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WO2002084319A2 - Procede de determination de caracteristiques bathymetriques d'une surface, sonar et applications correspondantes - Google Patents

Procede de determination de caracteristiques bathymetriques d'une surface, sonar et applications correspondantes Download PDF

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Publication number
WO2002084319A2
WO2002084319A2 PCT/FR2002/001335 FR0201335W WO02084319A2 WO 2002084319 A2 WO2002084319 A2 WO 2002084319A2 FR 0201335 W FR0201335 W FR 0201335W WO 02084319 A2 WO02084319 A2 WO 02084319A2
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
curve
delay
majority
point
signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/FR2002/001335
Other languages
English (en)
Other versions
WO2002084319A3 (fr
Inventor
Christophe Sintes
Basel Solaiman
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Direction General de lArmement DGA
GET/ENST Bretagne
IMT Atlantique Bretagne Pays de la Loire
Gouvernement de la Republique Francaise
Original Assignee
GET/ENST Bretagne
Ecole Nationale Superieure des Telecommunications de Bretagne
Delegation Generale pour lArmement
Gouvernement de la Republique Francaise
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GET/ENST Bretagne, Ecole Nationale Superieure des Telecommunications de Bretagne, Delegation Generale pour lArmement, Gouvernement de la Republique Francaise filed Critical GET/ENST Bretagne
Priority to AU2002257873A priority Critical patent/AU2002257873A1/en
Publication of WO2002084319A2 publication Critical patent/WO2002084319A2/fr
Publication of WO2002084319A3 publication Critical patent/WO2002084319A3/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/89—Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S15/8902—Side-looking sonar
    • G01S15/8904—Side-looking sonar using synthetic aperture techniques

Definitions

  • the field of the invention is that of the acquisition of sonar images. More specifically, the invention relates to a technique for reducing phase ambiguity errors affecting the measurements made using an interferometric sonar.
  • imaging sonars use lateral or frontal vision techniques (ie lateral or frontal sonars), and operate on the principle of illumination of the seabed, followed by a collection of backscattering information from the bottom in function time.
  • lateral or frontal vision techniques ie lateral or frontal sonars
  • a lateral (respectively frontal) sonar is a sonar which moves and emits, transversely to its movement (respectively in the same direction as its movement), very fine acoustic beams comparable to light brushes.
  • This light is projected on the bottom in the form of a “luminous” task which will in turn re-emit energy, modulated by the texture of the background (that is to say in particular by the relief and by the hardness of the bottom sediment). This sound energy is spatially and uniformly re-emitted.
  • each sonar emission corresponds to an image line. Moving the sonar step by step allows you to collect a succession of lines, which, placed end to end, constitute an image of the area of the insonified background.
  • the imaging sonars are generally close to the seabed, in order to allow the shadows of the objects to be carried on the background, like a setting sun.
  • Sonar 10 emits an acoustic beam 12 towards a seabed
  • the beam is reflected at three points (1), (2) and (3) from the bottom, before being picked up by the sonar antenna 10.
  • the sonar 10 determines the distance which separates it from the point of the background 11 on which the signal is reflected. It therefore deduces therefrom an image 13 of the background 11.
  • This image 13 is broken down into four zones 131 to 134, as a function of the information extracted by the sonar 10 from the received echo.
  • a first zone 131 corresponds to the water column separating the sonar 10 from the bottom 11.
  • the zones 132 and 134 correspond to the zones of reverberation of the signal on the bottom 1
  • the peak 1321 is associated with the sudden rise 111 of the relief of the bottom 11.
  • the obstacle 111 creates a shadow area for the sonar emission beam 10, which is reflected in the image 13 by a blank area 133, for which the sonar 10 has no information.
  • a first technique is based on the use of a three-dimensional (3D) antenna performing track formations in two directions
  • the channel formation is a technique applied to a non-monolithic antenna, corresponding to a processing implemented at the reception or at transmission, and carried out on the summation of the sensor signals (constituent elements of the antenna).
  • This summation based on delays on the sensors electronically deforms the antenna, thus making it directive (adaptation of the shape of the antenna to the direction of propagation of the wavefront and to its shape).
  • This directivity makes it possible to form fine beams paving the seabed by temporal and angular sampling, called channel formation.
  • a disadvantage of this technique of the prior art is that it is very expensive to implement, in particular because of the high cost of such a Mdimensional antenna.
  • a second known technique consists in performing a vertical (or elevation) triangulation of the received echo, using a second antenna.
  • a second antenna it is possible to determine the angle of arrival of the wavefront coming from a resolution cell by analyzing the delay between the arrival times on the two antennas of this wavefront.
  • the wavefront is considered to be plane if the source is sufficiently distant.
  • such a technique consists in measuring, for each resolution cell, the “absolute” phase difference or the absolute delay between the signals received by the two antennas.
  • a drawback of this technique of the prior art is that the direct measurement of this delay or of this phase difference is only known to within 2 ⁇ or to a carrier period, due to the periodicity of the circular functions (ie the sinusoidal carriers of the modulated signal received by the antennas), as illustrated in FIG. 2. For example, if the delay between the two signals corresponds for a resolution cell to 2.5 ⁇ , the phase difference measured according to this technique will be of 0.5 ⁇ .
  • an absolute phase difference, related to an absolute delay RA is broken down into two parts, a first part, denoted RR, corresponding to the residual delay inside a period, or to the interferometric phase, and a second part, noted NEP, corresponding to the integer number of periods of the carrier, or 2 ⁇ , a drawback of this technique of the prior art is that it does not make it possible to evaluate the absolute delay RA, but only gives an estimate of the residual delay RR.
  • phase tracking method in English “phase tracking”
  • This method consists in examining the phase as a continuous signal, as described in the article "Differential Phase Estimation with SeaMarc II Bathymétrie Sidescan Sonar System", IEEE Journal of Oceanic Engineering, Nol 17, n ° 3, July 1992.
  • phase sequence perhaps one-dimensional (it then relies on a single sound emission and implements differential processing, with adaptive variance, etc.) or two-dimensional (it then relies on several sonar emissions, ie ie on the concept of image, and implements treatments by Markov fields or by the Goldstein method for example).
  • two-dimensional phase flow is for example described in "Studies of Multibaselines Spaceborne Interferometric Synthetic Aperture Radars", IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, vol. 28, no.1, January 1990.
  • Such a method conventionally consists in using a third interferometric antenna providing a second spacing of antennas "d 2 " (in English “baseline”) and therefore an additional equation, making it possible to remove the phase ambiguity of the 2 ⁇ mentioned previously.
  • a disadvantage of this technique of the prior art is that the vernier method only works with a sufficient signal to noise ratio (in English S ⁇ R for "Signal to ⁇ oise Ratio"). In other words, if this method provides, for each temporal sample of signal received by the antennas, a ⁇ EP (Whole Number of Periods), the latter will only be valid if the signal is not too noisy and does not exceed the vernier detection threshold, called vernier efficiency.
  • a second known technique intended to remove the ambiguity on the phase difference of the signals received by the antennas, is based on the emission of broadband signals, and implements a method called intercorrelation.
  • the inter-correlation method also relies on the use of a second source of information, namely the frequency bandwidth of the signal, akin to frequency diversity.
  • a second source of information namely the frequency bandwidth of the signal, akin to frequency diversity.
  • the use of a larger signal band makes it possible to increase the duration of the signal emitted by modulation by the texture of the background. It therefore guarantees a temporal resolution greater than or equal to that obtained using a narrow band sonar, while increasing the signal to noise ratio.
