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WO2002075362A1 - Imageur acoustique d'objets enfouis - Google Patents

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WO2002075362A1
WO2002075362A1 PCT/FR2002/000980 FR0200980W WO02075362A1 WO 2002075362 A1 WO2002075362 A1 WO 2002075362A1 FR 0200980 W FR0200980 W FR 0200980W WO 02075362 A1 WO02075362 A1 WO 02075362A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
transducers
acoustic
reception
buried
antenna
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/FR2002/000980
Other languages
English (en)
Inventor
Françoise Elisabeth ETLING
Marc Brussieux
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ROBOPL@NET SARL
Original Assignee
ROBOPL@NET SARL
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ROBOPL@NET SARL filed Critical ROBOPL@NET SARL
Publication of WO2002075362A1 publication Critical patent/WO2002075362A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/52017—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 particularly adapted to short-range imaging
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0607—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
    • B06B1/0622—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements on one surface
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    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/89—Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S15/8906—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques
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    • G01S7/539—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting

Definitions

  • the present invention relates to a device intended to detect, classify, and discriminate objects with respect to their environment by the use of acoustic waves.
  • the problem of detecting i.e. the action of determining the presence or absence of an object buried in a medium such as the ground by their ultrasonic echo, is a problem which has already been addressed: , we know how to detect objects buried in the bottom of the sea by means of sonars working in the field of low frequencies, which penetrate the ground well.
  • the state of the art only includes very few classifying sonars or identifiers of buried objects, since these operations are more delicate: the sonar must create as fine an image as possible of the buried object in order to distinguish its details that will recognize it. There is no device for obtaining a precise image of objects buried in the ground.
  • the parametric emission technique uses emitted radiation, called primary radiation, with carrier frequency greater than 100 kHz in the description of patent EP0965860 already cited, which generates by propagation not linear in the water a low frequency radiation which penetrates the ground.
  • This emission technique has several drawbacks and limitations: It requires first of all that a sheet of water with a minimum thickness D___n exists between one sonar transmitter and the ground where the object is buried. To allow the primary radiation to generate, during its non-linear propagation through this blade, secondary radiation of sufficient level to penetrate the ground, this blade of water must typically reach a minimum thickness Cin of several tens to several hundreds of centimeters. .
  • the non-linear emission technique has, moreover, a very poor efficiency: the secondary radiation is typically attenuated by 30 to 40 decibels compared to the primary radiation emitted by the transmitter, which greatly limits the range of the sonar.
  • the small area of the transmitting antennas used to make a directional parametric acoustic transmitter constitutes a handicap.
  • the area of such a projector emission must be typically close to the area of the resolution cell of the image that one seeks to create, that is to say a few square centimeters.
  • the secondary noise level projected onto the target already greatly attenuated by the very poor performance mentioned previously, very low, which results in a further reduction in the depth of penetration into the soil.
  • the object of the invention is precisely to provide a relatively simple and economical solution to the drawbacks of the previous embodiments, described above and to propose a device capable of giving three-dimensional images of objects buried in a medium such as the ground.
  • transmission and reception means 100
  • signal processing means 101
  • means of control, representation, transmission and archiving 102).
  • the transmission and reception means consist of an antenna 0 (200,201,202), electronic transmission and reception means (204 to 208), optional means of acoustic coupling between the antenna and the ground (203,211,212).
  • the transmitting and receiving antenna (200,201,202) is preferably flat and comprises one or more non-parametric, non-directive, broadband ultrasonic transmitters (201) and one or more non-directive broadband ultrasonic receivers (202) of known types, arranged on the surface of the antenna preferably in single row or in a matrix.
  • the surface power density 5 emitted is of the order of 10 Watts per square centimeter of antenna.
  • the transmission transducers (201) are in a preferred embodiment of the invention different from those of reception (202), and geometrically distributed between the reception transducers. However, a variant of the invention will use transducers which can both transmit and receive.
  • the transducers composing the antenna (201,202) have a directivity lobe as open as possible, preferably greater than 90 degrees, in order to be able to observe the entire volume located under the antenna.
  • the typical dimension of the speaking face of a transducer is half a wavelength, which can vary from 1 and 10 centimeters depending on the central frequency chosen in the preferred working band.
