Brevet FR2835619A1 — publié le 20030808

La présente invention se rapporte aux systèmes de localisation des objets mobiles qui se déplacent sous la mer ou à proximité de la surface de celle-ci. Elle est plus particulièrement utile dans le domaine de la lutte sous-marine lorsqu'un bateau de surface ou un sous-marin a détecté une torpille avec les moyens d'écoute sonar dont il dispose, notamment à l'aide de son dispositif d'alerte torpille. Ce dispositif étant passif, il ne permet d'obtenir que la direction correspondant à celle du faisceau directionnel, ou "voie", pointé sur la torpille, ainsi que le signal temporel permettant sa classification. Pour estimer la distance, il existe actuellement 3 moyens : - la télémétrie par courbure de front d'onde, qui est mise en oeuvre sur les sous-marins dont le tonnage permet l'installation sur chaque flanc de 3 antennes distribuées, 2 aux extrémités et 1 au centre. Un tel système est notamment décrit dans le brevet français n 89 06662 déposé par la demanderesse le 22 mai 1989, publié le 23 novembre 1990 sous le n 2 647 224, et délivré le 30 avril 1992. Ce système coûteux n'équipe pas les bâtiments de surface et les petits sous-marins. De plus la portée de ce système est limitée, la courbure devant être suffisante, et il ne marche pas en très basse fréquence, la longueur d'onde étant trop grande ; - la triangulation entre une antenne de coque et une antenne linéaire remorquée. Beaucoup de bâtiments de surface et de sous-marins ne disposent pas d'antennes linéaires remorquées. En outre, lorsque le bâtiment remorqueur manoeuvre, la position de l'antenne remorquée n'est plus connue avec suffisamment de précision, ce qui rend la mesure incertaine ; - la télémétrie par trajets multiples, qui nécessite l'utilisation d'antennes très directives en site et donc étendues verticalement pour séparer les trajets. Cette technique exige donc des moyens qui n'existent pas sur les bâtiments de surface et qui sont coûteux sur les sous-marins. En outre, elle est peu performante par petits fonds car les trajets sont alors difficiles à séparer et la première mesure n'est disponible qu'après un long laps de temps. On connaît également des moyens de détection aéroportés consistant à larguer depuis un aéronef plusieurs bouées acoustiques passives pour détecter et suivre les sous-marins ou protéger des sites sensibles. Enfin, on connaît des systèmes de leurrage de torpilles lancées à partir d'un bâtiment de surface, comme par exemple celui décrit dans le brevet français nO 90 04809, déposé par la demanderesse le 13/04/90 publié le18/10/92 sous le n 2 660 907 et délivré le 2117/95. On y décrit un moyen permettant de leurrer et de détruire une torpille, ce moyen étant constitué d'une bouée munie d'un sonar actif. On pourrait de cette manière télémétrer la torpille. L'inconvénient majeur de ce système réside dans le fait qu'il faudrait émettre ominidirectionnellement une puissance acoustique importante à cause du faible index de réflexion d'une torpille (et en général de tout mobile ayant la taille d'une torpille). Pour pallier ces inconvénients, l'invention propose un système selon les revendications annexées. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement dans la description suivante, présentée à titre d'exemple non limitatif en regard des figures annexées qui représentent : - la figure 1, un graphique explicatif de l'invention ; - la figure 2, un graphique d'une suite de mesures ; - la figure 3, un synoptique du système ; - la figure 4, un exemple de réalisation pour un bâtiment de surface ; - la figure 5, un premier exemple de réalisation pour un sous- marin ; - Les figures 6 et 7, un premier exemple de réalisation de la bouée ; - La figure 8, un deuxième exemple de réalisation de la bouée ; - La figure 9, un deuxième exemple de réalisation pour un sous- marin, et - La figure 10, un troisième exemple de réalisation de la bouée. L'invention consiste à larguer depuis un bâtiment de surface ou un sous-marin une bouée munie d'au moins un hydrophone et de