(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水柱を撮像するように意図された少なくとも１つの機械的に操縦されるソナー（２）を含む、中性浮力を有する沈められた水中物体を探知し及びその位置を特定するためのシステムであって、単一の第１の音響パルスによって、第１のポインティング方向（ＰＡ１）の第１の個別セクタ（ＳＥ１）における高周波音波印加の実行を可能にする単一の放射チャネルを備えた少なくとも１つの機械的に操縦されるソナー（２）を含み、前記ソナー（２）が、前記高周波音波印加に由来する第１の音響信号を取得するのに適した単一の受信チャネルを形成し、前記機械的に操縦されるソナー（２）が、前記第１のポインティング方向（ＰＡ１）がキャリア（１）のほぼ横方向であるように且つ前記第１の個別セクタ（ＳＥ１）が広い相対方位開口及びより狭い高さ開口を示すように、主方向（Ｄ）に進むように意図された前記キャリア（１）上に実装され、前記機械的に操縦されるソナー（２）が、異なるポインティング方向で実行される高周波音波印加に由来する第１の音響信号を前記ソナーが取得できるようにする、前記主方向（Ｄ）とほぼ平行な回転軸（ｘ）を中心に前記第１のポインティング方向（ＰＡ１）を傾斜させるように意図された機械的ポインティング装置（３）を含む、システム。
【請求項２】
少なくとも１つの第１の音響信号から、中性浮力を有する水中物体の位置を特定するように構成された処理ユニット（５）を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記主方向において離間された複数の機械的に操縦されるソナーを含み、それらの指向性ポインティング方向が、前記主方向（Ｄ）を通過する垂直面の同じ側に向けられる、請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
広い相対方位開口及び狭い高さ開口を示す第２の個別セクタ（ＳＥ２）の第２のポインティング方向（ＰＡ２）における海底（７）を撮像するように意図された少なくとも１つの側方監視ソナー（９）を含み、前記側方監視ソナー（９）が、複数の相対方位受信チャネルを形成し、且つ前記第２のポインティング方向（ＰＡ２）が前記主方向（Ｄ）を通過する垂直面に対して、前記第１のポインティング方向（ＰＡ１）と同じ前記キャリア（１）側で前記キャリア（１）に対してほぼ横方向に向けられるように、前記キャリア（１）に実装され、前記システムが、それぞれ前記機械的に操縦されるソナー（２）及び前記側方監視ソナー（９）によって同じ取得期間中に取得された第１の音響信号を表す第１のソナー画像（Ｉ１）及び第２の音響信号を表す第２のソナー画像（Ｉ２）を同時に表示するように意図された表示装置（１１）を含むヒューマンマシンインターフェース（１０）を更に含み、前記ヒューマンマシンインターフェースが、前記第１及び第２のソナー画像が同時に表示される場合に、オペレータが中性浮力を有する水中物体によって生成された第１のエコーを前記第１のソナー画像上で視覚的に識別するとき、前記オペレータが、第２のエコーが前記水中物体のほぼ直下の前記海底に置かれた物体によって反射されたかどうかを前記第２のソナー画像上で視覚的に瞬間的に識別できるように構成される、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５】
表示される前記第１のソナー画像及び前記第２のソナー画像が、ほぼ同一のサイズを有するように、且つそれぞれ前記機械的に操縦されるソナー及び前記側方監視ソナー（９）から同じ距離に位置するそれぞれの物体によって生成され、及び第１及び第２の同時の高周波音波印加ステップ後に生成される前記第１のソナー画像に含まれるエコー及び前記第２のソナー画像に含まれるエコーが、前記第１のソナー画像及び前記第２のソナー画像上でほぼ同じ横座標及び同じ縦座標に表されるように、前記表示装置（１１）が構成される、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
オペレータが、前記表示装置によって表示される２つのカーソルであって、一方が前記第１のソナー画像上にあり、及び他方が前記第２のソナー画像上にある２つのカーソルを同時に動かすことができるようにする追跡手段を前記ヒューマンマシンインターフェース（１０）が含み、前記表示装置が、前記２つのカーソルが地球基準座標系における同じ地理的位置に対応する位置を前記第１及び前記第２のソナー画像上で占めるように構成される、請求項４又は５に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１のソナー画像上に表示される前記カーソルが、前記カーソルによって指し示された前記位置で表されるエコーを生成した物体から生じるエコーの前記第１のソナー画像上において、可能な前記位置のセットを表す曲線（５３）を備える、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記第１のソナー画像及び前記第２のソナー画像が、前記エコーを生じ且つ前記音響信号に含まれる前記物体を前記ソナーに関連する固定点から水平面において分離する前記信号／距離を生じる前記音響パルスの瞬間放射モードにおいて、前記第１及び第２の音響信号を表す、請求項４〜７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項９】
中性浮力を有する有効に沈められた有効な物体によって有効に生成された第１の有効なエコーを第１の音響信号において識別するのに適した処理ユニット（５）であって、前記表示装置（１１）が、前記有効な物体によって有効に占められていると考えられる有効な位置におけるシンボル（ＳＥ）を、前記第１のソナー画像及び／又は前記第２のソナー画像と重畳して表示するように構成される、処理ユニット（５）を含む、請求項４〜８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１０】
前記ヒューマンマシンインターフェース（１０）が、係維機雷クラス及び自由浮遊物体クラスを含む複数のクラスから得られた第１のクラスにおいて見える中性浮力を有する有効に沈められた有効な物体によって生成されたものとして、第１の音響信号において処理ユニット（５）によって識別された前記第１のソナー画像上で見える第１のエコー又は第１の有効なエコーをオペレータが分類できるように構成された分類ユニット（１２）を含む、請求項４〜９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１１】
前記主方向（Ｄ）が前記キャリア（１）の長手方向である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載のシステムを用いて、中性浮力を有する水中物体を探知し及びその位置を特定するための方法であって、走査ステップ（２０）であって、前記機械的に操縦されるソナー（２）が、前記主方向（Ｄ）にほぼ直角な平面に開いた撮像されるセクタ（ＳＩ）を複数回走査する走査ステップ（２０）を含み、前記機械的に操縦されるソナー（２）が、連続的なソナー取得ステップ（２０ｉ）であって、前記機械的ポインティング装置（３）が、前記撮像されるセクタ（ＳＩ）に含まれる連続的なポイント方向における前記第１のポインティング方向を指し示し、且つ各ポイント方向について、第１の高周波音波印加の瞬間に第１の音響パルス（２２ｉ）を送信し、及び前記第１の音響パルスに由来する第１の音響信号を取得するステップ（２０ｉ）を実行する、方法。
【請求項１３】
第１の音響信号によって、中性浮力を有する水中物体により生成された第１の潜在的なエコーを探知するための、一体の探知ステップ（３０ｉ）を含む探知ステップ（３０）であって、各一体の探知ステップ（３０ｉ）が、第１の音響パルスに応じて、それぞれの潜在的な中性浮力物体によって生成されたと考えられる第１の潜在的なエコーを識別するための識別ステップ（３２ｉ）を含み、前記第１の潜在的なエコーが、所定の選択基準を満たす第１の音響信号の一部であるステップ（３０）を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記識別ステップ（３２ｉ）が、第１の音響信号のコントラストの閾値化ステップを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記機械的に操縦されるソナー（２）が、前記キャリアの速度を与えられると、地球基準座標系に固定されたワンオフ物体からのエコーを前記走査ステップ（２０）において複数回取得するように構成され、前記固定されたワンオフ物体が、所定の最小深さと所定の最大深さとの間にある深さに位置し、及び所定の最小レンジより大きく、且つ所定の最大レンジより小さい前記機械的に操縦されるソナー（２）からの距離で水平面において前記主方向Ｄに直角に位置し、前記方法が、前記走査ステップで取得された前記第１の音響信号から、且つ前記第１の潜在的なエコーから、中性浮力を有する有効な水中物体の位置を特定するステップを含む、請求項１３又は１４に記載の方法。
