1.6 La résolution

            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.

 

 

 

  1. En fonction de la longueur de l’impulsion :

 

     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.

2. En fonction du temps d’enregistrement :

 

    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