[go: up one dir, main page]

FR2822548A1 - Buried or submerged object acoustic image former, acoustic waves are transmitted or received at transducers through a non null thickness naturally occurring or artificially created water layer - Google Patents

Buried or submerged object acoustic image former, acoustic waves are transmitted or received at transducers through a non null thickness naturally occurring or artificially created water layer Download PDF

Info

Publication number
FR2822548A1
FR2822548A1 FR0103728A FR0103728A FR2822548A1 FR 2822548 A1 FR2822548 A1 FR 2822548A1 FR 0103728 A FR0103728 A FR 0103728A FR 0103728 A FR0103728 A FR 0103728A FR 2822548 A1 FR2822548 A1 FR 2822548A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
transducers
acoustic
focusing
signals
buried
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.)
Withdrawn
Application number
FR0103728A
Other languages
French (fr)
Inventor
Marc Brussieux
Francoise Elisabeth Etling
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.)
Individual
Original Assignee
Individual
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 Individual filed Critical Individual
Priority to FR0103728A priority Critical patent/FR2822548A1/en
Priority to PCT/FR2002/000980 priority patent/WO2002075362A1/en
Publication of FR2822548A1 publication Critical patent/FR2822548A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO 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
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/52017Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 particularly adapted to short-range imaging
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06BMETHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0607Methods 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
    • B06B1/0622Methods 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
    • B06B1/0629Square array
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO 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
    • G01S15/00Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/89Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S15/8906Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO 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
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/539Details 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
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Geology (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

The faces of the transducers (201,202) transmit and receive in a non null water thickness layer covering the ground surface. When the non null water thickness layer (212) does not naturally exist on the ground, it is artificially created by injecting water under the acoustic transducers (201,202) via a pipe (211). A sealing skirt (203) laterally retains the water through which the sound passes. The acoustic pulses are preferably of the order of 20 micro-seconds, and their energy is spread over the frequency band between 10 to 100 kHertz. Acoustic imaging system which includes: (a) a group of acoustic emitting non parametric, non directive, transducers with relative pass band greater than 10 per cent. The directive term signifies the opening to -3 decibels of the directivity lobe is at least equal to 10 degree, and preferably greater than 60 degrees. The transducers (201) are linked in a single row or in a matrix so as to form a preferably plane transmitting antenna; a group of receiving acoustic transducers (202) with relative pass band greater than 10 per cent. The directive term signifies the opening to -3 decibels of the directivity lobe is at least equal to 10 degree, and preferably greater than 60 degrees. The transducers (202) are linked in a single row or in a matrix so as to form a preferably plane receiving antenna and are preferably distinct from the emitting transducers; an electronic transmitter (204) and receiver (208) for amplifying the transducer signals, an electronic system for focusing , conditioning and transmission interface (205) by means of which the transducers (201) emit focused acoustic pulses according to the technique known as delays in a point of space (M), the focusing point (M) is positioned by the set of focusing delays applied to signals emitted by the transducers at each emission in a soil volume (V) investigated; an electronic system for focusing , conditioning and reception interface (207) focusing the observation for the reception near to the points (M) where the reflected energy is emitted, in accordance with the technique known as delays and summation for signals from the receivers (202), electronic transmission units for the signals (206) and means for control, processing, archiving, display (101,201) for local or remote transmission and to record the acoustic signals in a two or three dimensional form.

Description

<Desc/Clms Page number 1> <Desc / Clms Page number 1>

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. 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.

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. 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. On the other hand, 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.

La technique connue la plus proche de l'invention consiste à projeter vers le sol des faisceaux acoustiques fins créés par

Figure img00010001

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 nO EP0965860 présente les inconvénients suivants : La technique d'émission paramétrique, décrite notamment dans la thèse de doctorat d'état ès 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 Cervehka) utilise un The closest known technique to the invention consists in projecting fine acoustic beams created by
Figure img00010001

a non-linear emission technique called 'parametric emission', and juxtaposing on a visual medium the signals received to represent the object. However, this technique as set out in patent No. EP0965860 has the following drawbacks: The parametric emission technique, described in particular in the thesis of doctorate of state in physical sciences of the university Paris VI entitled 'Theoretical and experimental contribution studying parametric emission and reception '(author: Pierre Cervehka) uses a

<Desc/Clms Page number 2><Desc / Clms Page number 2>

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.  emitted radiation, called primary radiation, of carrier frequency greater than 100 kHz in the description of patent EP0965860 already cited, which generates by non-linear propagation in water low frequency radiation which penetrates the ground.