【請求項１６】
中性浮力を有する水中物体の位置を特定する位置特定ステップであって、
−  潜在的な浮遊物体の潜在的な位置を決定するステップ（４０）であって、各第１の潜在的なエコーについて、前記第１の潜在的なエコーを生じる前記第１の音響パルスの第１の放射の瞬間における前記ソナーの位置から、前記対応する潜在的な物体が占める可能性がある潜在的な位置（４１ｉｊ）のセットを決定するステップを含む、ステップ（４０）と、
−  前記地球基準座標系において固定された固定位置が、物体によって実際に占められる確率に対応する占有のそれぞれの確率を割り当てられる累積ステップ（５０）であって、前記占有のそれぞれの確率が、前記累積ステップ（５０）の最初に初期化され（５１）、且つ前記それぞれの固定位置が前記潜在的な位置の決定ステップにおける潜在的な位置として決定されるたびに増分される（５２ｉｊ）、累積ステップ（５０）と、
−  中性浮力を有する有効な水中物体によって有効に占められた有効な位置を、所定の閾値を超える占有の確率を割り当てられた固定位置から識別するステップ（６０）と
を含む、位置特定ステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
潜在的な物体の前記潜在的な位置のセットが、前記第１の放射の瞬間と、前記潜在的な物体によって生成された前記第１の潜在的なエコーの受信の瞬間との間の差から計算された、前記機械的に操縦されるソナー（２）から前記潜在的な物体を分離する距離と等しい半径の円弧であり、その中心が、前記第１の放射の瞬間の前記ソナーの前記位置であり、その開口が、前記第１の個別セクタの前記開口と等しく、前記第１の個別セクタが、３ｄＢの最大値に減衰された前記第１の音響パルスのメインローブ部分が送信されるセクタに対応するか、又は前記第１の個別セクタの前記開口＋所定の許容誤差開口と等しい、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記走査ステップと同時に前記海底を撮像するステップ（１００）であって、第２の連続的な高周波音波印加の瞬間に第２の連続的な音響パルスを送信することによって、且つ前記第２の連続的な音響パルスに由来する前記第２の連続的な音響信号の取得を行うことによって、前記側方監視ソナー（９）により前記海底を撮像することを含む、ステップ（１００）を含み、前記方法が、それぞれ前記機械的に操縦されるソナー（２）及び前記側方監視ソナー（９）によって同じ取得期間中に取得された第１の音響信号を表す第１のソナー画像及び第２の音響信号を表す第２のソナー画像の同時表示ステップ（１１０）を更に含む、請求項４〜１０のいずれか一項に記載のシステムによって実行される、請求項１２〜１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
係維機雷クラス及び自由浮遊物体クラスを含む複数のクラスから得られたクラスにおける前記第１のソナー画像上で見える少なくとも１つの第１のエコーの、分類ユニットによるオペレータの分類ステップを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記主方向（Ｄ）が前記キャリア（１）の長手方向である、請求項１２〜１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１の潜在的なエコーの前記識別ステップを実行するように構成された処理ユニット（５）を含む、請求項１２〜２０のいずれか一項に記載の方法を実行するのに適した、請求項４〜１０のいずれか一項に記載の中性浮力を有する沈められた水中物体を探知し及びその位置を特定するためのシステム。
【請求項２２】
時間の関数として前記キャリアの位置を決定するように構成された位置決めユニット（６）であって、前記処理ユニット（５）が前記位置特定ステップを実行するように構成され、前記位置決めユニット又は前記処理ユニットが、前記機械的に操縦されるソナー（２）の前記位置を決定するように構成される、位置決めユニット（６）を含む、請求項１５〜２０に従属する請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記ソナー（２）が垂直走査を実行できるように構成されている、請求項１〜１０、２１〜２２のいずれか一項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される本発明は、帰還ソナーエコー、即ち、ソナーによる音響パルス（又は音響ピング）の放射後の帰還エコーを有する水中物体の探知を可能にするソナーを含む、中性浮力を有する水中物体を探知し及びその位置を特定するためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
係維機雷は、テザーと呼ばれるケーブルによって、海底に静止しているシンカーと呼ばれる錨に装着される中性浮力の機雷である。ソナーは、水上船舶、水上船舶によって曳航される魚、又は自走式潜水艇のいずれかに実装される。
【０００３】
中性浮力を有する物体を探知する際の問題の１つは、最小の時間で、できるだけ広い海洋環境エリアを監視するために、広いスワスにわたって機雷を探知できることである。別の問題は、探知された機雷の位置を三次元空間において十分に高い精度で特定できることである。換言すれば、別の問題は、数メートル程度の三次元空間において十分な位置特定精度を示す、水中物体を探知するためのシステムを製造することである。
【０００４】
既存の１つの解決法は、キャリアの前方の水柱に高周波音波を当て、且つ受信の点で複数の連続的な方向チャネルを形成する前方監視ソナーを用いることを含む。この解決法の１つの欠点は、キャリアの軸に対して直角の広いスワスをカバーし、且つ相対方位の点において優れた精度で、中性浮力を有する水中目標の位置を特定するために、大きい寸法で嵩張り、多量の電気エネルギを消費するアレイが必要とされることである。この欠点は、人間を脅威から遠ざけるという機雷戦の傾向と適合しない。機雷掃討型の船舶上ではなく、限られたエネルギが貯蔵される自律型キャリアにソナーを実装するための技術的解決法が求められる。前方監視ソナーに関する別の欠点は、前方監視ソナーが、高さの点で指向的な、従って嵩及びエネルギ消費を追加するアレイなしには、高さの点において優れた精度で機雷の位置を特定できるようにしないことである。
【０００５】
別の解決法が、米国特許第５５０６８１２号明細書に説明されている。それは、単一の音響ピング、即ち、単一の音響パルスで、キャリアを取り巻く環状ゾーンに高周波音波を当てることを可能にする円筒放射及び受信アレイを用いることを含む。この解決法は、３６０°にわたって音響パルスを送信するために高放射電力を必要とし、且つ１２０の受信チャネルを備えたアレイを用いるために非常に嵩張るという欠点を示す。更に、水柱における物体を探知し、それらの位置を特定するための多数の受信チャネルの処理が複雑であることが分かる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５５０６８１２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、前述の欠点の少なくとも１つを改善することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的のために、本発明の主題は、単一のチャネルを備えた少なくとも１つの機械的に操縦されるソナーを含む、中性浮力を有する沈められた水中物体を探知し及びその位置を特定するためのシステムであって、機械的に操縦されるソナーが、単一の第１のパルスによって、第１のポインティング方向の第１の個別セクタにおける高周波音波印加の実行を可能にする単一の放射チャネルを備えたソナーであり、且つ前記高周波音波印加に由来する第１の音響信号を取得するのに適した単一の受信チャネルを形成し、機械的に操縦されるソナーが、第１のポインティング方向がキャリアのほぼ横方向であるように且つ第１の個別セクタが広い相対方位開口及びより狭い高さ開口を示すように、主方向に進むように意図されたキャリア上に実装され、走査ソナーが、異なるポインティング方向で実行される高周波音波印加に由来する第１の音響信号をソナーが取得できるようにする、主方向とほぼ平行な回転軸を中心にポインティング方向を傾斜させるように意図されたポインティング装置を含むシステムである。本発明によるシステムは、有利には、第１の音響信号から、中性浮力を有する水中物体の位置を特定するように構成された処理ユニットを含む。
【０００９】
機械的に操縦されるソナーに基づいたこのシステムは、強力で嵩張る送信機及び少なくとも５０ほどのチャネルを備えた恐らく湾曲した受信アレイを必要とするであろうマルチビームソナー（複数の受信チャネルを備えた）と比較して、安価で小さく、エネルギ消費が少ないという利点をもたらす。システムはまた、海底に置かれた水中物体の探知用の側方監視ソナーによって取得される空間程度の三次元空間において、優れた精度で海洋物体を探知し且つそれらの位置を特定することを、システムを精細に構成すること及び精細な処理動作によって可能にする。それは、相対方位の点で貧弱な分解能を示す単一の放射及び受信チャネルを備えたソナーであるため、特に、貧弱な水平分解能を有するソナーから、三次元における優れた位置特定精度を示す位置測定を実現できるようにする。
