode proposée. Malgré une localisation incomplète de l'objet magnétique détecté le procédé décrit précédemment est suffisant particulièrement dans les applications o on connait à priori un lieu de position du ou des objets recherchés; c'est par exemple le cas lors de la recherche d'objets reposant au sol ou au fond de la mer o légèrement enfouis. Dans ces cas la recherche s'effectue en déplaçant le magnétomètre à bord d'un poisson immergé remorqué par un bateau, un véhicule terrestre ou un avion. Du fait que la trajectoire du magnétomètre est sensiblement horizontale on connait à priori l'altitude du magnétomètre par rapport au sol ou par rapport au fond de la mer et la position complète de l'objet détecté est déterminée par l'inter- section du plan du sol ou du fond de la mer et du cercle de position déterminé par le procédé proposé. I 2778746 -21 - Dans la plupart des cas cette intersection est composée de deux points symétriques par rapport à la trajectoire du capteur. Le lever de doute entre ces 2 positions possibles de l'objet est, si nécessaire, obtenue en effec- tuant deux passages successifs pour des orientations du vecteur vitesse v sensiblement orthogonales. On obtient ainsi 4 points de position possibles (2 par passage) dont deux (1 par passage) sont confondus donnant ainsi la position sans ambiguïté de l'objet détecté. Dans d'autres cas, il est nécessaire: soit de pouvoir effectuer une détection et une localiation complète de l'objet sans connaissance à priori d'un premier lieu de position (plan horizontal du sol) c'est le cas par exemple de recherche d'objets pouvant être immergés à des profon- deurs variées, soit d'identifier les objets détectés par l'évaluation de leurs caractéristiques magnétiques. Ce second cas est par exemple celui de la recherche d'objets spécifiques dans un port, dont le fond est encombré de débris magnétiques divers et sans intérêt et parmi les- quels il est nécessaire d'identifier un objet particulier à travers l'identification de c'ractéristiques magnétiques particulières. Dans tous les cas, le procédé décrit précédemment permet de répondre aux problèmes posés par l'utilisation d'une paire de magnétomètres MA et ML en place du magnétomètre unique M utilisé jusqu'à présent. La figure (4) est une représentation des paramètres géo- métriques choisis pour l'utilisation de deux capteurs magnétométriques MD et M. M4 et ML sont par exemple placés en bouts d'ailes dans le cas de recherche par avion. Dans cet exemple, la vitesse relative v entre les capteurs et l'objet recherché est sensiblement la vitesse de l'avion et la direction MA,Mt est orthogonale au vecteur v -22-, Comme précédemment on appelle plan objet (inconnu à priori) le plan (V) passant par l'objet N et orthogonal au vecteur v. De façon analogue à la description précédente et confor- mément à l'invention, nous choisissons deux plans d'obser- * vation W correspondant à chacun des signaux des capteurs magnétométriques MA et MI. Le plan W.,, plan d'observation des signaux du capteur MH. est tel qu'il contienne le point M4, le vecteur v et l'objet N. De même le plan Wi, plan d'observation des signaux du capteur Ml contient le point MI, le vecteur vet l'objet N. Les points M'A et M'I sont l'intersection avec le plan objet V de la trajectoire relativement à l'objet des capteurs magnétométriques MA et Mt. Une autre originalité essentielle de l'invention consiste dans ce cas d'utilisation de deux capteurs à appliquer simultanément et indépendamment à chacun des signaux issus J des capteurs MA et MI le procédé decrit précédemment. Le procédé appliqué au signal du capteur Mo conduit à - un critère de détection CA - une estimation dela distance EA - une estimation de la distance DA de même pour le signal issu de M, on obtient les para- mètres C,E;, D. Comme par principe la distance MA Ma = d séparant les capteurs magnétométriques est connue, le triangle M, M'b N situé dans le plan objet est complétemment déterminé par la longueur de ses trois côtés Dl Db et d, donc la position de l'objet N dans ce plan par rapport à MA M'; de même est connue à chaque cycle de calcul la distance Er= Es entre ce plan et les capteurs M., et M. La position complète de l'objet N est ainsi obtenue par rapport aux capteurs magnétométriques. -23- Dans le cas déja cité d'une recherche aéroportée d'objets N, les capteurs M4 et Mt sont placés au bout des ailes de façon à avoir une distance d non négligeable par rapport