Brevet FR2853417A1 — publié le 20041008

L'invention concerne le domaine de l'acoustique sous marine et plus particulièrement le domaine du traitement du signal dans un système sonar actif basse fréquence (BF). Ce type de système est généralement remorqué à partir d'un bâtiment de surface et comporte un poisson équipé d'un émetteur BF lequel remorque une antenne de réception linéaire munie de capteurs acoustiques ou hydrophones. Un tel poisson et un tel émetteur sont par 10 exemple décrits respectivement dans les brevets français publiées sous les nos 2735645 et 2776161. Toutefois l'invention peut s'appliquer à tous types de sonars actifs. Il est bien connu qu'un sonar actif émet des impulsions acoustiques récurrentes et que les échos reçus en retour sont traités pour détecter et classifier les cibles éventuelles. 15 Lorsqu'un sonar actif opère dans une zone telle que le fond se trouve insonifié, la réverbération qui provient du fond pour l'essentiel limite fortement l'utilité opérationnelle du sonar à cause du trop grand nombre de fausses alarmes qui apparaît. Ceci est particulièrement vrai pour les 20 petits fonds. Pour diminuer la gêne en milieu réverbérant, il est connu d'utiliser des codes d'émission mettant à profit les larges bandes de fréquence, typiquement un octave, des transducteurs actuels. Ces codes possèdent 25 une bonne résolution en distance, d'o le grand nombre d'alarmes qui sont produites. Il est connu d'émettre à chaque récurrence, soit un code HFM (Hyperbolic Frequency Modulation, c'est-à-dire modulation de fréquence 30 hyperbolique en français), soit un code BPSK (Binary Puise Shift Keing, c'est-à-dire modulation de phase à deux états), soit un code FP (Frequency pulse, c'est-à-dire Impulsion de fréquence). Le code HFM est tolérant au doppler: il ne permet donc pas la mesure du doppler induit par une cible en mouvement mais, en revanche, le filtrage adapté en réception ne nécessite qu'une seule copie. Le code BPSK est intolérant au doppler et est utilisé pour mesurer le doppler; il permet les mêmes performances en détection que le code HFM mais le filtrage adapté en réception nécessite un nombre de copies important pour réaliser le filtrage adapté en réception, typiquement un nombre supérieur à 200, et donc un coût de traitement multiplié d'autant. 10 Quand au code FP, il est utilisé pour mesurer le doppler propre de l'émetteur. La présente invention permet de diminuer le taux de fausses 15 alarmes tout en conservant la classification des objets. L'objet de l'invention est donc un procédé de traitement de signaux reçus correspondant à un signal émis comportant par récurrence deux impulsions, une première impulsion large bande tolérante au doppler et 20 une deuxième impulsion large bande non tolérante au doppler, comportant: - une étape de détection d'objets effectuée sur la partie du signal reçu correspondant aux premières impulsions et fournissant une alarme pour chaque objet détecté, et - une étape de classification des objets détectés effectuée sur la partie du signal reçu correspondant aux deuxièmes impulsions pour les alarmes satisfaisant au moins un critère prédéterminé. A chaque récurrence, les deux codes HFM et BPSK sont émis. La 30 détection des alarmes est faite avec le code HFM et l'estimation du doppler est faite avec le code BPSK sur les alarmes qui dépassent un certain seuil, ceci pour éliminer les échos de fond. Autrement dit: - Détection avec le code HFM - Classification doppler avec le code BPSK 35 De plus, les échos de fond étant identifiés, la mesure du doppler propre de l'émetteur est faite par analyse des échos de fond produits par le code BPSK. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description, faite à titre d'exemple, et des figures s'y rapportant qui représentent: - Figure 1, les étapes successives du procédé selon l'invention, - Figure 2, les distributions probabilistiques du doppler mesuré dm pour deux hypothèses: Ho pour écho de fond (immobiles) et Hl pour écho vrai de doppler supposé di. La figure 1 représente les étapes successives du procédé selon 15 l'invention. De manière connue, les signaux hydrophoniques subissent un traitement amont (démodulation, filtrage, amplification...) puis sont numérisés. Dans le cas d'un sonar actif, ces signaux contiennent les 20 signaux émis après propagation dans l'eau par le trajet direct et les trajets réfléchis auxquels viennent s'ajouter les signaux réverbérés. En particulier, parmi les signaux réfléchis, les échos provenant du fond marin constituent une source de fausses alarmes importante, notamment par petits fonds. Selon l'invention, à