【００１０】
このシステムはまた、特に最大観測レンジの近くで、側方監視ソナーで探知するのが難しい短い係維機雷（海底に対して低い高さに位置する）を探知できるようにする。
【００１１】
有利には、システムは、少なくとも１つの第１の音響信号から、中性浮力を有する水中物体の位置を特定するように構成された処理ユニットを含む。
【００１２】
特定の実施形態において、システムは、主方向において離間された複数の機械的に操縦されるソナーを含み、それらの指向性ポインティング方向は、主方向を通過する垂直面の同じ側に向けられる。
【００１３】
有利には、システムは、広い相対方位開口及び狭い高さ開口を示す第２の個別セクタの第２のポインティング方向における海底を撮像するように意図された少なくとも１つの側方監視ソナーを含み、側方監視ソナーは、複数の相対方位受信チャネルを形成し、且つ第２のポインティング方向が主方向を通過する垂直面に対して、第１のポインティング方向と同じキャリア側でキャリアに対してほぼ横方向に向けられるように、キャリアに実装され、システムは、それぞれ機械的に操縦されるソナー及び側方監視ソナーによって同じ取得期間中に取得された第１の音響信号を表す第１のソナー画像及び第２の音響信号を表す第２のソナー画像を同時に表示するように意図された表示装置を含むヒューマンマシンインターフェースを更に含み、ヒューマンマシンインターフェースは、第１及び第２の画像が同時に表示される場合に、オペレータが中性浮力を有する水中物体によって生成された第１のエコーを第１の画像上で視覚的に識別するとき、オペレータが、第２のエコーが水中物体のほぼ直下の海底に置かれた物体によって反射されたかどうかを第２の画像上で視覚的に瞬間的に識別できるように構成される。
【００１４】
この特徴は、オペレータが、探知された水中物体を分類し、且つそれらが中性浮力を有する係維機雷であるか又は自由な物体であるかによってそれらを特に分類できるようにする。実際に、機雷及びシンカーの両方は、ソナー画像上で明るいゾーンによって表される強いエコーを返す。第１の明るいエコーが走査ソナーによって取得された瞬間に、第２の明るいエコーがまた、第１のエコーの位置のまわりで側方監視ソナーによって取得された場合に、この第２のエコーが、シンカーによって形成され、且つ第１のエコーが係維機雷によって形成されたという高い確率が存在する。これは、オペレータが、水の体積における係維機雷の探知を確認できるようにする。従って、魚又は哺乳動物の群などの自由な物体から係維機雷を区別することが可能である。
【００１５】
特定の実施形態において、表示される第１の画像及び第２の画像が、ほぼ同一のサイズを有するように、且つそれぞれ機械的に操縦されるソナー及び側方監視ソナーから同じ距離に位置するそれぞれの物体によって反射され、及び第１及び第２の同時の高周波音波印加ステップ後に生成される第１の画像に含まれるエコー及び第２の画像に含まれるエコーが、第１の画像及び第２の画像上でほぼ同じ横座標及び同じ縦座標に表されるように、表示装置が構成される。
【００１６】
好ましい実施形態において、オペレータが、表示装置によって表示される２つのカーソルであって、一方が第１の画像上にあり、及び他方が第２の画像上にある２つのカーソルを同時に動かすことができるようにする追跡手段をヒューマンマシンインターフェースが含み、表示装置は、２つのカーソルが地球基準座標系における同じ地理的位置に対応する位置を第１及び第２の画像上で占めるように構成される。
【００１７】
有利には、第１の画像上に表示されるカーソルは、カーソルによって指し示された位置で表されるエコーを生成した物体から生じるエコーの第１の画像上において、可能な位置セットを表す曲線を提供される。
【００１８】
有利には、第１の画像及び第２の画像は、エコーを生じ且つ信号に含まれる物体を前記ソナーに関連する固定点から水平面において分離する信号／距離を生じる音響パルスの瞬間放射モードにおいて、第１及び第２の音響信号を表す。
【００１９】
有利には、システムは、中性浮力を有する有効に沈められた有効な物体によって有効に生成された第１の有効なエコーを第１の信号において識別するのに適した処理ユニットを含み、表示装置は、有効な物体によって有効に占められていると考えられる有効な位置におけるシンボルを、第１の画像及び／又は第２の画像と重畳して表示するように構成される。
【００２０】
有利には、前記ヒューマンマシンインターフェースは、係維機雷クラス及び自由浮遊物体クラスを含む複数のクラスから得られた第１のクラスにおいて見える中性浮力を有する有効に沈められた有効な物体によって生成されたものとして、第１の信号において処理ユニットによって識別された第１の画像上で見える第１のエコー又は第１の有効なエコーをオペレータが分類できるように構成された分類ユニットを含む。
【００２１】
本発明はまた、本発明によるシステムを用いて、中性浮力を有する水中物体を探知し及びその位置を特定するための方法に関し、方法は、走査ステップであって、機械的に操縦されるソナーが、主方向にほぼ直角な平面に開いた撮像されるセクタを複数回走査するステップを含み、機械的に操縦されるソナーが、連続的なソナー取得ステップであって、ポインティング装置が、撮像されるセクタに含まれる連続的なポイント方向における第１のポインティング方向を指し示し、且つ各ポイント方向について、第１の高周波音波印加の瞬間に第１の音響パルスを送信し、及び第１の音響パルスに由来する第１の音響信号を取得するステップを実行する。
【００２２】
有利には、方法は、第１の信号によって、中性浮力を有する水中物体により生成された第１の潜在的なエコーを探知するための、一体の探知ステップを含む探知ステップを含み、各一体の探知ステップは、第１の音響パルスに応じて、それぞれの潜在的な浮遊物体によって生成されたと考えられる第１の潜在的なエコーを識別するための識別ステップを含み、第１の潜在的なエコーは、所定の選択基準を満たす第１の信号の一部である。
【００２３】
有利には、識別ステップは、第１の信号のコントラストの閾値化ステップを含む。
【００２４】
有利には、機械的に操縦されるソナーは、キャリアの速度を与えられると、地球基準座標系に固定され、所定の最小深さと所定の最大深さとの間にある深さに位置し、及び所定の最小レンジより大きく、且つ所定の最大レンジより小さい機械的に操縦されるソナーからの距離で水平面において主方向に直角に位置するワンオフ物体からのエコーを走査ステップにおいて複数回取得するように構成され、方法は、走査ステップで取得された第１の音響信号から、且つ第１の潜在的なエコーから、中性浮力を有する有効な水中物体の位置を特定するステップを含む。
【００２５】
有利には、方法は、中性浮力を有する水中物体の位置を特定するステップであって、
−  潜在的な浮遊物体の潜在的な位置を決定するステップであって、各第１の潜在的なエコーについて、第１の潜在的なエコーを生じる第１の音響パルスの第１の放射の瞬間におけるソナーの位置から、対応する潜在的な物体が占める可能性がある潜在的な位置セットを決定するステップを含む、ステップと、
−  地球基準座標系において固定された位置が、物体によって実際に占められる確率に対応する占有のそれぞれの確率を割り当てられる累積ステップであって、占有の前記それぞれの確率が、累積ステップの最初に初期化され、且つそれぞれの固定位置が潜在的な位置の決定ステップにおける潜在的な位置として決定されるたびに増分される、ステップと、
−  中性浮力を有する有効な水中物体によって有効に占められた有効な位置を、所定の閾値を超える占有の確率を割り当てられた固定位置から識別するステップと
を含む、ステップを含む。
【００２６】
有利には、潜在的な物体の潜在的な位置セットは、第１の放射の瞬間と、潜在的な物体によって生成された第１の潜在的なエコーの受信の瞬間との間の差から計算された、機械的に操縦されるソナーから潜在的な物体を分離する距離と等しい半径の円弧であり、その中心は、第１の放射の瞬間のソナーの位置であり、その開口は、第１の個別セクタの開口と等しく、第１の個別セクタは、３ｄＢの最大値に減衰された第１の音響パルスのメインローブ部分が送信されるセクタに対応するか、又は第１の個別セクタの開口＋所定の許容誤差開口と等しい。
【００２７】
有利には、方法は、本発明によるシステムによって実施され、走査ステップと同時に海底を撮像するステップであって、第２の連続的な高周波音波印加の瞬間に第２の連続的な音響パルスを送信することによって、且つ第２の連続パルスに由来する第２の連続的な音響信号の取得を行うことによって、側方監視ソナーにより海底を撮像することを含む、ステップを含み、方法は、それぞれ機械的に操縦されるソナー及び側方監視ソナーによって同じ取得期間中に取得された第１の音響信号を表す第１の画像及び第２の音響信号を表す第２の画像の同時表示ステップを更に含む。
