Système d`imagerie à émissions multiples et simultanées

Europâisches Patentamt
(19
European Patent Office
© Numéro de publication:
Office européen des brevets
©
DEMANDE
DE BREVET
, dépôt: 18.09.81
(22) Date de
© Priorité: 10.10.80 FR 8021681
© Date de publication de la demande:
21.04.82 Bulletin 82/16
© Etats contractants désignés:
BE DE GB nr NL
© Système d'imagerie à émissions multiples et simultanées.
o
10
o
050
A1
© Numéro de dépôt: 81401463.5
o
(0
o
0
Système d'imagerie bidimensionnelle par échos, comportant une antenne d'émission et une antenne de réception.
L'antenne d'émission est composée d'un alignement
d'émetteurs (E,, E2,..,Ei,...,EN) parallèle à une direction Oz et
une antenne de réception composée d'un alignement de
récepteurs (H1, H2,..., Hj,..., HN) suivant une direction Ox.
Tous les émetteurs émettent simultanément des signaux à
des codes tous différents. Les.signaux reçus sont démodulés
et les composantes réelle et imaginaire de ces signaux sont
appliqués à deux circuits de multiplexage (61.1, 61.2). Les
signaux multiplexés après modulation sont appliqués à un
circuit de transformation de Fourier (63), ce qui fournit
séquentiellement des voies de réception Vk(@k) pour la
direction repérée par l'angle @k et qui sont mis dans les
mémoires (66.1, 66.2). D'autres mémoires (70.1, 70.2) contiennent des signaux Si(φi) émis dans une direction d'angle
repéré par φi. Les deux couples de mémoires (66.1, 66.2 et
70.1, 70.2) sont liés et les signaux sont appliqués après
modulation à un dispositif de convolution (61) qui fournit les
signaux de l'image bidimensionnelle.
Application aux caméras sous-marines ultrasonores et
aux classificateurs de cibles sous-marines à l'imagerie
acoustique médicale et aux tests non destructifs.
EUROPEEN
©Int. Cl.3: G 01 S 1 5 / 8 9
G 10 K 1 1 / 3 4
© Demandeur: THOMSON-CSF
173, Boulevard Haussmann
F-75360 Paris Cedex 08(FR)
© Inventeur: Tournois, Pierre
THOMSON-CSF SCPI - 173, bld Haussmann
F-75360 Paris Cedex 08(FR)
0 6 0
La présente
invention
a pour
objet
l'amélioration
des
systèmes
de
d é t e c t i o n par échos du type radar ou sonar, p e r m e t t a n t de fournir une i m a g e
de l'espace environnant en temps réel. Le dispositif suivant l ' i n v e n t i o n
s'applique plus p a r t i c u l i è r e m e n t
formation
sonars à haute définition p a r
acoustiques et les systèmes d e
aux appareils
tels que les c a m é r a s
de voies,
c l a s s i f i c a t i o n de cibles en technique s o u s - m a r i n e , l'imagerie s ' e f f e c t u a n t e n
vision frontale. L'invention s'applique aussi à l'imagerie acoustique m é d i c a l e
et aux tests non d e s t r u c t i f s .
Les systèmes de type radar ou sonar sont g é n é r a l e m e n t constitués d'au
moins un é m e t t e u r
observer
dont les signaux émis "éclairent"
le champ
angulaire à
dont les signaux reçus sont u t i l i s é s
un ensemble de voies angulaires couvrant ce champ. A c h a q u e
et d'une antenne
pour former
de réception
voie formée correspond une r é p a r t i t i o n de l'énergie reçue dans l'espace, d o n t
la largeur angulaire du lobe principal à la puissance moitié définit la
résolution a n g u l a i r e .
Il est connu de réaliser une i m a g e r i e à l'aide d'antennes d'émission e t
de réception
directions
formées
par des
alignements
de
transducteurs,
suivant
des
Les signaux reçus autour d'une f r é q u e n c e f par les
t r a n s d u c t e u r s de l'antenne de réception sont r e t a r d é s ou déphasés les uns p a r
orthogonales.
rapport aux autres pour former des voies dans des directions faisant un a n g l e
constant avec la direction de cette a n t e n n e de r é c e p t i o n .
Les signaux émis autour de c e t t e f r é q u e n c e f, par les t r a n s d u c t e u r s d e
l'antenne
d'émission,
sont
retardés
ou
déphasés
les
uns
par
rapport
aux
autres, pour former des voies dans des directions faisant un angle c o n s t a n t
avec la direction de l'antenne d'émission. La formation des voies d'émission
se fait s é q u e n t i e l l e m e n t dans le t e m p s .
On obtient
ainsi s u c c e s s i v e m e n t
des voies d'émission
et de r é c e p t i o n
fines avec des largeurs angulaires des d i a g r a m m e s à 3db d ' a t t é n u a t i o n = À / L ,
ou À
est la longueur d'onde c o r r e s p o n d a n t à la fréquence f dans le milieu de
et L la longueur supposée égale des antennes d'émission et d e
propagation,
réception.
Ce
antérieur
formation
de
dispositif
a le d é s a v a n t a g e
de
voies
faible
d'une
angulaires
cadence
l'art
suivant
fines,
d'information,
car
il f a u t
é m e t t r e sur tous les é m e t t e u r s a u t a n t de fois qu'il y a de voies d ' é m i s s i o n .
Il est connu é g a l e m e n t de réaliser une imagerie a c o u s t i q u e avec u n
seul é m e t t e u r
angulaire désiré. L ' a n t e n n e de r é c e p -
qui insonifie le champ
tion, dans c e t t e disposition est formée de plusieurs a l i g n e m e n t s de t r a n s d u c de l'ensemble
Un t r a i t e m e n t
teurs.
des voies
permet
de former
nombre
de voies à former
est
lorsque
l'on
une
obtenir
veut
des signaux
fines
angulaires
important,
résolution
reçus
dans
le t r a n s d u c t e u r
par
deux
ce qui est g é n é r a l e m e n t
angulaire
Si l e
directions.
le
fine,
le c a s
nombre
de
r é c e p t e u r s est i m p o r t a n t et le volume de circuits é l e c t r i q u e s é g a l e m e n t .
Il est aussi connu d ' e f f e c t u e r
lentilles acoustiques.
la formation
des voies en utilisant
avec ce procédé
Cependant
des
le champ angulaire r e s t e
limité à quelques degrés et n é c e s s i t e une "rétine" dans le plan de f o c a l i s a tion.
