Brevet FR2775083A1 — publié le 19990820

BOUÉE DE DÉTECTION MAGNÉTIQUE SOUS-MARINE La présente invention concerne le domaine de la détec- tion passive sous-marine. Jusqu'à présent, les systèmes passifs de détection sous-marine étaient essentiellement constitués d'hydro- phones. En effet, on considérait que la sensibilité des systèmes de détection magnétique, y compris les systèmes les plus sophistiqués tels que les détecteurs magnétiques omnidirectionnels à résonance magnétique nucléaire ou électronique, était insuffisante pour fournir des résultats satisfaisants en immersion. Un objet de la présente invention est de prévoir une bouée de détection sous-marine associée à un détecteur de champ magnétique du type à résonance magnétique et à un système électronique permettant d'utiliser le détecteur dans les domaines de détection de haute sensibilité. Un autre objet de la présente invention est de prévoir une telle bouée à détecteur magnétique compatible avec les systèmes de transmission et de largage existant pour les bouées à hydrophones. Pour atteindre ces objets, la présente invention prévoit une bouée de détection sous-marine comprenant un flotteur associé à des moyens d'antenne, d'émission et d'alimentation, reliés, par l'intermédiaire d'un ensemble de liaison et de stabilisation mécanique et de connexion électrique, à un bo'itier électronique amagnétique comprenant notamment des moyens de traitement, de multiplexage et de mesure d'orientation, ce boîtier étant relié à un bloc détecteur, lui-même relié mécaniquement à un lest, dans laquelle le bloc détecteur comprend une sonde omnidirectionnelle à résonance magnétique, les moyens de mesure d'orientation du bol- tier comprennent des moyens de mesure des trois composantes du champ magnétique terrestre par rapport au boîtier, et des moyens de liaison rigides sont prévus entre le boîtier et le bloc détecteur. Dans le cas où la sonde est du type à résonance magnétique nucléaire, les moyens de mesure d'orientation comprennent en outre des moyens de mesure de l'orientation de la pesanteur par rapport au boîtier. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les moyens de liaison rigides sont escamotables et amagnétiques. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les moyens escamotables comprennent des moyens montés à coulissement avec les moyens de boîtier et des moyens de blocage pour bloquer lesdits moyens montés à coulissement en position déployée. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les moyens de mesure d'orientation comprennent un magnétomètre directionnel et deux inclinomètres. Selon un mode de réalisation de la présente invention, des moyens de fourniture de signal HF pour le magnétomètre et leurs moyens d'alimentation sont disposés dans un deuxième boîtier placé entre le bloc détecteur et le lest. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le boîtier électronique comprend une référence de fréquence de haute précision. Grâce à l'agencement particulier du boîtier par rapport au détecteur, au choix des matériaux, au choix des systèmes élec troniques disposés dans le boîtier et à leur agencement, et au choix des moyens de mesure d'orientation, il est possible selon la présente invention, avec un magnétomètre à résonance magnétique d'atteindre des sensibilités de détection de l'ordre de quelques ce 8, ce qui est de plusieurs ordres de grandeurs meilleur que les performances des dispositifs magnétiques connus antérieurs dans les applications aéroportées. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés plus en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles la figure 1 représente schématiquement les principaux composants d'une bouée sous-marine à hydrophone selon l'art antérieur la figure 2 représente schématiquement les principaux composants d'une bouée sous-marine à détection magnétique selon la présente invention la figure 3 représente une variante d'agencement de la partie basse d'une bouée de détection magnétique selon la présente invention la figure 4 représente à titre d'exemple l'agencement des principaux circuits électroniques placés dans la partie basse d'une bouée de détection magnétique selon la présente invention la figure 5 représente une vue en coupe schématique d'un