chaque récurrence sont émises deux impulsions codées HFM et BPSK dont les caractéristiques permettent de les séparer à la réception. Ils peuvent être émis à des instants différents avec des bandes de fréquences se recouvrant en totalité ou en partie, ou 30 bien être émis simultanément dans des bandes de fréquences distinctes, ou les deux à la fois. En se reportant à la figure 1, le traitement des signaux hydrophoniques consiste en premier lieu à former des voies Si de 35 manière connue, ce traitement étant indépendant du code émis. Sur les signaux de voies HFM, est appliqué le traitement de filtrage adapté S2 consistant à corréler le signal reçu avec une copie du signal émis qui après détection quadratique fournit des signaux 5 représentatifs de l'énergie en fonction de la voie (v) et du temps (t), soit EHFM(v,t). L'étape suivante S3 consiste à détecter et à trier les alarmes sur critère énergétique. De manière classique, sont d'abord recherchés 10 les maxima locaux par comparaison avec un seuil prédéterminé. Ensuite, est effectuée une normalisation en calculant pour chaque maximum local une valeur égale à (EHFM - M)/G o M est la moyenne du bruit de référence prise dans le voisinage de l'espace " voies-temps " (v,t) et cy l'écart type correspondant. Puis, sont éliminés les maxima éventuels 15 autour de chaque maximum s'ils sont d'énergie normée inférieure. Enfin, la détection proprement dite est obtenue en comparant à un seuil d'énergie normée les maxima non éliminés. Selon l'invention, le traitement de filtrage adapté S5 sur les 20 signaux de voies " BPSK " n'est effectuée que sur les alarmes issues du traitement des impulsions HFM S4. Le traitement de filtrage adapté correspondant au code BPSK qui est tolérant au doppler nécessite de corréler le signal de voie avec plusieurs copies dopplarisées couvrant une plage de vitesses de cible données. Ainsi pour une alarme, sont obtenus 25 autant de signaux qu'il y a de copies et forment les canaux doppler. L'étape suivante S6 consiste à estimer le doppler d et l'écart type associé î-d de l'alarme " i " à partir des signaux issus des canaux doppler. Si dcanal est le doppler donné par le canal dans lequel se trouve 30 l'alarme, le doppler d est obtenu par interpolation avec les dopplers des canaux adjacents. L'étape suivante S7 consiste à estimer le doppler propre dp dû à la vitesse des antennes, émission et réception, par rapport au fond. Il est estimé à chaque instant, soit à partir d'un doppler des échos provenant du fond détectés par le code BPSK, soit à partir du spectre de la réverbération obtenu par un code FP émis avec les codes HFM et BPSK. Est également estimé l'écart type yd* L'étape suivante S8 consiste à décider si cette alarme correspond à un écho de fond ou bien à un écho vrai à vitesse radiale non nulle. On dispose des valeurs du doppler di et du doppler propre dp ainsi que les écarts quadratiques correspondants îd et ad. 10 Sur la figure 2 sont représentées les distributions probabilistiques du doppler mesuré dm pour deux hypothèses: Ho pour écho de fond (immobiles) et Hl pour écho vrai de doppler supposé di. Ho est centrée sur dp avec un écart quadratique (U2 +C2)1/2 et H1 est d dp centrée sur di avec un écart quadratique oa-d. Pour décider, di-dp est calculé et un seuil S est choisi: si d1-dp > S, il y a écho vrai. La valeur de S est obtenue à partir des valeur de Pf qui est la probabilité de décider à tort qu'un écho de fond est vrai. 20 Le processus de discrimination entre écho vrai à vitesse radiale non nulle et écho de fond pour chaque alarme détecté en HFM est réitéré. Puis, parmi les alarmes HFM détectées et triées, on procède à l'élimination S9 des alarmes qui correspondent aux échos de fond (ou au 25 échos vrais à vitesse radiale nulle). A l'étape S10 est obtenue une image des pistes (suites des alarmes en fonction du temps et de la direction) débarrassée des fausses alarmes et notamment les échos de fond et ce d'autant mieux qu'ils sont 30 forts et donc gênants. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement de signaux reçus correspondant à un signal émis comportant par récurrence deux impulsions, une première impulsion large bande tolérante au doppler et une deuxième impulsion large bande non tolérante au doppler, comportant: - une étape de détection d'objets (S3) effectuée sur la partie du signal reçu correspondant aux premières impulsions et fournissant une alarme pour chaque objet détecté, et - une étape de classification de des objets détectés (S8) caractérisé en ce que la classification (S8) des objets détectés est effectuée sur la partie du signal reçu correspondant aux deuxièmes impulsions pour les alarmes satisfaisant au moins un critère prédéterminé (S3, S4). 