Brevet FR2909774A1 — publié le 20080613

Cette invention concerne le champ des sonars et plus particulièrement l'utilisation d'antennes à rayonnement longitudinal pour la localisation d'objets immergés dans un fluide. L'état de l'art de techniques de localisation active par sonar se base habituellement sur la capacité d'un transducteur à produire des signaux acoustiques omnidirectionnels dont les réflexions sont reçues et traitées par celui- ci fournissant à la fois la localisation directionnelle et de portée d'objets. Classiquement, des antennes de transducteurs sont utilisées et des signaux acoustiques peuvent être envoyés ou dirigés vers des régions d'intérêts au moyen de ce qui est connu dans l'art comme la formation de faisceaux électroniques en utilisant par exemple une antenne phasée de transducteurs. En ce qui concerne les systèmes de sonars basés sur des véhicules marins ou sous-marins, le terme d'antenne à rayonnement transversal ou plane est utilisé pour définir une antenne formée d'éléments de transducteurs disposés sur le "côté" du véhicule en question. En utilisant des antennes de transducteurs sonars la capacité de transformer précisément des signaux reçus en des informations directionnelles et cle portée dépend de la configuration des éléments de l'antenne en elle-même ainsi que la capacité de traitement du système sonar en question. Cependant, lorsque la portée d'un objet par rapport à une antenne de sonars diminue, la capacité d'obtenir des informations devient significativement plus difficile en raison de la relation des formes de faisceau formées par une antenne à rayonnement transversal ou plane. Habituellement dans une antenne plane, un chevauchement de faisceaux d'une antenne de transducteurs apparaît autour de 3 dB en aval du plan d'antenne en un point où l'angle entre les faisceaux est à peu près équivalent à la largeur du faisceau. Dans les applications sonars où une localisation précise des objets à portée proche est nécessaire, les systèmes du type "tenus à la main" de l'état de l'art actuel sont limités fonctionnellement à des portées déterminées par ce qui est connu dans l'art comme des effets de "champ proche". De tels effets servent à limiter la portée efficace de tels dispositifs à des distances de l'ordre du mètre par rapport à l'objet et de tels dispositifs sont donc 2909774 2 habituellement utilisés comme des dispositifs de localisation secondaires, la localisation "proche" primaire étant menée à la main ou à l'oeil. Une forme particulière d'antennes acoustiques connus sous le nom d'antennes à rayonnement longitudinal a la capacité de former "des faisceaux" de 5 signaux acoustiques dans le "champ proche", c'est-à-dire jusqu'à et comprenant la position du dernier transducteur. Une discussion sur les effets de "champ proche" d'une telle antenne peut être trouvée dans le document par HO BERKTAY et J.A. SHOOTER intitulé "Near field effects in Endfire Arrays" J.Acoust.Sock.Am., 53 (2), 550-556. 10 L'invention décrite ici prévoit un appareil et une méthode d'utilisation des propriétés d'antenne pour produire un système de localisation à base de sonars qui prévoit la résolution d'objets à des distances significativement plus proches de l'antenne que cela était précédemment possible sans dégradation du fonctionnement du système dans le champ lointain. 15 Selon un aspect de la présente invention, il est prévu un appareil pour la localisation d'objets immergés dans un fluide, l'appareil comprenant une pluralité de transducteurs acoustiques agencés en relation l'un par rapport à l'autre de telle rnanière à définir au moins deux antennes à rayonnement longitudinal, la relation physique entre lesdites au moins deux antennes à rayonnement longitudinal 20 produisant une séparation angulaire entre l'axe longitudinal des faisceaux acoustiques produits par lesdites antennes à rayonnement longitudinal et la séparation angulaire desdits faisceaux fournissant la résolution de position angulaire d'objets situés à des distances de l'extrémité desdites antennes à rayonnement longitudinal essentiellement inférieures à la largeur maximum desdits 25 faisceaux jusqu'au champ lointain. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, lesdits transducteurs comprennent des transducteurs omnidirectionnels. Selon une autre forme de réalisation de l'invention, les caractéristiques des formes de faisceaux de chaque antenne à rayonnement longitudinal sont 30 essentiellement les mêmes. Toujours dans une autre forme de réalisation de l'invention, les faisceaux de chaque antenne à rayonnement longitudinal sont essentiellement symétriques par rapport à l'axe de ligne de visée. 