à ces i n c o n v é n i e n t s par d e s
émissions à des codes d i f f é r e n t s des é m e t t e u r s formant l ' a n t e n n e d ' é m i s s i o n .
Le dispositif,
suivant l'invention
remédie
de voies d'émission avec des m o y e n s
réduits. De plus l'imagerie est obtenue en temps r é e l .
Cette
technique
permet
Brièvement
c'est
la f o r m a t i o n
un s y s t è m e
points de résolution suivant
d'imagerie
d'obtenir
permettant
P x Q
des coordonnées de p a r a m è t r e s 0 e t φ c o m p o r -
tant : une antenne d'émission c o m p o s é e d e M é m e t t e u r s (E1, E2,..., E i , . . . E M )
é m e t t a n t s i m u l t a n é m e n t des signaux codés C1, C2,..., Ci,... CM, les c o d e s
étant tous d i f f é r e n t s et s é p a r a b l e s , une antenne de r é c e p t i o n c o m p o s é e de N
r é c e p t e u r s (H1, H2,....Hj...HN) r e c e v a n t les signaux diffusés par des c i b l e s ,
des moyens de t r a i t e m e n t des signaux reçus et des moyens d ' e x p l o i t a t i o n d e s
signaux
traités ; caractérisé
comportent
appelées
formation
par
le
fait
que
les
moyens
de
traitement
en combinaison : des moyens de formation de P voies a n g u l a i r e s
"voies
de r é c e p t i o n "
suivant
la coordonnée 0 et
des
moyens
de
de Q voies angulaires appelées "voies d'émission à la r é c e p t i o n " ,
suivant la coordonnée ϕ.
D'autres
caractéristiques
et avantages
ressortiront
de la d e s c r i p t i o n
qui va suivre, illustrée par les figures qui r e p r é s e n t e n t :
- figure
de v o i e s
de la formation
schématique
1, une r e p r é s e n t a t i o n
d'émission et de r é c e p t i o n ;
- figure 2, un schéma général des circuits de t r a i t e m e n t des signaux d e
réception suivant l ' i n v e n t i o n ;
-
figure
3,
schéma
un
de
de t r a i t e m e n t
circuits
ces
dans u n e
réalisation suivant l ' i n v e n t i o n ;
- figures 4 et 5, quelques signaux temporels obtenus par t r a i t e m e n t des
signaux de r é c e p t i o n ;
- figure 6, le schéma de démodulation des signaux r e ç u s ;
- figure 7, le schéma de mise sur porteuse des signaux t r a i t é s ;
- figures 8 et 9, deux s c h é m a s de réalisation de la t r a n s f o r m a t i o n d e
Fourier par filtres dispersifs à ondes é l a s t i q u e s ;
- figure 10, le schéma de principe d'un dispositif de convolution à e f f e t
non-linéaire par ondes de s u r f a c e ;
- figure 11, un schéma de f o r m a t i o n des voies d ' é m i s s i o n ;
- figure
d'une antenne
12, un exemple
d'émission-réception
avec d e s
t r a n s d u c t e u r s suivant une c o u r o n n e ;
- figure
13,
un
suivant
dispositif
l'invention
avec
antenne
une
de
r é c e p t i o n , suivant une couronne et une antenne d'émission suivant une l i g n e .
Le dispositif
composée
antenne
de M t r a n s d u c t e u r s
de
se compose d'une a n t e n n e d ' é m i s s i o n
suivant l'invention
réception
d'émission
composée
de
E1,
N
E2,....,
Ei,.....EM
de
transducteurs
et
d'une
réception
Hl, H2,...., H.,...., HN (fig.l). Sur c e t t e figure on a r e p r é s e n t é une a n t e n n e
d'émission linéaire suivant une direction O y e t une antenne de r é c e p t i o n
linéaire suivant la direction p e r p e n d i c u l a i r e Ox.
Suivant l'invention, l'antenne d ' é m i s s i o n - r é c e p t i o n peut être c o m p o s é e
d'un ensemble de t r a n s d u c t e u r s , dont un certain nombre sont susceptibles d e
posséder
posséder
les fonctions
les
fonctions
d'émission,
de
échantillonnent
d'émission et de réception.
Ces t r a n s d u c -
convenablement
peut
l'espace,
de
façon
former des voies aussi bien à l'émission qu'à la réception.
La répartition
de
transducteurs
On
avoir
sont susceptibles
des
réception.
possédant à la fois les fonctions
teurs
tandis que d'autres
de ces t r a n s d u c t e u r s
que
l'on
puisse
-
peut être quelconque
pourvu q u e
l'on en connaisse leurs coordonnées.
les
Les plus employées sont c e p e n d a n t
r é p a r t i t i o n s t r i r e c t a n g u l a i r e s , sphériques, cylindriques, c i r c u l a i r e s , planes o u
conformes.
Le dispositif d ' é m i s s i o n - r é c e p t i o n de la figure 1 p e r m e t de f o r m e r d e s
dans une direction
voies de r é c e p t i o n
direction
moyenne
les
directions
avec
représenté
Δ2.
Les
Ox et
des voies d'émission dans u n e
Δ1e t
droites Δ1
et
Oz les angles
les t r a c e s DI et D2
Δ2
forment
respectivement
Sur c e t t e
0 et φ.
figure
on a
des courbes limites des d i a g r a m m e s à 3dB
d ' a t t é n u a t i o n des voies de r é c e p t i o n . De m ê m e D3 et D4 sont les t r a c e s d e s
courbes limites des voies d'émission pour les d i a g r a m m e s à 3dB d ' a t t é n u a tion. Si L est la longueur des deux a n t e n n e s
égales à
les largeurs de ces voies s o n t
λ /L.
Suivant
l'émission
l'invention,
telle
est
que
les
transducteurs
El,
émettent simultanément
E2,...., Ei,..., EM de coordonnées spatiales connues
M signaux codés C1, C2,...., Ci,...., CM séparables de même bande b et d e
même durée T. La bande totale occupée par l'ensemble des émissions e s t
égale à B. Les principaux types d'émissions possibles sont par e x e m p l e :
1/ M signaux à fréquences pures f1,..., fi,...., fM de durée T séparés e n
fréquence de b =
1
T
.
fo codés dans
bande b suivant M codes orthogonaux de durée T avec bT > M.