Cette technique d'émission présente plusieurs inconvénients et limitations : Elle nécessite tout d'abord qu'une lame d'eau d'épaisseur

Figure img00020001

minimale D existe entre l'émetteur sonar et le sol où est mm 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 D 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 Dmln. 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. This emission technique has several drawbacks and limitations: First, it requires only a thick layer of water
Figure img00020001

minimum D exists between the sonar transmitter and the ground where the object is buried. To allow the primary radiation to generate, during its non-linear propagation through this plate, secondary radiation of a level sufficient to penetrate the ground, this layer of water must typically reach a minimum thickness D of several tens to several hundred centimeters . The device described in patent EP0965860 already cited can therefore not operate directly in contact with the ground, and therefore the use is limited to areas where the water depth is greater than Dmln. In particular, this device cannot be used where there is very little or no water, in particular in rice fields, puddles, marshes, flooded grounds for example, where there may be buried objects to be investigated.

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. 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.

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 In addition, the small area of the transmitting antennas used to make a directional parametric acoustic transmitter constitutes a handicap. Indeed, the area of such an emission projector must be typically close to the area of the image resolution cell that one seeks to create, that is to say a few square centimeters. Taking into account the maximum sound power flows admissible by the transducers

<Desc/Clms Page number 3> <Desc / Clms Page number 3>

Figure img00030001

dans 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 le sol.
Figure img00030001

in the band considered, typically of the order of a few Watts / cm 2, the secondary noise level projected onto the target, already greatly attenuated by the very poor performance mentioned previously, is very low, which results in a further reduction in the depth of penetration into the ground.

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 le sonar (points dits'brillants'), les autres points de la tranche restant peu ou pas visibles, d'où une observation très incomplète de l'objet. Another drawback comes from the way the image is made up. The device of patent EP0965860 already cited divides the object into voxels (volume elements) as fine as possible by the use of very directive beams on emission (typically 2 degrees). A drawback of this directivity is to limit the observation of the buried object to the only points of each of its slices where the directive sound beam cutting the slice is specularly reflected towards the sonar (so-called 'bright' points), the other points of the slice remaining little or not visible, hence a very incomplete observation of the object.

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. 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.

IV. DESCRIPTION DE L'INVENTION : L'invention fait coopérer les moyens suivants référencés et présentés en regard des figures annexées : des moyens d'émission et deréception (100), des moyens de traitement du signal (101) et de moyens de contrôle, de représentation, de transmission et d'archivage (102). IV. DESCRIPTION OF THE INVENTION: The invention makes the following means referenced and presented cooperate with reference to the appended figures: transmission and reception means (100), signal processing means (101) and control means, representation, transmission and archiving (102).

<Desc/Clms Page number 4><Desc / Clms Page number 4>

Les moyens d'émission et de réception sont constitués par une 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).  The transmission and reception means consist of an antenna (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).

L'antenne d'émission et de réception (200,201, 202) est préférentiellement 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 émetteurs peuvent être actionnés soit en même temps soit séquentiellement. Ils émettent une impulsion courte de durée T=1/B typiquement de l'ordre de 20 microsecondes, et de fréquence centrale préférentiellement comprise dans l'intervalle 10kHz à 100kHz. La densité de puissance 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 l'invention utilisera des transducteurs pouvant à la fois émettre et recevoir. The transmitting and receiving antenna (200,201, 202) is preferably planar and includes one or more non-parametric, non-directional, broadband ultrasonic transmitters (201) and one or more broadband non-directive ultrasonic receivers (202) of the following types: known, arranged on the surface of the antenna preferably in a single row or in a matrix. The transmitters can be operated either simultaneously or sequentially. They emit a short pulse of duration T = 1 / B typically of the order of 20 microseconds, and of central frequency preferably comprised in the interval 10 kHz to 100 kHz. The pfd density 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.

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. The transducers making up 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. For this, 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.

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 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

<Desc/Clms Page number 5><Desc / Clms Page number 5>

de la dimension de la zone de terrain qu'il est possible d'imager sous l'antenne.  the size of the area of land that can be imaged under the antenna.

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). 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).

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. 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 (M) of the buried volume (V) that we are exploring. 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.

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). 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 ).

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). The optional means for acoustic coupling of the antenna and the ground (203, 211, 212) carry out the transmission of acoustic energy 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. In this case, 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).

Le liquide injecté à travers la buse (211) sous l'antenne est retenu partiellement par la jupe (203), de sorte que l'antenne  The liquid injected through the nozzle (211) under the antenna is partially retained by the skirt (203), so that the antenna

<Desc/Clms Page number 6><Desc / Clms Page number 6>

(200) est partiellement supportée par la lame liquide retenue (212), à la manière d'un hydroglisseur.  (200) is partially supported by the retained liquid blade (212), in the manner of a hydrofoil.