mode d'accrochage boîtier électronique/bloc détecteur magnétique selon un mode de réalisation de la présente invention ; et la figure 6 représente une vue en coupe schématique d'un autre mode d'accrochage boîtier électronique/bloc détecteur magnétique selon un mode de réalisation de la présente invention. La figure 1 représente très schématiquement les principaux composants d'une bouée sous-marine classique à hydrophones. En partant de la surface de l'eau, cette bouée comprend un flotteur 1 dans lequel est noyée, et d'où émerge, une antenne VHF 2. A la partie inférieure de la bouée est fixé un module 3 comprenant les systèmes de gonflage et éventuellement de sabordage de la bouée, un système électronique d'émission VHF et une batterie d'alimentation, par exemple une batterie amorçable à l'eau de mer. Le module 3 est relié par une liaison bifilaire 4 qui sert de ligne de transmission électrique et de support mécanique et qui peut par exemple avoir une longueur allant de quelques dizaines de mètres à quelques centaines de mètres à un module hydrodynamique 5 servant à stabiliser un boîtier électronique 6 et un détecteur 7 qui y sont accrochés. Le système hydrodynamique 5 comprend notamment un dérouleur de câble pour le câble 4 susmentionné, une liaison bifilaire entre les circuits inférieurs 6 et 7 et le circuit 3 pour assurer la transmission de l'alimentation de la batterie en provenance du circuit 3 vers les circuits électroniques du boîtier 6 et la remontée des données mesurées de la partie basse vers la partie haute. Le système de stabilisation hydrodynamique comprend typiquement un câble élastique associé à un disque horizontal pour amortir les mouvements de pilonnement de la houle et un panneau vertical destiné à ralentir les mouvements de rotation. La partie basse comprend par exemple un boîtier électronique muni de panneaux dépliables pour ralentir également l'effet des sollicitations en rotation, un modulateur en amplitude et en phase des signaux électriques qui permet l'émission de l'ensemble des signaux du bloc détecteur vers le système d'émission 3 sur le cable bifilaire 4, et éventuellement un détecteur de cap magnétique tel qu'un compas magnétique pour servir de repère directionnel dans le cas où le bloc détecteur 7 comprend des hydrophones directifs. On notera que ce système de mesure constitué d'un compas ne permet qu'une mesure de cap magnétique dans le plan horizontal par rapport au nord magnétique et ne présente généralement pas une grande précision étant donné que les hydrophones directifs n'ont eux-mêmes pas une grande précision en azimut. Dans certaines réalisations de l'art antérieur, les hydrophones 7 ne sont pas d'un seul bloc avec le boîtier électronique 6 mais y sont reliés par des liaisons élastiques 8. Enfin, un lest 9 assure la tension des câbles. Une telle bouée est généralement conçue pour être larguée à partir d'un avion ou d'un hélicoptère. Pour cela, elle doit pouvoir être repliée et placée dans un conteneur. C'est la raison pour laquelle sont prévus le dérouleur de câble mentionné dans le bloc hydrodynamique 5 et les liaisons souples 8 entre le boîtier électronique inférieur et le détecteur acoustique 7. D'autre part, ces bouées acoustiques classiques sont optimisées pour réduire les bruits acoustiques qu'elles sont susceptibles de générer mais pas pour être amagnétiques. La figure 2 représente de façon générale l'architecture d'une bouée magnétométrique selon la présente invention. On retrouve dans la bouée selon la présente invention le flotteur 1, l'antenne 2, le boîtier électronique supérieur 3, la liaison bifilaire 4, le système hydrodynamique 5 et le lest 9 du système acoustique de l'art antérieur. La différence principale avec l'art antérieur est que ces éléments seront optimisés en ce qui concerne leur matériau pour être amagnétiques et seront agencés pour que les courants électriques internes ne génèrent aucun champ dans la sonde. La partie basse de la bouée selon la présente invention comprend un détecteur à résonance magnétique 10 tel qu'un magnétomètre du type à pompage électronique (résonance magnétique nucléaire) ou du type à pompage optique (résonance magnétique électronique), par exemple par laser solide. De tels détecteurs sont connus