  • the largest dimension of the antenna (200) can therefore vary according to various embodiments of the invention from a few centimeters to a few meters, depending on the carrying capacities, the frequency chosen and the requirements for speed of coverage of the system, the dimension of the antenna being close to the dimension of the area of land which it is possible to image under the antenna.
  • the electronic transmission and reception means (204 to 208) consist of transmission (204) and reception (208) amplifiers, electronic focusing, packaging and interface means (205,207), and signal exchange means (206).
  • the electronic module for focusing, conditioning and transmitting interface (205) distributes to the transmitting power transmitters (204) the signal transmitted with the appropriate delays so that the ultrasonic energy emitted by the transmitting transducers (201 ) is focused around the point
  • a variant of the invention uses only one and the same amplifier (204) to drive all the emitting transducers (201) in parallel, these transducers then all emit at the same time.
  • the electronic conditioning and reception interface unit (207) collects all the signals from the receivers (202) individually preamplified by the suitable low noise amplifiers (208), conditions them and transmits them to the signal processing means (101 ).
  • the optional means of acoustic antenna and ground coupling carry out the energy transmission acoustics between the antenna and the medium such as the ground where the object is buried, when the latter is dry in particular, by a cushion of coupling material (212) which may advantageously be a blade of liquid.
  • this liquid blade may advantageously be created by equipping the periphery of the antenna (200) with a flexible sealing skirt conforming to the shapes of the antenna (203) and by injecting the liquid under the antenna at using at least one liquid injection nozzle (211). The liquid injected through the nozzle (211) under the antenna is partially retained by the skirt (203), so that the antenna
  • the antenna (200) When the antenna (200) is used in a liquid, at sea for example, the existence of a 'natural' water layer between the antenna and the ground makes this means of acoustic coupling unnecessary.
  • An advantage of the invention is that it does not require that the thickness of the blade of coupling material (212) is significant: a thickness of the order of a millimeter is sufficient.
  • the signal processing means (101) collect the signals from the transducers (202) forming the reception antenna, suitably amplified and conditioned by the means (207,208), and focus the reception antenna at point (M).
  • the focal point (M) is therefore simultaneously the focal point of the transmit antenna made up of all of the transducers (201) and the focal point of the receive antenna made up of all of the receive transducers (202). Focusing the transmitting antenna at point (M) means that at each pulse emitted by the sonar, the delays applied to the instants of emission of the pulse by the transducers (201) are adjusted by the signal processing means (101) so that the acoustic energy comes to concentrate in the vicinity of the point (M).
  • Focusing the reception antenna at point (M) means that the signal processing means (101) apply to the signals originating from the reception transducers (202) the known delay - summation - filtering algorithm.
  • This known algorithm consists in compensating for the delay in the propagation back of the pulse reflected by the point (M) at the phase centers of the transducers (202) by delays individually applied to the signals received by said transducers (202), summing said received signals. , filter the sum signal and detect the sound amplitude reflected by the point (M).
  • the adjustment of said delays is carried out by means of a known self-focusing algorithm, for example of the type called “maximum of contrast”.
  • the focusing process of the receiving antenna is not modified at point (M).
  • the advantage of this variant without focusing the transmitting antenna is to simplify the transmitting device and reduce the cost of the system, at the cost of reducing the contrast of the images produced.
  • the means of control, representation, transmission, archiving (102) control the entire device. They vary the coordinates (209,210) of the focal point (M) of the antennas within the volume (V) by varying the focal delays of the transmit and receive antennas to measure the amplitude reflected at any point (M ) of the volume (V) until (V) is fully observed. They can thus create a three-dimensional image of the volume of soil (V) included under the antenna (200), or limit the investigation to two-dimensional sections of this volume.
  • This image data can be presented to an operator by visual means and / or transmitted to other users and / or recorded by the means (102). These images make it possible to identify various characteristics making it possible to identify the target, in particular:. the external shape of the object buried in the sediment. where appropriate (when the incident energy is sufficient to penetrate the object and / or when the envelope of this object is sufficiently permeable to acoustic waves) the shape of its internal constituents.
