FR2822959A1 - Systeme de detection sous-marine basse frequence remorque - Google Patents

Abstract

L'invention conceme les systèmes de détection sous-marine à basse fréquence comprenant une antenne linéaire remorquée (12, 13).Elle consiste à réaliser les transducteurs de l'antenne d'émission (12) sous la forme de flextenseurs de type cylindrique (20) et à former des voies directives d'émission couvrant tout l'espace.Elle permet d'alléger l'ensemble et de faciliter la mise en oeuvre à la mer, qui devient automatisable.

Description

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La présente invention se rapporte aux systèmes de détection sous-marine qui utilisent au moins une antenne linéaire de réception remorquée par un bâtiment de surface ou par un sous-marin. Plus particulièrement, elle concerne les systèmes d'activation des antennes linéaires remorquées à partir d'un bâtiment de surface et enroulables sur treuils.

Dans les systèmes connus, le bâtiment de surface remorque un poisson qui comporte l'émetteur acoustique composé de plusieurs transducteurs basse fréquence et auquel est accrochée l'antenne linéaire de réception. On trouvera par exemple la description d'un tel système dans le brevet français nO 95 07228 déposé le 16 juin 1995 par la société ThomsonCSF, publié le 31 octobre 1996 sous le no 2 735 645 et délivré le 30 juillet 1997. Ces systèmes demandent des moyens importants en ce qui concerne la mise à l'eau et la récupération à bord du bateau. En moyens matériels, le bateau doit disposer d'au moins une grue associée à un treuil, et en moyens humains, l'expérience montre qu'il faut au moins 3 personnes pour effectuer les manoeuvres dans des conditions de sécurité qui restent cependant médiocres, voire mauvaises par mer forte.

Pour fixer les idées, un poisson tel que celui décrit dans le brevet précité pèse dans l'air autour de 2 tonnes. Ainsi, notamment lors de la récupération, il faut remonter le poisson après avoir enroulé le câble lourd sur un treuil avec l'antenne linéaire accrochée derrière, puis déconnecter l'antenne et l'enrouler sur un deuxième treuil.

Selon l'art antérieur, par exemple décrit dans le brevet français n 94 15109 déposé le 15 décembre 1994 par la Délégation Générale à l'Armement et publié le 21 juin 1996 sous le no 2 728 425, t'émetteur acoustique est formé d'une antenne linéaire comportant des transducteurs électroacoustiques de type Tonpilz à 2 pavillons. Selon une réalisation décrite page 19 et figure 6, l'antenne d'émission est suivie d'une ou plusieurs antennes linéaires de réception, l'une au moins étant à levée d'ambiguïté. Si ce système résout le problème de la manutention évoqué précédemment et permet d'obtenir un système de lutte anti-sous-marine plus léger que les systèmes connus, il présente l'inconvénient d'être directif en émission, ce qui est bien conforme au but de l'invention décrite dans ce brevet, qui est de

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passer d'un système d'émission volumique connu à un système linéaire très directif dans un plan horizontal. De ce fait, l'utilisation de transducteurs de type Tonpilz dont les faces émissives sont situées dans l'axe de l'antenne ne permet pas la formation de voies dans des directions inclinées par rapport à cet axe. Ceci provient des interactions acoustiques entre les transducteurs qui s'insonifient mutuellement. De plus le diamètre de l'antenne est grand, de l'ordre de 20 cm, ce qui pose d'énormes problèmes pour l'enrouler sur un treuil.

Dans ces conditions, l'intérêt opérationnel de ce dispositif est très réduit.

Pour pallier ces inconvénients, l'invention propose d'utiliser une antenne linéaire d'émission composée de transducteurs flextenseurs de type cylindrique combinée à un système de formation de voies à l'émission couvrant tout l'espace.

Selon une autre caractéristique de l'invention, on utilise 3 modes d'émission distincts, l'un directif, l'autre sectoriel et le troisième du type connu RDT.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le mode d'émission RDT est à double faisceaux.

Selon une autre caractéristique de l'invention, on associe à l'antenne d'émission une antenne de réception comportant des triplets d'hydrophones intégrés de manière rigide dans une seule antenne linéaire.

Enfin, selon une autre caractéristique de l'invention, les diamètres des antennes d'émission et de réception sont égaux.