2. Procédé de traitement de signaux selon la revendication précédente 15 caractérisé en ce que le critère prédéterminé appliqué (S3) aux alarmes comporte une comparaison des alarmes avec un seuil prédéterminé. 3. Procédé de traitement de signaux selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte une étape de premier filtrage adapté de la partie du signal reçu correspondant aux 20 premières impulsions (S2) avant la détection d'objets (S3) fournissant une énergie EHFM(V,t), 4. Procédé de traitement de signaux selon la revendication précédente caractérisé en ce que le premier filtrage adapté (S2) comporte: - Une étape de corrélation de la partie du signal reçu correspondant aux 25 premières impulsions, - Une étape de détection quadratique du signal corrélé fournissant des signaux représentant l'énergie en fonction de la voie et du temps EHFM(v, t). 5. Procédé de traitement de signaux selon l'une des revendications 3 ou 30 4 caractérisé en ce que la détection des objets (S3) comporte: - Une étape de recherche des maxima locaux d'énergie EHFM(v,t) par comparaison avec un seuil d'énergie prédéterminé Es, - Une étape de normalisation des maxima obtenus par calcul pour chaque maxima locaux de la valeur (EHFM - M)/I, M étant la moyenne du bruit de référence et ci l'écart type correspondant, Une étape d'élimination des maxima d'énergie normée inférieure, - Une étape de détection des objets comportant la comparaison de alarmes correspondant à des maxima normés non éliminée supérieur à un seuil d'énergie normée prédéterminé ESN. 6. Procédé de traitement de signaux selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte une étape 10 (S6) d'estimation doppler di des alarmes i correspondant aux deuxièmes impulsions pour les alarmes satisfaisant au moins un critère prédéterminé (S3, S4), et/ou des écarts type associés î-dj. 7. Procédé de traitement de signaux selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte une étape 15 d'estimation doppler propre (S7). 8. Procédé de traitement de signaux selon la revendication précédente caractérisé en ce que le doppler propre est estimé (S6) à chaque instant: - Soit à partir d'un doppler de la partie du signal reçu correspondant aux deuxièmes impulsions réverbérée, - Soit à partir du spectre de la réverbération de la partie du signal reçu correspondant aux impulsions FP lorsque des impulsions FP ont été émises. 9. Procédé de traitement de signaux selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte: - Une étape de formation (Si) d'une première voie comportant la partie du signal reçu correspondant aux premières impulsions, et d'une deuxième voie comportant partie du signal reçu correspondant aux deuxièmes impulsions, - L'étape de premier filtrage adapté de la première voie (S2) avant la 30 détection d'objets (S3), - L'étape de détection des objets (S3) fournissant une alarme pour chaque objet détecté, - L'étape de sélection des alarmes satisfaisant au moins le critère prédéterminé (S3, S4) dans la deuxième voie, - Une étape de deuxième filtrage adapté de la deuxième voie (S5) autour des alarmes sélectionnées, - L'étape d'estimation doppler des alarmes (S6) sélectionnées dans la deuxième voie, - L'étape d'estimation doppler propre (S7), - La classification (S8) des objets par discrimination entre les échos de fond et les échos vrai à partir des valeurs des doppler des alarmes sélectionnées dans la deuxième voie et du doppler propre, - Une étape d'élimination (S9) sur la première voie des alarmes 10 détectées correspondant à des échos de fond. 10. Procédé de traitement des signaux caractérisé en ce que - La première impulsion est de type HFM, et/ou - La deuxième impulsion est de type BPSK. 11. Sonar actif comportant: - des moyens d'émission d'un signal comportant par récurrence deux impulsion, une première impulsion large bande tolérante au doppler et une deuxième impulsion large bande non tolérante au doppler, et - des moyens de réception du signal émis mettant en oeuvre le procédé de traitement de signaux de l'une quelconque des revendications 1 à 20 9. 12. Sonar actif selon la revendication précédente caractérisé en ce que les moyens d'émission émettent la première et la deuxième impulsion à des instants différents avec des bandes de fréquence se recouvrant en totalité ou en partie. 13.Sonar actif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les moyens d'émission émettent la première et la deuxième impulsion simultanément avec des bandes de fréquence distincte.