  • the position and orientation of the object relative to the surface of the sediment. the presence, above the object, of a texture characteristic of the sediment where the object is buried.
  • This measurement of the spatial variability of the signal reverberated by the sediment located above the object can, in known manner, reveal whether this sediment has been freshly stirred for example, or even if the nature of the sediment surrounding the point (M) differs from the surrounding sediments, a fact which can mark the existence of a desired sedimentary structure, gold or diamond in particular.
  • a vehicle (104) or a man carries the antenna, its electronics, and moves it in space, in the immediate vicinity or in contact with the interface with the medium, to image the zone where the object is buried.
  • the antenna can be carried for example at the end of a pole of the type 'frying pan' (103), or by a machine (104) terrestrial, marine, or submarine like a towed fish or like a robot under- marine.
  • the advantages of the invention are as follows. The short distance separating the antenna from the object allows high transmission rates, of the order of several hundred hertz.
  • Each sonar emission making it possible to examine, for certain embodiments of the invention, one to several tens of voxels (volume elements) per sonar emission, this results in an ability of the invention to deliver three-dimensional images at a rate of l of the order of a thousand to ten thousand voxels per second.
  • the antenna emits acoustic waves in a conventional manner and no longer according to the parametric technique used in the state of the art, which has the advantage of increasing the noise level incident on the object buried at point (M) observed at least 30 decibels.
  • the resolution of the images no longer depends on the area of the transmitting antenna, it is therefore possible to use a large-area transmitting antenna, which further increases the above-mentioned sound level by at least 10 decibels.
  • the emission transducers project acoustic energy onto the object in a non-directive manner, which makes it possible to observe all its parts, and not only its 'bright' points.

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Abstract

L'invention a pour but de détecter, de classifier et d'identifier les objets enfouis dans un milieu environnant tel que le sol en utilisant pour cela des ondes acoustiques. On entend par 'classification' l'action de déterminer une famille à laquelle l'objet enfoui appartient (exemples: cet objet enfoui dans le sédiment est un caillou ou une mine ou un strate sédimentaire ou un câble ou un pipe line), et par 'identification' l'action de déterminer quel est le type de l'objet dans sa famille (exemple: cet objet est de type 'Manta' dans la famille des mines). L'invention fonctionne aussi en milieu humide (fond des mers, des rivières, lacs, marais..) et dans l'eau.

Description

IMAGEUR ACOUSTIQUE D'OBJETS ENFOUIS
La présente invention a pour objet un dispositif destiné à détecter, classifier, et discriminer des objets par rapport à leur environnement par l'utilisation d'ondes acoustiques .
Le problème de la détection (c'est à dire l'action consistant à déterminer la présence ou l'absence) d'un objet enfoui dans un milieu tel le sol par leur écho ultrasonore, est un problème qui a déjà été abordé: Ainsi, on sait détecter les objets enfouis dans le fond de la mer au moyen de sonars travaillant dans le domaine des basses fréquences, qui pénètrent bien les sols. En revanche, l'état de la technique ne comprend que très peu de sonars classificateurs ou identificateurs d'objets enfouis, car ces opérations sont plus délicates: le sonar doit créer une image aussi fine que possible de l'objet enfoui pour en distinguer les détails qui permettront de le reconnaître. Il n'existe pas de dispositif permettant d'obtenir une image précise d'objets enfouis dans le sol.
La technique connue la plus proche de 1 ' invention consiste à projeter vers le sol des faisceaux acoustiques fins créés par une technique d'émission non linéaire dite 'émission paramétrique', et de juxtaposer sur un support visuel les signaux reçus pour représenter l'objet. Toutefois, cette technique telle qu'exposée dans le brevet n° EP0965860 présente les inconvénients suivants :
La technique d'émission paramétrique, décrite notamment dans la thèse de doctorat d'état es sciences physiques de l'université Paris VI intitulée 'Contribution théorique et expérimentale à l'étude de l'émission et de la réception paramétrique' (auteur : Pierre Cervenka) utilise un rayonnement émis, dit rayonnement primaire, de fréquence porteuse supérieure à 100kHz dans la description du brevet EP0965860 déjà cité , qui engendre par propagation non linéaire dans l'eau un rayonnement basse fréquence qui pénètre le sol.