【００２８】
有利には、方法は、係維機雷クラス及び自由浮遊物体クラスを含む複数のクラスから得られたクラスにおける第１の画像上で見える少なくとも１つの第１のエコーの、分類ユニットによるオペレータの分類ステップを含む。
【００２９】
本発明は、本発明による方法を実行するのに適した、中性浮力を有する沈められた水中物体を探知し及び位置を特定するためのシステムであって、第１の潜在的なエコーの識別ステップを実行するように構成された処理ユニットを含むシステムに関する。
【００３０】
有利には、システムは、時間の関数としてキャリアの位置を決定するように構成された、慣性ナビゲーション装置などの位置決めユニットであって、処理ユニットが位置特定ステップを実行するように構成され、位置決めユニット又は処理ユニットが、機械的に操縦されるソナーの位置を決定するように構成される、位置決めユニットを含む。
【００３１】
本発明の他の特徴及び利点は、添付の図面に関連して非限定的な例として提示される以下の詳細な説明を読めば、明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明による探知システムの要素を装備したキャリアを側面図に概略的に表し、破線で表されている設備要素は、キャリア内部に取り付けられた設備要素であり、遠隔設備要素もまたこの図に表されている。
【図２】本発明による探知システムの要素を装備したキャリアを平面図に概略的に表す。
【図３】本発明による探知システムの要素を装備したキャリアの横断面図を概略的に表す。
【図４】本発明による方法の流れ図を表す。
【図５】走査ステップの連続的なポイント方向を同じ横断面図に表す。
【図６】機械的に操縦されるソナーによって撮像される海洋環境ゾーンの境界を概略的に表す。
【図７】同じ仰角を示すポイント方向による２つの撮像ステップにおいて、機械的に操縦されるソナーによって受信される第１のエコーを生成する物体によって占められる潜在的な位置を概略的に表す。
【図８】同じ仰角を示すポイント方向による、走査期間によって分離された連続的な撮像ステップにおいて、第１の個別セクタによって占められる潜在的な位置を概略的に表す。
【図９】それぞれ機械的に操縦されるソナー及び側方監視ソナーによって受信される第１のエコー及び第２のエコーの表現の、本発明による例示的な表示を概略的に表す。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図を通して、同じ要素は同じ参照符号によって識別される。
【００３４】
図１は、本発明に従って水中物体を探知するためのシステムの要素を示す。
【００３５】
探知システムは、水柱を撮像するように意図された、機械的に操縦されるソナーと呼ばれる第１のソナー２を含む撮像システムを含む。この機械的に操縦されるソナー２は、キャリア１上に実装される。キャリア１は、船、又は曳航式若しくは自律型潜水艇とすることができる。それは、ほぼ水平と考えられる前進の主方向Ｄに進むように意図されている。方向Ｄは、指向方向である。主方向Ｄは、キャリア１の長手方向であり、且つキャリアの前方へ向けられている。有利には、キャリア１は、前進方向が地球基準座標系においてほぼ水平である場合に、キャリアに搭載されて組み込まれたソナーの深さがキャリアの一定の深さと共に一定であるように表示されていないが、キャリアのバンク角を一定に維持（即ち、横揺れを制限）できるようにし、且つ恐らく偏揺れ及びピッチを制限できるようにする舵などのスタビライザを含む。
【００３６】
機械的に操縦されるソナー２は、単一の送信チャネル及び単一の受信チャネルを備えたソナーである。それは、キャリア１のフランクの１つに実装される。図２で分かるように、探知システムは、有利には、キャリア１のそれぞれのフランク１ａ、１ｂに実装された２つの機械的に操縦されるソナー２、２’を含む。ソナー２のみが本特許出願において説明され、もう一方のソナー２’は、同じ方法で構成及び配置される。
【００３７】
機械的に操縦されるソナー２は、単一の第１の音響パルスを送信することによって、且つこのように得られる第１の音響信号の取得を行うことによって、第１の個別セクタＳＥ１のソナー取得を行うように意図されている。第１の個別セクタＳＥ１は、ソナー２によって放射される音響パルスのメインローブが放射される−３ｄＢのセクタである。ソナーが第１の音響パルスを送信する場合に、最大音響エネルギが送信される方向に対応する、図２に見える第１の指向性ポインティング方向ＰＡ１が定義される。機械的に操縦されるソナー２は、第１のポインティング方向ＰＡ１がキャリア１に対してほぼ横方向になるように、キャリア１に実装される。換言すれば、第１のポインティング方向ＰＡ１は、地球基準座標系の水平面において、主方向Ｄと非ゼロ角度を形成するほぼ垂直面に延びる。この平面は、有利には、主方向Ｄに対してほぼ直角である。機械的に操縦されるソナー２はまた、高さに従って所望の角度分解能を得るために、第１の個別セクタＳＥ１が、図３に見える、（水平面における）広い相対方位開口２θ３Ｈ及び（垂直面における）狭い高さ開口２θ３Ｖを示すように、キャリア１に実装される。狭い高さ開口は、水面からの反響の影響を制限し、且つ中性浮力を有する物体の位置を優れた精度で特定できるようにする。第１のポインティング方向ＰＡ１は、第１の個別セクタＳＥ１をこれらの２つの平面における２つの等しい部分に分割する。
【００３８】
機械的に操縦されるソナー２は、主方向Ｄとほぼ平行な回転軸ｘを中心に第１のポインティング方向ＰＡ１を傾斜させるように意図された機械的なポインティング装置３を含む。換言すれば、ポインティング装置３は、ソナー１が垂直走査を実行できるようにする。この装置は、例えば、軸ｘを中心に、ソナーの放射及び受信アレイを傾斜できるようにする装置である。換言すれば、それは、軸ｘを中心にポインティング方向を機械的に傾斜させる。
【００３９】
本発明によるシステムは、有利には、少なくとも１つの第１の音響信号から、中性浮力を有する水中物体の位置を特定するように、且つ恐らく位置の特定に先立って探知できるようにする処理ユニット５を含む。
【００４０】
機械的に操縦されるソナー２は、嵩張らず、電気エネルギの消費が少ない。更に、このソナーによって得られる第１の音響信号は、特に、引き続き水中物体を探知し、それらの位置を特定するように処理することが簡単である。機械的に操縦されるソナー２は、その構成によって、且つ得られる音響信号を精細に処理することによって、側方監視ソナーのスワスに匹敵するスワスにわたって３つの空間方向で探知された水中物体の位置を正確にわずかな複雑さで特定することを可能にする。
【００４１】
有利には、本発明によるシステムは、主方向において離間された複数の機械的に操縦されるソナーを含み、それらの指向性ポインティング方向は、キャリアの同じ側に、即ち、主方向Ｄを通過する垂直面の同じ側に向けられる。所与の瞬間に、隣接するソナーによって向けられる方向は、適切な角度だけオフセットされる。それらは、例えば、各ソナーが、撮像されるセクタの半分だけを走査するように、撮像されるセクタの開口角の半分だけオフセットされるか、さもなければ傾斜ステップの半分だけオフセットされる。傾斜ステップ及び撮像されるセクタは、後で定義される。次に、処理ユニット５は、少なくとも１つの走査ソナーからの少なくとも１つの第１の音響信号から、中性浮力を有する水中物体の位置を特定し、且つ恐らく探知するように構成される。この構成は、同じ空間分解能に対して、キャリアの最大速度を増加させること、係維機雷探知システムの垂直分解能を向上させること、最小数の目標ヒット（＞３）に適合する走査速度を維持しながら、特に界面（水面、海底）近い方向における方向効率及び垂直面における位置効率を改善するために、垂直面における指向性を洗練すること、目標ヒット数を増加させるために走査速度を増加させること、及び／又はカバーされる垂直セクタの幅を増加させることを可能にする。
【００４２】
本発明はまた、水の体積において物体、即ち、中性浮力を有する水中物体を探知のための方法に関する。
【００４３】
この方法は、走査ステップ２０を含み、このステップにおいて、機械的に操縦されるソナー２は、高さにおいて、即ち、主方向Ｄに直角で平面において開いている撮像されるセクタＳＩを複数回走査する。画像されるこのセクタＳＩは、最小仰角θｍｉｎ及び最小仰角より大きい最大仰角θｍａｘをそれぞれ示す最小方向Ｄｍｉｎ及び最大方向Ｄｍａｘによって境界を定められる。仰角は、図３において点線で表されているソナー２を通過する水平面Ｐに対して定義され、指向方向の仰角は、それが、水平面Ｐの上に位置するポイントに向けられている場合に、正として数えられる。
【００４４】
