A. Détection d'objets
a. Le concept de la détection
et de la résolution
L' amalgamme ne doit pas être
fait entre le concept de résolution et la capacité d'un faisceau à détecter des
objets.
-Résolution: C’est la faculté, pour un système, à distinguer deux cibles
séparées sur le fond.
-Détection: C'est la capacité d'un objet, sur le sol marin, de faire une
trace visible sur l'image sonar.
Cette confusion est due au fait que le sonar latéral est capable de
détecter des objets sur le fond dont la taille est inférieure à la grandeur
définie par la résolution, et en particulier pour les surfaces où la réflexion
est faible.
Le critère fondamental, de la détection, diffère véritablement de celui
de la résolution.
Un petit objet de dimensions inférieures à celles du pouvoir de
résolution est un objet sonar si il est capable de renvoyer au transducteur un
taux d’énergie suffisant dans des conditions environnementales uniformes et
faibles. En effet, dans ces conditions le contraste établis par la cible
hypothétique est suffisant pour être
perçu.
Exemple:
Pour la haute résolution d'un
système sonal (de grande dimension), remorqué près du fond et utilisant 100 kHz
de fréquence avec un faisceau étroit, un objet aussi petit qu’une partie de
câble sous-marin reposant sur un sédiment lisse, peut être détecté. Inversement
pour une zone où l’impédance acoustique d’un objet est la même que celle de
l’eau.
La détection optimale s’obtient à partir de la qualité du contraste de
l’écho par rapport à l’ombre reçue par le sonar.
b. Les
différentes détections
Le
contraste correspond à des
rapport d’énergie c'est-à-dire,
l’énergie reçue par réverbération en
absence
d’objet par rapport à celle reçue lorsqu’un
objet, ou son ombre est présent au
milieu du lobe.
Si l'intensité réfléchie par l'objet est égale à la moitié de
l'intensité réfléchie en son absence, alors le contraste est suffisant pour
détecter une ombre.
avec :
- Iy : intensité en absence
de corps,
-
Iy-Ix : intensité en présence de corps,
en posant :
- x : largeur de l'objet,
- Ix : intensité correspondante à la réflexion sur
l'objet.
On peut détecter la présence ou l'absence d'un objet, si petit soit-il en dimension, sans toutefois connaître sa forme si :
-la période d'échantillonnage spatial selon Y (le déplacement du poisson) est inférieur à la largeur du lobe pour ne pas manquer l'obstacle.
- le
contraste écho/réverbération est bon. Il faut donc connaître les
caractéristiques lithologiques de l'obstacle.
La figure suivante définit la distance maximale
entre deux lobes successifs pour être sûr de détecter l'objet. De plus, deux
objets distants de moins de DY apparaîtront confondus.
Il est possible, comme on a pu le voir
précédemment de détecter la présence d'un objet si le contraste
réverbération/ombre est suffisant.
B. La résolution d'un
S.O.NA.R latérale
La résolution est un des caractères les plus importants du sonar. Elle
est définie par la taille de chacun des pixels composant une image et
correspond à la taille minimal des objets détectés: on parle de grain de
l'image.
C’est aussi l’écart minimum entre deux objets ponctuelles de façon à ce
qu’ils soient discernables l’un de l’autre.
La résolution d’un sonar latéral dépend de - la profondeur
- l’ouverture du lobe
- la fréquence d’émission
Ces paramètres sont connus et permettent la détermination de la
résolution par le calcul.
Il existent quatre principaux types de résolution : - la résolution
angulaire
- la résolution longitudinale
- la résolution transversale
- la résolution de restitution
Enfin la résolution optimale définira le rendu final de l'image.
La compréhension du concept de la résolution dans les directions
longitudinales et transversales est indispensable pour l’interprétation des
caractéristiques géologiques.
a.
La résolution angulaire :
C’est la largeur du lobe de la directivité de l’antenne. La valeur
maximal de l’énergie est à – 3 db du
niveau maximal du lobe.
L’écartement minimum entre deux impulsions doit
être tel que le recouvrement d’un objet se fasse à l’intersection des deux
lobes consécutifs. Le point d’interaction correspond au point optimal.
L’écartement trop important entre deux lobes
traduit une vitesse trop importante du poisson par rapport à la cadence de tir.