Cette technique d'émission présente plusieurs inconvénients et limitations: Elle nécessite tout d'abord qu'une lame d'eau d'épaisseur minimale D___n existe entre 1 ' émetteur sonar et le sol où est enfoui l'objet. Pour permettre au rayonnement primaire d'engendrer au cours de sa propagation non linéaire à travers cette lame un rayonnement secondaire de niveau suffisant pour pénétrer le sol, cette lame d'eau doit typiquement atteindre une épaisseur minimale Cin de plusieurs dizaines à plusieurs centaines de centimètres. Le dispositif décrit dans le brevet EP0965860 déjà cité ne peut donc pas opérer directement en contact avec le sol, et par conséquent l'utilisation en est limitée aux zones où la profondeur d'eau est supérieure à Dmin- En particulier ce dispositif ne peut être utilisé là où il y a très peu ou pas d'eau notamment dans les rizières, les flaques, les marais, les terrains inondés par exemple, où peuvent se trouver des objets enfouis à investiguer.
La technique d'émission non-linéaire a, par ailleurs, un très mauvais rendement : le rayonnement secondaire est typiquement atténué de 30 à 40 décibels par rapport au rayonnement primaire émis par l'émetteur, ce qui limite beaucoup la portée du sonar.
De plus, la petite aire des antennes d'émission employées pour réaliser un émetteur acoustique paramétrique directif constitue un handicap. En effet, l'aire d'un tel projecteur d'émission doit être typiquement voisine de l'aire de la cellule de résolution de l'image que l'on cherche à créer, c'est à dire quelques centimètres carrés. Compte tenu des flux de puissance sonore maxima admissibles par les transducteurs ans la bande considérée, typiquement de l'ordre de quelques Watts/cm2, le niveau sonore secondaire projeté sur la cible, déjà fortement atténué par le très mauvais rendement mentionné précédemment, est très faible, ce qui se traduit par une réduction supplémentaire de la profondeur de pénétration dans 1e sol.
Un autre inconvénient vient de la manière dont est constituée l'image. Le dispositif du brevet EP0965860 déjà cité découpe l'objet en voxels (éléments de volume) aussi fins que possibles par l'utilisation de faisceaux très directifs à l'émission (typiquement 2 degrés). Un inconvénient de cette directivité est de limiter l'observation de l'objet enfoui aux seuls points de chacune de ses tranches où le faisceau sonore directif découpant la tranche est réfléchi spéculairement vers 1e sonar (points dits 'brillants' ) , les autres points de la tranche restant peu ou pas visibles, d'où une observation très incomplète de l'objet.
Le but de l'invention est précisément d'apporter une solution relativement simple et économique aux inconvénients des réalisations antérieures, décrits ci-avant et de proposer un dispositif capable de donner des images tridimensionnelles des objets enfouis dans un milieu tel que le sol. IV . DESCRIPTION DE L' INVENTION :
L'invention fait coopérer les moyens suivants référencés et présentés en regard des figures annexées: des moyens δd'émission et de réception (100), des moyens de traitement du signal (101) et de moyens de contrôle, de représentation, de transmission et d'archivage (102) .
Les moyens d' émission et de réception sont constitués par une 0 antenne (200,201,202), de moyens électroniques d'émission et de réception (204 à 208), des moyens optionnels de couplage acoustique entre l'antenne et le sol (203,211,212) .
L'antenne d'émission et de réception (200,201,202) est 5préférentiellement plane et comporte un ou plusieurs émetteurs ultrasonores non paramétriques, non directifs, large bande (201) et un ou plusieurs récepteurs ultrasonores non directifs large bande (202) de types connus, disposés sur la surface de l'antenne préférentiellement en rang unique ou en matrice. Les 0 émetteurs peuvent être actionnés soit en même temps soit séquentiellement. Ils émettent une impulsion courte de durée T=l/B typiquement de l'ordre de 20 microsecondes, et de fréquence centrale préférentiellement comprise dans l'intervalle 10kHz à 100kHz. La densité de puissance 5 surfacique émise est de l'ordre de 10 Watts par centimètre carré d'antenne. Les transducteurs d'émission (201) sont dans une réalisation préférée de l'invention différents de ceux de réception (202), et répartis géométriquement entre les transducteurs de réception. Toutefois, une variante de 01' invention utilisera des transducteurs pouvant à la fois émettre et recevoir.
