La présente invention se rapporte à la formation de voies dans un sonar par traitement numérique des signaux générés par des hydrophones .

Les hydrophones sont des capteurs acoustiques destinés à fonctionner dans l'eau et chaque hydrophone de l'antenne fournit un signal qui est fonction des ondes incidentes provenant du milieu dans lequel ladite antenne est immergée.

Il est connu de former des voies pour trouver la direction d'une onde incidente, chacune des voies correspondant à une direction déterminée. Avec des hydrophones régulièrement espacés d'une distance d et disposés selon une ligne formant un angle Ω avec le plan d'onde, une voie dans la direction donnée est obtenue en déphasant les signaux générés par les hydrophones• Ce déphasage est réalisé en retardant le signal de chacun des hydrophones d'un retard ri = d/c.sin Ω où c est la vitesse du son dans l'eau.

Généralement, la sommation de ces signaux s'effectue après une pondération par un coefficient multiplicateur afin d'abaisser les lobes secondaires du diagramme de directivité résultant .

Selon un procédé connu dans l'art antérieur, les signaux générés par les hydrophones sont échantillonnés à des instants fixes multiples de la période d'échantillonnage T _e . Le retard ne correspond pas forcément à un multiple de la période d'échantillonnage, et il est donc nécessaire de calculer la valeur du signal généré par l'hydrophone à un instant TQ + ri. Cette valeur est déterminée par un calcul

d'interpolation à partir des signaux échantillonnés connus aux instants .T _e .

Dans les dispositifs selon l'art antérieur, on procède dans un premier temps à l'interpolation de tous les échantillons pour déterminer tous les échantillons avec les différents retards, puis, dans un deuxième temps, on calcule chacune des voies à partir des échantillons retardés avec le retard correspondant à la voie considérée. Les étapes du calcul des voies sont donc les suivantes:

1 " Phase d'int.-rpnl-Mons d_2_S signa x d'hydrophones Hj

1.1- Calcul des échantillons du premier hydrophone avec les différents retards requis pour le calcul des voies

- calcul des échantillons de l'hydrophone Hi avec le retard fin ri et rangement en mémoire

- calcul des échantillons de l'hydrophone Hi avec le retard fin r ₂ et rangement en mémoire et ainsi de suite pour chacun des retards ri.

1.2 - Calcul des échantillons du second hydrophone avec les différents retards requis pour le calcul des voies

- calcul des échantillons de l'hydrophone H ₂ avec le retard fin ri et rangement en mémoire

- calcul des échantillons de l'hydrophone H ₂ avec le retard fin r ₂ et rangement en mémoire et ainsi de suite pour chacun des retards ri.

1.3 à l.n idem pour chacun des hydrophones H-.

2 - Phase de formation des voies. 2.1 Formation de la voie 1

- appel des échantillons correspondant au premier hydrophone Hi avec le retard fin

- sommation sur la première voie avec le retard grossier correspondant à un multiple de la fréquence d'échantillonnage et pondéré par le coefficient adéquats.

2.2 Formation de la voie 2

- appel des échantillons corres-pondant au deuxième hydrophone Hi avec le retard fin -sommation sur la deuxième voie avec le retard grossier correspondant à un multiple de la fréquence d'échantillonnage et pondéré par le coefficient adéquat .

2.3 à 2.v idem pour chacune des autres voies.

Cette méthode permet certes de constituer chacune des voies de façon satisfaisante, mais elle présente l'inconvénient de nécessiter une mémoire importante en raison du grand nombre d'échantillons à mémoriser.

On a également proposé dans l'art antérieur de procéder à une interpolation à la demande qui consiste à ne calculer que les échantillons interpolés dont on a besoin. Dans cette méthode, les phases de formation de voie et d'interpolation sont alternées.

Selon cette solution, on procède à la formation complète d'une voie avant de passer à la voie suivante. Pour chacune des voies, on connait le retard fin qu'il faut calculer pour l'hydrophone en cours. Après le calcul d'interpolation pour un hydrophone, on procède à la sommation sur la voie en cours de détermination avant de procéder au calcul d'interpolâtion pour l'hydrophone suivant.

Ce procédé évite certes de mémoriser la totalité des échantillons interpolés. Toutefois, comme

il est fréquent que plusieurs voies recourent au même retard, de nombreux calculs d'interpolation sont redondants, ce qui augmente le temps de traitement.

L'objet de la présente invention est de remédier à ces inconvénients en proposant un procédé de formation de voies permettant un traitement accéléré et nécessitant une mémoire moindre que pour la mise en oeuvre des procédés selon l'art antérieur.

A cet effet, l'invention consiste plus particulièrement à sommer pour chacune des voies les signaux échantillonnés délivrés par chacun des hydrophones Hi à un instant To + rij, rij désignant le retard applicable à l'hydrophone Hi pour la formation de la voie V _j . la valeur dudit signal échantillonné à l'instant To + ri _j étant obtenue par interpolation à partir des échantillons connus du signal de l'hydrophone

Hi considéré et à procéder, après chaque calcul d'un échantillon par interpolation du signal délivré par un hydrophone Hi pour un retard Ri = ri _j , à la sommation dudit échantillon sur chacune des voies V _j concernées par ledit retard Ri avant de calculer l'échantillon suivant.