2/
M signaux
de même
fréquence
3/ M signaux codés dans la même
durée T avec
centrale
la m ê m e
bande b suivant un m ê m e code d e
centrales
bT > 1 et de f r é q u e n c e s
différentes
séparées
e n
fréquence de la valeur b.
4/ M signaux codés dans la même bande b suivant Q codes o r t h o g o n a u x
de durée T a v e c bT > Q et de P f r é q u e n c e s c e n t r a l e s d i f f é r e n t e s telles q u e
PQ = M séparés en f r é q u e n c e de la valeur b.
La r é c e p t i o n
échos
provenant
consiste à recevoir
des
émissions,
sur les d i f f é r e n t s
chaque
capteur
Hj l e s
cours d ' u n e
récepteurs
recevant
au
r é c u r r e n c e tous les échos provenant des ondes émises par tous les é m e t t e u r s
t r a i t é s en deux é t a p e s :
EI à EM, les signaux produits par ces échos étant
1/ F o r m a t i o n de voies de r é c e p t i o n Vk dans plusieurs d i r e c t i o n s
d'angles tels que 0 =
@k.
2/ F o r m a t i o n de voies d'émission à la réception
sur chaque signal d e
voie Vk dans plusieurs directions définies par des angles tels q u e φ i.
Le principe de formation de voies d'émission, à la réception s u i v a n t
consiste
l'invention,
en toute
à utiliser
généralité
des é m e t t e u r s
omnidi-
rectionnels E1 à EM, répartis dans l'espace selon une certaine géométrie, e t
é m e t t a n t M signaux séparables. Dans chaque direction d é t e r m i n é e par d e s
0 et <
angles
en
amplitude
S( 0,
de l'espace se propage un signal S ( 0 , φ) formé de la s o m m e
et
phase
de la direction
φ) dépend
émis
des signaux
dans
direction.
cette
Ce signal
ainsi que de la position géométrique
des
émetteurs.
Pour
chaque
signal de voie de réception
Vk(@k) la formation d ' u n e
φi consiste à réaliser la c o r r é l a t i o n
voie d'émission de direction d ' a n g l e φ =
du signal Vk(@k) par le signal Si,k( φi, @k).
Le synoptique général du système est
L'ensemble
forme
1 recevant
P voies
N signaux provenant
de réception,
de direction
représenté
sur
la
figure
2.
des N r é c e p t e u r s de l ' a n t e n n e ,
d'angles
@=
@1, 02.... @k, @P
fournissant signaux de voies Vk( @ k).
Chaque signal de voie tel que Vk(@ k) est envoyé dans un ensemble d e
2 qui
traitement
formant
réalise
Q voies.
signe ⊕ . E n
sortie
Sur
le
la
filtrage
adapté
a symbolisé
cette
des P ensembles
2 on obtient
P x Q signaux
réception Vk peut être
en rapport
Si,k( φi,@ k)
opération par le
on
figure
@k) qui sont ensuite exploités en 3.
W i , k ( φ i,
L'ensemble de t r a i t e m e n t 1 e f f e c t u a n t
connues
Q signaux
aux
la
formation
de v o i e s
des voies
de
mise en oeuvre suivant deux techniques p r i n c i p a l e s
avec
le type
d'antenne
de
réception
et
la bande
de
d'antenne
de
f r é q u e n c e B des signaux Hi r e ç u s .
La
première
technique
s'applique
à
tous
les
types
réception. Les moyens de t r a i t e m e n t mis en oeuvre sur les signaux reçus p a r
tous les capteurs sont suivant que la valeur de la profondeur de l'antenne p
est plus grande ou plus petite que C/B, où C est la vitesse des ondes dans l e
milieu de propagation, B étant la largeur de la bande des signaux émis. O n
définit la profondeur de l'antenne par la d i f f é r e n c e
maximale de trajet d e s
ondes entre deux c a p t e u r s :
a) si p > C/B, on utilise des dispositifs de compensation de r e t a r d s
entre les signaux des r é c e p t e u r s pour la direction de la voie p r é f o r m é e ;
b) si p > C/B, on utilise des dispositifs de déphasage pour c o m p e n s e r
les déphasages entre ces signaux des r é c e p t e u r s pour la direction de la v o i e
préformée.
La deuxième
technique
s'applique
lorsque
l'antenne
de r é c e p t i o n
est
formée d'un réseau linéaire de c a p t e u r s é q u i d i s t a n t s et lorsque la p r o f o n d e u r
p est inférieure à C/B. Les moyens de t r a i t e m e n t
d'antenne
mis e n o e u v r e
sur les signaux reçus par tous les c a p t e u r s sont un m u l t i p l e x a g e des s i g n a u x
reçus dans un intervalle de temps petit devant 1/B fournissant une s é q u e n c e
des signaux en série dans le temps, suivi d'un dispositif n u m é r i q u e o u
analogique qui e f f e c t u e la t r a n s f o r m é e de Fourier de c e t t e séquence. Un t e l
dispositif de f o r m a t i o n de voies par une m é t h o d e numérique est d é c r i t e d a n s
un
article
de
J.R.
WILLIAMS
dans
"Journal
of ' A c o u s t i c a l
Society
of
America", 44, 5. 1454-1455 (1968).
L'ensemble de t r a i t e m e n t 2 e f f e c t u a n t
la f o r m a t i o n des voies d ' é m i s -
sion par filtrage adapté peut être mise en oeuvre : soit en t r a i t a n t
chaque
signal de voie de réception Vk 0 k) en p a r a l l è l e dans Q filtres adaptés aux Q
signaux S i , k ( φ i , @ k ) i variant de 1 à Q, soit en t r a i t a n t chaque signal d e
voie Vk(@k) de réception s é q u e n t i e l l e m e n t en le convoluant avec les Q
copies des signaux Si,k( φi,
0k) r e t o u r n é s dans le t e m p s .
La réalisation p r é f é r é e de l'invention c o m p o r t e une antenne d ' é m i s s i o n
formée d'un réseau linéaire d ' é m e t t e u r s et une a n t e n n e de r é c e p t i o n f o r m é e
d'un réseau linéaire de capteurs é q u i d i s t a n t s . Les deux antennes sont p l a c é e s
orthogonalement
entre
elles
comme
indiqué
sur
la
figure
1.
