Amélioration de la précision des systèmes de positionnement à base ultra-courte en acoustique sous-marine

Improved accuracy of ultra short baseline systems in underwater acoustic

• Auteur / Autrice : Sébastien Pennec
• Direction : Stéphane Azou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et technologies de l’information et de la communication. Traitement du signal et des images
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Brest

Mots clés

Mots clés contrôlés

Acoustique sous-marine

Aides à la navigation

Transducteurs

Traitement du signal

Mots clés libres

Positionnement acoustique

Ultra Short Baseline (USBL)

Détection

Calibration acoustique inertielle

USBL synthétique

Modulation conjointe

Télémétrie

Résumé

Cette thèse s’intéresse aux systèmes de positionnement à base ultra courte (USBL) utilisés en acoustique sous-marine. Les systèmes de positionnement sont assujettis à de nombreuses contraintes environnementales, structurelles ou fonctionnelles qui limitent leurs performances. Les travaux menés dans le cadre de cette thèse agissent sur trois leviers majeurs qui limitent les précisions de positionnement. La première source d’amélioration concerne le processus décisionnel en proposant une structure d’estimateur du seuil de détection satisfaisant aux exigences de l’application USBL et de l’environnement. Les évaluations comparatives menées avec les traitements CFAR (Constant False Alarm Rate) communément utilisés en traitement SONAR ont dégagé l’intérêt de l’approche proposée. Le second axe d’amélioration porte sur la réduction des limitations associées à la structure et à la dimension du réseau d’hydrophones. Une procédure est proposée pour estimer la dimension du réseau de capteurs et notamment la distance entre les éléments qui composent l’antenne. Ensuite, l’association entre l’USBL et l’inertiel (INS — Inertial Navigation System) permet de combler la déficience de précision liée à la dimension du réseau d’hydrophone des USBL en intégrant les informations de déplacement du porteur fournies par la centrale inertielle. La troisième proposition d’amélioration porte sur la transmission de données bas débit conjointement aux signaux de positionnement pour accroître la précision du système. Dans ce contexte, une chaîne de traitement est proposée, permettant de récupérer de l’information bas débit tout en conservant les caractéristiques de l’application de positionnement.

This thesis focuses on positioning systems based on ultra short (USBL) used in underwater acoustics. Positioning systems are subject to many constraints environmental, structural or functional that limits their performance. The studies are conducted on three main sources that limit positioning accuracies. The first source of improvement is related to threshold estimation which conducts to the detection of the signal in the observation. Benchmarking conducted with the processing CFAR (Constant False Alarm Rate) commonly used in SONAR have identified the benefit of proposed approach. The second area of improvement is the reduction of limitation’ associated with the structure and sue of the hydrophones array. A global procedure is proposed to estimate the distance between the acoustic sensors and the misalignment between the acoustic structure and the gyrocompass. Then, coupling between the USEL an INS (INS - Inertial Navigation System) is used to reduce limitation related to the dimension of sensors array. Displacements of the sensor array between each acoustic recurrency are combined to estimate a virtual antenna, these processing permits to obtain a better accuracy than that obtained with real USBL antenna. The third proposal focuses on improving accuracy by using low speed data transmission to help the positioning system. In this context, a processing is proposed to retrieve telemetry informations while maintaining characteristics of the positioning waveforms and application.