dans la technique et divers types de magnétomètres à résonance magnétique nucléaire sont par exemple décrit dans les demandes de brevet français 1 447 226, 2 098 624 et 2 583 887. On rappellera que cet appareil comprend au moins deux échantillons de fluides contenus dans des flacons, ces flacons étant disposés dans une cavité résonante excitée à très haute fréquence. Le détecteur comprend des enroulements autour desdits flacons pour le prélèvement et la réinjection d'un signal à la fréquence de Larmor définie d'une part par l'intensité du champ magnétique dans lequel baigne la sonde et d'autre part par le rapport gyromagnétique propre aux particules ou molécules des fluides contenus dans les flacons et possédant un spin et un moment magnétique. Ainsi, il faut prévoir pour la sonde à résonance magnétique une alimentation BF et une alimentation HF, cette alimentation HF devant, dans l'état actuel de la technique, avoir une puissance de l'ordre du watt. Ceci rend inacceptable l'alimentation de l'oscillateur HF par la batterie contenue dans la partie haute 3 de la bouée, notamment du fait de l'atténuation trop importante qui serait provoquée par les fils et du fait des champs magnétiques qui seraient provoqués par la circulation d'un courant élevé dans les fils d'alimentation. Ainsi, selon un aspect de la présente invention, il est prévu un moyen d'alimentation, tel qu'une batterie amorçable à l'eau de mer, disposé dans la partie basse de la bouée, par exemple dans le bottier électronique 11 qui comprend également le générateur HF. D'autre part, pour avoir une possibilité de détection suffisante, il faut que le détecteur magnétique présente une sensibilité relative de l'ordre de quelques 10-8. Une telle sensibilité n'est actuellement pas recherchée dans le cadre des magnétomètres à résonance magnétique utilisés classiquement. Ces sondes à résonance magnétique, utilisées par exemple dans des avions ou dans des "oiseaux" accrochés à des avions ou à des hélicoptères, sont associées à des moyens de traitement compris dans l'avion et dissociés de la sonde elle-même. Si l'on veut atteindre une sensibilité de l'ordre de 10'8, il conviendra d'envoyer à partir de la sonde un nombre d'informations extrêmement important. Pour résoudre ce problème, selon un aspect de la présente invention, il est prévu dans le boîtier électronique ll un fréquencemètre de haute précision, associé à un oscillateur stabilisé par un quartz ayant lui-même une précision de l'ordre de 10'8, destiné à calculer la fréquence de l'oscillateur nucléaire de la sonde à résonance magnétique avec une sensibilité inférieure à quelques 10-8 et permettant de minimiser la cadence d'émission des informations du champ magnétique ou de mémorisation de ces informations, rendant ainsi possible une meilleure transmission, éventuellement redondante. En outre, alors que, classiquement, une sonde du type magnétomètre à résonance magnétique est considérée comme un capteur omnidirectionnel, si l'on exploite cette sonde aux limites de sa sensiblité, c'est-à-dire avec une précision de l'ordre de quelques 10 8, on s'aperçoit qu'il convient d'effectuer des corrections d'erreur de directionalité. Pour cela, on prévoit, selon la présente invention, de mesurer avec précision l'orientation du bloc 10 contenant le détecteur magnétique à résonance magnétique. Ce système de mesure d'orientation disposé dans le boîtier 11 comprendra par exemple un magnétomètre à trois axes fournissant la direction du champ magnétique terrestre par rapport au boîtier et, en outre, dans le cas d'un magnétomètre à résonance magnétique nucléaire, un système de mesure de la direction du champ de la pesanteur par rapport au bo'itier, constitué par exemple de deux inclinomètres (tels que des pendules potentiométriques). Ces capteurs de mesure de direction ne peuvent pas être disposés dans le bloc 10 comprenant le détecteur à résonance magnétique pour éviter toute perturbation magnétique et seront placés dans le boltier 11. En conséquence, il convient de connaître avec exactitude la position du boltier 11 par rapport à celle du bloc détecteur 10. Pour cela, il est prévu selon la présente invention de lier le boîtier 10 au bloc 11 par des moyens rigides. Contrairement à l'état de la