La
bande
d'émission B et la profondeur d'antenne p sont choisis pour m e t t r e en o e u v r e
la f o r m a t i o n des voies de réception
Vk(@ k) par la t e c h n i q u e
utilisant u n e
t r a n s f o r m é e de F o u r i e r .
Suivant
Fourier
la réalisation
est réalisée
préférée
analogiquement
de l'invention,
par l'utilisation
cette
transformée
de filtres
dispersifs
de
à
ondes élastiques. Quant à la formation des voies d'émission, elle est o b t e n u e
par
corrélation
séquentielle
des
signaux
de
voies
de
réception
avec
les
signaux Si,k obtenu par leur convolution avec les signaux Sik r e t o u r n é s d a n s
le temps. Suivant la réalisation préférée de l'invention, c e t t e convolution e s t
réalisée a n a l o g i q u e m e n t par l'utilisation d'un c o n v o l u t e u r à ondes é l a s t i q u e s .
C e t t e réalisation p r é f é r é e a l'avantage de p e r m e t t r e des vitesses d e
f o n c t i o n n e m e n t élevées et de procurer un e n c o m b r e m e n t r é d u i t .
La réalisation p r é f é r é e de l'invention à titre d'exemple est r e p r é s e n t é e
sur
la figure
3 et
les figures
les principaux
4 et 5 r e p r é s e n t e n t
signaux
temporels relatifs à c e t t e r é a l i s a t i o n .
L'antenne d'émission, non r e p r é s e n t é e ,
est f o r m é e d'un réseau l i n é a i r e
de M é m e t t e u r s r e c e v a n t d'un g é n é r a t e u r les signaux codés C1 à CM. Les M
émissions sont produites s i m u l t a n é m e n t , leur durée est T e t leur bande b.
Les types d'émissions possibles sont ceux d é c r i t s p r é c é d e m m e n t .
La f r é q u e n -
ce c e n t r a l e de ces émissions est fo et la bande totale occupée est B.
Les signaux sont reçus par une a n t e n n e de réception f o r m é e
réseau
linéaire
dans
hydrophones
circuits
de
60.1,
H1
à HN
sonar.
Ces
N capteurs
le cas
d'un
60.2,....60.N
représentés
équidistants,
sont
signaux
sur la figure
d'un
par e x e m p l e d e s
démodulés par N
6. Chaque
signal r e ç u
par un capteur tel que Hj est multiplié en Ml et M2 par l e s d e u x s i g n a u x
cos (2 πfot) et sin (2 πfot) en quadrature de p h a s e , f o u r n i s par un o s c i l l a t e u r
local. On obtient ainsi les signaux Hj.1 et Hj.2 après filtrage p a s s e - b a s e n
161 et 167 avec une fréquence de coupure voisine de B/2, ces deux s i g n a u x
réelle et c o m p o s a n t e
étant appelés c o m p o s a n t e
xeurs
synchrones
61.1
et
61.2
multiplexent
Deux m u l t i p l e -
imaginaire.
les
composantes
réelle
et
démodulés Hj.1 et Hi.2. Ces circuits m u l t i p l e x e u r s
sont c o m m a n d é s par un signal d'horloge H de période TH, dont la valeur e s t
choisie pour que N signaux par un capteur tel que Hj soient m u l t i p l e x é s d a n s
imaginaire des N signaux
un intervalle
chaque
sortie
de t e m p s
hydrophone
de
chaque
est
NTH, petit
devant
D'autre
à la f r é q u e n c e
échantillonné
circuit
1/B.
multiplexeur
un
signal
part,
B, et
composé
le signal d e
on obtient
de
groupes
en
de
signaux de durée NTH séparés d'un temps 1/B. Ces deux signaux 62.1 et 6 2 . 2
obtenus en sortie des deux multiplexeurs 61.1 et 61.2 sont modulés dans un
circuit
62 r e p r é s e n t é
sur la figure
7. Ils sont
multipliés
dans
les c i r c u i t s
M3 par les deux signaux cos (2π fzt) et sin (2π f z t )
fournis par un oscillateur local, puis les deux signaux obtenus sont a d d i t i o n nés dans un circuit additionneur 70.1 et le signal obtenu est filtré dans un
multiplicateurs
M4 et
circuit de filtrage
70.2 passe-bande de largeur
fz. La bande Bz est fonction
tels
de la f r é q u e n c e
B
et de f r é q u e n c e c e n t r a l e
de multiplexage
des s i g n a u x
que Hj.1 et Hj.2 et la fréquence c e n t r a l e fz est choisie de valeur é g a l e
à environ trois fois la bande Bz.
Le signal de sortie 62.3 du modulateur 62 est r e p r é s e n t é s c h é m a t i q u e ment sur la figure 4-a. Il est composé sur la durée T de K = BT groupes d e
signaux 40.1, 40.2,....40.K.
Chaque groupe correspond aux signaux reçus p a r
H1, H2,...HN, en série dans le temps à la période TH. C e s
les c a p t e u r s
signaux ont une bande B , une fréquence. c e n t r a l e fZ et une durée TZ égale à
NTH p e t i t e devant 1/B.
Ce
de
signal
transformateur
62.3
sortie
de Fourier
du
modulateur
analogique
62
63 utilisant
est
des
envoyé
filtres
dans
un
dispersifs
à
ondes élastiques et pour lequel deux modes de r é a l i s a t i o n sont p o s s i b l e s .
Ces dispositifs de t r a n s f o r m a t i o n de Fourier par filtres dispersifs s o n t
décrits
dans un article
notamment
de C.LARDAT
dans " P r o c e e d i n g s
1978
IEEE U l t r a s o n i c Symposium". P 518-521 (1978).
Le
premier
mode
de
réalisation
représenté
sur
la figure
8 est
m o n t a g e appelé M-C-M ( m u l t i p l i c a t i o n - c o n v o l u t i o n - m u l t i p l i c a t i o n ) .
montage
le signal d ' e n t r é e 62.3 est p r é m u l t i p l i é dans un circuit
un
Dans c e
multiplica-
teur 82 par un signal appelé "rampe" modulé l i n é a i r e m e n t en fréquence d o n t
B et la durée TZ. Ce signal est obtenu en envoyant u n e
impulsion très brève à l'entrée d'un filtre dispersif 81. Le signal en sortie du
la
bande
est
multiplicatuer
2 B
82 est convolué dans un filtre dispersif 83 dont la bande e s t
et la durée 2 T .
