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Spécial “ Acoustique sous-marine ”
37
Acoustique
&
Techniques n° 48
Les communications acoustiques
sous-marines
Spécificités des transmissions acoustiques
sous-marines
Pourquoi l’onde acoustique ?
L’onde acoustique est le seul support physique de transmission
d’informations sans fil viable dans le milieu marin. Les ondes
électromagnétiques sont inutilisables à cet effet (sauf à
très basses fréquences et à faible débit) et l’onde optique
ne porte qu’à quelques dizaines de mètres, même dans la
gamme bleu vert dont les caractéristiques de propagation
sont spécialement favorables.
À l’instar des autres systèmes acoustiques sous-marins, les
performances de fonctionnement d’une liaison acoustique
sont régies par le bilan énergétique résumé par l’équation
du sonar, qui permet d’exprimer le rapport signal à bruit
obtenu en réception [1]. A l’image du traitement sonar, où les
performances s’expriment soit en termes de probabilités de
détection et de fausse alarme dépendant du rapport signal
sur bruit, pour un système de communication la probabilité
d’erreur est aussi dépendante de ce rapport. Elle dépend aussi
des caractéristiques du milieu de transmission.
Si l’on raisonne en termes de distances de propagation, on
constate que les longues portées ne sont accessibles qu’en
utilisant une fréquence porteuse basse, qui ne subit qu’un
faible amortissement dans l’eau de mer, mais qui induit,
dans la pratique, bon nombre de conséquences fâcheuses
(instrumentation volumineuse et lourde, amplification délicate,
temps d’émission continu…) [1].
En terme d’efficacité de la transmission, on doit considérer
que les débits envisageables dépendent de la largeur de
bande fréquentielle disponible, et sont donc liés à la bande
passante des transducteurs par un paramètre appelé efficacité
spectrale (exprimé en bits/s/Hz). On comprend dès lors que
les facteurs de qualité des transducteurs conditionnent les
limites des transmissions acoustiques et que l’on s’intéresse
aux modulations ayant une efficacité spectrale la plus grande
possible.
En résumé,
Grande portée --> fréquence porteuse basse --> faible
bande passante --> faible débit
À l’inverse,
Haut débit --> grande bande passante --> fréquence
porteuse élevée --> courte portée
Gérard Lapierre
Agence Nationale des Fréquences
Rue Pierre Rivoalon
29200 Brest
E-mail : lapierre@anfr.fr
Xavier Lurton
IFREMER
NSE/AS
BP 70
29280 Plouzané
E-mail : lurton@ifremer.fr
Résumé
Le milieu sous-marin offre une opportunité de transmettre par voie acoustique
des signaux de communication mais pose aussi des problèmes spécifiques qui
en limitent sérieusement les performances. Les contraintes physiques sont dues
essentiellement à l’étalement temporel lié aux trajets multiples, mais aussi aux
modulations d’amplitude et de fréquence spécifiques à l’acoustique sous-marine.
Les besoins opérationnels en transmissions sans fil dans le milieu océanique
ont néanmoins amené au développement de divers systèmes de transmission.
Les techniques utilisées pour combattre les contraintes physiques du milieu
incluent l’exploitation de directivité d’antennes, des modulations robustes
aux divers effets subis, et des techniques spécifiques de compensation de la
réponse du canal. Les performances obtenues pratiquement permettent de
nombreuses applications, mais restent très en deçà de celles des systèmes
électromagnétiques utilisés dans l’atmosphère ou l’espace.
Abstract
The acoustic channel is the most suitable way to transmit signals for underwater
communication purposes, but on the other hand it raises specific issues limiting
seriously the achieved performances. Physical limitations are essentially due
to time spreading given by multipath structure, but also to amplitude and
frequencies modulations specific of underwater acoustics. However, operational
needs in wireless transmissions in the ocean lead to the development of various
transmission systems. Techniques used to cope with the physical constraints
feature array directivity, robust modulations, and specific techniques to equalize
the transfer function of underwater channel. The performances actually
achieved make possible numerous applications, even if they stay below those of
electromagnetic waves used in atmosphere or space.