aux distances de détection D. et D. Dans ce cas, la trajectoire des capteurs Mo et M, est parallèle à celle de l'avion et sensiblement horizontale, de même que la droite joignant MA et ML ainsi que MH et M' Le plan objet V - orthogonal à v vitesse de l'avion est un plan vertical. Nous pouvons ainsi utiliser un système de coordonnées cylindriques pour exprimer la position de l'objet N par rapport au centre M de l'avion (M milieu de M, Mt) et à la verticale Z. X = Eg = Ez = E est la distance horizontale entre N et l'avion à un instant donné. D = distance oblique entre N et l'avion (plus courte distance de passage). = angle de site de N par rapport à la verticale. Ces coordonnées cylindriques sont obtenues d'une part par X = EA= Ez, d'autre part par la résolution du triangle M'> M' N à partir des paramètres calculés DA et D_ et de la connaissance à priori de la distance d séparant les magnétomètres MA et Mt C'est à dire: X = Es = Ez D = V 2(D + D) - dP (13) = 2 Arctg |(P- DA) (P-Ds) P (P - d) avec P= (DA + D: + d) -24- Une autre caractéristique de l'invention est de permettre la détermination des caractéristiques magnétiques de de l'objet détecté, lorsque sa position complète a été déterminée conformément au procédé décrit précédemment utilisant deux capteurs magnétométriques MA et Mt. Suivant l'invention, la position de l'objet dans le plan W (ou les plans W4 et Wt) est obtenue pour le point du plan W 1 (W.1,W) pour lequel le critère de détection Ckl tel que défini précédemment est maximum. Pour ce point, nous avons déja calculé suivant l'équation (9) la matrice Akl = A* A A tkl donc nous connaissons la valeur des trois coefficients Am A A; de projection du signal mesuré sur les bases ,qconnues comme correspondant à la meilleure estimée l de position dans W de l'objet détecté N dont le moment J magnétique dipolaire est/t. Les coefficients Ao As Aiconnus maintenant sont fonctions uniquement des paramètres \3 et ou des paramètres Ht et - suivant la représentation analytique choisie. En particulier, l'expression analytique des coefficients Ao AA A, est linéaire en fonction de/e - ce qui permet le calcul de/û.,tous les autres paramètres étant maintenant déterminés. Si on appelle x, y, z un triedre trirectangle dit triedre de mesure défini comme suit: x est la direction du vecteur vitesse relative v y est la direction orthogonale suivant l'axe des capteurs MA M_ z est orthogonal aux précédents dans le sens direct. r- -25- [on notera que dans le cas de la recherche aéroportée avec les capteurs Mo M; en bout d'ailes, le triedre xyz est alors le triedre avion avec: x axe longitudinal y avec transversal (vers la droite) z axe normal ( vers le "bas")] on est capable de déterminer le moment magnétique dipolaire d 1e l'objet N par ses trois composantes/ x, y, ,z telles que et tous calculs faits, à partir des équations (1) et (8) suivant l'équation (14): i _ tx= D3t h _$;h A t j 4,1 = - 3 h àll)*- tt -k2xhh--zfr2-i.t1. Ad (14) - 3.x T, expression dans laquelle: 20. D = DA ou D, suivant que l'on utilise les coefficients Ao AA At correspondant à Cllobtenu pour le plan d'observation WA ou Wl h, h3 sont les composantes suivant la tiedre de mesure du champ terrestre local connues à priori ou mesurées par exemple par un magnétomètre fluxgate directif triaxial suivant lesdits axes du triedre de mesure. i -26- Nous décrivons maintenant des exemples de réalisation de dispositifs de détection, localisation et identification d'objets magnétiques faisant application des procédés nouveaux décrits précédemment. Compte tenu du volume et de la complexité des calculs suivant le procédé, toute application de ce procédé fait appel à un calculateur numérique plus ou moins rapide et puissant selon les objectifs recherchés pour chaque application,c'est ainsi que, à titre d'exemples, pour la recherche d'objets faite à partir d'un mobile (aéronef, bateau...) un calculateur convenable est constitué par L'association d'un calculateur de la marque "DIGITAL" type PDP 11-34 et d'un Array Processor type MAP 200 de la marque C.S.P.I. Dans le cas de capteurs fixes détectant des objets mobiles, un processeur de la marque "DIGITAL" de type VAX 8530 avec co-processeur flottant est trés adapté. Par ailleurs, chaque type de calculateur fait appel à des programmes et outils de développement de programmes qui lui sont propres et conduisent donc à des algorithmes d'application qui lui seront spécifiques, et qui seront également