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Spécial “ Acoustique sous-marine ”
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Acoustique
&
Techniques n° 48
angles, l’interférométrie ne fonctionne pas. Cela provient
d’un phénomène nommé «glint» : il s’agit d’un phénomène
d’interférence de tous les points brillants, dû à la trop grande
étendue de la cellule de résolution. Dans le cadre des sondeurs
multifaisceaux, les deux techniques de mesure fournissent des
erreurs bathymétriques similaires pour leurs zones d’intérêt
angulaires ce qui les rend très complémentaires.
Le principe de la largeur de bande et de temps de cohérence
évoqué pour le cas de l’interférométrie optique reste valable
pour l’interférométrie sonar. Ainsi, l’interférométrie sonar est
une technique adaptée à une émission à bande étroite (c’est-
à-dire avec un grand temps de cohérence), afin d’accroître le
contraste des franges d’interférences. Si la bande est faible
pour une impulsion non modulée, la durée d’émission est
grande. Un accroissement de la durée d’émission dégrade la
résolution en distance et la qualité de l’image sonar.
À première vue, la notion d’interférométrie est antagoniste
avec la notion d’image. En fait, il faut nuancer ce propos :
la largeur de bande est une notion fondamentale et il est
préférable d’en disposer davantage que pas assez. En effet,
la télédétection est basée sur la notion de modulation du
signal par le milieu. Si le milieu évolue rapidement, il faudra
échantillonner suffisamment rapidement cette évolution pour
éviter le repliement de spectre. Cette vitesse d’échantillonnage
correspond à la bande du signal utilisé. Ainsi pour une image,
la résolution n’est pas donnée par la troncature mais par
l’inverse de la bande du signal ; par conséquent, plus le signal
a une large bande, plus la résolution spatiale est importante.
Ceci ne gêne pas la qualité de l’interférométrie, car elle est
basée avant tout, sur un temps de cohérence qui se traduit en
optique, par une largeur de bande. Plus on intègre longtemps,
plus la qualité du rapport signal sur bruit augmente. La solution
repose donc sur une émission longue, favorable au temps
de cohérence (c’est-à-dire à l’interférométrie) et avec un
encombrement spectral important. Ceci peut être atteint par la
technique de la compression d’impulsion ou de filtrage adapté,
qui permet d’émettre longtemps tout ayant une occupation
importante de la bande.
Difficultés de l’interférométrie
Même si l’interférométrie sous-marine découle d’un principe
optique assez simple, il n’en reste pas moins qu’un certain
nombre de phénomènes viennent compliquer son application
pratique. Les trois grandes difficultés sont relatives à
l’hypothèse d’un milieu non dispersif, au lever d’ambiguïté et
au sens physique de
*
b a
SS
par rapport à
( ) ( )
1 2
〈
〉
E t E t T
.
Retard absolu et interférométrie
L’interférométrie est donc basée sur une mesure de
différence de phase
Δϕ
et cette mesure ou estimation ne
permet d’accéder qu’à une valeur de
Δϕ
comprise dans
l’intervalle [-
π
,
π
]. Or en fonction de la taille
δ
de la baseline,
cette excursion de 2
π
ne suffit pas à décrire la différence de
phase géométrique
ΔΦ
, lorsque l’angle
θ
décrit l’intervalle [0,
π
], comme le montre l’équation suivante :
(7)
2
2
cos(
)
d
n
π
θ ψ ϕ π
λ
ΔΦ =
+ = Δ +
Δϕ
est donc qualifiée de
différence de phase ambiguë
,
car pour connaître la différence de marche et l’angle
θ
, il est
nécessaire de remonter
au retard absolu ou à la différence
de phase non ambiguë
ΔΦ
. La figure 7 (gauche) souligne
ce phénomène pour un fond plat. Les sauts de phase qui
apparaissent sur la différence de phase ambiguë (en rouge),
correspondent donc à un passage de
π
à -
π
ou de -
π
à
π
de
cette différence de phase.
Ces sauts de phase représentent la difficulté majeure de
l’interférométrie. La variation de la valeur du facteur n qui
intervient dans l’équation (7), est de ce fait indispensable pour
remonter au retard absolu: cette opération revient à débiaiser
Δϕ
(phase unwrapping) et s’avère d’autant plus difficile que
le signal de différence de phase est fortement bruité le long
de la portée.
Pour identifier ce facteur n, il faut valider l’hypothèse d’un
milieu non dispersif, c’est-à-dire que la vitesse de groupe est
égale à la vitesse de phase. La vitesse de groupe représente
la vitesse à laquelle se propage l’information et la vitesse de
phase représente une notion abstraite liée à la porteuse ; en
effet en électromagnétisme, la vitesse de phase dépasse
parfois la vitesse de la lumière !
Fig. 7 : Effet de restriction de la phase interférométrique à l’intervalle [-
π
,
π
[
Sonars cartographiques et interférométrie associée