84 par
un
signal
Puis le signal obtenu est p o s t - m u l t i p l i é dans un c i r c u i t
de
rampe
identique
au p r é c é d e n t
généré
par
le f i l t r e
dispersif 85. Le signal de t r a n s f o r m é e de Fourier du signal d ' e n t r é e 62.3 e s t
obtenu à la sortie 64 du m u l t i p l i c a t e u r 8 4 .
Le d e u x i è m e
dit
C-M-C
mode de réalisation
représenté
figure 9 est un m o n t a g e
(convolution-multiplication-convolution).
Dans
ce
montage le
signal d ' e n t r é e 62.3 est d'abord convolué dans un filtre dispersif 91 de b a n d e
B
et de durée T , puis multiplié en 92 par un signal de rampe fourni par u n
filtre dispersif 93 de bande 2Bz et de durée 2TZ. Le signal obtenu en s o r t i e
du m u l t i p l i c a t e u r 92 est ensuite envoyé dans un filtre dispersif 94 i d e n t i q u e
au filtre 91. Le signal t r a n s f o r m é e de Fourier du signal 62.3 est obtenu à la
sortie du filtre dispersif 94 en 64.
Le signal de sortie 64 d'un t r a n s f o r m a t e u r de Fourier 63 est r e p r é s e n t é
s c h é m a t i q u e m e n t sur la figure 4-b. Comme le signal d ' e n t r é e il est c o m p o s é
sur la durée
T de K = BT groupes
de signaux
41.1,
41.2,...,
41.K.
Chaque
série dans le temps à l a
groupe c o m p o r t e les N signaux de voies V1 à VN en
période TH et leur durée est NTH. Ils sont décalés du temps mis p o u r
e f f e c t u e r la t r a n s f o r m é e de Fourier par rapport aux signaux 62.3 d ' e n t r é e .
Le
circuit
signal
transformé
de
Fourier
64 est
ensuite
démodulé
dans
le
164, figure 3, de s t r u c t u r e identique aux circuits 60 dans lequel l e s
signaux en q u a d r a t u r e
de phase
sont cos (2π fzt) et sin (2π fZt). Les d e u x
c o m p o s a n t e s o b t e n u e s sont converties en numérique par les deux c o n v e r t i s seurs 65.1 et 65.2 sous contrôle de l'horloge H et stockés s é p a r é m e n t dans
les mémoires n u m é r i q u e s 66.1 et 66.2, ces mémoires étant par exemple du
type à accès a l é a t o i r e (RAM). C h a q u e g r o u p e de signaux de voies tel q u e
41.1 est inscrit en m é m o i r e sous forme d'une l i g n e . La m é m o i r e est ainsi
remplie s é q u e n t i e l l e m e n t ligne par ligne à la cadence 1/B et contient K = BT
lignes. Les signaux ainsi mis en mémoire sont lus s é q u e n t i e l l e m e n t c o l o n n e
par colonne à la c a d e n c e 1/B. La mémoire est par exemple scindée en d e u x
blocs qui sont utilisés a l t e r n a t i v e m e n t : remplissage d'un bloc ligne par l i g n e
et s i m u l t a n é m e n t l e c t u r e et l'autre bloc colonne par colonne, puis c o m m u t a tion des b l o c s .
L'antenne d'émission étant formée d'un réseau linéaire d ' é m e t t e u r s l e s
sginaux Si,k( Oi, @k), définis p r é c é d e m m e n t ne dépendent que des d i r e c t i o n s
définies par l'angle φi avec l'antenne d'émission, et peuvent donc ê t r e
exprimés suivant S i ( φ i ) .
Le
système
comporte
des
mémoires
numériques
70.1
exemple de type RAM, qui contiennent les copies démodulées
et
70.2,
par
et i n v e r s é e s
dans le temps
imaginaire.
des Q signaux Si( φi) sous forme des c o m p o s a n t e s réelle e t
Ces Q signaux sont stockés sur la durée T à la fréquence B e t
c o m p o r t e n t donc K é c h a n t i l l o n s .
Vk( @k) et S i ( φ i) sont lus en s y n c h r o n i s m e r e s p e c t i v e ment dans les m é m o i r e s 66.1, 66.2 et 70.1 et 70.2 sous contrôle de l'horloge
Deux signaux
H. Leur durée est identique et égale à KTH. Un même signal de voie V k ( @ k )
est lu Q fois en synchronisme avec les Q signaux S1 à SQ. Les figures 5-a e t
5-b r e p r é s e n t e n t r e s p e c t i v e m e n t les signaux de voies Vk et les signaux Si e n
fonction du temps. Chaque signal est composé de Q groupes de KTH signaux
en série dans le temps. La cadence de lecture 1/B des signaux Vk ou Si d o i t
par conséquent être s u p é r i e u r e ou au moins égale à Q K T H .
66.6, 66.7 et 70.6, 70.7 des m é m o i r e s
Les signaux de sortie
tels que r e p r é s e n t é s
66 et 70
sur les figures 5-a et 5-b, sont convertis en a n a l o g i q u e
par les c o n v e r t i s s e u r s 67.1, 67.2, modulés par les deux circuits 68.1 et 6 8 . 2
et appliqués aux deux e n t r é e s d'un dispositif convoluteur 69 u t i l i s a n t l a
propagation des ondes é l a s t i q u e s .
Ces signaux lus dans les mémoires sont modulés autour de la f r é q u e n c e
et dans la bande B , les circuits 68.1 et 68.2 étant identiques au c i r c u i t
f
62 r e p r é s e n t é sur la figure 7. Le convoluteur 69 fonctionne autour de c e t t e
fréquence c e n t r a l e fZ et autour de c e t t e bande BZ et il est r e p r é s e n t é sur l a
figure 10.
Le
(figure
dispositif
10) est
à ondes
muni
signaux à convoluer
de surface
de deux
F(t)ejωt
par
ailleurs
103 de longueur
Li. L e s
acoustique 100
électrodes
et G ( t ) e j ω t ,
102 et
connu
où w est la f r é q u e n c e
angulaire
la porteuse, sont appliqués à des t r a n s d u c t e u r s en peigne TI et T2 p l a c é s
aux deux e x t r é m i t é s du dispositif 100. Par suite des effets n o n - l i n é a i r e s on
de
recueille entre les deux é l e c t r o d e s , le signal convolué R(t) tel q u e :
où C est une c o n s t a n t e .