Lorsque l'antenne (200) est utilisée dans un liquide, en mer par exemple, l'existence d'une lame d'eau'naturelle'entre l'antenne et le sol rend inutile ce moyen de couplage acoustique. When the antenna (200) is used in a liquid, at sea for example, the existence of a sheet of natural water between the antenna and the ground makes this means of acoustic coupling unnecessary.

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. 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.

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). 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).

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-sommationfiltrage. Cet algorithme connu consiste à compenser les délais de propagation retour de l'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 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 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 the delay of 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

<Desc/Clms Page number 7><Desc / Clms Page number 7>

effectué au moyen d'un algorithme connu d'autofocalisation, par exemple du type dénommé'maximum de contraste'.  performed by means of a known autofocusing algorithm, for example of the type called “maximum contrast”.

Dans le cas de la variante de l'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. In the case of the variant of the invention where all the transmitting transducers (201) transmit simultaneously, the focusing process of the reception antenna at point (M) is not modified. 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.

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. 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.

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. 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.

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

Figure img00070001

pour pénétrer l'objet et/ou lorsque'enveloppe de cet objet est suffisamment perméable aux ondes acoustiques) la forme de ses constituants internes. 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. if applicable (when the incident energy is sufficient
Figure img00070001

to penetrate the object and / or when the envelope of this object is sufficiently permeable to acoustic waves) the shape of its internal constituents.

. 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, . 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,

<Desc/Clms Page number 8><Desc / Clms Page number 8>

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.  reveal whether this sediment has been freshly stirred, for example, or even if the nature of the sediment surrounding point (M) differs from the surrounding sediments, a fact which may mark the existence of a desired sedimentary structure, in particular gold or diamond.

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 sousmarin comme un poisson remorqué ou comme un robot sous-marin. The different means, the structure of which has been described above, are implemented as follows: A vehicle (104) or a man carries the antenna, its electronics, and moves it in space, in the immediate vicinity or in contact of the interface with the medium, to image the area where the object is buried. The antenna can be carried, for example, at the end of a pole of the 'frying pan' type (103), or by a terrestrial, marine or underwater vehicle such as a towed fish or as an underwater robot.

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. 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.

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.  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.

La résolution des images ne dépend plus de l'aire de l'antenne d'émission, on peut donc utiliser une antenne d'émission de Image resolution no longer depends on the area of the transmit antenna, so you can use a transmit antenna

<Desc/Clms Page number 9><Desc / Clms Page number 9>

grande aire, ce qui augmente encore le niveau sonore susdit d'au moins 10 décibels.  large area, which further increases the above noise level by at least 10 decibels.

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'. In addition, the emission transducers project the 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.

Les avantages conférés à l'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.The advantages conferred on the invention by the gain in sound level and non-directive insonification thus obtained make more details of the object observable: in particular certain less reflective parts as well as the non-specular points. When the object is acoustically penetratable, its internal constitution is thus better contrasted. The range of the sonar, i.e. the maximum depth at which it is possible to examine a buried object, is also increased.

Claims (10)