technique tel que décrit en relation avec la figure 1 où, pour simplifier le caractère repliable de l'ensemble de la bouée, la liaison était effectuée par des moyens élastiques, il faut maintenant prévoir des moyens rigides tout en conservant ce caractère escamotable. Des modes de réalisation d'un tel système seront exposés ci-après en relation avec les figures 5 et 6. Une fois l'orientation de la sonde et, éventuellement, sa vitesse de rotation bien connues, un organe de traitement effectue les corrections de directionalité et éventuellement d'effets de vitesse en fonction de lois de correction mémorisées préalablement à l'immersion de la bouée. La figure 3 représente une variante de réalisation de la partie basse de la bouée décrite précédemment et illustrée en figure 2. Dans cette variante de réalisation, le détecteur 10 proprement dit est lié à un boîtier 12 qui ne contient qu'une partie des éléments du bo'itier 11 et notamment les moyens de mesure d'orientation. Par contre, un autre boîtier 13 disposé entre le bloc détecteur 10 et le lest 9 contient le générateur HF d'alimentation de la sonde et une batterie pour fournir une puissance de l'ordre du watt pendant plusieurs heures. Ceci permet d'éloigner davantage la source HF et la batterie du bloc détecteur et d'éviter des perturbations magnétiques. En ce cas, le bloc 12, pourra être alimenté à partir de la batterie contenue dans le bol- tier électronique 3 de la partie haute liée au flotteur 1 ou à partir de sa propre source d'alimentation. A titre d'exemple de réalisation de la présente invention, la figure 4 représente schématiquement des circuits électroniques contenus dans le boîtier 11 de la figure 2. Ce boîtier électronique est de forme cylindrique et comprend éventuellement des ailettes de stabilisation. A l'intérieur du boîtier alimenté par une liaison bifilaire 16, se trouve un empilement de cartes de circuits imprimés et de blocs électroniques dont chacun remplit les diverses fonctions connues en elles-même précédemment énoncées la carte supérieure 20 pourra correspondre à une alimentation la carte suivante 21 à un circuit électronique d'adaptation, d'émission et d'acquisition la carte suivante 22 à un circuit de microprocesseur associé à un fréquencemètre destiné à calculer avec précision la fréquence de Larmor de l'oscillateur à résonance magnétique et éventuellement à en effectuer un premier traitement numérique (filtrage), et à gérer les acquisitions des signaux issus des capteurs et les transferts de ces informations par multiplexage temporel des signaux numérisés et sérialisés la carte suivante 23 à des circuits électroniques de traitement des signaux fournis par des inclinomètres la carte suivante 24 à un circuit électronique HF pour l'alimentation de la sonde les cartes suivantes 25 et 26 à des circuits destinés au traitement électronique des signaux BF de la sonde (amplification, filtrage) le bloc 27 à un oscillateur à quartz, de préférence thermostaté, utilisé en relation avec le fréquencemètre susmentionné (carte 22) le bloc 28 à un magnétomètre directionnel selon trois axes permettant de fournir l'orientation du champ magnétique terrestre ; et les blocs 30 et 31 à des inclinomètres. La figure 5 représente un exemple de liaison rigide escamotable entre le bloc détecteur 10 et le boîtier électronique 11. Cette liaison comprend un cylindre 40 en un matériau amagnétique, par exemple une résine époxy renforcée par de la fibre de verre. Ce cylindre est muni de trois rainures ou fentes longitudinales 41, 42 et 43 disposées à 1200 l'une de l'autre (contrairement à ce qui est montré dans la figure où pour simplifier la représentation, deux rainures sont disposées diamétralement). La base du boîtier électronique 11 comprend trois tétons 44, 45, 46 s'engageant respectivement dans les rainures 41, 42 et 43 qui se terminent par un V. Quand la bouée est repliée, le fond du boîtier s'appuie sur la surface supérieure du bloc détecteur. Dans la position représentée, quand la bouée est dépliée sous le poids du boîtier 10 et du lest 9, les tétons 44, 45, 46 viennent en butée sur le V en haut des rainures 41, 42, 43 et y sont bloqués par des lames de ressort 47, 48, 49 montées sur le cylindre 40, qui présentent une partie longue