Dans ce cas les pixels de l’image doivent être artificiellement allongés dans
le sens longitudinal.
A l’inverse une trop faible vitesse du poisson
entraîne un chevauchement trop important des deux lobes. Le transducteur est
alors saturé en énergie.
Soit α1 et α2, les maxima énergétiques de deux lobes successifs.
Et Δ α , la largeur d’un lobe pris à – 3 dB
A faible
vitesse : le minimum commun entre les deux lobes n’existent pas
A forte
vitesse : Perception accentué des deux minima, le contraste est plus grand
b. La résolution longitudinale
La résolution longitudinal est l’écart
minimum entre deux objets ponctuels pour qu’ils soient discernables dans le
sens d’avancement du poisson.
Dans des
conditions normales d’utilisation, le lobe principal s’ouvre de quelques degrés
dans le plan horizontal. Les cycles d’émission du faisceau étant rapprochés, un
objet ponctuel peut être enregistré pendant plusieurs tirs successifs.
Dans ce
cas normal, la distance minimale entre deux points est inférieure à la largeur
du faisceau. Ainsi, deux objets séparés d’une courte distance devront être
définis par deux tirs adjacents pour apparaître distinctement sur l’image.
La
résolution longitudinale dépend donc - de l’angle d’ouverture en gisement du
faisceau
-
de la distance entre l’objet et le poisson
- de la cadence de tir par rapport à la vitesse du sonar
On note Δy la
résolution longitudinale.
a. en fonction de la portée :
Pour un
angle donné la distance objet- poisson augmente du centre de l’image vers les
bordures. La résolution s’affine donc vers le centre de l’image.
Un écartement
plus grand du lobe est donc nécessaire pour des objets plus éloignés.
b. en
fonction de l’angle de gisement :
Lorsque
la distance objet-poisson est constante, plus l’écartement du lobe est faible
plus la résolution longitudinale diminue. Dans ce cas l’écart utile pour
définir deux objets séparés est plus
réduit, la résolution est donc meilleure.
Récapitulatif :
c. La résolution transversale :
La résolution transversale
est la distance minimale nécessaire pour définir deux objets séparés dans le
sens perpendiculaire à la trajectoire du poisson c'est-à-dire dans le sens de
l’éclairement.
Elle dépend de : - de
la longueur d’impulsion émise
- de
l’angle d’incidence du rayon sonore sur le fond
- de la longueur de
ce rayon
Le mode de restitution de l’image et la topographie du sol marin influent sur la qualité de la représentation.
La résolution transversale
se détermine du fait des variations de la taille de l’empreinte lors de son
insonifiaction.
Deux cas essentiels sont considérés :
A forte portée, la longueur de l’impulsion est grande, l’onde envisage
l’obstacle comme si il était constitué d’un seul relief. L’enregistrement
correspondant ne montrera donc qu’une seule trace.
A faible portée, la longueur de l’impulsion est courte ce qui autorise
l’onde à éclairer successivement d’abord le premier relief plus à gauche puis
l’autre relief, le plus proche. L’enregistrement comportera donc deux traces
bien distinctes.
Lors de la propagation du faisceau
acoustique dans la masse d’eau, la résolution globale diminue mais la
résolution transversale augmente avec la portée.
Il faut savoir que dans l’eau, les faisceaux émis ont la forme d’un arc.
De cette manière, quand le rayon émis du poisson proche du fond touche l’objet
son empreinte est plus large que s’il s’était propagé longtemps.
Le pouvoir de résolution transversale pour une fréquence d’émission
change à chaque moment de la propagation de l’onde. En effet, à partir du
moment ou le signal acoustique quitte le fond le transducteur, l’empreinte de
la zone insonifiée sur le fond change.
Ainsi, pour les plus faibles portés, l’arc de l’onde engendre une large
empreinte tandis que pour des portés plus élevées, loin du poisson, l’onde
forme un plus grand arc , l’empreinte est donc plus petite.
La taille de la trace dépend
de la distance poisson/objet.
Récapitulatif :
La résolution transversale
est optimale lorsque :
- la distance poisson / objet est grande
- la hauteur au dessus du
poisson traduit une petite longueur d’onde
Choix de la fréquence : - forte pour de petites longueur d’onde à
faibles portés
- faible
pour de grandes longueur d’onde à fortes portés