REVENDICATIONS 1. Dispositif de détection et d'imagerie acoustique des objets enfouis dans un milieu tel que le sol caractérisé en ce que ses transducteurs d'émission (201) et de réception (202) sont disposés au contact de la surface du milieu où est enfoui l'objet, ou au voisinage immédiat de celle ci à une distance de l'ordre de quelques centimètres.  1. Device for detecting and acoustically imaging objects buried in an environment such as the ground, characterized in that its emission (201) and reception (202) transducers are arranged in contact with the surface of the environment in which is buried the object, or in the immediate vicinity of it at a distance of the order of a few centimeters. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il utilise une lame (212) de matière couplante assurant la transmission d'énergie acoustique entre les transducteurs (201,202) et le milieu où est enfoui l'objet. 2. Device according to claim 1, characterized in that it uses a blade (212) of coupling material ensuring the transmission of acoustic energy between the transducers (201,202) and the environment where the object is buried. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la lame couplante (212) est réalisée par injection d'un liquide tel que l'eau sous les transducteurs acoustiques (201,202) au moyen d'au moins une buse d'injection (211) et d'au moins une jupe d'étanchéité (203), qui retient la lame liquide à travers laquelle passe le son. 3. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the coupling blade (212) is produced by injecting a liquid such as water under the acoustic transducers (201,202) by means of at least one nozzle d injection (211) and at least one sealing skirt (203), which retains the liquid blade through which the sound passes. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble de transducteurs acoustiques d'émission (201) large bande, 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. 4. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises a set of acoustic emission transducers (201) broadband, non-parametric, non-directional, the latter term conventionally meaning that the opening to- 3 decibels of their directivity lobe is at least equal to 10 degrees, and preferably greater than 60 degrees, said transducers (201) being associated in a single row or in a matrix to form a preferably planar transmitting antenna. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble de transducteurs acoustiques (202) large bande, non paramétriques, non directifs au sens décrit ci-dessus, associés en rang unique ou en matrice pour former une antenne de réception préférentiellement plane, ces transducteurs 5. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises a set of wideband acoustic transducers (202), non-parametric, non-directional in the sense described above, associated in a single row or in a matrix for form a preferentially planar receiving antenna, these transducers <Desc/Clms Page number 11><Desc / Clms Page number 11> acoustiques (202) étant préférentiellement distincts des transducteurs émetteurs (201).  acoustic (202) being preferably distinct from the transmitting transducers (201). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens électroniques d'émission (204) et de réception (208) permettant d'amplifier les signaux émis et reçus des transducteurs (201,202) et 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 l'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. 6. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises electronic transmission (204) and reception (208) means making it possible to amplify the signals transmitted and received from the transducers (201,202) and electronic means ensuring the focusing, conditioning and interfacing of emission (205) making it possible to cause the transducers (201) to transmit acoustic pulses focused according to the known technique of delays at a point (M) in space, the focusing point (M) being positioned by the set of focusing delays applied to the signals transmitted by the transducers (201) on each emission within a volume of soil (V) to be investigated. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte 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). 7. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises electronic means ensuring the focusing, the conditioning and the interfacing of reception (207) making it possible to focus the observation on reception in the vicinity of the points. (M) of the space where the emitted energy is reflected, according to the known technique “delays and summation” of the signals coming from the receivers (202). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte 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 ou de transmettre à un opérateur local ou distant, et d'enregistrer les signaux acoustiques sortant de l'étage (207), notamment sous forme de vues bi ou tridimensionnelles de l'énergie réfléchie par les points (M) observés au sein du volume (V). 8. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises electronic means ensuring the transmission of the signals (206) and electronic means ensuring the control, processing, archiving and display (101,102 ) making it possible to represent or transmit to a local or remote operator, and to record the acoustic signals leaving the stage (207), in particular in the form of two or three-dimensional views of the energy reflected by the points (M) observed within the volume (V). 9. 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 9. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the acoustic pulses emitted are preferably of short duration of the order of <Desc/Clms Page number 12><Desc / Clms Page number 12> 20 microsecondes, et leur énergie principalement répartie dans la bande des fréquences comprise entre 10 kHz et 100 kHz. 20 microseconds, and their energy mainly distributed in the frequency band between 10 kHz and 100 kHz. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le moyen utilisé pour le transport de l'invention dans l'espace est un véhicule marin ou terrestre (104) ou un dispositif mécanique adapté au transport à pied de l'invention (103).10. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the means used for transporting the invention in space is a sea or land vehicle (104) or a mechanical device suitable for transporting the vehicle on foot. invention (103).
FR0103728A 2001-03-20 2001-03-20 Buried or submerged object acoustic image former, acoustic waves are transmitted or received at transducers through a non null thickness naturally occurring or artificially created water layer Withdrawn FR2822548A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0103728A FR2822548A1 (en) 2001-03-20 2001-03-20 Buried or submerged object acoustic image former, acoustic waves are transmitted or received at transducers through a non null thickness naturally occurring or artificially created water layer
PCT/FR2002/000980 WO2002075362A1 (en) 2001-03-20 2002-03-20 Acoustic imager for buried objects

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0103728A FR2822548A1 (en) 2001-03-20 2001-03-20 Buried or submerged object acoustic image former, acoustic waves are transmitted or received at transducers through a non null thickness naturally occurring or artificially created water layer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
FR2822548A1 true FR2822548A1 (en) 2002-09-27

Family

ID=8861316

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR0103728A Withdrawn FR2822548A1 (en) 2001-03-20 2001-03-20 Buried or submerged object acoustic image former, acoustic waves are transmitted or received at transducers through a non null thickness naturally occurring or artificially created water layer

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR2822548A1 (en)
WO (1) WO2002075362A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110244362A (en) * 2019-06-18 2019-09-17 湖南普奇地质勘探设备研究院(普通合伙) A kind of array sound pick-up pipeline positioning device and method