moyens de liaison avec le bâtiment naval. Lorsque la bouée s'est immobilisée, on estime la distance du mobile en mesurant le temps de retard entre les signaux acoustiques reçus par l'hydrophone de la bouée d'une part, et par le sonar passif du bâtiment d'autre part. Le bâtiment naval (surface ou sous-marin), situé en B sur la figure 1, largue une bouée acoustique perdable à un instant to, enregistré par le bâtiment naval avec la position xo, yo de la bouée. La bouée déploie, de manière connue, un hydrophone omnidirectionnel qui capte le bruit rayonné par le mobile M en mouvement et le retransmet au bâtiment naval. Ce dernier a détecté le mobile au moyen du sonar passif et s'en éloigne pour se trouver à un instant t en A sur la figure 1. Le sonar et l'hydrophone ont une bande de fréquence en réception commune. Les 2 signaux respectivement issus de la voie du sonar d'une part, et reçu par l'hydrophone de la bouée d'autre part, sont échantillonnés, et donc datés, en référence à l'instant to. Ces deux signaux sont corrélés sur des tranches temporelles suffisamment longues et, de manière connue, la mesure de l'instant correspondant au maximum de la fonction d'intercorrélation entre ces signaux fournit la valeur de l'écart de temps d'arrivée du signal entre A et B, par la formule TAB (t) = (Il MA (t) 11- Il MB (t) tl)/C, ou C est la célérité du son dans l'eau. La localisation à l'instant t du mobile M est alors obtenue simplement en calculant les coordonnées dans le plan AMB du point d'intersection entre l'hyperbole de foyers A, B et de constante C'tAS (t) (lieu des retards égaux) et la droite AM d'azimut AZA (t), la position de la bouée (xo, yo) étant connue. Cet angle AZA correspond au gisement GA (t) de la voie du sonar dans laquelle est reçu le maximum du signal (bruit rayonné) provenant du mobile, corrigé de l'angle de cap du bâtiment naval, qui est connu à chaque instant. Ainsi l'opérateur dispose d'une suite de points dans un repère cartésien distance-temps permettant d'estimer aussi la vitesse du mobile de manière connue à l'aide d'un modèle cinématique. A partir de l'ensemble de ces points, on améliore la mesure en calculant la courbe moyenne, par exemple par la méthode des moindres carrés, telle que représenté en figure 2. Suivant une variante de réalisation, la bouée passive est une bouée de type DIFAR (Directional Frequency Analysis and Recording) fournissant une mesure relativement grossière de l'azimut AZB (t) du mobile à partir de deux dipôles croisés. On peut ainsi calculer les coordonnées des 2 points d'intersection supplémentaires, avec l'hyperbole isoretard et la droite AZA (t), ce qui améliore la localisation. On peut aussi améliorer la localisation, lorsque la bouée est munie d'un récepteur GPS et retransmet en permanence au bâtiment naval sa position xB (t), Yb (t). La figure 3 représente le système complet sous forme synoptique. A partir du module d'alerte 301, le largage de la bouée, ou de 2 bouées pour avoir une redondance en cas de panne, est déclenché en 302 soit manuellement, soit automatiquement. A partir de l'ensemble des mesures obtenues dans le temps de AZA (t) en 303 et TAB (t) (intercorrélateur 302), on met en oeuvre une procédure classique optimale de trajectogrographie passive, dans le module 305 par exemple du type utilisant le maximum de vraisemblance. Pour cela, de manière connue, on associe à chaque mesure instantanée de AZ A et FAB une incertitude, inversement proportionnelle au rapport signal à bruit, et avec un modèle cinématique on obtient la trajectoire du mobile dans un repère cartésien en minimisant 2 critères relatifs à AZA et à TAB, en utilisant par exemple un algorithme du type gradient, initialisé à partir des localisations instantanées dans le module 306. La précision de chaque localisation instantanée est d'autant plus grande que la distance AB est grande. A titre d'exemple, pour un bâtiment naval s'éloignant à 20 Noeuds après le largage de la bouée, au bout de deux minutes la distance vaut 1200 mètres, ce qui est bien plus