  • Such a method therefore makes it possible to determine the time of arrival of the signals on the antennas in a manner, no longer relative as with an interferometry method, but absolutely by intercorrelation methods.
  • Such a method based on the intercorrelation of the signals received by the sonar reception antennas therefore provides an estimate of the absolute delay RA, but especially of the whole number of CIP periods, like the so-called vernier method.
  • the measurement accuracy obtained by such an intercorrelation method strongly depends on the signal to noise ratio (SNR).
  • the invention particularly aims to overcome these drawbacks of the prior art.
  • an objective of the invention is to provide a technique for determining the bathymetry of a surface providing results of increased precision compared to the techniques of the prior art.
  • the invention particularly aims to implement a technique for evaluating with increased precision an absolute delay between two signals picked up by two separate antennas after reflection on the same surface.
  • the invention also aims to implement a technique for determining bathymetric characteristics with increased resolution compared to the techniques of the prior art.
  • the invention also aims to implement a technique for determining bathymetric characteristics making it possible to detect objects of reduced size compared to the techniques of the prior art.
  • a method for determining the bathymetric characteristics of a surface using at least one imaging sonar emitting at least one acoustic signal towards said surface, said signal being at least partially reflected by said surface and picked up by at least two antennas, said method comprising an analysis of a delay, defined by the difference in time of arrival of a wavefront of said signal reflected on each of said antennas, implementing a step of reduction of a phase ambiguity error affecting said delay, by determination of information representative of the whole number of periods of said signal included in said delay.
  • said reduction step comprises a step of refining a first raw item of information, implementing a probabilistic analysis taking into account at least one majority curve representative of an estimate of said delay.
  • the invention is based on a completely new and inventive approach to determining the bathymetry of a surface.
  • the invention is based in particular on a refinement, by a probabilistic analysis processing, of the information relating to the whole number of periods constituting the absolute delay, evaluated on reception of echoes by the antennas.
  • Such raw information is generally noisy, and therefore induces significant measurement errors when it is used according to techniques known in the prior art.
  • an additional "denoising" step of this information is implemented, so as to determine with greater precision the absolute delay between the echo signals picked up by the sonar antennas.
  • such a step of refining the raw information is not systematically implemented, in particular when the analysis window considered is of unit length.
  • said analysis of said delay implementing the creation of a network of curves representative of an evaluation of said delay, said refining step comprises at least the following steps: a step of construction of said majority curve, from said network curves; a step of searching for continuity intervals of said majority curve; for each of said continuity intervals, a step of matching said majority curve and said network of curves, so as to determine an optimized evaluation of said delay.
  • such a network of curves corresponds to the cosine of the angle of arrival of the wave front.
  • the invention is therefore based on an innovative approach to the analysis of echo delay using a technique called S CM (for Majority Curve Tracking) and unfolding of the absolute delay.
  • S CM for Majority Curve Tracking
  • all the sonar imaging techniques known to date use the relative phase, or the relative delay of the echo, which leads to the appearance of errors of greater or lesser amplitude in the event of an error of phase sequence.
  • the technique proposed by the invention which uses only the vernier phase, or the absolute delay, and the Majority Curve Tracking overcomes these drawbacks.
  • said construction step implements: a step of determining a starting point of said majority curve; - For each of the current points of said majority curve, a step of searching for a point continuous with said current point; if said continuous point exists, a step of inserting said continuous point in said majority curve; otherwise, a step of defining a new starting point.
  • continuous point at the current point is meant here, and throughout the rest of the document, a point which belongs to the same curve as the current point.
  • said search step implements: a first step of studying a point adjacent to said current point, so as to determine whether said adjacent point is continuous at said current point; if said adjacent point is not continuous at said current point, a second step of studying the points belonging to a neighborhood of predetermined length, called LOM, of said current point, so as to identify at least one point of said continuous neighborhood at said current point .
  • LOM predetermined length
  • said predetermined LOM length is the Average Shadow Length.
  • the length LOM is arbitrarily fixed at 50 points.
  • said point continuous to said current point belonging to said neighborhood of length LOM said insertion step implements a linear interpolation between said current point and said continuous point at said current point.
  • Such an interpolation thus makes it possible to construct the portion of the majority curve separating the current point from the curve and the continuous point at the current point identified in the vicinity of length LOM.
  • two points are continuous if the distance which separates them is less than a first predetermined threshold.
  • two points can be considered as belonging to the same curve if the distance between them is less than a predetermined threshold.
  • said first predetermined threshold is equal to half the distance separating two curves from said network of curves.
  • two points are continuous (therefore belong to the same curve) if the distance which separates them is less than ⁇ / 2d, where ⁇ is the wavelength of the received signal.
  • said step of defining a new starting point takes account of a median filtering on an LOM length analysis window adjoining said current point.
  • said step of searching for continuity intervals implements a determination of points of said discontinuous majority curve in the probabihste sense, a continuity interval of said majority curve comprising a succession of continuous points in the probabilistic sense, and being bounded , at each of its ends, by two discontinuous points in the probabilistic sense.
  • two points are continuous in the probabilistic sense if the distance which separates them is less than a second predetermined threshold, called Length of the Confidence Interval (LIC).
  • LIC Length of the Confidence Interval
  • said matching step implements a search for an optimal translation, making it possible to superimpose said majority curve and a curve of said network of curves.
  • said optimal translation superimposes said majority curve and the curve of said network of curves having the greatest number of points in common with said majority curve.
  • said reduction step further comprises a step of creating an optimized curve, representative of said optimized evaluation of said delay, said optimized curve corresponding, for each of said continuity intervals, to said curve of said network superimposed on said majority curve by said optimal translation, so as to determine at least certain bathymetric characteristics of said surface.
  • said signal is a broadband signal, picked up after reflection on said surface by two distant antennas with a length d, and said first raw information is determined by implementing a step d intercorrelation of the signal received by each of said two antennas, on a first analysis window of length L.
  • the length d is the length of the "baseline” (that is to say the distance between antennas) and L is the number of samples used during the pre-filtering or re-cross-correlation.
  • said signal is a narrow band signal, picked up after reflection on said surface by at least three antennas, and said first raw information is determined by implementing a method called vernier.
  • such a method further comprises, prior to the determination of said first raw information, a step of filtering said signals picked up by said three antennas on a second analysis window of length L.
  • Such a step is optional when the number of samples L can be reduced to one.
  • a length L may or may not be equal to the length L of the first analysis window mentioned above.
  • said signals picked up by said antennas being temporally sampled, so as to provide a plurality of temporal samples, said filtering step implements an averaging of said samples contained in said second analysis window of length L.
  • such a step is optional when the number of samples L can be reduced to one. It will be noted that such a length L may or may not be equal to the length L of the first analysis window mentioned above.
  • the invention also relates to an interferometric imaging sonar implementing the method described above.
  • FIGS. 1 and 2 have already been described previously, in relation to the techniques of the prior art, and respectively present the principle of acquisition of sonar images and the principle of rinterferometry making it possible to evaluate the altitude of a resolution cell;
  • FIG. 3 presents a block diagram of the different steps implemented according to the method for determining bathymetric characteristics of the invention;
  • FIG. 4 illustrates the technique for determining the length of the confidence interval implemented during the steps presented in FIG. 3;
  • FIG. 5 describes the technique for superimposing the majority curve and the network of curves representative of the delay according to the invention;
  • FIGS. 6a to 6d illustrate the different combs representative of the results obtained at the end of the steps presented in FIG. 3.
  • the general principle of the invention is based on the measurement of the absolute delay between the signals picked up by at least two antennas after reflection on a surface whose relief one seeks to determine. Such a measurement is notably implemented by determining fine information, representative of the whole number of signal periods included in the absolute delay, using probabilistic techniques.
