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Spécial “ Acoustique sous-marine ”
Acoustique
&
Techniques n° 48
Les signaux captés par les antennes subissent également les
opérations classiques d’échantillonnage et de formation de
voies. L’interférométrie se fait sur l’enveloppe complexe du
champ de pression (homologue au champ électromagnétique,
pour cette application) par multiplication des enveloppes
complexes des signaux :
*
b a
SS
avec S
a
, l’enveloppe
complexe de la voie a et S
b
, l’enveloppe complexe de la voie
b. L’argument de cette expression donne
b
a
ϕ ϕ −
c’est-à-dire
la différence de phase instantanée (propriété des signaux en
quadrature) des signaux S
a
et S
b
issus de la même onde plane
(sous l’hypothèse c
τ
/2 » d).
Cette différence de phase correspond à une différence de
marche
cos(
)
d
θ ψ+
, avec
ψ
, l’angle d’inclinaison de
la ligne
formée par les deux antennes
(ou « baseline ») par rapport
à la verticale. Cette différence de marche dépend donc de
l’angle d’arrivée
θ
de l’onde plane par rapport à la normale à
la baseline et cet angle
θ
est relié à
Δϕ
par la relation suivante
(d étant la longueur de la baseline).
(4)
2
2
cos(
)
M d
π
π
δ
θ ψ
λ
λ
ΔΦ =
=
+
Cette relation est fondamentale pour l’interférométrie à
émetteur commun. Dans le cas où le fond est illuminé avec
deux sources émettrices/réceptrices distinctes, on obtient :
(5)
4
4
cos(
)
M d
π
π
δ
θ ψ
λ
λ
ΔΦ =
=
+
Ainsi, la détermination de l’angle
θ
d’arrivée du front d’onde,
pour chaque point de la portée sonar, permet d’accéder à
l’élévation de la cellule de résolution concernée. La relation (6)
permet de calculer cette élévation moyennant la connaissance
de la distance cible – sonar.
(6)
Interférométrie Sondeur multifaisceaux
L’interférométrie permet d’améliorer le positionnement de la
sonde car la mesure de la distance sondeur-sol dans l’axe
du faisceau est largement améliorée. Le principe de mise en
œuvre est relativement simple et repose sur la création avec
l’antenne de réception, de deux sous-voies dirigées vers la
même direction d’intérêt, et dont les centres de phase sur
l’antenne physique sont distants de quelques longueurs d’onde.
Cela revient en quelque sorte, à diviser l’antenne en deux
parties ou sous-antennes qui vont faire office, comme dans
le cas du sonar latéral, d’antennes distinctes, à la différence
qu’elles pourront se superposer en partie (c’est-à-dire avoir
des capteurs élémentaires en commun).
Il est possible de faire interférer les signaux issus des deux
sous-antennes en calculant comme dans le cas du sonar
latéral, le produit
*
b a
SS
. L’instant correspondant à l’axe de
visée est donné par le passage par zéro de l’argument du
signal interférométrique, ce qui correspond à l’instant où la
différence de marche est identique entre les deux capteurs.
Les cellules de résolution correspondent à des tâches
spatiales liées à l’échantillonnage temporel du signal, c’est-à-
dire en première approximation à l’étalement sur le fond, de
la durée d’impulsion. En revanche, la cellule d’insonification
correspond à la tâche spatiale liée à l’échantillonnage angulaire
du signal émis.
Pratiquement, la recherche de l’instant du passage par
zéro est effectuée par une régression linéaire sur la rampe
de phase. L’interférométrie est utilisée seulement quand
les angles s’éloignent de la verticale, c’est-à-dire quand la
cellule de résolution devient optimale (longueur de la durée
d’impulsion pour une émission sans filtrage adapté :
2
/
c
τ
).
Aux angles verticaux, on conserve la technique de la détection
du maximum d’amplitude dans la voie formée car pour ces
Fig. 5 : Principe d’interférométrie pour des sondeurs multifaisceaux
Fig. 6 : Détection du point de sonde par interférométrie
Sonars cartographiques et interférométrie associée