fonction des habitudes ou de la plus ou moins grande habilité du programmeur. Nous ne développerons donc pas ici un programme qui ne serait utilisable que sur un type de calculateur, mais nous donnerons toutes les informations nécessaires permettant à l'homme de l'art, le choix du calculateur adapté à une application particulière du procédé de détection, ainsi que l'organisation et la réalisation des différentes étapes du calcul et la valeur des para- mètres spécifiques au procédé pour les différentes applications lui permettant ainsi de réaliser son application pratique. -27- Nous décrirons le choix des paramètres de base, l'organisation et l'enchainement des opérations successives pour deux applications à titre d'exemple: - recherche d'objet à partir d'un aéronef, - recherche d'objet à partir d'un poisson sous-marin tracté par un bateau. Nous montrerons comment appliquer dans les deux exemples précédents la méthode à l'utilisation d'un seul ou de deux capteurs magnétométriques et l'influence du choix du nombre de points ELi dans le plan d'observation sur la capacité de calcul nécessaire et son influence sur les performances en précision de localisation de l'objet détecté. Le premier paramètre à définir est l'horizon temporel d'observation T. Du fait que le signal SM est un signal temporel lié au - déplacement relatif capteur/objet, l'énergie de ce signal r[" s'accroit avec le temps d'observation. t L'objet étant dipolaire, un horizon d'observation est choisi tel que le rapport de la distance d'observation suivant E à la distance D minimum de passage entre l'objet et la cible soit égal à 5 permet d'acquérir une durée de signal telle que l'énergie acquise soit environ 95% de l'énergie totale du signal ce qui est largement suffisant en pratique. Pour une application aéroportée pour laquelle la distance de détection optimale choisie est de 500 mètres, l'horizon d'observation sera de 500 X 5 = 2500 mètres suivant la trajectoire de l'avion, pour une vitesse typique de 100 m/s cet horizon est donc T = 25 secondes. Pour cette même vitesse de 100 m/s si nous choisissons un pas d'échantillonnage de 20 mètres du signal SM corres- pondant à la précision du calcul de localisation suivant E L -2 8 - la cadence d'échantillonnage de Sm sera de 1/t = ú-- = 5 par seconde soit un pas temporel d'échantillonnage At = 0,2 seconde. Le nombre d'échantillons p sur lequel sera examiné le signal sera p = 1 /, t x T = 5 x 25 = 125 De la même manière à partir du rapport choisi E/D = 5, la détection d'objets posés au fond de l'eau par un magnéto- mètre à bord d'un poisson remorqué par un bateau à la vitesse de 10 noeuds soit environ 5 m/s pour une portée optimale de 25 mètres avec une résolution de 1 mètre conduit au choix identique de ces paramètres soit: ft = 0,2 s T = 25 s p = 125 échantillons Par portée optimale on entend ici la portée pour laquelle la probabilité de détection sera de 100 ', ce qui n'est évidemment pas la limite de portée du procédé qui nous le verrons plus loin est limitée seulement par le seuil t défini précédemment qui est utilisable en pratique. Le schéma de la figure 5 explicite la succession et l'organisation des étapes d'application dela méthode proposée dans le cas de l'utilisation d'un capteur magnéto- métrique unique. H est l'horloge définissant le cycle complet de calcul et est dérivée de l'horloge de base du calculateur. Pour les deux exemples envisages sa période t est de 0,2 seconde. (1) est l'organe d'entrée du calculateur effectuant l'acquisition du signal SM du magnétomètre. Dans le cas o ce signal est analogique, (1) est un échantillonneur codeur qui délivre une mesure de SM sous forme numérique à la cadence de l'horloge H soit toutes les 0,2 s. Ce signal est transféré dans la mémoire tampon M -29- qui contient dans nos exemples p = 125 échantillons successifs du signal St.A chaque cycle d'horloge H, un nouvel échantillon est acquis et le plus ancien échantillon est éliminé. F1 est un filtre numérique destiné à améliorer le rapport signal sur bruit au détecteur en éliminant les bruits contenus dans des bandes de fréquences en dehors de la bande contenant les signaux recherchés. Dans nos exemples FA est un filtre passe bande d'ordre 4, dont les fréquences de coupure sont respectivement de 0,01 Hz pour le filtre passe haut et 0,3 Hz pour le filtre passe bas. Sç est le signal numérique Se filtré dans la bande de fréquences précitée. S est calculé à chaque cycle d'horloge