à faible inclinaison et une partie courte à plus forte inclinaison du cté supérieur pour empêcher une redescente du boîtier électronique 11 vers le bloc détecteur 10. Bien entendu, ceci ne constitue qu'un exemple de monture rigide escamotable, d'autres systèmes, par exemple à colonnes, pouvant être envisagés. La figure 6 représente une vue partielle d'un autre mode de réalisation d'une liaison rigide escamotable entre le bloc détecteur 10 et le boîtier cylindrique 11. Des éléments similaires à ceux de la figure 1 y sont désignés par de mêmes références numériques. Ainsi, on retrouve en figure 6 le boîtier 11, le cylindre 40, la rainure 41 et le téton 44. Dans le téton 44 est prévu un piston 50 sollicité vers l'extérieur par un ressort 51 pour venir s'engager dans une encoche 52 ménagée dans la face intérieure du cylindre 40 quand celui-ci est en position déployée. On a également représenté en figure 6 des moyens de blocage du ressort en position tendue constitués d'un fil fusible 53 qui est fondu par un courant fourni par une batterie 54 lorsque des contacts 55 et 56 respectivement prévus sur le téton 44 et dans la rainure 41 du cylindre 40 viennent à se toucher. On a décrit jusqu'ici une bouée comportant un seul détecteur. Pour permettre d'effectuer des mesures différentielles ou de localisation de cible, on pourra utiliser des bouées à détecteurs multiples. Par exemple, pour des mesures différentielles verticales on pourra accrocher l'un à l'autre au moins deux ensembles détecteur-boîtier électronique ; on pourra également relier au moins deux flotteurs portant des sondes selon l'invention, un seul de ces flotteurs portant les circuits électroniques de partie haute (3) mentionnés précédemment. D'autres variantes de l'invention apparaltront à l'homme de l'art. Par exemple, on pourra prévoir des moyens de mémorisation stockant des informations et ne les envoyant sur l'antenne qu'après réception d'un signal d'interrogation. De même, divers moyens pourront être utilisés pour renforcer le caractère amagnétique des éléments de la bouée. REVENDICATIONS 1. Bouée de détection magnétique sous-marine comprenant un flotteur (1) associé à des moyens d'antenne (2), d'émission et d'alimentation (3), reliés, par l'intermédiaire d'un ensemble de liaison et de stabilisation mécanique et de connexion électrique (5), à un boîtier électronique amagnétique (11 ; 12) comprenant notamment des moyens de traitement, de multiplexage et de mesure d'orientation, ce boîtier étant relié à un bloc détecteur, luimême relié mécaniquement à un lest (9), caractérisée en ce que - le bloc détecteur comprend une sonde omnidirectionnelle à résonance magnétique, - les moyens de mesure d'orientation du boîtier comprennent des moyens de mesure des trois composantes du champ magnétique terrestre par rapport au boîtier, et - des moyens de liaison rigides (40) sont prévus entre le boîtier et le bloc détecteur. 2. Bouée selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de mesure d'orientation comprennent en outre des moyens de mesure de l'orientation de la pesanteur par rapport au boîtier. 3. Bouée selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de liaison rigides sont escamotables et amagnétiques. 4. Bouée selon la revendication 3, caractérisée en ce que les moyens escamotables comprennent des moyens (41, 42, 43) montés à coulissement avec les moyens de boîtier et des moyens de blocage (47, 48, 49) pour bloquer lesdits moyens montés à coulissement en position déployée. 5. Bouée selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de mesure d'orientation comprennent un magnétomètre directionnel triaxial (27). 6. Bouée selon la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens de mesure d'orientation comprennent deux inclinomètres (30, 31). 7. Bouée selon la revendication 1, caractérisée en ce que des moyens de fourniture de signal HF pour le magnétomètre et leurs moyens d'alimentation sont disposés dans un deuxième boîtier (13) placé entre le bloc détecteur (10) et le lest (9). 8. Bouée selon la revendication 1, caractérisée en ce que le boîtier électronique comporte des moyens de mesure de fré- quence de haute précision comprenant un microprocesseur et un fréquencemètre associé à un oscillateur à quartz.