important que la distance habituelle de remorquage d'une antenne linéaire ou d'un poisson, qui est typiquement de 200 mètres. La figure 4 représente schématiquement la configuration du système pour un bâtiment de surface. Selon un exemple de réalisation, la bouée 401 est formée d'un container cylindrique 411 comprenant dans sa version la plus simple un hydrophone 402, un émetteur radio, et une électronique pour enregistrer et traiter les signaux acoustiques captés par l'hydrophone (amplification, filtrage dans la bande du sonar passif, conversion analogique-numérique,...). Elle est également munie d'une pile dont l'autonomie est de l'ordre de 15 à 30 minutes et qui est activée au lancement. La bouée est par exemple larguée au moyen d'un dispositif mécanique simple 403, tel qu'un tube muni d'un éléctro-aimant de maintien, ou bien de mâchoires formant tenaille. Le câble 404 de l'hydrophone est bobiné dans le bas du corps de la bouée lequel est fermé au moyen d'une plaque de manière à ce que celle-ci se détache au moment du choc sur l'eau, comme décrit par exemple dans le brevet français n 79 19968 déposé le 3 août 1979 par la demanderesse, publié le 13.02. 1981 sous le n 2 462 335 et délivré le 30. 05.1983. Suivant la procédure la plus simple, au moment du largage, l'instant to et la position Xo, yo de la bouée, prise comme étant celle du bâtiment naval à ce moment, sont enregistrés par ce dernier. Suivant une variante, la bouée est munie d'un récepteur GPS et sa position est alors retransmis au bâtiment par VHF. Dans le cas où la bouée est du type DIFAR, elle comporte un compas de manière à obtenir l'azimut du mobile à partir de la mesure du gisement. La figure 5 représente schématiquement la configuration du système pour un sous-marin 500, selon une première forme de réalisation. Dans cette première forme de réalisation, la bouée 501 est conçue pour aller se poser au fond de la mer 502. Lorsque la hauteur des fonds est faible, typiquement inférieure à 100 mètres, cette première forme de réalisation est la préférée. Le lancement s'effectue à partir d'un dispositif connu tels qu'un lance-leurre situé soit dans la quille, soit dans un logement ménagé à l'avant entre la coque épaisse et la coque mince. Si l'on aménage un passage étanche, le lancement de la bouée peut être effectué par le sas vide-ordures. La bouée reste alors reliée au sous-marin par un câble électrique ou par une fibre optique 504 semblables à ceux utilisés pour les torpilles filoguidées. Dans le cas d'un lancement par l'avant, un dépresseur léger 505 assure l'éloignement du fil vers le bas. Un flotteur 506 assure le maintient de l'hydrophone 517 entre deux eaux. Les figures 6 et 7 représentent un exemple de réalisation de la bouée. Celle-ci est lancée alors que le bâtiment sous-marin avance à une vitesse relativement grande, le mobile étant réputé menaçant. De ce fait elle est conçue pour naviguer dans le sens du courant, quasi horizontalement, et à cet effet elle est munie d'une ancre flottante 701 constituée de 2 ou 3 ailettes articulées, maintenues le long du corps 411 de la bouée par un capot 601 pendant le stockage. La bouée comporte 2 compartiments et son centre de gravité est déplacé de manière à avoir une assiette quasi horizontale. Pour cela, une moitié du corps de la bouée est alourdie par un matériau lourd 602 et forme le premier compartiment dans lequel est placé la pile 702 d'alimentation électrique, l'électronique 703 de réception, et le fil 704 de transmission enroulé sur une bobine, tandis que le deuxième compartiment, formé d'un matériau léger 603 contient l'hydrophone, le flotteur, et le fil de liaison 705 enroulé sur un dévidoir troncconique. Le capot est maintenu en place au stokage par un dispositif, par exemple pyrotechnique, dont l'ouverture est différée par rapport à l'instant de de largage jusqu'à ce qu'il n'y ait plus aucun risque d'entremêler le fil. Le signal de commande du dispositif de largage du capot est soit envoyé par le fil de transmission, soit préprogrammé. La figure 8 représente