D'autres particularités et avantages apparaîtront clairement dans la description suivante, faite à titre d'exemple non limitatif en regard des figures annexées qui représentent : - la figure 1, une vue schématique de l'ensemble du système ; - la figure 2, une vue en perspective de deux ensembles d'émission ; - la figure 3, une vue en coupe d'un transducteur 20 de la figure 2 ; - la figure 4, un graphique des modes d'émission directif et sectoriel

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la figure 5, une loi de correction de phase des signaux d'émission ; la figure 6, un graphique du mode d'émission RDT ; la figure 7, un diagramme des temps d'émission dans ce mode
RDT ; la figure 8, une vue en perspective d'un ensemble de modules de réception assemblés ; et la figure 9, une vue éclatée en perspective d'un de ces modules.

Sur la figure 1 qui représente un schéma d'ensemble du système, un bâtiment de surface 10 remorque par l'intermédiaire d'un câble lourd 11 une antenne d'émission 12 et une antenne de réception 13. De manière connue, des modules amortisseurs 112 et 113 viennent réduire les vibrations engendrées par le remorquage ainsi que par un câble de queue 114.

Sur la figure 2 on a représenté un exemple de réalisation de deux ensembles d'émission qui constitueront une antenne d'émission après leur mise en gaine. Chaque ensemble est formé d'un transducteur flextenseur 20 et d'un conteneur cylindrique 21 permettant d'ajuster la flottabilité de l'ensemble. Le transducteur est du type flextenseur monocoque fendue tel que décrit par exemple dans le brevet français nO 95 10534 déposé le 8 septembre 1995 par la Demanderesse, publié le 20 janvier 1997 sous le no 2 738 704 et délivré le 7 octobre 1997. Des anneaux 200 munis de trois ergots 201 à 1200 permettent le maintien et le centrage des transducteurs dans la gaine. En tête de l'antenne, un module non représenté contient les transformateurs électriques permettant d'élever la tension et de les accorder à la fréquence d'émission. Ils sont reliés aux 2 fils de commande 30 des moteurs piézoélectriques des transducteurs représentés suivant une coupe longitudinale sur la figure 3.

Chaque transducteur étant essentiellement capacitif de valeur C, l'accord est réalisé à partir de l'inductance L du transformateur en appliquant

1 la formule m= =, (o étant la pulsation correspondant à la fréquence TLC d'émission.

Ce module reçoit les signaux du bâtiment de surface par l'intermédiaire du câble électro-porteur 11.

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Selon l'invention, on forme des voies à l'émission dans tout l'espace en utilisant de manière connue des signaux obtenus d'un ensemble de traitement numérique situé à bord du bateau.

On utilise pour cela 3 modes d'émission : - un mode connu sous le nom anglo-saxon de RDT pour"Rotary
Directional Transmitter", sur 360 , - un mode sectoriel, - un mode directionnel.

A chaque mode d'émission est associée une formation de voie numérique par retard désignée en anglo-saxon sous le terme de"Inverse Beam Forming".

De manière classique, les émissions sont formées d'impulsions CW, ou FM hyperbolique, ou une combinaison des deux, ou encore BPSK (Binary Phase Shifting Key) sur des durées variables. Pour former une voie, les signaux générés à partir de synthétiseurs de fréquence et numérisés sont retardés avec une valeur déterminée de retard pour chaque transducteur flextenseur, puis amplifiés pour être envoyés vers l'antenne d'émission.

La figure 4 représente schématiquement les diagrammes de rayonnement obtenus en mode directif et en mode sectoriel. En mode directif, le faisceau est le plus étroit possible compte tenu de la résolution de l'antenne et à chaque impulsion émise correspond une direction différente.

On rappelle que pour une antenne linéaire, le diagramme de rayonnement présente un volume à symétrie de révolution autour de l'axe de l'antenne sauf pour les 2 directions droite-gauche dans l'axe de l'antenne, en anglo-saxon"end-fire". On rappelle aussi que les largeurs de lobes sont variables, de la plus étroite sur le côté perpendiculairement à l'axe de l'antenne, en anglo-saxon"broad-side", à la plus large en"end-fire".