Si v est
la vitesse
de propagation
des ondes
élastiques
la l o n g u e u r
d'interaction Li est égale à KTH x v. Le signal de sortie du c o n v o l u t e u r e s t
r e p r é s e n t é sur la figure 5-c. Il est composé par voie Vk de Q signaux d e
corrélation séparés d'un temps égal à KTH et de f r é q u e n c e c e n t r a l e 2fZ q u i
sont relatifs aux signaux de voies formées suivant Q d i r e c t i o n s φ i
pour l a
Wl,k à WQ,k. Ces signaux s o r t e n t du c o n v o l u t e u r avec u n
décalage en temps égal à la durée KTH des signaux d ' e n t r é e .
direction @k soit
Le signal de sortie du convoluteur est ensuite démodulé dans le c i r c u i t
71 identique au c i r c u i t 60 r e p r é s e n t é figure 6 dans lequel la f r é q u e n c e fo e s t
remplacée
par
la
fréquence
2fz
fournie
par
un
oscillateur
local,
puis
converti en n u m é r i q u e par les c o n v e r t i s s e u r s 71.1 et 71.2 pour être s t o c k é s
en mémoire ou exploités. Ces signaux fournissent une image en d e u x
dimensions
@, φ au cours d'une durée T .
Si l'antenne
d'émission est quelconque, dans ce cas les mémoires 70.1
les copies des Q x N signaux Si,k ( φ i, @k) et l e u r
taille est plus i m p o r t a n t e . A chaque fois qu'un signal de voie Vk ( @k) est lu
dans les m é m o i r e s 66.1 et 66.2, les Q signaux c o r r e s p o n d a n t s Sl,k( φl, @k) à
et 70.2 doivent
stocker
SQ,k ( @Q, @k) sont lus dans les mémoires 70.1 et 7 0 . 2 .
Un s y s t è m e d'imagerie acoustique réalisé suivant l'invention avec d e s
antennes linéaires orthogonales pour l'émission et la réception a les c a r a c t é ristiques s u i v a n t e s :
- nombre d ' é m e t t e u r s M = 50
- nombre de r é c e p t e u r s N = 50
- e s p a c e m e n t entre é m e t t e u r s et r é c e p t e u r s d = 0,75 m m
- f r é q u e n c e moyenne des émissions fo = 3 M H z
- durée d'impulsion T =10 m s
- bande t o t a l e B = 5 kHz soit 1/B = 2 0 0 µ s
- champ angulaire e n 0 et e n φ = +
20 d e g r é s
- profondeur des antennes en t e m p s = 2 0 µ s
- période d'horloge T H = 5 0 ns
- bande BZ = 20 MHz
- f r é q u e n c e fZ = 100 MHz.
Pour c e t t e réalisation le nombre de voies Q est pris égal à N. De plus
le produit
QBTTH
BT est égal à Q de sorte que N - M = Q = BT = K. La c o n d i t i o n
< 1/B est réalisée. La durée des signaux à l'entrée et à la sortie du
transformateur
de Fourier
ainsi qu'à
2,5 µ
l'entrée
du convoluteur
s
application
le
traitement
égale
à
.
Une v a r i a n t e de réalisation est r e p r é s e n t é e
en
est
en
parallèle
sur la figure 11. Elle m e t
mentionné
précédemment.
Le
signal de sortie pour chaque voie telle que Vk(o k) du modulateur 68.2 e n
68.3 (fig.3) est envoyé s i m u l t a n é m e n t sur l ' e n t r é e de Q filtres a d a p t é s
à SQ,k. Ces filtres sont p a r
exemple réalisés en utilisant la propagation des ondes élastiques, la durée d e
110.1k,
110.2k,...110.Qk
aux
signaux
Sl,k
la réponse impulsionnelle de chaque filtre correspond à la durée T et c h a q u e
filtre aboutit à un t r a i t e m e n t équivalent à une convolution et les signaux d e
sortie
de
chaque
filtre
adapté
présentent
signal p r o v e n a n t d'une direction φi, @k.
un
maximum
représentatif
du
où l'antenne
le cas
Dans
d'émission
formée
est
linéaire
d'un réseau
d ' é m e t t e u r s l'ensemble des Q filtres 110.1k à 110.Qk reste identique pour l e s
N signaux de voies Vk( @k) et peut être m u l t i p l e x é .
Une v a r i a n t e de l'invention est m o n t r é e par la figure 12 qui r e p r é s e n t e
une antenne
formée
transducteur
est à la fois é m e t t e u r
d'un anneau de t r a n s d u c t e u r s de d i a m è t r e
En fonction émission, l e s
et r é c e p t e u r .
t r a n s d u c t e u r s fournissent s i m u l t a n é m e n t
D. C h a q u e
N émissions codées. On forme d e s
voies de réception dans un plan p e r p e n d i c u l a i r e au plan de l'antenne par l e s
moyens se r a p p o r t a n t à la première t e c h n i q u e d é c r i t e p r é c é d e m m e n t ; d a n s
ce plan la d i r e c t i v i t é obtenue par voie de r é c e p t i o n a une largeur a n g u l a i r e
de l'ordre de
ensuite
forme
λDo
des
λo est la longueur d'onde moyenne des émissions. O n
voies d'émissions dans le plan orthogonal au plan d e
si
f o r m a t i o n des voies de réception par l'un des deux moyens qui sont i n d i q u é s
p r é c é d e m m e n t : dans c e p l a n la d i r e c t i v i t é obtenue par voie d'émission a
é g a l e m e n t une largeur angulaire de l'ordre de
λ Do.
La figure 13 r e p r é s e n t e une antenne formée d'une part d'une c o u r o n n e
d'éléments
transducteurs
30 de d i a m è t r e
D et d'autre
part
d'une
colonne
d ' é l é m e n t s t r a n s d u c t e u r s 31 de hauteur h 2 .
13.1 est formée d ' é m e t t e u r s
La colonne
omnidirectionnels
suivant l a
direction d'angle @, ces é m e t t e u r s fournissant s i m u l t a n é m e n t des é m i s s i o n s
codées.
que
La couronne
la d i r e c t i v i t é
λ ho1.