H, c'est à dire toutes les 0,2 secondes. Suivant le procédé, ce signal SF est "comparé" toutes les 0,2 secondes aux signaux théoriques issus d'un certain nombre de points EcDi du plan d'observation. Pour cela, la fonction (2) génére les fonctions de base correspondant à chacun des points EjDi choisis. Ces signaux sont calculés à partir des équations 5 dans le cas o on se limite à une identification des seuls signaux dipolaires, ce qui s'avère suffisant dans le cas des exemples d'application choisis. Pratiqement, ce calcul des valeurs des trois fonctions de bases.,, È,, est effectué en temps réel par le calculateur à partir de:, E/Dj avec D = D toutes les 0,2 secondes pour les valeurs E E. ou bien est issu d'un tableau précalculé et dans ce cas la fonction (2) se réduit à un tableau des valeurs numériques des trois fonctions de base mises en mémoire pour chaque point E, Dj choisi dans le plan d'observation. Les signaux de base sont générés par la lecture des valeurs numériques des fonctions. t t successivement dans chaque ligne Dj' et pour les valeurs successives des EÀ -30- - 3 0 - Cette lecture dans le tableau 2 est effectuée à la cadence de l'horloge, et donc en synchronisme avec l'échantillo- nnage du signal SM du magnétomètre toutes les 0,2 secondes. Nous disposons donc, toutes les 0,2 secondes des fonctions de bases@, C^ représentées chacune par un nombre p d'échantillons (p = 125) pour chacun des points choisis E Dj. Comme pour le signal SM, chacune des fonctions de bases t.tqEt de chaque point EL% est suivant l'invention filtrée par un filtre numérique Fo identique au filtre FA décrit précédemment. En pratique, suivant la structure du calculateur utilisé et sa vitesse de calcul, l'opération de filtrage des fonctions de base est réalisée en série (passages successifs des différents signaux de base échantillonnés dans un filtre unique) ou en parallèle] (chaque signal de base est traité par un filtre spécifique) ou une combinaison des deux méthodes série et parallèle. A l'issue de ces opérations, nous disposons donc maintenant de deux tableaux en mémoire du calculateur représentant deux des trois termes de l'équation (8). Nous pouvons donc en calculer le troisième terme qui est pour chacun des points E, D; le tableau des A, coefficient de i projection du signal S r sur les fonctions de base de chaque point Eg Dj. La fonction 3 est l'opérateur de projection qui calcule les Aj à partir de l'équation (9), et des tableaux en mémoire du signal SM échantillonné et des fonctions de bases de chaque point EL Dj Pour chacune des valeurs de i et j, nous effectuons le calcul décrit par l'équation (') et obtenons ainsi un tableau des coefficients A> qui comme les tableaux précédents est obtenu toutes les 0,2 secondes. -31 - l'opérateur 5 effectue le calcul, suivant l'invention, de l'énergie identifiée dans le signal c'est à dire projet- able sur les fonctions de base. Cet opérateur calcule les valeurs numériques de l'équation (10) pour chacun des ponts E; D, c'est à dire calcule et en établit un tableau toutes les 0,2 secondes. Parallèlement à la fonction 5, la fonction 4 calcule l'énergie totale E des p échantillons du signal Sr issu du magnétomètre par l'équation (12) toutes les 0,2 s. L'opérateur 6, calcule pour chacun des point E j, le rapport des énergies9.jprécédentes et de 56 et établit ainsi le tableau CZj des critères de détection rapport &O j/c. Comme précédemment un tel tableau est obtenu toutes les 0,2 secondes. Dans une variante et suivant la nature des bruits le critère de détection peut avantageusement être défini par C = t &, étant l'énergie résiduelle, c'est à dire, l'énergie du bruit obtenue en l'absence de détection. Dans ce cas l'opérateur 4 est bloqué par la présence du signal de détection C i et conserve la valeurte = & obtenue précédemment à la détection et pendant toute la durée pendant laquelle C reste supérieur ou égal à. L'opérateur 7 compare chacune des valeurs des critères C;J précédent au seuil g et n'en conserve que les critères supérieurs à x appelés maintenant tableau des Ct. L'opérateur 8, compare deux à deux chacun des critères CtE précédents et ne conserve que le critère CAt max, c'est à dire dont la valeur numérique est la plus élévée dans le tableau précédent. Ce résultat est obtenu toutes les 0,2 secondes. Les informations extraites de ces derniers tableaux sont: - une information de présenre d'au moins un coefficient CtZ dans le tableau des