  • an interferometric imaging sonar emits an acoustic signal in the direction of the seabed, the bathymetry of which is sought to be determined. After reflection on a background resolution cell, and modulation of the signal by the texture of the background, the signal is received (31) by several antennas or sensors. It is then sampled in time, so as to provide a plurality of signal samples from which steps 32 to 40 of the method of the invention are implemented.
  • the technique proposed according to the invention is based on an analysis (32) of the absolute delay between the signals picked up by the antennas, and therefore applies in the case where the phase or delay information between the sensors is known in an absolute manner .
  • the concepts of phase (absolute) or delay (absolute) are considered to be equivalent.
  • the Absolute Delay, noted RA, associated with a time sample of rank n is broken down into two parts, namely the delay corresponding to a Whole Number of Periods (or period number, ie 2k ⁇ for the phase), noted NEP, and the Residual Delay (or delay in interferometric phase), noted RR:
  • the raw CIP can be determined, according to a first alternative embodiment of the invention, by the use of two broadband antennas, during a step 341. Next, an intercorrelation of the signals picked up on each of the two is carried out. wideband antennas, so as to determine, for each sample of rank n of the signals received, the raw NEP quantity constituting the absolute delay RA (n).
  • the raw CIP can also be determined during a step 342, by using three narrowband antennas, and by implementing the so-called vernier method. It is recalled that such a method consists in using a third interferometric antenna providing a second spacing of antennas "d ⁇ " (in English "baseline”) and therefore an additional equation, making it possible to partially remove the phase ambiguity of the 2 ⁇ affecting the absolute delay RA.
  • Such filtering can, for example, consist of averaging the signal samples included in an analysis window of length L, so as to reduce the noise affecting the measurement, to the benefit of the precision of the determination of the raw CIP.
  • a NEP b ⁇ lt refinement is determined during the steps referenced 341 and 342, from a probabilistic analysis of the delay.
  • RR (n) -RR (n + l) ⁇ wherek e X and ⁇ e [0, + l [.
  • k and ⁇ are then random variables, ⁇ is thus possible to consider ⁇ as a random variable, uniformly distributed over a period [0, +1 [(or [0, 2 ⁇ [in the case of the phase).
  • the variance of the absolute delay RA is less than T / 2 (or ⁇ for the phase), where T is the period of the carrier of the echo received by the sensors, we can define a delay distance between two consecutive samples less than a quantity, called LIC (for Length of the Confidence Interval) between 0 and T / 2 (or between 0 and ⁇ for the phase).
  • LIC Length of the Confidence Interval
  • the length LIC used gathers ⁇ % (i.e. in our case 99%) of the values of the residual delay RR (n) around the mean creating a confidence band around the mean.
  • the signals picked up by the two interferometric antennas are complex circular Gaussian signals, the probability density of the phase difference ⁇ measured between the two antennas is given by:
  • the LIC depends on two phenomena, namely the local variance of the RR and, the percentage of confidence ⁇ , fixed a priori. If the difference in delay distance between two consecutive samples is less than the LIC, these samples are considered to be continuous in the probabilistic sense, that is to say continuous in the sense of the LIC, provided that this band or interval of confidence (equal to 2xLIC) created around the current point includes the statistical majority of the samples with the same mean as that of the current point (ie an interval encompassing substantially more than 50% of the points).
  • a continuity interval is thus defined as an interval delimited by two points corresponding to discontinuities of RR (n) and comprising only points corresponding to transitions of RA (n) continuous in the probabilistic sense, that is to say within the meaning of the LIC.
  • the process of the invention takes place in two stages: during a step referenced 36, a majority curve representative of the evolution of the absolute delay as a function of the rank is sought of the samples considered, then from this curve, during a step referenced 37, the absolute delay RA is "unwound" (by analogy with the previously described method of phase unwinding), so as to search for possible discontinuities of this delay.
  • the unwinding of the absolute delay RA is carried out using the raw RR of the interferometric phase, measured during the step referenced 31 and the denoised CIP determined during the step referenced 36.
  • the search for a majority curve during the step referenced 36 implements an algorithm called SCM, for Majority Curve Monitoring, making it possible to search for a curve representative of the absolute delay, which is as stationary as possible (that is, ie ergodic to allow the use of statistical and probabilistic criteria thereafter), and which represents the majority curve (s) among the set of delay values associated with the different signal samples.
  • SCM For Majority Curve Monitoring
  • the SCM always favors samples of signals close to each other in terms of absolute delay (i.e. belonging to the same network curve). This research is based on the network of curves representing the cosine of the angle ( ⁇ + ⁇ ), with reference to Figure 2 described above. It is recalled that the absolute phase difference ⁇ abs is defined by the following relation:
  • d denotes the distance between the two antennas receiving the echoes
  • ⁇ is the wavelength of the echo
  • RA denotes the absolute delay separating the reception of the same sample by each of the two antennas.
  • the SCM progresses by identifying a neighboring point as continuous at starting point (or more generally at the current point of the curve), therefore as belonging to the majority curve.
  • point is meant a pair (RA, n), where RA denotes an estimate of the absolute delay associated with the sample of rank n (where n is equal to ⁇ (sampling frequency)).
  • RA denotes an estimate of the absolute delay associated with the sample of rank n (where n is equal to ⁇ (sampling frequency)).
  • ⁇ sampling frequency
  • two points are considered to be continuous if the distance between them is less than ⁇ / 2d, where d is the distance between the two antennas and where ⁇ is the wavelength of the received signal.
  • this distance is equal to half the distance separating two adjacent curves from the network of curves representative of the cosine of the angle ( ⁇ + c'est), that is to say to half the distance separating two curves representing the same absolute delay RA, to the nearest carrier period (ie to the nearest NEP).
  • ⁇ + c'est the distance separating two curves representing the same absolute delay RA
  • the distance between two consecutive samples of ranks n and n + 1 is greater than ⁇ / 2d, we consider that the sample of rank n + 1 is not continuous with the sample of rank n, and a sample closer (in terms of absolute delay) to the current point of the majority curve will be sought in a neighborhood corresponding to the LOM (for Average Shadow Length). Thus, the sample of rank n + 1 does not belong to the same curve as the sample of rank n.
  • the average shadow length is for example fixed at 50 points.
  • the SCM implements a linear interpolation between this sample and the current point, so as to integrate the sample found in the majority curve , this sample then becoming the new current point of the curve.
  • the SCM sets a new starting point.
  • the chosen sample as a new starting point is always considered to belong to the majority curve. This condition is fulfilled by the use of the result of a median filtering on an LOM length analysis window adjoining the last current point of the SCM.
  • an interval of continuity consists of a succession of continuous points in the probabilistic sense, and bounded by two discontinuous points in the probabihste sense at each of its ends.
  • step referenced 38 we then seek, for each continuity interval identified during step referenced 37, an optimal translation, of an integer number of signal periods, allowing the majority curve to be superimposed with one of the curves in the network of curves described above.
  • the SCM through the course of the absolute delay RA, makes it possible to isolate all the points with which have been associated whole numbers of erroneous CIP periods (due to a measurement error or noise for example), and report them around a continuous and majority delay curve.
  • an optimized curve is then constructed, representative of the absolute delay RA fina] .
  • Such a delay RA Snal corresponds to the unwound RA which is best superimposed on the raw RA for a given continuity interval.
  • Such a superimposition of the raw RA with the derouIé RA (that is to say of the majority curve with one of the curves of the network of curves described above) is accomplished thanks to the implementation of an amplitude translation kx ⁇ / d.