O n
forme
120 est formée
suivant
de r é c e p t e u r s
l'angle φ a une
des voies de réception
largeur
suivant
de hauteur h
angulaire
l'angle
de
sur t o u t
de s o r t e
l'ordre
de
l'horizon
soit 0° à 360° par les moyens se r a p p o r t a n t à la p r e m i è r e t e c h n i q u e d é c r i t e
p r é c é d e m m e n t : la directivité
obtenue par voie de réception a une l a r g e u r
angulaire de l'ordre de λ Do. On forme ensuite des voies d'émission s u i v a n t
l'angle ϕ par l'un des deux moyens qui ont déjà été décrits, la d i r e c t i v i t é
de
obtenue par voie d'émission a une largeur angulaire de l'ordre de λh2o
valeur n e t t e m e n t plus faible q u e λ h o .
Il est possible pour a u g m e n t e r l a puissance émise de r e m p l a c e r c h a q u e
é m e t t e u r tel que 13.1 de la colonne par une couronne identique à l a
couronne
formée
par les t r a n s d u c t e u r s
tels que 13.0 conduisant
à réaliser
une antenne c y l i n d r i q u e .
Il est é g a l e m e n t
la colonne,
possible d'inverser les fonctions de la couronne et d e
la couronne étant
alors formée d ' é m e t t e u r s ,
fournissant c h a c u n
un code différent, et la colonne de r é c e p t e u r s . Dans ce cas, la f o r m a t i o n d e
voies de réception peut être e f f e c t u é e par t r a n s f o r m é e de Fourier, si l a
bande est étroite. On réalise ainsi un système d'imagerie p a n o r a m i q u e .
1. Système d'imagerie p e r m e t t a n t d'obtenir P x Q points de r é s o l u t i o n s
des
suivant
coordonnées
de
p a r a m è t e s 0 et φ c o m p o r t a n t : une
antenne
d'émission composée de M é m e t t e u r s (E1, E2,... Ei,... EM) é m e t t a n t s i m u l t a nément des signaux codés C1, C2,... Ci,...CM, les codes étant tous d i f f é r e n t s
et
séparables,
de r é c e p t i o n
antenne
une
de N r é c e p t e u r s
composée
(Hl,
H2,...Hj,...HN) r e c e v a n t les signaux diffusés par des cibles, des moyens d e
t r a i t e m e n t des signaux reçus et des moyens d'exploitation des s i g n a u x
traités ; c a r a c t é r i s é par le fait que les moyens de t r a i t e m e n t c o m p o r t e n t e n
combinaison : des moyens de f o r m a t i o n de P voles angulaires appelées " v o i e s
de réception" suivant la c o o r d o n n é e 0 et des moyens de f o r m a t i o n de Q
voies
angulaires
à la
d'émission
"voies
appelées
suivant
réception",
la
coordonnée φ.
2. Système
1, c a r a c t é r i s é
la r e v e n d i c a t i o n
d ' i m a g e r i e suivant
par l e
fait que les moyens (20) pour la f o r m a t i o n des voies d'émission à la r é c e p t i o n
réalisent le filtrage adapté de chacun
des signaux des P voies de r é c e p t i o n
V1( @1), V2( @2),... Vk( 0 k),..., Vp( @p), où @1, @2,... @k,... @p sont les v a l e u r s
des coordonnées 0 c o r r e s p o n d a n t à ces voies de réception, avec les Q c o p i e s
S i . k ( φ i, 0 k), o ù φ 1 , φ2,..., φi,... φQ sont les Q valeurs d e s
c o o r d o n n é e s φ c o r r e s p o n d a n t aux voies d'émission de réception, les s i g n a u x
des
signaux
Si.k(φi,@k)
étant
la somme
en
amplitude
et
en phase
des
M émissions
émises dans la direction r e p é r é e par les coordonnées telles que φi e t φ
k.
c
a
r
a
c
t
é
r
i
s
é
la
r
e
v
e
n
d
i
c
a
t
i
o
n
3. Système d'imagerie suivant
2,
par l e
fait que le filtrage adapté est obtenu par Q filtres en parallèle pour c h a q u e
signal de voie Vk( @ k).
4. Système
fait que le filtrage
adapté
la revendication
suivant
d'imagerie
est obtenu
2, c a r a c t é r i s é
par convolution de chaque
par l e
signal d e
@k) avec les Q signaux Si,k(φ i, @k) retournés dans le t e m p s .
5. Système d'imagerie suivant la revendication 4, c a r a c t é r i s é par l e
voie Vk(
que
la convolution
est
utilisant
la propagation
des
fait
réalisée
ondes
par
un seul
élastiques
dans
convoluteur
analogique
les solides
et
que
les
signaux Vk( 0 k) et Si,k(φ i, @k) sont modulés autour d'une f r é q u e n c e c e n t r a -
le et
dans
une bande
d'un tel c o n v o l u t e u r
l'utilisation
permettant
chaque signal de voie Vk(@k) est convolué s é q u e n t i e l l e m e n t
Q fois avec l e s
Q signaux S i,k(φ i, @ k) retournés dans le temps dans un temps
1/B, B étant la bande de fréquence des signaux r e ç u s .
6. S y s t è m e
fait
d'imagerie
que l'antenne
suivant la revendication
de réception
constituée
est
d'un
et q u e
inférieur
à
1, c a r a c t é r i s é
par l e
linéaire de N
réseau
r é c e p t e u r s é q u i d i s t a n t s et que la profondeur de l'antenne de r é c e p t i o n d a n s
la direction la plus inclinée est inférieure à C/B, C é t a n t la vitesse d e
propagation des signaux r e ç u s .
7. Système d'imagerie suivant
la revendication
fait que les signaux reçus par chacun
circuit
de
imaginaire
démodulation
du
signal
(60)
qui
des N r é c e p t e u r s
fournit
correspondant,
6, c a r a c t é r i s é
par l e
est appliqué à u n
les composants
les
que
N
réelle
dites
et
pour l e s
s i g n a u x (Hjl)
c o m p o s a n t e s réelles sont appliquées à un premier dispositif de m u l t i p l e x a g e
que les N signaux pour les c o m p o s a n t e s i m a g i n a i r e (Hj2) s o n t
appliquées à un second dispositif de multiplexage (61.2), la période TH d e
(61.1)
et
ces multiplexages étant telle que N T H < < 1/B.