Cl! qui est lt signal de -32- détection, c'est un signal logique utilisé par exemple pour alerter un opérateur de la détection, - la valeur numérique de (Ct) maximum, - les valeurs de E& et Dû correspondantes (E_ DL) qui sont les informations de niveau de confiance de la détection et de localisation de l'objet par rapport au magnétomètre. Sur la figure 5, l'ensemble des fonctions réalisées à partir de la fonction 2 est désigné par 11. La figure 6 représente la succession et l'organisation des opérations d'un exemple de réalisation de l'invention dans le cas de l'utilisation de deux capteurs de mesure SM. et Sr, conduisant à une localisation complète et à une mesure des caractéristiques magnétiques de l'objet détecté. Comme la précédente, cette application de l'invention s'applique aux deux exemples de réalisation pour la détection aéroportée ou d'objets sous-marins par un poisson remorqué par un bateau. Les valeurs numériques choisies des différents paramètres sont les mêmes que précédemment. L'horloge H qui définit la synchronisation des opérations de calcul de l'application pilote maintenant l'échantillo- nnage des signaux Sm, et SM, par les deux échantillonneurs codeurs 1, le transfert de chacun de ces signaux dans les mémoires tampons respectivement MA et ML. Chacun des signaux M., et MI maintenant discrétisés et numérisés est filtré comme précédemment par deux filtres FA et FL puis est traité par un opérateur 11 qui regroupe l'ensemble des fonctions décrites précédemment. Comme précédemment, chacun des opérateurs, 11 délivre à la cadence de 0, 2 seconde les informations C E D et le tableau des (Ai),j pour chacun des signaux Sm, et Se. soit respectivement Cú E. DA (A&L)A et Ct E D; (A L), -33- La fonction 12, regroupe les informations CA et Ci niveau de confiance de la détection fournies indépendamment par les chaines de détection Sm, et S,. En fonction des besoins, 12 est réalisée par une porte "ou", dans ce cas on maximalise la probabilité de détection ou par une porte "et", ce qui minimise les fausses alarmes. Dans le premier cas une seule détection par S,^ou Smest suffisante pour que 12 délivre le signal de détection C Dans le second cas, les deux détections doivent être présentes simultanément pour que 12 délivre le signal. De la même manière, la valeur numérique du critère niveau de confiance C de la détection transmise par 12 peut pour les mêmes raisons être: soit le plus grand ou le plus petit de CA ou de Ca La fonction 13 reçoit les informations numériques d'estimation des distances EA et Eb de détection de l'objet issues des 2 chaines de détection. Normalement EA-_ E. 13 compare E, et EX fournis à chaque cycle de calcul toutes les 0,2 s et si E, Et transmet l'informa- tion de sortie E = EA E, sinon, dans le but de mini- miser les fausses alarmes transmet un signal d'inhibition interdisant à 12 la génération du signal de détection. La fonction 14 reçoit toutes les 0,2 s les deux informa- tions de distance oblique D. et DL issues des deux chaines de détection et calcule les paramètres de localisation D et 5 en coordonnées cylindriques par les équations 13. l'opérateur 14 effectue ce calcul toutes les 0,2 s. L'opérateur 15 effectue l'estimation de l'objet magnétique détecté, c'est à dire le calcul de son moment magnétique dipolaireÀt à partir des informations suivantes maintenant disponibles: - D (DA ou D) - Les jeux de coefficients de projection sur les -34- fonctions de base Ao, A,, At, pour le point E = Ek, D = D o est localisé l'objet détecté ( A&), ou A( h,) Les mesures hx hy hz des composantes suivant le tiedre de mesure fournies par exemple par le magnétomètre 3 axes (16) L'opérateur 15 à partir de ces dernières informations et de l'un des jeux de paramètres DA (A AL)A ou Di(A ht:) calcule numériquement l'équation 14 dont tous les termes sont connus, et fournit la valeur du moment dipolaire de l'objet M par ses trois composants/A x74y Az. Le dispositif décrit, fournit donc à l'utilisateur et de façon entièrement automatique - un signal discret d'alerte de détection, - le niveau de confiance de la détection C, - la distance au plan objet instantanée E, la distance correspondant au point de plus petite distance de passage D. lorsque deux magnétomètres sont utilisés, le dispositif fournit en plus: les coordonnées relatives complètes de l'objet E,D,fR - la mesure du vecteur moment magnétique dipolaire (ou quadripolaire) de l'objet. Ces informations sont fournies en