Les transducteurs composant l'antenne (201,202) ont un lobe de directivité le plus ouvert possible , préférentiellement supérieur à 90 degrés, pour pouvoir observer tout le volume situé sous l'antenne. Pour cela, la dimension typique de la face parlante d'un transducteur est d'une demi longueur d'onde, qui peut varier de 1 et 10 centimètres selon la fréquence centrale choisie dans la bande de travail préférée. La plus grande dimension de l'antenne (200) peut donc varier selon diverses réalisations de l'invention de quelques centimètres à quelques mètres, fonction des capacités d'emport, de la fréquence choisie et des besoins en vitesse de couverture du système, la dimension de l'antenne étant voisine de la dimension de la zone de terrain qu'il est possible d'imager sous l'antenne.
Les moyens électroniques d'émission et de réception (204 à 208), sont constitués d'amplificateurs d'émission (204) et de réception (208), de moyens électroniques de focalisation, conditionnement et d'interface (205,207), et de moyens d'échanges de signaux (206) .
Le bloc d'électronique de focalisation, conditionnement et d'interface d'émission (205) distribue aux émetteurs de puissance d'émission (204) le signal émis avec les retards convenables pour que l'énergie ultrasonore émise par les transducteurs émetteurs (201) soit focalisée autour du point
(M) du volume (V) enfoui que l'on explore. Une variante de l'invention n'utilise qu'un seul et même amplificateur (204) pour attaquer en parallèle tous les transducteurs émetteurs (201), ces transducteurs émettent alors tous en même temps. Le bloc d'électronique de conditionnement et d'interface de réception (207) collecte tous les signaux des récepteurs (202) individuellement préamplifiés par les amplificateurs faible bruit adaptés (208), les conditionne et les transmet aux moyens de traitement du signal (101) .
Les moyens optionnels de couplage acoustique antenne et le sol (203,211,212) réalisent la transmission d'énergie acoustique entre l'antenne et le milieu tel que le sol où l'objet est enfoui, quand celui-ci est sec notamment, par un coussin de matière couplante (212) qui pourra avantageusement être une lame de liquide. Dans ce cas, cette lame liquide pourra être avantageusement créée en équipant la périphérie de l'antenne (200) d'une jupe d'étanchéité souple épousant les formes de l'antenne (203) et en injectant le liquide sous l'antenne au moyen d'au moins une buse d'injection de liquide (211) . Le liquide injecté à travers la buse (211) sous l'antenne est retenu partiellement par la jupe (203), de sorte que l'antenne
(200) est partiellement supportée par la lame liquide retenue
(212), à la manière d'un hydroglisseur.
Lorsque l'antenne (200) est utilisée dans un liquide, en mer par exemple, l'existence d'une lame d'eau 'naturelle' entre 1 ' antenne et le sol rend inutile ce moyen de couplage acoustique.
Un avantage de l'invention est qu'elle ne nécessite pas que l'épaisseur de la lame de matière couplante (212) soit importante : une épaisseur de l'ordre du millimètre suffit.
Les moyens de traitement du signal (101) collectent les signaux provenant des transducteurs (202) formant l'antenne de réception, convenablement amplifiés et conditionnés par les moyens (207,208), et focalisent l'antenne de réception au point (M) . Le point focal (M) est donc simultanément point focal de l'antenne d'émission constituée de l'ensemble des transducteurs (201) et point focal de l'antenne de réception constituée de l'ensemble des transducteurs de réception (202). Focaliser l'antenne d'émission au point (M) signifie qu'à chaque impulsion émise par le sonar, les retards appliqués aux instants d'émission de l'impulsion par les transducteurs (201) sont ajustés par les moyens de traitement du signal (101) pour que l'énergie acoustique vienne se concentrer au voisinage du point (M). Focaliser l'antenne de réception au point (M) signifie que les moyens de traitement du signal (101) appliquent aux signaux provenant des transducteurs de réception (202) l'algorithme connu retard - sommation - filtrage. Cet algorithme connu consiste à compenser les délais de propagation retour de 1 ' impulsion réfléchie par le point (M) aux centres de phase des transducteurs (202) par des retards individuellement appliqués aux signaux reçus par lesdits transducteurs (202), sommer lesdits signaux reçus, filtrer le signal somme et y détecter l'amplitude sonore réfléchie par le point (M). L'ajustage desdits retards est effectué au moyen d'un algorithme connu d' autofocalisation, par exemple du type dénommé 'maximum de contraste'.