Le procédé selon l'invention consiste donc à former progressivement les voies en sommant après chaque interpolation le résultat sur celles des voies qui font appel au retard correspondant au calcul d'interpolation qui vient d'être effectué.

Selon un mode de réalisation particulier, on procède pour 1'hydrophones Hi à l'interpolation du signal avec un premier retard Ri, à la sommation du résultat sur chacune des voies V concernées avec le coefficient de pondération adéquat et avec le retard grossier correspondant, ledit retard grossier correspondant à un multiple de la période de suréchantillonnage. On réitère ensuite cette opération

pour chacun des autres retards Ri , puis que l'on réitère ces opérations pour chacun des hydrophones Hi jusqu'à la formation complète de chacune des voies.

La présente invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé, comportant :

- une première unité de calcul reliée à des mémoires de stockage des résultats d'interpolation,

- une seconde unité de calcul commandée par un programme de commande du sequencement des transferts et des adresses des opérandes et des résultats

- un circuit d'interface distribuant les données dans les ressources du premier calculateur et assurant le transcodage des adresses, - ainsi qu'une interface entrées/sorties.

Avantageusement, le premier calculateur est relié à une première mémoire vive contenant les coefficients définissant les retards fins et une deuxième mémoire vive contenant les échantillons à interpoler.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faisant référence aux dessins annexés où :

- la figure 1 représente le synoptique du dispositif de formation des voies selon l'invention ;

- la figure 2 représente le diagramme des données pendant la phase d'interpolation ;

- la figure 3 représente le diagramme des données pendant la phase de formation des voies . Le dispositif de traitement préféré des données pour la formation de voies tel que représenté sur la figure 1 comporte:

- un premier bloc (1) comportant un calculateur constituant la partie opérative où s'effectuent les calculs dans des ensembles

multiplicateurs flottants (2) , (3) et additionneur flottant (4), (5) en parallèle ainsi que des mémoires (6 à 9) . La mémoire RAM (6) contient les opérandes, c'est- à-dire les échantillons à interpoler. La mémoire vive (7) contient les coefficients définissant les retards ri, c'est-à-dire le reste de la division du retard par la période d'échantillonnage. Les mémoires vives (8) et (9) contiennent les résultats d'interpolation qui seront relus lors de la phase de formation des voies .

- un second bloc (10) constitué par une machine microprogrammée gérant par les bus les signaux de commandes du sequencement des transferts et la génération des adresses des opérandes et des résultats . - un troisième bloc (11) constituant une interface avec les mémoires vives externes et distribuant les données dans les ressources du premier bloc (1) , et assurant par ailleurs le transcodage des adresses . - une interface (12) d'entrée et de sortie.

Dans l'exemple décrit, le premier bloc (1) comporte deux ensembles constitués chacun d'un mul iplicateur flottant respectivement (2) et (3), d'un additionneur respectivement (4) et (5) et par les deux mémoires vives de stockage du résultats de l'interpolation respectivement (8) et (9) . Les deux ensembles travaillent en parallèle.

Pour expliquer le fonctionnement du dispositif selon l'invention, les figures 2 et 3 représentent le diagramme des signaux respectivement dans la phase d'interpolation et dans la phase de formation des voies.

Dans la phase d'interpolation représentée en figure 2, l'additionneur est rebouclé sur son entrée pour faire accumulation.

Dans la phase de formation des voies, la mémoire vive externe (13) fournit les échantillons de voies consommatrices du retard considéré par la phase d'interpolation en cours. Le retard grossier, multiple de la période d'échantillonnage, est fourni directement par l'adresse de lecture dans la mémoire vive externe (13) . Le sequencement des opérations est assuré par la machine microprogrammée (10) qui envoie les adresses et les commandes d'une part au bloc (1) "partie opérâtive" et d'autre part à la mémoire vive externe (13) . Une mémoire (14) contient les coefficients de pondération destinés à compenser les effets du lobe de réception.

La mémoire vive externe (13) est divisée en cinq zones (15) à (19) gérées par des pointeurs. La première zone (15) "paramètres d'application" contient les variables nécessaires à l'exécution de l'application.

La seconde zone (16) "loi de formation" contient la structure des données décrivant l'application. Les informations qu'elle contient sont lues pendant la phase de déroulement de l'application. Elles déterminent l'ordre de priorité des tâches pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.

La troisième zone (17) contient les coefficients nécessaires au calcul d'interpolation.

La quatrième zone (18) contient les échantillons du signal délivré par les hydrophones.

La dernière zone (19) contient les échantillons des voies en cours de formation. Lors de la phase d'interpolation, les accès à la mémoire vive (13) se font dans les zones "données hydrophones" (18) et "coefficients" (17) . tandis que dans la phase de formation des voies, les accès se font dans la zone (19) contenant les échantillons des voies en cours de formation.