temps réel, c'est à dire avec un retard maximum de 0,2 s dans le cas de nos deux exemples d'application. Ces informations sont disponibles dans l'organe de calcul toutes les 0.2 s et sont transmises visuellement à l'opérateur de façon classique via un organe de couplage du calculateur à un dispositif de visualisation par un Dus numérique de transmission de données. En fonction des caractéristiques du calculateur utilisé, les paramètres non décrits jusqu'ici présent peuvent -35- varier dans une très large mesure et influent sur les performances finales obtenues. A titre d'exemple, nous décrivons ci-après deux exemples d'utilisation de calcu- lateurs de puissances différentes utilisables pour chacune des deux applications proposées: détection aéroportée et détection sous marine par poisson remorqué. Dans le premier exemple nous utilisons un calculateur très rapide capable de 5 millions d'opérations arithméti- ques par seconde en virgule flottante sur des mots de 32 bits (24 bits de mantisse, 8 bits d'exposant). Cette capacité de calcul nous permet de choisir un nombre important de points E. D; à priori dans le plan d'obser- vation W (ou les 2 plans W. et W,). Le choix s'est porté sur 125 abscisses suivant E et 6 ordonnées suivant D c'est à dire un total de 750 points El Dj répartis uniformément. Cela correspond à un horizon de détection total de 25 s (le cycle de calcul étant 'de 0,2 seconde) que nous répartissons 5 secondes avant le passage dans le plan de cible et 20 secondes après ce passage. Pour l'exemple de la détection aéroportée, les ordonnées (D, à De) des points Es Di sont choisies égales à 50, 100, 200, 400, 800, 1600 mètres. Dans cet exemple, les fonctions de base correspondant à chaque point EL Di sont calculées comme décrit précédem- ment à chaque cycle de calcul. Les tabeaux des critères C;jcontiennent également 750 valeurs numériques. La puissance de ce calculateur permet de gérer et de visualiser sur tube cathodique ces tableaux de critères comme présenté en figure 6. Suivant le procédé, la visualisation est effectuée dans le plan W défini par les directions E et O. -36- Le calculateur à partir du tableau de critères C;j, effectue classiquement les interpolations permettant de visualiser des courbes isocritères. La figure 7a présente un exemple des courbes isocritères obtenues dans la détection d'un objet situé à Di = 250 mètres. Quatre courbes isocritères sont obtenues corres- pondant à quatre niveaux d'énergie identifiés égales respectivement à une fois, 2 fois, 4 fois et 8 fois le seuil. La figure est tracée pour le point EA situé sensiblement 2,5 secondes avant le passage de l'avion dans le plan objet, c'est à dire à une distance d'environ 250 m avant le plan objet. La figure 7 b montre la détection du même objet environ 12 secondes après le passage de l'avion dans le plan objet. Nous constatons que le niveau d'énergie identifiée s'est accru de 4 niveaux de critères et qu'en particulier l'estimation de Dj est très précise et s'améliore avec le temps d'acquisition du signal. Dans les conditions précitées, la précision de localisa- tion est d'environ 20 mètres en E et de 3%C soit moins de m en D à la distance d'observation Dmax = 1600 mètres. Par ailleurs, le seuil de détection X dans cet exemple est de l'ordre de 0,2, c'est à dire que le dispositif est capable avec un taux de fausses alarmes quasi nul de détecter des objets dont l'énergie du signal est 20% de l'énergie des bruits ce qui se traduit par un gain en portée de l'ordre de 3 par rapport aux méthodes de l'art antérieur basées sur la comparaison de l'amplitude du signal et des bruits par rapport à un seuil. Dans une seconde réalisation, nous avons utilisé un calculateur 32 bits flottant de capacité 600 000 opéra- tions arithmétiques par seconde. -37- Pour l'application de l'invention les capacités mémoire nécessaires sont: RAM environ 1000 mots de 32 bits Programme 1000 mots de 32 bits Constantes 3500 mots de 32 bits Dans ce cas nous avons choisi un nombre limité à 8 de points EL DJ Par ailleurs,les fonctions de bases correspondant à chacun de ces 8 points ne sont pas calculées, mais précalculées et mises en mémoire. les points EL Dj sont répartis en: Ed = -2 secondes soit 200 m avant plan objet Et = +5 secondes soit 500 m après passage dans le plan objet ' pour les 4 distances DA à D4 égales à 100, 200, 400 et 800 mètres. Nous obtenons ainsi toutes les 0,2 secondes un tableau de coefficients CAA