図４及び５で分かるように、走査ステップ２０において、機械的に操縦されるソナー２は、ｉ＝１〜Ｎ（ここでＮは、図５において７に等しい走査ステップで実行されるソナー取得ステップの数である）を備えたインデックスｉの連続的なソナー取得ステップ２０ｉを実行し、ポインティング装置３は、インデックス又は通し番号ｉのそれぞれのポイント方向Ｐｉにおける第１のポインティング方向ＰＡ１を指す。方向Ｐｉは、撮像されるセクタＳＩに含まれ、且つ回転軸ｘを中心に第１のポインティング方向ＰＡ１を傾斜させることによるそれぞれのインデックスθｉの仰角を有する。各ソナー取得ステップ２０ｉで、ポインティング装置３は、ステップ２１ｉにおいて、ポイント方向Ｐｉにおける第１のポインティング方向ＰＡ１を指し、ステップ２２ｉにおいて、第１の個別セクタＳＥ１に高周波音波を当て、即ち、高周波音波印加の第１の瞬間ｔｉに第１の音響パルスＩｉを送信し、且つ時間の関数として、音響強度に対応する第１の音響信号ｓ１ｉを取得する２３ｉ。方法はまた、第１の音響信号ｓ１ｉ及び高周波音波印加の瞬間ｔｉの、メモリ４における記憶ステップ２４ｉを含む。
【００４５】
機械的に操縦されるソナー２をキャリア１に対して横方向に向けることによって、且つ機械的に操縦されるソナー２に垂直走査を実行させることによって（水中機の軸とほぼ平行な回転軸を中心にポインティング方向を回転することによって）、２０〜３００メートルに及び得る海底を撮像する側方監視ソナーのスワスに匹敵するスワスにわたって、中性浮力を有する水中物体を探知することが可能になる。
【００４６】
機械的に操縦されるソナーが、横方向を指すという事実は、キャリアの方向に対して横方向に画像を取得できるようにする。このように、係維機雷など、水柱における物体の探知は、機械的に操縦されるソナーによって撮像されるゾーンの真下の海底の、側方監視ソナーによる撮像と同時に実行することができる。従って、同じポイント上を幾度も通過せずに、広いゾーン、即ち海底及び水柱の両方を迅速に撮像することが可能になる。
【００４７】
連続的なポイント方向Ｐｉは、撮像されるセクタＳＩに全体的に高周波音波を当てるように、即ち、第１の個別セクタＳＥ１が、隣接する連続的なゾーン（連続的なゾーンのセットが、撮像されるセクタを形成する）をカバーするように選択される。換言すれば、２つの連続的なポイント方向間に形成される角度θは、有利にはほぼ２θ３Ｈ以下であり、好ましくは２θ３Ｈ／２未満である。
【００４８】
走査は、有利には、撮像されるセクタＳＩの連続的な２方向掃引を実行することによって、即ち、第１の方向において、次に第１の方向と反対の第２の方向において、撮像されるセクタを交互に走査することによって、図５に表されているように実行される（ここでＮ＝７である）。有利には、走査は、一定の速度で（即ち、一ポイント方向から次のポイント方向に切り替わる時間が一定である）、且つ２つの連続的なポイント方向間の、傾斜ステップδθと呼ばれる一定のステップで実行される。
【００４９】
２方向掃引における走査は、キャリアの移動の際に、複数回にわたり固定物体を撮像する高い確率を有し得るようにし、且つまた撮像されるゾーンの迅速な撮像を実行できるようにする。従って、走査期間は、２方向掃引を実行するために必要とされる時間、即ち、仰角を示すポイント方向からスタートすることによって、且つ同じ仰角を示すポイント方向に戻ることによって、撮像されるセクタＳＩを一度走査するために必要とされる時間である。それは、最小（又は最大）方向からスタートすることによって、最大（又は最小）方向まで、セクタ内の連続的なポイント方向における第１のポインティング方向を指すことによって、初期方向に戻ることによって、且つ同じ方向で走査を繰り返すことによって、撮像されるセクタを一方向のみで走査することが、それほど有利ではないが可能であろう。
【００５０】
キャリア１は、地球基準座標系に関連して走査ステップの全体を通って移動する。それは、ほぼ一定速度で、且つ海底７に対してほぼ一定の高さＨｍｐで、ほぼ直線の好ましくは均一な軌道に従う。
【００５１】
図６で分かるように、最小値θｍｉｎ及び最大値θｍａｘの仰角は、所定の最小レンジＲｍｉｎ（方向Ｄｍａｘによって定義される）と所定の最大レンジＲｍａｘ（方向Ｄｍｉｎによって定義される）との間で水平及び横方向に（即ち、主方向Ｄに対して直角に）、且つ所定の最小深さＩｍｉｎと所定の最大深さＩｍａｘとの間に垂直に延びる水柱を撮像するように定義される。物体の深さは、この物体を水面レベルから分離する垂直距離である。最小仰角θｍｉｎ及び最大仰角θｍａｘは、海底７に対して一定の高さＨｓｉにおける機械的に操縦されるソナー２の深さＩｍｓｉに、且つまたＲｍｉｎ、Ｒｍａｘ、Ｉｍｉｎ及びＩｍａｘに依存する。最大深さＩｍａｘは、海底の深さＩｆｍより小さくなるように選択され、最小深さは、水面８より下になるために、０より大きくなければならない。方向Ｄｍｉｎ及びＤｍａｘは、正又は負の仰角θｍｉｎ及びθｍａｘを示すことができ、条件は、ソナー２の深さに対して、ポインティング方向が、ＲｍｉｎとＲｍａｘとの間で定義される体積においてこれらの方向を指す場合に撮像される体積Ｉｍｉｎ及びＩｍａｘが、水の体積であり、海底ではないことである。換言すれば、最小及び最大レンジ距離と最小及び最大深さとの間で、ソナー２は、それが潜っている水の体積を撮像する。図３及び６の実施形態において、仰角は正であり、ポイント方向は、常に上向きに向けられる。
【００５２】
処理ユニット５は、キャリア１に搭載され組み込まれる。この処理ユニット５は、１つ又は複数のコンピュータを含むことができ、又はコンピュータの計算機能とすることができる。それは、変形形態として、キャリアから部分的に遠隔に、例えば船上に、地上に、又は航空機に搭載されて、且つキャリアに部分的に搭載されて位置することができる。それはまた、完全に遠隔に位置することもできる。
【００５３】
処理ユニット５は、任務中に、例えば、キャリア１の、即ちキャリア上のソナー２の位置の深さＩｍｐの関数として、且つ恐らくキャリア１の姿勢の、特にその傾斜の関数として規則的な時間間隔で、最小値θｍｉｎ及び最大値θｍａｘを計算するように有利に構成される。キャリアの深さＩｍｐは、有利には、規則的な時間間隔で、例えば第１の連続的な高周波音波印加の瞬間に、キャリア１の位置及び恐らく姿勢を判定するように、且つそれらを処理ユニット５に供給するように構成された位置決めユニット６によって、処理ユニットに供給される。換言すれば、位置決めユニット６は、キャリア１の空間−時間軌道及び恐らく時間の関数としてのキャリア１の姿勢を処理ユニットに５に供給するように構成される。それは、音響及び／又は慣性位置決め装置、又は任意の他のタイプの位置決め装置とすることができる。この装置は、有利には、キャリア１に搭載されて組み込まれる。
【００５４】
処理ユニット５は、恐らく走査速度、角度傾斜ステップδθ及び走査モード（例えば、２方向又は１方向）と一緒に、これらの角度θｍｉｎ、θｍａｘを走査ソナー２に供給する。変形形態として、キャリア１の深さは、予め決定されていると仮定され、これらのデータは、任務の前にソナー２に供給され、特に角度θｍｉｎ、θｍａｘは、任務の前に計算される。
【００５５】
一実施形態において、方法は、第１の信号により、水中に浮いている中性浮力の物体によって生成された第１の潜在的にエコーを探知することを含む、処理ユニットによって実行される探知ステップ３０を含む。このステップは、それぞれの第１の信号ｓ１ｉによる一体の探知ステップ３０ｉを含む。ソナー取得ステップ２０ｉに関連する一体の探知ステップ３０ｉは、インデックスＩ及びｊ（ｊ＝１〜Ｍｉ）の潜在的な浮遊物体Ｏｐｉｊによって生成されたと考えられる第１の潜在的なエコーＥ１ｉｊを判定することを含む、ここでＭｉは、同じインデックスのソナー取得ステップ２０ｉにおいてソナー２によって取得された第１の音響信号ｓ１ｉからソナー取得ステップ２０ｉ用に探知された潜在的な物体の数である。第１の潜在的な物体Ｏｐｉｊは、第１のエコーが所定の選択基準を満たす場合に、第１のエコーを生成したと考えられる。換言すれば、第１の潜在的なエコーは、所定の選択基準を満たす第１の音響信号の一部である。
【００５６】
一体の探知ステップ３０ｉは、有利には、識別ステップ３２ｉを含み、識別ステップ３２ｉにおいて、第１の信号のコントラストの閾値化の方法によって、第１の信号に含まれ、且つコントラスト、即ち所定のコントラスト閾値を超える信号対雑音比を示す第１の潜在的なエコーＥ１ｉｌ（ｌ＝１〜Ｌ）が識別され、ここでＬは、コントラスト閾値を超えるコントラストを示すエコーの数である。
【００５７】
このコントラスト閾値は、固定することができる。それは、音響パルスの放射の瞬間及び第１の信号の受信の瞬間を分離する時間の関数、即ち、エコーをソナーから分離する距離の関数とすることができる。
【００５８】
コントラスト閾値は、定誤警報確率、即ち、実物体である潜在的な物体の探知に対する、実物体でない潜在的な物体の探知の一定割合を得るために、動的に計算することができる。探知閾値は、全スワスにわたって一定の探知密度を平均して得るために、例えば固定することができる。
【００５９】
識別ステップ３２ｉには、一定のコントラスト閾値の適用を可能にするために、音響パルスの放射の瞬間及び受信の瞬間を分離する期間の関数として、第１の信号ｓ１ｉの強度の正規化ステップ３１ｉが恐らく先行する。
【００６０】