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7058184B1 (en) * 2003-03-25 2006-06-06 Robert Hickling Acoustic measurement method and apparatus
US7532541B2 (en) 2006-02-23 2009-05-12 Fev Engine Technology, Inc Object detection using acoustic imaging
US7765972B2 (en) 2006-07-21 2010-08-03 Fev Engine Technology, Inc Fully variable mechanical valve train in an internal combustion engine

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3949348A (en) * 1970-10-15 1976-04-06 Westinghouse Electric Corporation Sonar apparatus
US4671293A (en) * 1985-10-15 1987-06-09 North American Philips Corporation Biplane phased array for ultrasonic medical imaging
US5898642A (en) * 1995-09-28 1999-04-27 Etat Francais Represente Par Le Delegue General Pour L'armement Sonar antenna
US6055214A (en) * 1998-07-23 2000-04-25 Wilk; Peter J. Imaging system for detecting underground objects and associated method
US6186949B1 (en) * 1998-03-31 2001-02-13 General Electric Company Method and apparatus for three-dimensional flow imaging using coded excitation

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5537367A (en) * 1994-10-20 1996-07-16 Lockwood; Geoffrey R. Sparse array structures
US5781504A (en) * 1997-06-05 1998-07-14 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Shallow water beamforming methodology for toroidal volume search sonar

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3949348A (en) * 1970-10-15 1976-04-06 Westinghouse Electric Corporation Sonar apparatus
US4671293A (en) * 1985-10-15 1987-06-09 North American Philips Corporation Biplane phased array for ultrasonic medical imaging
US5898642A (en) * 1995-09-28 1999-04-27 Etat Francais Represente Par Le Delegue General Pour L'armement Sonar antenna
US6186949B1 (en) * 1998-03-31 2001-02-13 General Electric Company Method and apparatus for three-dimensional flow imaging using coded excitation
US6055214A (en) * 1998-07-23 2000-04-25 Wilk; Peter J. Imaging system for detecting underground objects and associated method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110244362A (en) * 2019-06-18 2019-09-17 湖南普奇地质勘探设备研究院(普通合伙) A kind of array sound pick-up pipeline positioning device and method

Also Published As

Publication number Publication date
WO2002075362A1 (en) 2002-09-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0383650B1 (en) Process and apparatus for locating and focusing waves
Sabra et al. Experimental demonstration of iterative time-reversed reverberation focusing in a rough waveguide. Application to target detection
EP0904535B1 (en) Method and device for detecting and locating a reverberating source of sound
EP0691527B1 (en) Apparatus and method for measuring the velocity profile in a polyphase fluid
FR2716006A1 (en) Detection and mapping of hydrocarbon reservoirs using a radar.
EP0070494A1 (en) Submarine sonar
JP2007507691A (en) Sonar systems and processes
Weber et al. Observations of backscatter from sand and gravel seafloors between 170 and 250 kHz
EP0944035B1 (en) Method and apparatus for the focalisation of acoustic waves
CA2016373A1 (en) Subsea subsurface objects anticollision sonar
Rajapan et al. Importance of underwater acoustic imaging technologies for oceanographic applications–a brief review
FR2822548A1 (en) Buried or submerged object acoustic image former, acoustic waves are transmitted or received at transducers through a non null thickness naturally occurring or artificially created water layer
EP2737337B1 (en) Device for clutter-resistant target detection
EP1407292B1 (en) Imaging sonar and a detection system using one such sonar
EP2018579A2 (en) Improved frontal sonar
EP4090991B1 (en) Depointable parametric echosounder, and method for characterizing a portion of the sub-bottom of a subaquatic environment
FR2817973A1 (en) Method of detecting the position of objects, used e.g. for assisting in parking of a motor vehicle, is based on two steps for forming beams using a network of ultrasound sensors
Dybedal et al. Ultra high resolution sub-bottom profiling for detection of thin layers and objects
La et al. 8-kHz bottom backscattering measurements at low grazing angles in shallow water
FR2702569A1 (en) Sonar to detect buried objects.
EP1099958B1 (en) Method and device to determine the shape of a linear antenna and resolve its directional ambiguity
Grabowski et al. Suitability study of survey equipment used in the MODUM project
EP0114547A2 (en) Acoustic system with parametric multi-bundle antennas
Day et al. Low grazing angle bistatic sea floor scattering on the Florida Atlantic coastal shelf
EP1649449A1 (en) Acoustic wave imaging method and device

Legal Events

Date Code Title Description
TP Transmission of property
ST Notification of lapse