  • the value of optimal k that is to say the optimal translation, for a given interval of continuity, is reached when the number of superimposed points, or common points between the RA deI0U ⁇ 6 and the RA bmt is maximum, as illustrated in FIG. 5.
  • the optimal translation of the majority curve makes it possible to isolate the curve from the network of curves described above which has the greatest number of points in common with the majority curve, when these two curves are superimposed.
  • the majority curve resulting from the step referenced 36 is translated so as to successively superimpose it with the curves 50, 51 and 52 of the network of curves representative of the absolute delay RA illustrated in FIG. 5.
  • the majority curve and of curve 51 which makes it possible to maximize the number of points in common between the curve majority and one of the curves of the network. It is therefore deduced therefrom that the integer number of periods (CIP) associated with the samples of the delay curves 50 and 52 is erroneous. It is therefore the curve 51 which must be used to determine the absolute delay RA ⁇ .
  • CIP integer number of periods
  • FIGS. 6a to 6d illustrate the results of the treatments implemented during the steps of the method of FIG. 3.
  • FIG. 6a presents the network of curves representative of the absolute delay RA obtained, for example, at the end of the step referenced 342 implementing a method called the vemier method.
  • a method called the vemier method we note for example that over the interval [90, 130], an indecision on the whole number of periods associated with the samples of this interval leads to the obtaining of three portions of curves 60, 61 and 62, spaced by a number integer of periods.
  • FIG. 6b presents the general shape of the majority curve obtained by implementing the SCM algorithm of the step referenced 36.
  • FIG. 6d presents the results of step 37 of searching for continuity intervals within the majority curve. It can thus be seen that the majority of the points in FIG. 6d have a zero ordinate. Certain points however, corresponding to ⁇ nscontinuities of residual delay, have an ordinate equal to 1. One thus isolates the points corresponding to discontinuities of delay, which makes it possible for example to isolate the interval of continuity 63.
  • FIG. 6c presents the optimized curve representative of the absolute delay RA fi ⁇ al obtained by searching, for each continuity interval of FIG. 6d, of an optimal translation making it possible to maximize the number of points common to the majority curve of FIG. 6b and to a network curve in Figure 6a. It is thus noted, in FIG. 6c, that the curve representative of the RA f) ⁇ a , over the interval [90, 130], is identical to the portion of curve 61 in FIG. 6a. Furthermore, we find on the final curve of FIG. 6c certain details (referenced 64 and 65 for example) of FIG. 6a, which had been erased during the construction of the majority curve of FIG. 6b.
  • the technique proposed by the invention consisting in searching for a majority curve, then in "unwinding" the absolute delay RA, therefore makes it possible to preserve details of the seabed which could be erased by the sole implementation of the SCM algorithm. Indeed, this algorithm has a “majority” characteristic, and is therefore equivalent to low-pass filtering. According to the invention, on the other hand, the details which could be erased by the SCM, if they belong to a continuity interval of the majority curve, are superimposed with their image in the curve of the absolute delays, and are thus preserved. In step 40, a more precise determination of the observed seabed bathymetry is therefore obtained.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de détermination de caractéristiques bathymétriques d'une surface, mettant en oeuvre au moins un sonar latéral ou frontal émettant au moins un signal acoustique en direction de ladite surface, ledit signal étant au moins partiellement réfléchi par ladite surface et capté par au moins deux antennes, ledit procédé comprenant une analyse d'un retard absolu, défini par la différence de temps d'arrivée d'un front d'onde dudit signal réfléchi sur chacune desdites antennes, mettant en oeuvre une étape de réduction d'une erreur d'ambiguïté de phase affectant ledit retard, par détermination d'une information représentative du nombre entier de périodes dudit signal compris dans ledit retard. Selon l'invention, ladite étape de réduction comprend une étape d'affinage d'une première information brute, mettant en oeuvre une analyse probabiliste tenant compte d'au moins une courbe majoritaire représentative d'une estimation dudit retard.

Description

Procédé de détermination de caractéristiques bathymétriques d'une surface, sonar et applications correspondantes.
Le domaine de l'invention est celui de l'acquisition d'images sonar. Plus précisément, l'invention concerne une technique de réduction des erreurs d'ambiguïté de phase affectant les mesures effectuées à l'aide d'un sonar interférométrique.
Actuellement, les sonars d'imagerie, utilisent des techniques de vision latérale ou frontale (i.e. sonars latéraux ou frontaux), et fonctionnent sur le principe d'une illumination du fond marin, suivie d'un recueil de information de rétrodiffusion du fond en fonction du temps.
En d'autres termes, un sonar latéral (respectivement frontal) est un sonar qui se déplace et émet, transversalement à son déplacement (respectivement dans la même direction que son déplacement), de très fins faisceaux acoustiques comparables à des pinceaux de lumière. Cette lumière se projette sur le fond sous forme d'une tâche « lumineuse » qui va ré-émettre à son tour de l'énergie, modulée par la texture du fond (c'est-à-dire notamment par le relief et par la dureté du sédiment constitutif du fond). Cette énergie sonore est spatialement et uniformément ré-émise.
Cependant, seule une partie de l'énergie ré-émise dans la direction du sonar est interceptée par ce dernier. La réponse acoustique de chaque point de la zone insonifiée du fond est alors enregistrée. Chaque contribution atteint le sonar en des temps différents, correspondant à des éloignements différents de la zone insonifiée au sonar. Ainsi, à chaque émission sonar correspond une ligne d'image. Le déplacement du sonar pas à pas permet de recueillir une succession de lignes, qui, mises bout à bout, constituent une image de la zone du fond insonifiée.
Pour obtenir une image bien contrastée, les sonars d'imagerie sont généralement proches du fond marin, afin de permettre de porter les ombres des objets sur le fond, à la façon d'un soleil couchant. Plus la lumière est rasante, plus l'ombre portée sera importante pour un même objet. Si ce type d'images est très informatif, elles peuvent parfois se révéler difficiles à interpréter, car elles ne donnent aucune information sur le relief de la zone observée. En effet, lors de l'acquisition d'images par le sonar, le fond observé est toujours considéré comme plat, car bien que la nature de émission sonar soit régie par son lobe d'émission (c'est-à-dire par la caractéristique angulaire de l'émission), la réception des échos est basée sur un échantillonnage temporel, qui permet de déterminer la distance séparant le sonar du point de réflexion de l'écho sur le fond, mais qui ne permet de déterminer ni la direction de l'écho, ni l'altitude du point de réflexion, ainsi qu'illustré sur la figurel. Un sonar 10 émet un faisceau acoustique 12 en direction d'un fond marin
11. Le faisceau se réfléchit en trois points (1), (2) et (3) du fond, avant d'être capté par l'antenne du sonar 10. En évaluant le temps écoulé entre l'émission et la réception du signal 12, le sonar 10 détermine la distance qui le sépare du point du fond 11 sur lequel le signal s'est réfléchi. Il en déduit donc une image 13 du fond 11. Cette image 13 se décompose en quatre zones 131 à 134, en fonction des informations extraites par le sonar 10 de l'écho reçu. Une première zone 131 correspond à la colonne d'eau séparant le sonar 10 du fond 11. Les zones 132 et 134 correspondent aux zones de réverbération du signal sur le fond 1 Dans la zone 132, le pic 1321 est associé à la brusque remontée 111 du relief du fond 11. L'obstacle 111 crée une zone d'ombre pour le faisceau d'émission du sonar 10, qui se traduit dans l'image 13 par une zone vierge 133, pour laquelle le sonar 10 ne dispose d'aucune information.