Dans le cas de la variante de 1 ' invention où tous les transducteurs émetteurs (201) émettent simultanément, on ne modifie pas le processus de focalisation de l'antenne de réception au point (M). L'avantage de cette variante sans focalisation de l'antenne d'émission est de simplifier le dispositif d'émission et réduire le coût du système, au prix d'une réduction du contraste des images produites.
Les moyens de contrôle, représentation, transmission, archivage (102) contrôlent l'ensemble du dispositif. Ils font varier les coordonnées (209,210) du point de focalisation (M) des antennes au sein du volume (V) en faisant varier les retards de focalisation des antennes d'émission et de réception pour mesurer l'amplitude réfléchie en tout point (M) du volume (V) jusqu'à ce que (V) soit intégralement observé. Ils peuvent créer ainsi une image tridimensionnelle du volume de sol (V) compris sous l'antenne (200), ou limiter l'investigation à des coupes bidimensionnelles de ce volume. Ces données image peuvent être présentées à un opérateur par des moyens visuels et/ou transmis vers d'autres utilisateurs et/ou enregistrés par les moyens (102) . Ces images permettent de relever différentes caractéristiques permettant d'identifier la cible , notamment: . la forme extérieure de l'objet enfoui dans le sédiment . le cas échéant (lorsque l'énergie incidente est suffisante pour pénétrer l'objet et/ou lorsque 'enveloppe de cet objet est suffisamment perméable aux ondes acoustiques) la forme de ses constituants internes.
. la position et l'orientation de l'objet par rapport à la surface du sédiment. la présence , au dessus de l'objet , d'une texture caractéristique du sédiment où l'objet est enfoui. Cette mesure de la variabilité spatiale du signal réverbéré par le sédiment situé au dessus de l'objet peut, de manière connue, révéler si ce sédiment a été fraichement remué par exemple, ou bien encore si la nature du sédiment entourant le point (M) diffère des sédiments alentours, fait qui peut marquer l'existence d'une structure sédimentaire recherchée, aurifère ou diamantifère notamment.
Les différents moyens dont la structure a été décrite ci avant sont mis en oeuvre de la façon suivante:
Un véhicule (104) ou un homme porte l'antenne, son électronique, et la déplace dans l'espace, au voisinage immédiat ou au contact de l'interface avec le milieu, pour imager la zone où est enfoui l'objet. L'antenne peut être portée par exemple au bout d'une perche du type 'poêle à frire' (103), ou par un engin (104) terrestre, marin, ou sous- marin comme un poisson remorqué ou comme un robot sous-marin. Les avantages de l'invention sont les suivants. La faible distance séparant l'antenne de l'objet permet des cadences d'émission élevées , de l'ordre de plusieurs centaines de hertz. Chaque émission sonar permettant d'examiner, pour certaines réalisations de l'invention, une à plusieurs dizaines de voxels (éléments de volume) par émission sonar , il en résulte une capacité de l'invention à délivrer des images tridimensionnelles à une cadence de l'ordre du millier à une dizaine de milliers de voxels par seconde.
L'antenne émet des ondes acoustiques de manière classique et non plus selon la technique paramétrique utilisée dans l'état de l'art, ce qui a l'avantage d'augmenter le niveau sonore incident sur l'objet enfoui au point (M) observé d'au moins 30 décibels.
La résolution des images ne dépend plus de l'aire de l'antenne d'émission, on peut donc utiliser une antenne d'émission de grande aire, ce qui augmente encore le niveau sonore susdit d'au moins 10 décibels.