une autre forme de réalisation dans laquelle la bouée est lestée par le fond au moyen d'un lest 801, le fil de transmission 802 étant enroulé autour de la partie supérieure 803 du corps de la bouée. Le largage du capot est déclenché une fois que la bouée a touché le fond pour éviter que les fils s'entremêlent. La figure 9 représente schématiquement la configuration du système pour un sous-marin selon une deuxième forme de réalisation. Suivant cette configuration, la bouée 901 est larguée vers la surface. La figure 10 représente un troisième exemple de réalisation de la bouée. Elle est munie d'un ballon flotteur 506 de manière à ce que dès sa libération du lance-bouée elle remonte à la surface de la mer. L'hdyrophone 507 et son fil de connexion 705 sont situés en fond de bouée dans un logement fermé par une plaque amovible 902 dont l'ouverture est retardée comme précédemment. Suivant une variante, le ballon flotteur est stocké plié dans la partie supérieure de la bouée et à l'aide d'une capsule de gaz comprimé déclenchée au moment adéquat, la bouée est larguée et le flotteur est gonflé. D'autres réalisations peuvent être mises en oeuvre sans sortir du cadre de l'invention. Notamment, dans le cas d'un bâtiment sous-marin, la transmission du signal SB (t) est effectuée de manière acoustique, la bouée comportant alors un transducteur. Egalement, dans le cas d'un bâtiment de surface, et si la cible est réputée dangereuse, la bouée est munie de moyens acoustiques de leurrage émettant dans une bande de fréquence distincte de celle correspondant au bruit rayonné par la cible. REVENDICATIONS 1-Système de localisation passive d'un objet mobile sous-marin, à partir d'un bâtiment de surface (400) ou d'un sous-marin (500) équipés d'un sonar passif, caractérisé en ce que le bâtiment comporte des moyens (403) pour larguer au moins une bouée 401 en réponse à la détection par ledit sonar dudit mobile sous-marin, que ladite bouée comprend des moyens d'écoute (402) des signaux acoustiques émis par ledit mobile et des moyens de transmission des signaux ainsi détectés au bâtiment largueur, et en ce que ce bâtiment comprend des moyens de calcul pour déterminer les coordonnées dudit mobile à partir de l'estimation du retard entre les signaux acoustiques reçus sur la voie du sonar qui est pointé sur le mobile et ces mêmes signaux acoustiques reçus sur lesdits moyens d'écoute. 2 - Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les dits moyens de calcul comprennent des moyens d'intercorrélation (304) entre lesdits signaux reçus par le sonar et par la bouée, des moyens pour déterminer l'hyperbole isoretard de ces signaux, et des moyens pour déterminer le point d'intersection entre cette hyperbole isoretard et la droite d'azimut de la cible par rapport au bâtiment, qui est elle-même déterminée par le sonar. 3 - Système selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on détermine plusieurs localisations instantanées successives dudit mobile sous-marin et qu'on restitue sa trajectoire de manière passive en associant ces localisations instantanées à l'aide d'un modèle cinématique. 4-Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le bâtiment largueur de la bouée (400) navigue en surface, que ladite bouée (401) flotte à la surface de l'eau et que la liaison avec le bâtiment s'effectue par voie radioélectrique. 5 - Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dit bâtiment largueur de la bouée est un sous-marin (500), que ladite bouée (501) repose sur le fond de la mer (502), que l'hydrophone de réception de cette bouée (507) est maintenu entre deux eaux par l'intermédiaire d'un flotteur (506) libéré par la bouée au moment de son contact avec le fond, et que la transmission entre la bouée et le sousmarin s'effectue par une liaison filaire (504). 6 - Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le bâtiment largeur de la bouée est un sous-marin (500), que la bouée (901) flotte à la surface de la mer et que la liaison entre la bouée et le sous-marin est du type filaire (504).