Pour estimer l'altitude des points observés du fond marin 11, appelés cellules de résolution, il faut disposer de l'angle d'arrivée de l'écho sur l'antenne de réception du sonar 10. Pour ce faire, on connaît actuellement deux techniques.
Une première technique repose sur l'utilisation d'une antenne tridimensionnelle (3D) effectuant des formations de voie dans des deux directions
(site gisement), à la différence du sonar qui fait la formation de voie dans le sens horizontal (gisement) uniquement pour former un faisceau de lumière fin et résolu. On rappelle que la formation de voie est une technique appliquée à une antenne non monolithique, correspondant à un traitement mis en œuvre à la réception ou à émission, et effectué sur la sommation des signaux capteurs (éléments constitutifs de l'antenne). Cette sommation à base de retards sur les capteurs déforme de manière électronique l'antenne, la rendant ainsi directive (adaptation de la forme de l'antenne à la direction de propagation du front d'onde et à sa forme). Cette directivité permet de former des faisceaux fins réalisant un pavage du fond marin par échantillonnage temporel et angulaire, appelé formation de voie. Un inconvénient de cette technique de l'art antérieur est qu'elle est très coûteuse à mettre en œuvre, en raison notamment du coût élevé d'une telle antenne Mdimensionnelle.
Une deuxième technique connue consiste à réaliser une triangulation verticale (ou en site) de l'écho reçu, à l'aide d'une deuxième antenne. En utilisant une deuxième antenne, il est possible de déterminer l'angle d'arrivée du front d'onde provenant d'une cellule de résolution en analysant le retard entre les temps d'arrivée sur les deux antennes de ce front d'onde. Par simplification, le front d'onde est considéré comme plan si la source est suffisamment distante.
En d'autres termes, une telle technique consiste à mesurer, pour chaque cellule de résolution, la différence de phase « absolue » ou le retard absolu entre les signaux reçus par les deux antennes.
Un inconvénient de cette technique de l'art antérieur est que la mesure directe de ce retard ou de cette différence de phase n'est connue qu'à 2π près ou à une période de porteuse près, du fait de la périodicité des fonctions circulaires (i.e. les porteuses sinusoïdales du signal modulé reçu par les antennes), ainsi qu'illustré en figure 2. Par exemple, si le retard entre les deux signaux correspond pour une cellule de résolution à 2.5π, la différence de phase mesurée selon cette technique sera de 0.5π.
En effet, on considère les deux antennes de réception Sa et Sb de la figure 2. Connaissant l'altitude H de l'antenne Sa, la distance d séparant les antennes Sa et Sb et l'angle ψ d'inclinaison des antennes Sa, Sb par rapport à la verticale, on peut déterminer l'altitude h de la cellule de résolution 20, par analyse du déphasage ΔΦ des signaux reçus par les deux antennes Sa et Sb, à l'aide des formules de triangulation suivantes : h = H- rcos(θ)
Figure imgf000006_0001
Du fait de la périodicité des fonctions circulaires, la mesure du déphasage ΔΦ, et donc l'estimation de l'altitude h de la cellule de résolution 20 est donc entachée d'erreur. Notons qu'il est toujours possible de décomposer une différence de phase absolue, apparentée à un retard absolu noté RA, en 2 parties : un retard résiduel, noté RR, intérieur à une période du signal (encore appelé phase interférométrique) et un nombre entier de périodes de la porteuse, noté NEP (ou 2kπ).
Ainsi, si l'on décompose une différence de phase absolue, apparentée à un retard absolu RA en deux parties, une première partie, notée RR, correspondant au retard résiduel intérieur à une période, ou à la phase interférométrique, et une deuxième partie, notée NEP, correspondant au nombre entier de périodes de la porteuse, ou 2 π, un inconvénient de cette technique de l'art antérieur est qu'elle ne permet pas d'évaluer le retard absolu RA, mais ne donne qu'une estimation du retard résiduel RR.
D. en résulte une incertitude sur l'estimation de l'altitude h des points du fond observés, et l'inconvénient de cette technique de l'art antérieur est donc qu'elle ne permet pas de déterminer avec précision le relief de la surface étudiée à l'aide du sonar. Afin de lever cette ambiguïté sur l'estimation e la différence de phase, on a, à ce jour, envisagé plusieurs techniques.
Une première technique repose sur l'émission, par le sonar, de signaux à bande étroite. Pour améliorer l'évaluation de la bathymétrie des fonds marins à partir de l'émission de signaux à bande étroite, on a imaginé de mettre en œuvre une première méthode, appelée méthode de déroulement de phase (en anglais "phase tracking"). Cette méthode consiste à examiner la phase comme étant un signal continu, ainsi que décrit dans l'article "Differential Phase Estimation with SeaMarc II Bathymétrie Sidescan Sonar System", IEEE Journal of Oceanic Engineering, Nol 17, n°3, juillet 1992. Le déroulement de phase peut-être monodimensionnel (il s'appuie alors sur une seule émission sonore et met en œuvre un traitement différentiel, à variance adaptative, etc.) ou bidimensionnel (il s'appuie alors sur plusieurs émissions sonar, c'est-à-dire sur le concept d'image, et met en œuvre des traitements par champs de Markov ou par la méthode Goldstein par exemple). Un tel déroulement de phase bidimensionnel est par exemple décrit dans "Studies of Multibaselines Spaceborne Interferometric Synthetic Aperture Radars", IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, vol. 28, n°l, janvier 1990.
Dans le cadre de la technique d'émission de signaux à bande étroite, on a également envisagé de mettre en œuvre une deuxième méthode, dite méthode du vernier. Cette méthode, décrite notamment dans "Swath Bathymetry : Principles of Opération and an Analysis of Errors", IEEE Journal of Oceanic Engineering, vol.14, n°4, octobre 1989, s'appuie sur l'utilisation d'une deuxième source d'information, à savoir la diversité spatiale.
Une telle méthode consiste classiquement à utiliser une troisième antenne interférométrique fournissant un deuxième écartement d'antennes « d2 » (en anglais "baseline") et donc une équation supplémentaire, permettant de lever l' ambiguïté de phase des 2π évoquée précédemment.
Un inconvénient de cette technique de l'art antérieur est que la méthode du vernier ne fonctionne qu'avec un rapport signal à bruit (en anglais SΝR pour "Signal to Νoise Ratio") suffisant. En d'autres termes, si cette méthode fournit, pour chaque échantillon temporel de signal reçu par les antennes, un ΝEP (Nombre Entier de Périodes), ce dernier ne sera valide que si le signal n'est pas trop bruité et ne dépasse pas le seuil de détection du vernier, appelé efficacité du vernier.
Une deuxième technique connue, destinée à lever l'ambiguïté sur la différence de phase des signaux reçus par les antennes, repose sur l'émission de signaux en bande large, et met en œuvre une méthode dite d'intercorrélation.
La méthode de Fintercorrélation s'appuie également sur utilisation d'une deuxième source d'information, à savoir la largeur de bande fréquentielle du signal, apparentée à la diversité fréquentielle. L'utilisation d'une bande de signal plus importante permet d'augmenter la durée du signal émis par modulation par la texture du fond. Elle garantit par conséquent une résolution temporelle supérieure ou égale à celle obtenue à l'aide d'un sonar bande étroite, tout en augmentant le rapport signal à bruit. Une telle méthode permet donc de déterminer le temps d'arrivée des signaux sur les antennes de manière, non plus relative comme avec une méthode d'interférométrie, mais de manière absolue par des méthodes d'intercorrélation. Le retard absolu RA des signaux reçus par les antennes étant toujours décomposable en un retard résiduel RR et un nombre entier de périodes NEP, l'accès par cette technique à la phase interférométrique (ou RR) est immédiat, et cette technique peut donc être utilisée pour la recherche du NEP.