Les formations de voies sont obtenues classiquement par des retards ou des déphasages introduits sur le signal de chaque transducteur fi extenseur, ce signal étant fourni par des synthétiseurs de fréquence suivant le type d'impulsion émise. Les retards sont élaborés numériquement à partir de cartes électroniques du commerce.

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De manière connue, le mode sectoriel est obtenu par élargissement du lobe principal du faisceau d'émission en programmant une loi de retard ou de phase adaptée sur les signaux des transducteurs, par exemple une loi de type quadratique.

Suivant un exemple de réalisation, l'antenne d'émission comporte

1 or) 16 transducteurs et la loi de correction de phase A (ex 180 appliquée est 2n représentée sur la figure 5, permettant d'obtenir des lobes de directivité à flancs raides pour mieux les séparer.

Suivant une caractéristique de l'invention, on applique un mode RDT à l'antenne d'émission pour obtenir une émission omnidirectionnelle à partir d'une impulsion longue. La figure 6 représente le diagramme de rayonnement obtenu selon des secteurs numérotés de 1 à 12. L'impulsion émise est divisée en 6 tranches juxtaposées de durée AT. Comme représenté sur la figure 7, chaque tranche d'impulsion fournit une émission suivant 2 secteurs. Chaque tranche AT peut correspondre à une impulsion codée en bande large ou en CW, ou les deux.

Suivant l'invention, l'antenne de réception comporte un dispositif à triplets d'hydrophones intégré de manière rigide dans une seule antenne linéaire. On effectue alors une formation de voie droite/gauche comme décrit par exemple dans le brevet français no 89 11749 déposé le 8 septembre 1989 par la société Thomson-CSF, publié le 15 mars 1991 sous le no 2 651 950 et délivré le 17 avril 1992. Ainsi la levée d'ambiguïté est alors faite avec une seule impulsion émise. Suivant un exemple de réalisation, la discrimination droite/gauche est obtenue dans les secteurs en gisement 30 - 1500 et 2100-3300.

Les figures 8 et 9 représentent respectivement un ensemble de modules de l'antenne de réception avant la mise en gaine, et un tel module de réception en vue éclatée.

Chaque module contient 3 hydrophones 9 insensibles à l'accélération et positionnés aux sommets d'un triangle équilatéral dans un

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plan perpendiculaire à l'axe de l'antenne (le troisième est caché sur la figure). Ces hydrophones sont supportés par une plaque 90 dans laquelle est pratiqué un logement 91 pour installer un petit conteneur cylindrique contenant l'électronique de réception. La plaque est maintenue en place au moyen d'épaulements 92 pratiqués sur deux parties 93 et 94 formant le module avec une troisième partie 95. Une pièce annulaire 96 munie d'ergots assure le maintien sans torsion des modules entre eux. L'ensemble est maintenu dans la gaine par les pièces de centrage 80. On obtient ainsi une antenne de réception à levée d'ambiguïté compacte et permettant d'obtenir une directivité dans le plan vertical.

Selon un exemple de réalisation, les antennes d'émission et de réception ont un diamètre égal à environ 85 mm, la bande de fréquence étant située autour de 1,5 Hertz, et l'antenne de réception est composée de 128 modules, soit 3 x 128 canaux de réception, et on obtient une directivité dans le plan vertical comprise entre 11 oc et 1200.

Claims (4)

REVENDICATIONS

1. Système de détection sous-marine basse fréquence remorqué comprenant en série sur une même ligne de remorquage une antenne linéaire d'émission (12) suivie d'une antenne linéaire de réception (13) à levée d'ambiguïté, caractérisé en ce que l'antenne d'émission comporte un ensemble de transducteurs flextenseurs (20) de type cylindrique et des moyens pour alimenter ces transducteurs de manière à former des voies à l'émission couvrant tout l'espace, les 2 antennes ayant un diamètre sensiblement égal.

2. Système selon la revendication 1, dont l'antenne linéaire de réception est formée de modules de réception (8), caractérisé en ce que chacun de ces modules comporte 3 hydrophones (9) dans un plan perpendiculaire à l'axe de l'antenne.

3. Système selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on utilise 3 modes d'émission distincts, t'un directif, l'autre sectoriel, et le troisième du type connu RDT.

4. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que le mode RDT est du type à double faisceaux.