一体の探知ステップ３０ｉは、有利には、削除ステップ３３ｉを含み、削除ステップ３３ｉにおいて、水面反響に由来する潜在的な物体Ｏｐｉｌ、海底に由来する潜在的な物体、及び／又は最小及び最大レンジＲｍｉｎ、Ｒｍａｘ間に含まれる関心のあるゾーンの外側に位置する潜在的な物体によって生成された第１の潜在的なエコーＥ１ｉｌは削除される。この場合に、選択基準は、位置及び強度（又はコントラスト）の二重基準である。次に、第１の潜在的なエコーＥ１ｉｊが得られる。
【００６１】
削除ステップ３３ｉは、例えば、距離間隔内に位置しない、機械的に操縦されるソナー２から離れて位置する第１の潜在的なエコーＥ１ｉｌを削除することを含む。削除ステップは、ソナー２の深さと同様に、高周波音波印加ステップ２２ｉにおけるポイント方向Ｐｉの仰角、並びに高周波音波印加２２ｉの瞬間及び第１の関連する潜在的なエコーＥ１ｉｌの受信の瞬間を用いる。有利には、距離間隔は、その外側では、探知された潜在的な物体が、最大深さＩｍａｘより大きい深さか若しくは最小深さＩｍｉｎより小さい深さに、且つ／又は最小レンジＲｍｉｎより小さいか若しくは最大レンジＲｍａｘより大きいソナーからの水平距離に位置する距離間隔である。従って、本発明による方法は、ポインティング方向が水面又は水底の方へそれぞれ向けられた場合に、水面又は水底からの反響に由来する潜在的な物体を非常に簡単に拒絶できるようにする。
【００６２】
一体の探知ステップ３０ｉが完了すると、個別セクタの相対方位開口のために、潜在的な物体Ｏｐｉｊの位置に関する不確実性が残る。潜在的な物体Ｏｐｉｊ及びソナー２を分離する直距離ｒｉｊ（即ち距離）と、物体をソナーから分離する水平距離Ｒｉｊ（直距離ｒｉｊ及び恐らくキャリアが固定されていない場合のキャリアの姿勢の、高周波音波印加２２ｉの瞬間におけるポイント方向Ｐｉの仰角θｉからの）と、同様にその深さＩｍｉｊ（仰角θｉ、高周波音波印加２２ｉの瞬間ｔｉにおけるポイント方向Ｐｉ、高周波音波印加の瞬間におけるキャリアの深さＩｍｓｉからの、且つ恐らくその姿勢からの）とを計算する方法は周知である。物体の深さＩｍｉｊは、次の式から与えられる。
Ｉｍｉｊ＝Ｉｍ−ｒｉｊｓｉｎ（θｉｊ）  ［１］
水平距離Ｒｉｊは、次の式から与えられる。
Ｒｉｊ＝ｓｉｎ（θｉｊ）＊ｒｉｊ  ［２］
【００６３】
他方で、水平面における潜在的な物体の位置を正確に知ることは不可能である。この物体は、円弧に対応する潜在的な位置セットを占めることができ、円弧の中心は、音響パルスの放射の瞬間におけるソナー２の位置であり、その半径は、直距離ｒｉｊである。それは、図７に表されている。この図は、同じ仰角を示し、且つ走査期間によって分離されたポイント方向による高周波音波印加の連続的な瞬間であるインデックスｉ及びｉ＋ｋの高周波音波印加の第１の瞬間におけるソナー２の軌道、即ちキャリア１の位置Ｐｓｉ、Ｐｓｉ＋ｋを示す。それぞれ高周波音波印加ステップ２２ｉ、２２ｉ＋ｋに由来する第１のエコーを生成した、且つそれぞれキャリアの直距離ｒｉｊ、ｒｉ＋ｋｊ’に位置する潜在的な物体Ｏｐｉｊ、Ｏｐｉ＋ｋｊ’によって潜在的に占められた位置セットは、それぞれ半径ｒｉｊ、ｒｉ＋ｋｊ’のそれぞれ円弧Ｃｉｊ、Ｃｉ＋ｋｊ’であり、その中心は、それぞれ位置Ｐｓｉ、Ｐｓｉ＋ｋであり、且つポイント方向Ｐｉ、Ｐｉ＋ｋが位置する垂直面に対して対称的である。図７の実施形態において、それぞれこれらの円弧の開口角αｉｊ、αｉ＋ｋｊ’は、２θ３Ｈに等しい。開口角が、２θ３Ｈより大きくなり得ることが理解されよう。
【００６４】
別の欠点は、探知が、僅かな数ではない誤警報を示す可能性があることである。
【００６５】
有利には、走査は、キャリアが直線移動によって所定の速度Ｖａｖｇで前進する場合に、ソナー２の最小レンジＲｍｉｎに少なくとも等しく、最大レンジＲｍａｘより小さい、且つ最小値Ｉｍｉｎと最大値Ｉｍａｘとの間の、ソナーからの水平距離において、地球基準座標系に固定された、且つ方向Ｄに対して直角に位置するワンオフ物体を複数回撮像するような方法で実行される。システムが、多くの目標ヒットを生成するように構成されることが言及されている。従って、走査ステップにおいて、物体から生じる多くの第１のエコーが取得され、これらのエコーは、潜在的な物体によって生成された第１の潜在的なエコーから、水中に有効に浮いている中性浮力物体の位置を特定するために用いられる。この特徴は、目標を探知し得ない可能性を制限できるようにする。
【００６６】
換言すれば、走査速度、走査角度θ、及び撮像されるセクタは、走査ステップ中にソナーの−３ｄＢにおける第１の個別セクタＳＥ１を用いて、Ｒｍｉｎ、Ｒｍａｘ、Ｉｍｉｎ、Ｉｍａｘによって画定された空間に位置する物体を複数回撮像するように選択される。
【００６７】
これは、次のような方法でソナーシステムを構成することによって行うことができる。即ち、地球基準座標系に固定された、且つ方向Ｄに直角で、最小のオーバーラップに少なくとも等しい距離に位置する物体が、キャリアが速度ｖａｖｇで前進する場合に、撮像ステップ中に個別セクタＳＥ１内で複数回にわたり位置を特定されるような方法である。
【００６８】
図８は、第１の個別セクタＳＥ１によって占められる異なる位置ＰＳＥ１ｉ、ＰＳＥ１ｉ＋ｋ、ＰＳＥ１ｉ＋２ｋと同様に、走査期間によって組になって分離された、３つの高周波音波印加ステップ２２ｉ、２２ｉ＋ｋ、２２ｉ＋２ｋにおけるソナーによって占められるそれぞれの位置Ｐｓｉ、Ｐｓｉ＋ｋ、Ｐｓｉ＋２ｋの異なる表現を提供し、それぞれのポイント方向Ｐｉ、Ｐｉ＋ｋ、Ｐｉ＋２ｋは、同じ仰角を示す。換言すれば、これらの高周波音波印加ステップにおいて、第１の個別セクタＳＥ１は、キャリアに対して同じ位置、即ち、垂直面において同じ方位を占める。
【００６９】
これらの固定されたワンオフ物体は、それらが、第１の閾値距離Ｒｈｏｌｅと少なくとも等しい、方向Ｄに直角な水平距離に位置していれば、走査ソナーが、一定の走査速度で複数回にわたり第１の個別セクタを走査する場合に、第１の個別セクタ内で少なくとも３回撮像される。
【数１】
0006509873.tif 000002
この式において、２θ３Ｈは、走査ソナー２の送信パターンにおける−３ｄＢの水平開口であり、Ｄａｖｇは、走査時間中にキャリアによって移動される平均距離である。平均距離の値は、次の式によって与えられる。
Ｄａｖｇ＝Ｖａｖｇ＊Ｔｓｃａｎ  ［４］
この式において、Ｖａｖｇは、走査ステップ中のキャリアの平均速度であり、Ｔｓｃａｎは、走査時間である。
【００７０】
機械的に操縦されるソナー２によって受信された第１のエコーは、物体が撮像されるときに第１の個別セクタ内に位置する物体のみには由来しないことが注目されなければならない。それらはまた、メインローブの残り又はこのセクタの外側に位置する物体に由来する可能性がある。音響パルスは、ポイント方向のレベルにおいて最大を示すｓｉｎθ／θ形式における送信パターンを有効に示す。従って、ソナーは、送信された音響信号の副ローブ内に位置する物体からエコーを受信することができる。ソナーに接近して、例えば、Ｄｈｏｌｅ未満のソナーからの距離に位置する物体は、かなりの強度又はコントラストを示すエコーを返し、それは、物体が、−３ｄＢにおける個別セクタの外側に位置する場合にさえ、閾値化によって、個別の探知ステップにおいて物体を探知することを可能にする。従って、物体はまた、ソナーが前進する場合に何回も探知され得る。
【００７１】
これは、次のことを意味する。即ち、第２の閾値距離Ｒｈｏｌｅは、本発明による方法が機能するために、最小レンジＲｍｉｎより大きくなり得ること、又は潜在的な位置セットを表すために保持される円弧の半径は、−３ｄＢにおける水平開口（相対方位開口ＳＥ１）より大きい開口であるが、しかし例えば−１０ｄＢ若しくは−２０ｄＢにおける水平開口と等しい開口を示す円弧とすることができることを意味する。
【００７２】
有利には、走査は、少なくとも３つの目標ヒットを生成するように実行される。それは、或る位置決め精度を保証することを可能にする。
【００７３】
本発明による方法は、有利には、誤警報確率を低減するために、且つ三次元空間において潜在的な物体の位置を正確に特定するために、複数の目標ヒットから利益を得る。
【００７４】
この目的のために、方法は、有利には、第１の潜在的なエコーを生成した潜在的な物体が占める可能性がある潜在的な位置ＰＯｐｉｊセットの決定ステップ４１ｉｊを各第１の潜在的なエコーＥ１ｉｊ用に含む、潜在的な位置の決定ステップ４０を含む。これらの潜在的な位置は、前記第１の潜在的なエコーＥ１ｉｊから始まる音響パルスの放射の瞬間におけるソナー２の位置から決定される。ソナー２の位置は、有利には、キャリアに対するソナーの位置から、且つキャリアの位置から、処理ユニット５によって計算される。変形形態として、位置決めユニット６は、ソナーの位置を処理ユニット５に直接提供する。
【００７５】