Une telle méthode basée sur l' intercorrélation des signaux reçus par les antennes de réception du sonar fournit donc une estimation du retard absolu RA, mais surtout du nombre entier de périodes NEP, comme la méthode dite du vernier. Néanmoins, à nouveau, la précision de mesure obtenue par une telle méthode d'intercorrélation dépend fortement du rapport signal à bruit (SNR).
La mise en œuvre d'une telle méthode d'intercorrélation conduit donc fréquemment à des erreurs quantiques d'une période sur le NEP.
Pour améliorer le rapport SNR, on a envisagé d'accroître les dimensions des fenêtres d'analyse ou d'intercorrélation, de façon qu'elles comprennent un plus grand nombre d'échantillons temporels de signaux statistiquement indépendants. Une telle augmentation de la taille des fenêtres d'intercorrélation a pour conséquence directe d'améliorer la précision du retard absolu mesuré, mais aussi de dégrader la résolution de la mesure, ainsi qu'exposé par exemple dans "Interferometric Synthetic Aperture Sonar design and Performance Issues" Proceedings of the fifth European Conférence Underwater Acoustics, ECUA 2000. Une telle dégradation de la résolution ne permet pas d'obtenir une image précise du relief du fond marin à l'aide d'une telle technique, et ne permet notamment pas de détecter des objets fins qui seraient posés (ou non) sur le fond observé par le sonar.
L'invention a notamment pour objectif de pallier ces inconvénients de l'art antérieur.
Plus précisément, un objectif de l'invention est de fournir une technique de détermination de la bathymétrie d'une surface fournissant des résultats d'une précision accrue par rapport aux techniques de l'art antérieur. L'invention a notamment pour objectif de mettre en œuvre une technique permettant d'évaluer avec une précision accrue un retard absolu entre deux signaux captés par deux antennes distinctes après réflexion sur une même surface.
Un autre objectif de l'invention est de mettre en œuvre une technique de détermination de caractéristiques bathymétriques qui soit simple et peu coûteuse à mettre en œuvre. L'invention a encore pour objectif de fournir une technique de détermination de caractéristiques bathymétriques qui puisse être implémentée en temps réel.
L'invention a également pour objectif de mettre en œuvre une technique de détermination de caractéristiques bathymétriques présentant une résolution accrue par rapport aux techniques de l'art antérieur.
L'invention a encore pour objectif de mettre en œuvre une technique de détermination de caractéristiques bathymétriques permettant de détecter des objets de taille réduite par rapport aux techniques de l'art antérieur.
Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints à l'aide d'un procédé de détermination de caractéristiques bathymétriques d'une surface, mettant en œuvre au moins un sonar d'imagerie émettant au moins un signal acoustique en direction de ladite surface, ledit signal étant au moins partiellement réfléchi par ladite surface et capté par au moins deux antennes, ledit procédé comprenant une analyse d'un retard, défini par la différence de temps d'arrivée d'un front d'onde dudit signal réfléchi sur chacune desdites antennes, mettant en œuvre une étape de réduction d'une erreur d'ambiguïté de phase affectant ledit retard, par détermination d'une information représentative du nombre entier de périodes dudit signal compris dans ledit retard.
Selon l'invention, ladite étape de réduction comprend une étape d'affinage d'une première information brute, mettant en œuvre une analyse probabiliste tenant compte d'au moins une courbe majoritaire représentative d'une estimation dudit retard.
Ainsi, l'invention repose sur une approche tout à fait nouvelle et inventive de la détermination de la bathymétrie d'une surface. En effet, l'invention repose notamment sur un affinage, par un traitement d'analyse probabiliste, de rinformation relative au nombre entier de périodes constitutif du retard absolu, évalué à la réception des échos par les antennes. Une telle information brute est généralement bruitée, et induit donc d'importantes erreurs de mesure lorsqu'elle est exploitée selon des techniques connues de l'art antérieur. Selon l'invention, on met en œuvre une étape de "débruitage" supplémentaire de cette information, de façon à déterminer avec une plus grande précision le retard absolu entre les signaux d'écho captés par les antennes du sonar. Selon certains modes de réalisation particuliers de l'invention, une telle étape d'affinage de l'information brute n'est pas systématiquement mise en œuvre, notamment lorsque la fenêtre d'analyse considérée est de longueur unité.
L'Homme du Métier comprendra par ailleurs que par "réduction d'une erreur d'ambiguïté de phase affectant ledit retard", on entend bien sûr également "réduction d'une erreur d'ambiguïté de période affectant ledit retard", l'approche du problème en termes de phase étant équivalente à une approche du problème en termes de période. Avantageusement, ladite analyse dudit retard mettant en œuvre la création d'un réseau de courbes représentatives d'une évaluation dudit retard, ladite étape d'affinage comprend au moins les étapes suivantes : une étape de construction de ladite courbe majoritaire, à partir dudit réseau de courbes ; une étape de recherche d'intervalles de continuité de ladite courbe majoritaire ; pour chacun desdits intervalles de continuité, une étape de mise en correspondance de ladite courbe majoritaire et dudit réseau de courbes, de manière à déterminer une évaluation optimisée dudit retard.
Un tel réseau de courbes correspond, selon un mode de réalisation préféré de l'invention, au cosinus de l'angle d'arrivée du front d'onde.
L'invention repose donc sur une approche innovante de l'analyse du retard de l'écho mettant en œuvre une technique dite de S CM (pour Suivi de Courbe Majoritaire) et de déroulement du retard absolu. En effet, toutes les techniques d'imagerie sonar connues à ce jour utilisent la phase relative, ou le retard relatif de l'écho, ce qui conduit à l'apparition d'erreurs de plus ou moins grande amplitude en cas d'erreur de déroulement de phase. La technique proposée par l'invention, qui n'utilise que la phase vernier, ou le retard absolu, et le Suivi de Courbe Majoritaire permet de pallier à ces inconvénients.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, ladite étape de construction met en œuvre : une étape de détermination d'un point de départ de ladite courbe majoritaire ; - pour chacun des points courants de ladite courbe majoritaire, une étape de recherche d'un point continu audit point courant ; si ledit point continu existe, une étape d'insertion dudit point continu dans ladite courbe majoritaire ; sinon, une étape de définition d'un nouveau point de départ. On notera que par "point continu au point courant", on entend ici, et dans toute la suite du document, un point qui appartient à la même courbe que le point courant.
Préférentiellement, ladite étape de recherche met en œuvre : - une première étape d'étude d'un point adjacent audit point courant, de manière à déterminer si ledit point adjacent est continu audit point courant ; si ledit point adjacent n'est pas continu audit point courant, une deuxième étape d'étude des points appartenant à un voisinage de longueur prédéterminée, appelée LOM, dudit point courant, de manière à identifier au moins un point dudit voisinage continu audit point courant.
Selon une caractéristique préférentielle de l'invention, ladite longueur LOM prédéterminée est la Longueur d'Ombre Moyenne.
Par exemple, selon un mode de réalisation préféré de l'invention, la longueur LOM est fixée arbitrairement à 50 points.
Selon une variante de réalisation préférée de l'invention, ledit point continu audit point courant appartenant audit voisinage de longueur LOM, ladite étape d'insertion met en œuvre une interpolation linéaire entre ledit point courant et ledit point continu audit point courant. Une telle interpolation permet ainsi de construire la portion de la courbe majoritaire séparant le point courant de la courbe et le point continu au point courant identifié dans le voisinage de longueur LOM.