La loi de formation peut s'exprimer comme suit:

.pour l'hydrophone Hi:

- interpolation des signaux de l'hydrophone Hi avec le retard fin ri

- sommation du résultat sur la voie Vi avec le retard grossier et le coefficient de pondération adéqua .

- sommation du résultat sur la voie V _j avec le retard grossier et le coefficient de pondération adéquat.

.pour l'hydrophone H _n :

- interpolation des signaux de l'hydrophone Hi avec le retard ri - sommation du résultat sur la voie Vi« avec le retard grossier et le coefficient de pondération adéquat.

- sommation du résultat sur la voie V _j « avec le retard grossier et le coefficient de pondération adéquat.

- interpolation des signaux de l'hydrophone H _n avec le retard ri

- sommation du résultat sur la voie Vi avec le retard grossier et le coefficient de pondération adéquat.

- sommation du résultat sur la voie V _j avec le retard grossier et le coefficient de pondération adéquat.

- interpolation des signaux de l'hydrophone H _n avec le retard ri

- sommation du résultat sur la voie V t avec le retard grossier et le coefficient de pondération adéquat.

- sommation du résultat sur la voie V _j < avec le retard grossier et le coefficient de pondération adéquat .

Lors de la formation des voies, on cherche à compenser les mouvements de l'antenne et à suivre une source mouvante.

La formation des voies stabilisées suppose que l'on change "au vol" les directions d'observation et donc la loi de formation. Ce changement de loi doit s'effectuer d'une manière qui minimise les transitoires sur les voies formées: en effet, en toute rigueur, il faudrait lors du changement de loi attendre que tout le front d'onde incident ait balayé toute l'antenne regardant dans la nouvelle direction avant de reprendre le calcul. Dans le dispositif selon l'invention, on utilise les échantillons d'avant la date du changement pour constituer la voie pendant cette période transitoire. Pendant cette durée, le calcul sera faussé, mais on aura le nombre correct d'échantillons d*hydrophones sommés sur chaque point de voie calculé.

Dans le dispositif selon l'invention, les calculs sont vectorisés, c'est-à-dire que les données relatives aux hydrophones sont envoyées vers la partie opérative sous forme de tableaux de 2 ⁿ échantillons. On choisit par exemple n = 7, soit 128 échantillons. Chaque loi de formation s'applique donc à un vecteur de 128 échantillons pour tous les hydrophones qu'il faut impérativement finir de traiter pour avoir l'assurance que les voies sont complètement formées. Ces 128 échantillons sont pris dans la mémoire (8) contenant les signaux d'hydrophones interpolés. Pour le changement dynamique des lois de formation, comme les instants de changement ne se trouvent que rarement en coïncidence avec le début ou la fin d'un vecteur, il est

indispensable que la loi de formation contienne les informations relatives au début du segment utilisé et à la fin du segment de vecteur utilisé: ce sont les adresses transmises à la mémoire vive (8) relatives aux signaux d' ydrophones interpolés.

La figure 4 représente sur une échelle temporelle les instants de prise d'échantillons d'hydrophones et les instant de sommation sur une voie qui subit un changement de loi de fonction. Ainsi, le vecteur P - 1, est formé avec la loi Li, le paquet P avec la loi de transition L ₁ /L ₂ et le paquet P + 1 avec la loi L ₂ . Il peut y avoir plusieurs lois de transitions si le nouveau retard est supérieur à 128.

La vectorisation des calculs permet d'adopter une organisation des calculs en pipe-line et augmente le débit de calcul. De plus, cela permet une organisation des zones hydrophones (18) et données voies

(19) dans la mémoire vive externe (13) en bancs parallèles permettant une bande passante -soit un nombre „ de mots par seconde par accès élevée. Avec une seule adresse, on lit et on adresse simultanément plusieurs valeurs.

Cette vectorisation permet aux calculs d 'être menés sur des échantillons temporels success ifs qu ' ils concernent les hydrophones ou les voies , par incrémentation successive des adresses .

Par ailleurs , le fait que les échantillons d * hydrophones interpolés soient consommés immédiatement pour former les voies autorise une taille de mémoire vive interne limitée à la taille du vecteur, soit 128 x n bits de l ' échantillon pour l ' exemple décrit .

La loi de formation pour l ' ensemble des vecteurs des 128 échantillons interpolés met en oeuvre les étapes suivantes représentées en figure 5 .

En 501 on part d'un retard fin N°0. En 502 on détermine le nombre d'hydrophones intéressés par ce retard fini.

En 503 on détermine le numéro du premier hydrophone.

En504ondétermine lenombredevoies intéressées par cet hydrophone.

En 505 on calcule :

- un retard grossier - le début du vecteur utile 0 << 127

- la fin du vecteur utile 0 << 127

- la pondération associée

- le numéro de la première voie En 506 on calcule : - un retard grossier

- le début du vecteur utile 0 << 127

- la fin du vecteur utile 0 << 127

- la pondération associée

- le numéro de la dernière voie. En 507 on détermine le numéro- du dernier hydrophone.

En 508 on arrive à un retard fin n° n. Laprésente inventionn'estbien surpas limitée à l'exemple décrit, mais s'étend à toutes les variantes de réalisation.