これらの潜在的な位置ＰＯｐｉｊは、水平面における二次元の位置とすることができる。この場合に、図８に関連して前に説明したように、潜在的な物体Ｏｐｉｊが占めることができる潜在的な位置セットは、水平面における円弧Ｃｉｊの投影であり、その中心は、ポインティング方向Ｐｉが位置する垂直面に対して対称的である位置Ｐｓｉであり、その半径は、ソナー２から潜在的な物体を分離する直距離ｒｉｊである。これらの円弧Ｃｉｊは、第１の個別セクタＳＥ１の相対方位開口と等しいか、又は第１の個別セクタの外側で探知される物体を考慮するために、第１の個別セクタの相対方位開口＋第１の個別セクタの開口の小部分に対応する所定の許容誤差開口と等しい開口角を示すことができる。前に言及したように、円弧の開口角は、例えば、−１０ｄＢ又は−２０ｄＢにおける水平開口と等しくすることができる。
【００７６】
方法はまた、地球基準座標系における固定位置Ｐｆが、物体によって実際に占められる確率に対応する占有のそれぞれの確率を割り当てられる累積ステップ５０を含む。これらの確率は、累積ステップの最初にステップ５１において、例えば０に初期化され、且つ前記固定位置が、潜在的な位置のセットの決定ステップ４０において潜在的な位置として識別されるたびに、増分される５２ｉｊ。確率を割り当てられた固定位置Ｐｆは、図７に表されているグリッド１０のセルである。
【００７７】
潜在的な位置が、水平面における二次元の位置である場合に、確率を割り当てられる固定位置は二次元グリッドのセルであり、それらの側部は平行であり、方向Ｄに対して直角である。
【００７８】
方法は、固定位置の外で物体によって有効に占められる位置である有効な位置の識別ステップ６０を含み、有効な位置は、所定の確率閾値を超える占有の確率を割り当てられた固定位置から取得される。このステップは、十分な回数見られる物体のみを選択できるようにする。このステップが完了すると、（方法によって十分な回数見られない）関連のない潜在的な物体が削除された。ほぼ固定された位置を占める係維機雷及び他の誤警報に反して、動いている魚を削除することは特に可能だった。
【００７９】
有効な位置は、所定の閾値（極大）未満の半径の円において最大確率を割り当てられる二次元の位置に対応する。
【００８０】
図７の場合に、固定位置は全て、固定位置（又はセル）、即ちそれらにわたって円弧が延びる固定位置（又はセル）用に１に等しい確率か、それらにわたって円弧が延びない固定位置用に０に等しい確率か、又は２つの円弧の交点に位置する固定位置用に２に等しい確率のいずれかを割り当てられる。
【００８１】
増分は、固定することができる。変形形態として、増分は、潜在的な物体によって生成された第１のエコーのコントラストが大きい場合に一層大きい。それは、強いエコー、即ち、かなりのコントラストを備えたエコーにより大きい信頼性を与えることができるようにする。
【００８２】
物体の位置を特定するステップは、確率閾値を超える確率を割り当てられた位置に対応する潜在的な位置を占める潜在的な物体によって生成された第１の潜在的なエコーを生じる音響パルスの放射におけるポイント方向の仰角からの、且つ潜在的な物体及び機械的に操縦されるソナーを分離する距離からの、垂直面において有効に占められた垂直座標の計算ステップ７０を含む。この値は、考慮される第１の潜在的なエコーを生じる高周波音波印加におけるポイント方向の仰角の平均又は中央値から取得することができる。
【００８３】
換言すれば、物体の位置を特定するステップは、確率閾値を超える確率を割り当てられた位置に対応する潜在的な位置を占める潜在的な物体の深さからの、且つ潜在的な物体及びソナーを分離する距離からの、垂直面において有効に占められた垂直座標の計算ステップ７０を含む。潜在的な物体の深さは、式［１］によって定義される。前に説明したこの方法は、三次元空間において優れた精度で物体の位置を特定できるようにする。垂直方向における分解能は、第１の個別セクタの高さ開口によって定義される。
【００８４】
変形形態として、固定位置は、三次元の地理的位置である。それらは、例えば、三次元グリッドのセルであり、その高さは、第１の個別セクタの開口＋可能な予め定義された高さ許容誤差（ソナー２からセルを分離する水平距離の関数として可変である）に対応する。従って、方法は、第１の個別セクタの高さ開口に対応する垂直分解能を取得できるようにする。
【００８５】
この場合に、中性浮力を有する物体の位置を特定するステップは、有効な位置の選択ステップ６０に対応する。
【００８６】
有利には、図１で分かるように、本発明によるシステムは、広い相対方位開口及び狭い高さ開口の示す第２の個別セクタＳＥ２において、図３に見える第２の指向性ポインティング方向ＰＡ２における海底７を撮像するように意図された少なくとも１つの側方監視ソナー９を含み、側方監視ソナー９は、第２のポインティング方向ＰＡ２が、キャリアに対してほぼ横方向に、好ましくは、主方向Ｄを通過する垂直面に対して、第１のポインティング方向ＰＡ１と同じキャリア１の側において、主方向Ｄとほぼ直角に向けられるように、相対方位の点で複数の受信チャネルの形成し、キャリア１に実装される。ソナーは、合成開口側方監視ソナーとすることができる。
【００８７】
走査ステップ２０と同時の海底撮像ステップ１００において、側方監視ソナーは、ステップ１００ｔ（例えばｔ＝１〜Ｎ）で、高周波音波印加の第２の連続的な瞬間に第２の連続的な音響パルスを送信し、且つステップ１０１ｔで、それぞれの第２の音響パルスに由来する第２の連続的な音響信号ｓｉ２を取得する。有利には、高周波音波印加の第２の連続的な瞬間は、高周波音波印加の第１の連続的な瞬間と同じ瞬間である。換言すれば、ソナーは、同期される。それは、ソナーに互いに干渉させないようにすることを可能にする。結果として、ソナーは、同じパルス繰り返し率及び従って同じレンジを有する。有利には、２つのソナーの放射周波数帯域は重ならない。
【００８８】
システムは、それぞれ機械的に操縦されるソナー及び側方監視ソナーによる同じ取得の期間に取得される、第１の音響信号を表す第１のソナー画像Ｉ１及び第２の音響信号を表す第２のソナー画像Ｉ２を、図９に表されているように、ステップ１１０で同時に表示するように意図された表示装置１１を含む、例えば水上船舶上に配置されたヒューマンマシンインターフェース１０を更に含む。換言すれば、表示装置は、第１及び第２の音響信号からソナー画像を生成するための手段を含む。物体から生じるエコーは、画像上で目に見え、且つかなりの強度を表す。
【００８９】
ヒューマンマシンインターフェースは、第１及び第２の画像が同時に表示される場合に、オペレータが、中性浮力を有する水中物体によって生成された第１のエコーを第１の画像上で視覚的に識別するときに、第２のエコーが水中物体のほぼ直下の海底に置かれた物体によって反射されたかどうかを、第２の画像上で視覚的に瞬間的に識別できるように構成される。
【００９０】
換言すれば、ヒューマンマシンインターフェースは、オペレータが、ほぼ互いの真上及び真下に位置する第１及び第２エコーの位置を、２つの画像上において瞬間的で視覚的に同時に特定できるように構成される。換言すれば、ヒューマンマシンインターフェースは、オペレータが、２つの画像上で、地球基準座標系におけるほぼ同じ地理的座標から、第１のエコー及び第２のエコーの位置を同時に視覚的に特定できるように構成される。この特徴は、特に、オペレータが、魚などの自由浮遊物体からの第１のエコーを海底７に置かれた物体に連結された係維機雷から区別できるようにすることによって、誤警報を除去できるようにする。図９の実施形態において、第１の画像Ｉ１及び第２の画像Ｉ２は、同時に表示される。これらのそれぞれの画像Ｉ１、Ｉ２は、第１及び第２の信号に含まれるエコーの強度を表す。表示装置は、次のように構成される。即ち、表示される第１の画像及び第２の画像が、ほぼ同一のサイズであるように、それぞれ機械的に操縦されるソナー及び側方監視ソナーから同じ距離、即ち直距離に位置する物体からの第１のエコー及び第２のエコーが、ほぼ同じ横座標で表されるように、且つそれぞれ第１及び第２の同時パルス後に生成される第１のエコー及び第２のエコーが、２つの画像Ｉ１及びＩ２上の同じ縦座標に位置するように構成される。２つの画像は、地理的に同期されると言われる。変形形態として、第１の画像は重畳され、一方で２つの記号の使用によって識別することができる。第１及び第２のエコーは、例えば、２つの異なる色によって表すことができる。
【００９１】
有利には、図９の実施形態において、第１の画像Ｉ１及び第２の画像Ｉ２は、同じ座標系に従う非常に強い第１のエコーＥ１ａ、Ｅ１ｂ、Ｅ１ｃ、Ｅ１ｅ、Ｅ１ｆ、Ｅ１ｇ及び第２のエコーＥ２ａ、Ｅ２ｂを含む。図９は、２つのソナーのそれぞれの観測ゾーン外側に位置する物体から、例えば水面からの反響から生じるエコーを示さない。これらのエコーは、有利には、表示ステップ１１０の前に減衰又は削除される。暗騒音は、白で表され、ソナー画像上のブライトエコーは、ここでは黒で表される。この図において、表示モードは、ソナーに対して固定された所定のポイントから、エコーを生成した物体を分離する音響信号（縦座標上の）／距離ｄ（横座標上の）に含まれるエコーを生じる音響パルスの放射の瞬間モードｔである。固定されたポイントは、例えば、互いにほぼ一致するソナーの位置である。この距離は、処理ユニットによって計算される。音響パルスの放射の瞬間は、２つのソナーの−３ｄＢにおける個別セクタの相対方位開口にほぼ対応する不確実性を備えた主方向Ｄに従う物体の位置を表す。