8. Système d'imagerie suivant la revendication
7, c a r a c t é r i s é
fait que les deux signaux multiplexés sont appliqués à un circuit
par l e
fournissant
le t r a n s f o r m é e de Fourier (63) de ces signaux m u l t i p l e x é s . ,
9. Système d'imagerie suivant la revendication 8 c a r a c t é r i s é par le f a i t
que la t r a n s f o r m é e
de filtres
solides
de Fourier est réalisée a n a l o g i q u e m e n t par un e n s e m b l e
dispersifs utilisant la propagation des ondes é l a s t i q u e s dans l e s
fournissant
N signaux
de voies
Vk(0 k) s é q u e n t i e l l e m e n t dans l e
temps sur une durée égale à NTH très inférieur à 1/B.
10. Système d'imagerie suivant la revendication 9, c a r a c t é r i s é par l e
fait
que
modulées
les
deux
autour
réelle
composantes
d'une fréquence
et
centrale
imaginaire
et dans
multiplexées
une bande
sont
permettant
l'utilisation d'un tel dispositif à filtre d i s p e r s i f .
11. Système
fait
que
les
d'imagerie
signaux
suivant la revendication 9, c a r a c t é r i s é par l e
de voies
Vk(@k)
sont
démodulés
et
que
les
deux
c o m p o s a n t e s réelle et imaginaire obtenues sont converties en n u m é r i q u e .
12. Système d'imagerie suivant la revendication 11, c a r a c t é r i s é par l e
fait que les c o m p o s a n t e s
réelle et imaginaire des N signaux de voies s o n t
stockées dans une m é m o i r e n u m é r i q u e (61.1, 61.2).
13. Système d ' i m a g e r i e
suivant les r e v e n d i c a t i o n s 7 à 12, c a r a c t é r i s é
par le fait que le signal de chaque r é c e p t e u r est é c h a n t i l l o n n é à la f r é q u e n c e
1/B de sorte que dans l ' i n t e r v a l l e de temps 1/B il y a N signaux de v o i e s
fournis.
14. Système d ' i m a g e r i e suivant les r e v e n d i c a t i o n s 12 et 13, c a r a c t é r i s é
par le fait que la m é m o i r e n u m é r i q u e est écrite ligne par ligne, chaque l i g n e
à 0 N et q u e
s t o c k a n t N signaux de voies c o r r e s p o n d a n t à N directions 0
1
la m é m o i r e est remplie au bout de la durée T et c o m p o r t e BT l i g n e s .
14, c a r a c t é r i s é par l e
fait que la mémoire n u m é r i q u e est lue colonne par colonne à la c a d e n c e 1/B
15. Système d ' i m a g e r i e suivant la r e v e n d i c a t i o n
les signaux de voies Vk( 0 k) sur la durée T sous
forme de deux c o m p o s a n t e s réelle et imaginaire c o m p o r t a n t BT é c h a n t i l l o n s
fournissant s u c c e s s i v e m e n t
et que les BT échantillons sont lus à la période T H .
16. Système d ' i m a g e r i e
suivant les r e v e n d i c a t i o n s ' 5 et 15 c a r a c t é r i s é
par le fait que les deux c o m p o s a n t e s de chaque signal de voie Vk(@k) s o n t
converties en analogique et modulées autour de la f r é q u e n c e c e n t r a l e e t
dans la bande du c o n v o l u t e u r .
17. Système
d'imagerie
suivant la r e v e n d i c a t i o n
16 c a r a c t é r i s é
par l e
fait que les N x Q copies des signaux Si,k( φi, ek) sont s t o c k é e s dans u n e
autre m é m o i r e numérique (70.1, 70.2) sous forme de deux c o m p o s a n t e s
réelle et imaginaire chaque signal c o m p o r t a n t BT é c h a n t i l l o n s et que c h a q u e
signal est lu dans la m é m o i r e à la cadence 1/B et que les B T é c h a n t i l l o n s d e
signal sont lus à la p é r i o d e TH et que les deux c o m p o s a n t e s s o n t
c o n v e r t i e s en analogique et modulées autour de la f r é q u e n c e c e n t r a l e e t
chaque
dans la bande du c o n v o l u t e u r .
18. S y s t è m e d ' i m a g e r i e suivant la r e v e n d i c a t i o n 17, c a r a c t é r i s é par l e
fait que le convoluteur à ondes élastiques reçoit en s y n c h r o n i s m e sur s e s
deux e n t r é e s les deux signaux Vk(@k) et Si,k(φi, @k) modulés, leur d u r é e
étant égale à BTTH et que QBTTH est choisi inférieur à 1 / B .
19. Système
d'imagerie
suivant la revendication
fait que l'antenne
d'émission
est
formée
d'un réseau
6, c a r a c t é r i s é
linéaire
par l e
d'émetteurs
placé o r t h o g o n a l e m e n t à l ' a n t e n n e de r é c e p t i o n .
20. Système d ' i m a g e r i e suivant les r e v e n d i c a t i o n s 3 et 15, c a r a c t é r i s é
par
le fait
que chaque
signal
Vk(@k) est envoyé sur un banc
de Q f i l t r e s
adaptés aux signaux Si,k(φi, @k) dont la réponse i m p u l s i o n n e l l e a une d u r é e
T.
21. Système d'imagerie suivant la revendication 20 c a r a c t é r i s é p a r l e
fait que chaque signal Vk( e k) est modulé autour de la f r é q u e n c e c e n t r a l e e t
dans la bande des filtres adaptés et que les filtres adaptés sont a n a l o g i q u e s
et utilisent. la propagation des ondes élastiques dans les s o l i d e s .
22. Système d'imagerie p a n o r a m i q u e suivant la r e v e n d i c a t i o n 1, c a r a c térisé
par
fonctions
le fait
que des t r a n s d u c t e u r s
d ' é m e t t e u r s et de r é c e p t e u r s
remplissent
et,
que
ces
successivement
transducteurs
les
sont
disposés suivant une c o u r o n n e .
23. Système d'imagerie p a n o r a m i q u e suivant la r e v e n d i c a t i o n 1, c a r a c térisé
par le fait
que les é m e t t e u r s
sont
disposés
suivant
un a l i g n e m e n t
linéaire et les r é c e p t e u r s suivant une c o u r o n n e .
24. Système d'imagerie p a n o r a m i q u e suivant la r e v e n d i c a t i o n 1 , c a r a c térisé par le fait que les r é c e p t e u r s sont disposés suivant une couronne et l e s
é m e t t e u r s suivant un alignement l i n é a i r e .