Avantageusement, deux points sont continus si la distance qui les sépare est inférieure à un premier seuil prédéterminé. En d'autres termes, deux points peuvent être considérés comme appartenant à la même courbe si la distance qui les sépare est inférieure à un seuil prédéterminé.
Selon une technique avantageuse de l'invention, ledit premier seuil prédéterminé est égal à la moitié de la distance séparant deux courbes dudit réseau de courbes. Ainsi, deux points sont continus (donc appartiennent à la même courbe) si la distance qui les sépare est inférieure à λ/2d, où λ est la longueur d'onde du signal reçu.
Préférentiellement, ladite étape de définition d'un nouveau point de départ tient compte d'un filtrage médian sur une fenêtre d'analyse de longueur LOM jouxtant ledit point courant.
De manière préférentielle, ladite étape de recherche d'intervalles de continuité met en œuvre une détermination de points de ladite courbe majoritaire discontinus au sens probabihste, un intervalle de continuité de ladite courbe majoritaire comprenant une succession de points continus au sens probabiliste, et étant borné, à chacune de ses extrémités, par deux points discontinus au sens probabiliste.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, deux points sont continus au sens probabiliste si la distance qui les sépare est inférieure à un deuxième seuil prédéterminé, appelé Longueur de l'Intervalle de Confiance (LIC).
On notera que, de manière évidente, les termes "continus" et "continus au sens probabiliste" n'ont pas la même signification. On rappelle que deux points sont "continus" s'ils appartiennent à la même courbe, comme défini précédemment dans ce document (c'est-à-dire si la distance qui les sépare est inférieure à un premier seuil prédéterminé). Deux points sont "continus au sens probabiliste" si la distance qui les sépare est inférieure à un deuxième seuil prédéterminé, comme mentionné ci-dessus.
Avantageusement, pour chacun desdits intervalles de continuité, ladite étape de mise en correspondance met en œuvre une recherche d'une translation optimale, permettant de superposer ladite courbe majoritaire et une courbe dudit réseau de courbes.
On opère ainsi une ou plusieurs translations de k*λ/d, où k est un entier, de manière à déterminer la valeur de k optimale permettant de superposer au mieux la courbe majoritaire obtenue par le S CM et les courbes du réseau de courbes. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, pour chacun desdits intervalles de continuité, ladite translation optimale superpose ladite courbe majoritaire et la courbe dudit réseau de courbes ayant le plus grand nombre de points communs avec ladite courbe majoritaire. Préférentiellement, ladite étape de réduction comprend en outre une étape de création d'une courbe optimisée, représentative de ladite évaluation optimisée dudit retard, ladite courbe optimisée correspondant, pour chacun desdits intervalles de continuité, à ladite courbe dudit réseau superposée à ladite courbe majoritaire par ladite translation optimale, de manière à déterminer au moins certaines caractéristiques bathymétriques de ladite surface.
Selon une première variante de réalisation avantageuse de l'invention, ledit signal est un signal large bande, capté après réflexion sur ladite surface par deux antennes distantes d'une longueur d, et ladite première information brute est déterminée en mettant en œuvre une étape d'intercorrélation du signal capté par chacune desdites deux antennes, sur une première fenêtre d'analyse de longueur L.
Ainsi, la longueur d est la longueur de la "baseline" (c'est-à-dire la distance inter antennes) et L est le nombre d'échantillons utilisés au cours du préfiltrage ou de rintercorrelation.
Selon une deuxième variante de réalisation avantageuse de l'invention, ledit signal est un signal à bande étroite, capté après réflexion sur ladite surface par au moins trois antennes, et ladite première information brute est déterminée en mettant en œuvre une méthode dite du vernier.
Préférentiellement, un tel procédé comprend en outre, préalablement à la détermination de ladite première information brute, une étape de filtrage desdits signaux captés par lesdites trois antennes sur une deuxième fenêtre d'analyse de longueur L.
Une telle étape est facultative quand le nombre d'échantillons L peut être ramené à un. On notera qu'une telle longueur L peut ou non être égale à la longueur L de la première fenêtre d'analyse mentionnée précédemment. De manière préférentielle, lesdits signaux captés par lesdites antennes étant échantillonnés temporellement, de manière à fournir une pluralité d'échantillons temporels, ladite étape de filtrage met en œuvre un moyennage desdits échantillons contenus dans ladite deuxième fenêtre d'analyse de longueur L. Comme mentionné ci-dessus, une telle étape est facultative quand le nombre d'échantillons L peut être ramené à un. On notera qu'une telle longueur L peut ou non être égale à la longueur L de la première fenêtre d'analyse mentionnée précédemment.
L'invention concerne encore un sonar d'imagerie interférométrique mettant en œuvre le procédé décrit précédemment.
L'invention s'applique avantageusement à l'un au moins des domaines suivants : détermination d'informations bathymétriques de fonds marins ; détection et aide à la classification d'objets D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés, parmi lesquels : les figures 1 et 2 ont déjà été décrites précédemment, en relation avec les techniques de l'art antérieur, et présentent respectivement le principe d'acquisition d'images sonar et le principe de rinterférométrie permettant d'évaluer l'altitude d'une cellule de résolution ; la figure 3 présente un synoptique des différentes étapes mises en œuvre selon le procédé de déteπnination de caractéristiques bathymétriques de l'invention ; la figure 4 illustre la technique de détermination de la Longueur de l'Intervalle de Confiance mise en œuvre au cours des étapes présentées sur la figure 3 ; la figure 5 décrit la technique de superposition de la courbe majoritaire et du réseau de courbes représentatif du retard selon l'invention ; les figures 6a à 6d illustrent les différentes combes représentatives des résultats obtenus à l'issue des étapes présentées sur la figure 3.
Le principe général de l'invention repose sur la mesure du retard absolu entre les signaux captés par au moins deux antennes après réflexion sur une surface dont on cherche à déterminer le relief. Une telle mesure est notamment mise en œuvre par détermination d'une information fine, représentative du nombre entier de périodes du signal compris dans le retard absolu, à l'aide de techniques probabilistes.
On présente, en relation avec la figure 3, les différentes étapes mises en œuvre selon le procédé de l'invention pour déterminer la bathymétrie de fonds marins.
Au cours d'une étape 30, un sonar d'imagerie interférométrique émet un signal acoustique en direction du fond marin dont on cherche à déterminer la bathymétrie. Après réflexion sur une cellule de résolution du fond, et modulation du signal par la texture du fond, le signal est reçu (31) par plusieurs antennes ou capteurs. Il est alors échantillonné temporellement, de manière à fournir une pluralité d'échantillons de signaux à partir desquels on met en œuvre les étapes 32 à 40 du procédé de l'invention.
La technique proposée selon l'invention repose sur une analyse (32) du retard absolu entre les signaux captés par les antennes, et s'applique donc dans le cas où l'information de phase ou de retard entre les capteurs est connue de manière absolue. Dans la suite du document, les notions de phase (absolue) ou de retard (absolu) sont considérées comme équivalentes.
Comme mentionné précédemment, le Retard Absolu, noté RA, associé à un échantillon temporel de rang n, se décompose en deux parties, à savoir le retard correspondant à un Nombre Entier de Périodes (ou numéro de période, i.e. 2kπ pour la phase), noté NEP, et le Retard Résiduel (ou retard de phase interférométrique), noté RR :
RA(n) = RR(n) x T + NEP(n) x T (où T désigne la valeur de la période de la porteuse). Le principe de l'invention repose sur la réduction (33) de l'erreur d'ambiguïté de phase affectant la mesure du retard absolu RA, par la détermination d'une évaluation précise, et notamment d'une évaluation débruitée du nombre entier de périodes NEP constitutif du retard RA. Selon l'invention, on commence par déterminer une information brute relative au nombre entier de périodes NEPbrut.