Par ailleurs, les transducteurs d'émission projettent l'énergie acoustique sur l'objet de manière non directive, ce qui permet d'observer toutes ses parties, et non seulement ses points 'brillants'.
Les avantages conférés à 1 ' invention par le gain en niveau sonore et à l'insonification non directive ainsi obtenus rendent observables de plus nombreux détails de l'objet: notamment certaines parties moins réfléchissantes ainsi que les points non spéculaires. Quand l'objet est acoustiquement pénétrable, sa constitution interne est ainsi mieux contrastée. La portée du sonar, c'est à dire la profondeur maximale à laquelle il est possible d'examiner un objet enfoui, est également accrue.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif destiné à détecter, classifier, et discriminer des objets par rapport à leur environnement, notamment les objets enfouis dans les sols terrestres ou marins, par l'utilisation d'ondes acoustiques, caractérisé en ce qu'il comprend:
un ensemble de transducteurs acoustiques d'émission
(201) de bande passante relative supérieure à 10% , non paramétriques, non directifs, ce dernier terme signifiant classiquement que l'ouverture à -3 décibels de leur lobe de directivité est au moins égale à 10 degrés, et préférentiellement supérieure à 60 degrés, lesdits transducteurs (201) étant associés en rang unique ou en matrice pour former une antenne d'émission préférentiellement plane
un ensemble de transducteurs acoustiques de réception
(202) de bande passante relative supérieure à 10%, non directifs au sens décrit ci-dessus, associés en rang unique ou en matrice pour former une antenne de réception préférentiellement plane, ces transducteurs acoustiques (202) étant préférentiellement distincts des transducteurs émetteurs (201)
des moyens électroniques d'émission (204) et de réception (208) permettant d'amplifier les signaux émis et reçus des transducteurs (201,202) des moyens électroniques assurant la focalisation, le conditionnement et l' interfaçage d'émission (205) permettant de faire émettre par les transducteurs (201) des impulsions acoustiques focalisées selon la technique connue des retards en un point (M) de 1 ' espace , le point de focalisation (M) étant positionné par le jeu des retards de focalisation appliqués aux signaux transmis par les transducteurs (201) à chaque émission au sein d'un volume de sol (V) à investiguer
des moyens électroniques assurant la focalisation, le conditionnement et l' interfaçage de réception (207) permettant de focaliser l'observation à la réception au voisinage des point (M) de l'espace où se réfléchit l'énergie émise, selon la technique connue 'retards et sommation' des signaux provenant des récepteurs (202)
des moyens électroniques assurant la transmission des signaux (206) et des moyens électroniques assurant le contrôle, le traitement, l'archivage et l'affichage (101,102) permettant de représenter, de transmettre à un opérateur local ou distant, et d'enregistrer les signaux acoustiques sortant de l'étage (207), sous forme de vues bi et tridimensionnelles de l'énergie réfléchie par les points (M) observés au sein du volume (V)
et caractérisé par ailleurs en ce que les faces parlantes des transducteurs (201, 202) émettent et reçoivent dans une couche d'eau d'épaisseur non nulle (212) baignant la surface du sol où sont enfouis lesdits objets.
2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que, lorsque ladite couche d'eau d'épaisseur non nulle (212) caractérisant le dispositif n'existe pas naturellement sur le sol, elle est créée artificiellement par injection d'eau sous les transducteurs acoustiques (201, 202) au moyen d'au moins un conduit (211), dans le but que cet apport d'eau crée une couche d'eau d'épaisseur non nulle (212) sur le sol dans laquelle les faces parlantes des transducteurs acoustiques (201, 202) baignent et à travers laquelle les ultrasons se propagent.
3. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce q'une jupe d'étanchéité (203) additionnelle aide à retenir latéralement ladite flaque d'eau (212) à travers laquelle passe le son.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les impulsions acoustiques émises sont préférentiellement de durée courte de l'ordre de 20 microsecondes, et leur énergie principalement répartie dans la bande des fréquences comprise entre 10 kHz et 100 kHz.
5. Système caractérisé en ce qu'il comprend: le dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes des moyens mécaniques permettant le transport dudit dispositif tels qu'un véhicule marin (104) ou terrestre
(103) permettant l'exploration d'un espace au moyen dudit dispositif.
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