CA. Cil Ci4 correspondant à E. et C:. C1 CL Ct4 correspondant à Es, comme indiqué en figure Sa dans le plan d'obseration W. Du fait du faible nombre de points en D, il est nécess- aire d'effectuer, lorsqu'il y a détection, c'est à dire lorsqu'un critère au moins Cj est supérieur à U d'effec- tuer une interpolaire en O et C; comme indiqué figure ab. Sur cette figure, on a placé les 4 valeurs de CA, CL C,^ C>. correspondant aux coordonnées Da D; Di D4 pour l'abscisse E4. On détermine par interpolaire quadratique la valeur D = Di correspondant au maximum CA max de la courbe passant par les 4 points précités. CA max est le niveau de confiance de la détection et DZX est la distance la plus courte entre l'objet et capteur magnétométrique. L ---- -38- La figure Bc représente la détection du même objet obtenu à l'instant t = + 5s, c'est à dire 5s après le passage dans le plan objet. L'énergie totale du signal identifié ayant augmenté, la valeur numérique des critères correspondant à El, soit C;4 C; C; C, sont largement supérieures à leurs valeurs obtenues pour E. De la même manière, le maximum de la quadrique passant par les 4 points de coordonnées D. Ci,, Dl Cu, Dl Cz, D, C4 donne l'estimée D,, de la distance suivant D de l'objet détecté et le niveau de confiance final Czmax de la détection. Dans cet exemple, les précisions obtenues sont de l'ordre de 0,4 seconde soit 40 mètres en E 15 % soit au maximum 120 mètres en D pour la distance maximum évaluée de 800 m. Bien que, légèrement dégradé par rappor à l'exemple précédent, la méthode permet l'utilisation avec un taux de fausses alarmes quasi nul de seuils de détection Y de l'ordre de 0,6, ce qui reste largement supérieur aux méthodes de l'art antérieur avec une portée de détection sensiblement doublée. -39- REVENDICATIONS 1. Procédé de détection, de localisation et d'identification d'objets magnétiques comprenant au moins un capteur magnétométrique délivrant un signal électrique Sm dont la variation temporelle est générée par le ou les moments magnétiques de l'objet recherché dans son mouve- ment relatif par rapport au magnétomètre et caractérisé par le fait que: - l'on définit un plan d'observation W tel que ce plan contienne M position du capteur magnétométrique, N posi- tion de l'objet recherché, v vecteur vitesse relative à un instant t entre ledit capteur et ledit objet. - l'on définit dans ce plan W, un ensemble de points de coordonnées courantes EL D. - l'on projette mathématiquement pour chaque point de coordonnées E. D-, le signal S. reçu sur des bases. - l'on calcule l'énergie identifiée +, du signal SM projetable sur les bases données E. Dj. - l'on calcule un critère de détection Cij correspon- dant à chaque point Ez D et défini comme étant le rapport de l'énergie du point considéré úà l'énergie totale E - l'on recherche la valeur maximale C k du critère C]j, qui est telle que k et 1 représentent les coordonnées Ek et. Dî du point E D' correspondant à la position de l'objet recherché. 2. Procédé suivant la revendication 1,dans lequel la représentation analytique exacte est un jeu de bases orthonormées et orthogonales. 3. Procédé suivant la revendication 1 dans lequel l'objet recherché ayant un comportement dipolaire, les bases ?sont exprimées par les expressions: -40- =2 41g Q- avec S,: SO o - o '/1 dans lesquelles les coeffcients A.o A Ab sont des fonc- tions non linéaires du vecteur champ magnétique terrestre Ht et du moment magnétique./ de l'objet recherché et dans lesquelles le paramètre u est défini comme le rapport de la distance parcourue suivant la trajectoire relative et de la plus courte distance de passage entre l'objet recherché et le capteur magnétométrique correspondant. 4. Procédé suivant la revendication 1 dans lequel, l'objet recherché ayant un comportement quadripolaire, les bases sont exprimées par les expressions: U= tW X/ 2' % = 8 ffi ' ? >) 5/2 =.:\ 5. t("2 3) $f. ' ' X Z +u. CA /;+1 av2c 42,f AQC.+fl 3 P -41- dans lesquelles les coefficients A0 A, At A-. A sont des fonctions non linéaires du vecteur champ magnétique terrestre Ht et du moment magnétique.2r de l'objet recher- ché et dans lesquelles le paramètre u est défini comme le rapport de la distance parcourue suivant la trajectoire relative et de la plus courte distance de passage entre l'objet recherché et le capteur magnétométrique corres- pondant. 