【００９２】
換言すれば、第１の画像Ｉ１は、縦座標において、第１の音響パルスの第１の放射の瞬間の関数として、且つ横座標において、信号に含まれるエコーを生成した物体を機械的に操縦されるソナーから分離する距離の関数として、即ち、取得の瞬間の関数として第１の音響信号の強度を表す。第２の画像は、第２の音響パルスの第２の放射の瞬間の関数として、即ち、縦座標における取得の瞬間の関数として、且つ横座標において、信号に含まれるエコーを生成した物体を側方監視ソナーから分離する距離の関数として、第２の音響信号の強度を表す。表示装置は、同一の放射の瞬間からのエコーが、ウィンドウ又は表示画面１７上の同じ縦座標で表示され、表示される距離スケール及び距離レンジの原点が、２つの画像に対して同じであるように構成される。
【００９３】
第１の画像Ｉ１において、第１の連続的なエコーＥ１ａ、Ｅ１ｂ、Ｅ１ｃ及び連続的なエコーＥ１ｅ、Ｅ１ｆ、Ｅ１ｇの２つのトリプレットが識別される。これは、機械的に操縦されるソナー２が、少なくとも３つの目標ヒットを生成するように構成されるという事実によるものである。従って、ポイント方向が同じ仰角（即ち、走査期間によって時間において分離された）を示す３つの撮像ステップ中にキャリアが方向Ｄに移動している間の走査ステップにおいて、浮遊物体が、ソナーによって３回探知される。エコーをソナー２から分離する直距離は、エコーＥ１ａとエコーＥ１ｂとの間で増加し、且つエコーＥ１ｂとエコーＥ１ｃとの間で減少する。これは、キャリアが、その移動において、固定浮遊物体に接近し、次にそこから立ち去るという事実によるものである。同じことは、ポイントＥ１ｄ、Ｅ１ｆ、Ｅ１ｇのトリプレットに当てはまる。
【００９４】
第２の画像において、第２のエコーＥ２ａは、第１の放射、即ちそれにエコーＥ１ｂが由来する第１の放射と同時の第２の放射からのものであり、何故なら、それらがほぼ同じ縦座標に位置するからである。更に、これらのエコーは、ほぼ同じ横座標に位置するため、２つのソナー２、９から同じ距離に位置している。従って、たとえエコーＥ１ｅ、Ｅ１ｆ、Ｅ１ｇの近くで第２の画像Ｉ２上で見える第２のエコーが存在しなくても、エコーＥ１ａ、Ｅ１ｂ及びＥ１ｃを生成した物体が係維機雷であるという高い確率が存在する。これらの第１のエコーは、恐らく自由浮遊物体からである。同じことは、それ自体の近くにいかなる対応する第１のエコーも有しない、恐らく海底に置かれた物体からであるエコーＥ２ｂに当てはまる。
【００９５】
従って、前に説明したような表示は、オペレータが、エコーを分類するか又は処理ユニットによって取得された有効な物体の探知を確認できるようにする。有利には、ヒューマンマシンインターフェース１０は、オペレータが、第１の画像上で見える第１のエコー（手動探知の場合）を、又は係維機雷クラス及び自由浮遊物体クラスを含む複数のクラスから得られた第１のクラスにおける中性浮力を有する有効な水中物体からであるとして処理ユニット５によって識別される第１の有効なエコー（自動探知の場合）をステップ１２０において分類できるようにする分類ユニット１２を含む。
【００９６】
処理ユニット５はまた、オペレータによって係維機雷クラスに分類された第１のエコーのみの位置を特定するように構成することができる。次に、位置の特定は、関係のあるエコーの取得用のポイント方向及びこのエコーの受信の瞬間のみによって実行される。
【００９７】
有利には、ヒューマンマシンインターフェースは、オペレータが、第１のカーソル５１及び第２のカーソル５２を同時に動かすことができるようにする追跡手段１３を含む。これらのカーソルは、表示装置によって表示される。第１のカーソル５１は、第１の画像Ｉ１上に表示される。第２のカーソル５２は、第２の画像Ｉ２上に表示される。換言すれば、カーソル５１、５２は、それぞれの画像Ｉ１及びＩ２上に重畳される。表示装置は、２つのカーソルが、２つの画像上で、ポイント位置と呼ばれる、地球基準座標系における同じ地理的位置に対応するそれぞれの位置を占めるように構成される。そうでなければ、２つの画像上で２つのカーソルによって占められる座標は、地球基準座標系における同一の地理的位置に対応する。このカーソルを用いれば、図９において同じサイズの画像を提供することは必須ではない。追跡手段は、例えば、マウス、オペレータが異なる方向にカーソルを向けることができるようにするキーセット、又はタッチゾーンさえも含む。
【００９８】
有利には、図９で分かるように、第１の画像Ｉ１に表示されたカーソル５１は、処理ユニット又は表示装置によって動的に計算された曲線５３を提供される。曲線５３は、カーソルによって指し示された位置に依存する。それは、カーソルによって指し示された位置のまわりに延び、且つ画像上でカーソルによって指し示された位置で表されているエコーを生成した物体によって生成されたエコーの可能な位置セットを第１の画像上に表すように構成される。従って、カーソルがＥ１ｂに置かれた場合に、関連する曲線は、ポイントＥ１ｃ及びＥ１ａを通過する。このカーソルは、水の体積における不動物体の連続的なエコーの予想される位置を視覚化できるようにし、且つ従って興味のある接触から可能なエコーを識別する際にオペレータを支援する。この曲線は、ほぼ以下のように計算される。
【００９９】
カーソルが、座標ｔｉ及びｒｉを有する位置を指し示す場合に（ここで、ｔｉは、エコーを生じる高周波音波印加の瞬間ｔｉに対応し、ｒｉは、エコーを生じる物体と体積走査ソナーとの間の直距離を表す）、瞬間ｔｉ＋ｋにおける時間軸上に位置する距離軸上の曲線の位置ｒｉ＋ｋは、次のように計算される。
【数２】
0006509873.tif 000003
ｒｉ−ｋ＝ｒｉ＋ｋである。曲線５３は、好ましくは時間軸ｔに沿った位置ｉを中心とする。
【０１００】
有利には、図９に表されているように、表示装置は、処理ユニット５によって探知されたエコーによって有効に占められていると考えられる有効な位置において、第１の画像及び／又は第２の画像上に重畳されたシンボルＳＥを表示するように構成される。それは、分類を加速し、分類の妥当性を改善するために、第１の有効なエコーが既に探知されたゾーンにオペレータが集中できるようにする。図９において、３つの第１のエコーＥ１ａ、Ｅ１ｂ、Ｅ１ｃから処理ユニットによって識別された有効な位置に対応するシンボルＳＥが、第１の画像上にのみ表示される。シンボルＳＥは、図９の非限定的な例において正方形である。
【０１０１】
有利には、図３に表されているように、側方監視ソナーは、それぞれ、海底と側方監視ソナーとの間の、且つ水の高さ、即ちそれを越えてはエコーが弱くなり過ぎる水の高さに近い方向Ｄに直角な水平距離に対応する第２の個別セクタＳＥ２の境界を定めるそれぞれの方向ＤＩｍｉｎ及びＤＩｍａｘによって画定される最小観測レンジＲＩｍｉｎ及び最大観測レンジＲＩｍａｘによって境界を定められた観測ゾーンにおける海底７を撮像するように構成される。
【０１０２】
有利には、最小及び最大観測レンジＤＩｍｉｎ及びＤＩｍａｘは、機械的に操縦されるソナー２の最小及び最大観測レンジＲｍｉｎ及びＲｍａｘとほぼ等しい。この構成は、同じ掃引にわたって、且つ同じゾーンで係維機雷及び海底に置かれた機雷の捜索を同時に実行できるようにし、それは、キャリアの軌道及び従って調べられるより広いゾーンを調べるために必要とされる時間を最適化できるようにする。
【０１０３】
機械的走査及び側方監視ソナーは、機雷のサイズに適合する角度分解能を示すために、数十〜数百ｋＨｚに及ぶ周波数で動作する。有利には、第１及び第２の音響パルスは、少なくとも５０ｋＨｚと等しい帯域幅を示す。この特徴は、水面からの反響に由来するエコーを制限し、且つ探知される物体のコントラストを増加させることを可能にする。
【０１０４】
図の実施形態において、本発明によるシステムは、キャリアの２つのフランク上に、即ち、方向Ｄの両側に配置され、且つ図３に表されているようなこの面に対して対称的に方向Ｄを通過する垂直面の両側で、キャリアに対して横方向の海底及び海洋環境を撮像するように構成された２つの側方監視ソナー及び２つの機械的に操縦されるソナーを含み、図３は、方向Ｄを通過する垂直面に対して、それぞれ走査ソナー２及び側方監視ソナー９に対称的な他の走査ソナー２’及び側方監視ソナー９’によって送信される他の第１及び第２の個別セクタＳＥ１’、ＳＥ２’を示す。異なる数の側方監視ソナー及び機械的に操縦されるソナーを想定することができる。
【図１】
0006509873.tif 000004
【図２】
0006509873.tif 000005
【図３】
0006509873.tif 000006
【図４】
0006509873.tif 000007
【図５】
0006509873.tif 000008
【図６】
0006509873.tif 000009
【図７】
0006509873.tif 000010
【図８】
0006509873.tif 000011
【図９】
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