2909774 3 Selon encore une autre forme de réalisation de l'invention, l'angle entre les faisceaux de chaque antenne à rayonnement longitudinal est essentiellement équivalent à la largeur du faisceau ainsi formé. Selon d'autres aspects de la présente invention, l'appareil décrit ci- 5 dessus peut être inclus dans un véhicule maritime, sous-marin ou dans un dispositif tenu à la main. Selon un autre aspect de la présente invention, il est prévu un procédé de localisation d'objets immergés dans un fluide, le procédé comprenant des étapes de : 10 a) disposition d'une pluralité de transducteurs acoustiques en relation les uns avec les autres de manière à définir au moins deux antennes à rayonnement longitudinal ; et b) production d'une séparation angulaire entre l'axe longitudinal des faisceaux acoustiques produits par lesdites antennes à rayonnement longitudinal 15 selon la relation physique entre lesdites au moins deux antennes à rayonnement longitudinal, la séparation angulaire desdits faisceaux donnant la résolution de position angulaire d'objets situés à des distances à partir de l'extrémité desdites antennes à rayonnement longitudinal qui sont essentiellement inférieures à la largeur maximum desdits faisceaux jusqu'au champ lointain. 20 L'invention décrite ici utilise les caractéristiques de faisceaux de deux ou plus antennes à rayonnement longitudinal afin de déterminer la localisation d'un objet cible à des distances très proches de l'antenne jusqu'au champ lointain. Un exemple d'un mode de réalisation préféré de l'invention va maintenant être décrit, à titre d'exemple uniquement, en référence aux dessins 25 annexés, à savoir la figure 1 qui montre une représentation schématique d'une paire d'antennes à rayonnement longitudinal et de leur forme de faisceaux acoustiques associés utilisés selon l'invention. La figure 1 montre une paire d'antennes à rayonnement longitudinal 2, 4, chacune étant constituée d'une pluralité de transducteurs acoustiques 30 omnidirectionnels 6, chacun desdits transducteurs 6 étant maintenu dans un matériau de matrice 8. La fonction des transducteurs est gérée par les moyens de commande 9 qui peuvent être utilisés pour commander des caractéristiques telles que la fréquence, la puissance et la durée, ainsi que la capacité de traitement de signaux 2909774 4 reçus par les transducteurs qui sont utilisés dans un mode de réception et non dans un mode de transmission. Afin d'être capable de fournir des informations de portée proche de l'extrémité d'une paire d'antennes 2, 4 utilisées selon l'invention, il est préférable 5 que l'angle entre les faisceaux 10', 12 des antennes respectives 2, 4 soit essentiellement équivalent à la largeur du faisceau ainsi formé. Ceci permet de produire un motif de faisceaux permettant la résolution précise sans distorsion d'informations sonar reçues concernant un objet cible. Un tel appareil sonar peut être compris dans un système tenu à la main 10 pour une utilisation sous l'eau proche des objets cibles ou en tant qu'élément d'un système automatique ou commandé à distance utilisé pour chercher des objets sous l'eau ainsi que de tels objets reposant sur ou enterrés sous le lit de la mer. L'axe longitudinal le long duquel les faisceaux sont dirigés est connu dans l'état de l'art de localisation par sonar comme la ligne de visée 14, c'est-à-dire 15 la direction de visée du faisceau de sonar. D'autres avantages et améliorations par rapport au système de l'état de Fart apparaîtront à l'homme de l'art et de telles formes de réalisation et formes de réalisation alternatives qui utilisent le concept inventif de la discussion faite ici sont considérées comme faisant partie de la portée de l'invention revendiquée. 20 REVENDICATIONS 1. Appareil de localisation d'objets immergés dans un fluide, l'appareil comprenant une pluralité de transducteurs acoustiques agencés en relation les uns avec les autres de façon à définir au moins deux antennes à rayonnement longitudinal, la relation physique entre lesdits au moins deux antennes à rayonnement longitudinal produisant une séparation angulaire entre l'axe longitudinal des faisceéux acoustiques produits par lesdites antennes à rayonnement longitudinal et la séparation angulaire desdits faisceaux fournissant la résolution de position argulaire d'objets situés à des distances de l'extrémité desdites antennes à rayonnement longitudinal qui sont essentiellement inférieures à la largeur maximume desdits faisceaux jusqu'au champ lointain. 2. Appareil selon la revendication 1 dans lequel lesdits transducteurs comprennent des transducteurs omnidirectionnels. 3. Appareil selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les 15 caractéristiques des formes des faisceaux de chaque antenne à rayonnement longitudinal sont essentiellement identiques. 4. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel les faisceaux de chaque antenne à rayonnement longitudinal sont essentiellement symétriques par rapport à l'axe de ligne de visée. 20 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel l'angle entre les faisceaux de chaque antenne à rayonnement longitudinal est essentiellement équivalent à la largeur du faisceau ainsi formé. 6. Véhicule aquatique comprenant l'appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 5. 25 7. Véhicule sous-marin comprenant l'appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 5. 8. Dispositif tenu à la main comprenant l'appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 5. 9. Procédé de localisation d'objets immergés dans un fluide, le 30 procédé comprenant les étapes de a) disposition d'une pluralité de transducteurs acoustiques en relation les uns avec les autres de manière à définir au moins deux antennes à rayonnement longitudinal ; et