5. Procédé suivant la revendication 1 dans lequel on calcule le critère de détection C- - pour chaque point EL Dû par les expressions: ELe = P o: A 4T est la matrice transposée de la matrice A Sj des coefficients Aj. eTest la matrice transposée dela matrice t des valeurs des bases 9 p est le nombre d'échantillons utilisés dans l'horizon de mesure T. 6. Procédé suivant l'une des revendications 1, 2 et 5 dans lequel on utilise le paramètre unique u=E: rapport de la distance parcourue suivant la trajectoire relative et de la plus courte distance de passage entre le capteur magnétométrique et l'objet recherché. -42- 7. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 6 dans lequel on estime la probabilité de présence de l'objet recherché dans le plan W contenant l'objet recher- ché, le capteur magnétométrique et le vecteur vitesse relative entre ledit objet et ledit capteur, pour chacun des points de ce plan choisis à priori. 8. Procédé suivant l'une des revendications 1 à dans lequel les signaux de mesure et les signaux de base issus du modèle analytique pour chacun des points choisis dans le plan W sont filtrés de manière identique. 9. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 8 dans lequel la comparaison du signal mesuré et des signaux issus du modèle analytique correspondant à chaque point d'estimation est effectuée en temps réel à chaque instant-t défini par l'horloge H d'échantillonnage et par projection. analytique. 10. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 9 dans lequel le critère CLj est comparé à un seuil ' et déclenche une indication de détection si la valeur dudit critère est supérieure à la valeur dudit seuil; ceci étant effectué simultanément pour chaque instant, d'échantillonnage et pour chacun des points du plan W. 11. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 10 dans lequel on calcule le niveau de confiance de la détection comme étant le rapport de la valeur maximale C i. des critères C- et du seuil, 12. Procédé suivant l'une des revendications I à 11 dans lequel on utilise un nombre réduit de points du plan d'observation W. -43- 13. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 12 dans lequel deux capteurs magnétométriques M, et M_ espacés l'un de l'autre d'une distance connue d effectuent simul- tanément les mesures des signaux temporels S et St de l'objet recherché N, la localisation complète de cet objet étant obtenue par résolution du triangle d D e D et D. étant la plus courte distance de passage entre respective- ment les capteurs M- et M. et l'objet recherché dans les plan d'observations W1 et W, de chacun des deux capteurs. 14. Procédé suivant la revendication 13 dans lequel la connaissance complète de la localisation de l'objet recherché est utilisée pour calculer le moment magnétique dudit objet à partir des valeurs des coefficients de projection A Qj suivant une expression du type: [ '8 3 h (y +bah) * h3 _kh2 _h. expression dans laquelle: D = D ou De suivant que l'on utilise lescoefficients A, AA A_ correspondant à C Éobtenu pour le plan d'observation WA ou W. 25.h, h , h3 sont les composantes suivant le- triedre de mesure du champ terrestre local Ht connues à priori ou mesurées par exemple par un magnétomètre fluxgate directif triaxial suivant lesdits axes du triedre mesure. 15. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 14 dans lequel le critère de détection X est calculé à partir de l'énergiei&du bruit mesurée en l'absence de détection. -44- 16. Système caractérisé par l'utilisation d'un calculateur numérique comprenant une unité arithmétique, une mémoire programme et une mémoire de données, des organes d'entrée et de sortie, le programme de calcul conduisant à la détection, la localisation et l'évaluation del'objet étant agencé pour appliquer le procédé de l'une des revendications 1 à 15. 17. Système suivant la revendication 16 dans lequel le calculateur a une capacité de calcul de 5.000.000 d'opérations arithmétiques par seconde en virgule flottante sur des mots de 32 Bits, le nombre de points choisis dans chacun des plans d'observation W, WA, W, est de l'ordre de 750. 18. Système suivant la revendication 16 dans lequel le calculateur a une capacité de calcul de 800.000 opérations arithmétiques par seconde, le nombre de points choisis dans chacun des plans d'observation W, W4,Wt étant de l'ordre de 8 à 20. 19. Système suivant la revendication 16 dans lequel les organes d'entrée (1) sont des échantillonneurs codeurs 12 bits fonctionnant à la cadence de 5 acquisitions par seconde environ.