Une telle détermination se fait généralement au détriment de la résolution. Le NEPbrut peut être déterminé, selon une première variante de réalisation de l'invention, par la mise en œuvre de deux antennes large bande, au cours d'une étape 341. On procède ensuite à une intercorrélation des signaux captés sur chacune des deux antennes large bande, de façon à déterminer, pour chaque échantillon de rang n des signaux reçus, la quantité NEPbrut constitutive du retard absolu RA(n).
Selon une deuxième variante de réalisation de l'invention, le NEPbrut peut également être déterminé au cours d'une étape 342, en utilisant trois antennes à bande étroite, et en mettant en œuvre la méthode dite du vernier. On rappelle qu'une telle méthode consiste à utiliser une troisième antenne interférométrique fournissant un deuxième écartement d'antennes « d^ » (en anglais "baseline") et donc une équation supplémentaire, permettant de lever partiellement l'ambiguïté de phase des 2π affectant le retard absolu RA.
Pour améliorer la précision de la mesure du NEPbrut par cette méthode du vernier, on peut procéder, au cours de l'étape référencée 342, à un filtrage des signaux captés par les antennes, sur une fenêtre de longueur L, de façon à réduire la variance de la phase interférométrique. Un tel filtrage peut, par exemple, consister en un moyennage des échantillons de signaux compris dans une fenêtre d'analyse de longueur L, de façon à réduire le bruit affectant la mesure, au profit de la précision de la détermination du NEPbrut.
Au cours d'une étape référencée 35, qui sera détaillée ci-après, on procède à un affinage du NEPbπlt déterminé au cours des étapes référencées 341 et 342, à partir d'une analyse probabiliste du retard. On rappelle tout d'abord quelques résultats statistiques obtenus dans le cadre de l'invention, relatifs aux relations existant entre le retard absolu RA, le retard résiduel RR, et le nombre entier de périodes NEP.
On a déterminé qu'il existe une dépendance entre les erreurs affectant la quantité RR(n) d'une part, et la quantité NEP(n) d'autre part. En effet, on peut noter qu'une erreur de faible amplitude sur le retard absolu RA(n) se traduit uniquement par une erreur sur la valeur du retard résiduel RR(n). En revanche, une erreur de plus grande valeur affectant le retard absolu RA(n) induit une modification du nombre entier de périodes NEP(n) également. Ainsi, on a déterminé, dans le cadre de l'invention, qu'il est possible, moyennant certaines hypothèses, de détecter une erreur sur le nombre entier de périodes NEP(n) par observation d'une anomalie sur le retard résiduel RR(n).
En particulier, on a déterminé qu'un phénomène générant, entre deux échantillons de signaux consécutifs, une variation temporelle du retard mesuré entre les deux capteurs supérieure à une période de porteuse du signal, ou à 2π, est détectable, de manière évidente, par la modification du NEP(n) d'une quantité +k ou -k, mais peut aussi être détectée par une discontinuité du retard résiduel RR(n). En effet, en considérant les échantillons de rangs n et n+1 et leurs retards respectifs, on a : RA(n) = RR(n) x T + NEP(n) x T et
RA(n+l) = RR(n+l) x T + NEP(n+l) x T On a donc : \NEP(ή) - NEP(n + ï)\ = k et
RR(n) -RR(n+l) = δ oùk e X et δ e [0, +l[. Selon une approche probabiliste du problème, si le phénomène générant la variation du NEP(n) entre les échantillons de rangs n et n+1 est aléatoire (tel que par exemple du bruit, ou une remontée brutale du relief), k et δ sont alors des variables aléatoires, ϋ est ainsi possible de considérer δ comme une variable aléatoire, uniformément répartie sur une période [0, +1[ (ou [0, 2π [ dans le cas de la phase). De plus, si la variance du retard absolu RA est inférieure à T/2 (ou à π pour la phase), où T est la période de la porteuse de l'écho reçu par les capteurs, on peut définir une distance de retard entre deux échantillons consécutifs inférieure à une quantité, appelée LIC (pour Longueur de l'Intervalle de Confiance) comprise entre 0 et T/2 (ou entre 0 et π pour la phase).
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, la longueur LIC utilisée rassemble α% (i.e. dans notre cas 99%) des valeurs du retard résiduel RR(n) autour de la moyenne créant une bande confiance autour de la moyenne. En considérant que les signaux captés par les deux antennes interférométriques sont des signaux gaussiens circulaires complexes, la densité de probabilité de la différence de phase ΔΦ mesurée entre les deux antennes est donnée par :
Figure imgf000019_0001
7 = |μ|cos(ΔΦ-(ΔΦ))
où, ΔΦ est la différence de phase entre les signaux reçus par les deux capteurs (i.e. ΔΦ = Capteur jPhase - Capteur2Phase), μ le coefficient de corrélation entre les deux signaux, et <ΔΦ> la moyenne de phase (Le. le retard résiduel RR).
Plus précisément, en ce qui concerne la bande de confiance autour du point courant (i.e. moyenne), il est possible de tracer la fonction de répartition de cette densité de probabilité, donc de la LIC, en fonction d'un pourcentage de confiance α pour différentes variances du retard résiduel, ainsi qu'illustré en figure 4. La Longueur de l'Intervalle de Confiance LIC rassemble ainsi α% des échantillons autour de la moyenne. Sur la figure 4, le graphe 41 illustre la fonction de densité de probabilité de la différence de phase ΔΦ. Le graphe 42 présente l'évolution de la LIC en fonction du pourcentage de confiance α pour différentes valeurs de la variance σ du retard résiduel.
Ainsi, la LIC dépend de deux phénomènes, à savoir de la variance locale du RR et, du pourcentage de confiance α, fixé a priori. Si la différence de distance de retard entre deux échantillons consécutifs est inférieure à la LIC, ces échantillons sont considérés comme continus au sens probabiliste, c'est-à-dire comme continus au sens de la LIC , à condition que cette bande ou intervalle de confiance (égal à 2xLIC) créée autour du point courant englobe la majorité statistique des échantillons de même moyenne que celle du point courant (i.e. un intervalle englobant sensiblement plus de 50% des points). Par conséquent, pour une LIC < π, il est donc possible de détecter une variation du nombre entier de périodes NEP(n), si la différence de retard absolu entre deux échantillons consécutifs génère une variation du retard résiduel RR(n) supérieure à la Longueur de l'Intervalle de Confiance LIC. La détection de ce type de phénomène est d'autant plus efficace que la variance du retard résiduel RR(n) est faible, et permet donc de fixer une longueur LIC petite par rapport à T/2 (ou par rapport à π pour la phase). On notera en effet que la capacité de non détection d'un phénomène générant une variation de NEP est donnée par (2LIC)/(2π) ou (2LIC)/(2T). En effet, considérons un phénomène qui génère une rupture du RA ou du NEP, en engendrant une variation du RA = k x NEP + RR avec |RR|<LIC. Dans ce cas, avec les hypothèses de travail ci-dessus, il est impossible de décider de la présence d'une rupture du NEP, d'où la probabilité de non détection de cette rupture correspondant à la situation où le RR est dans la bande de continuité ou 2xLIC, soit la proportion (2LIC)/(2π) ou (2LIC)/(2T).
En localisant les échantillons de signaux correspondant à des discontinuités de retard résiduel RR(n), il est donc possible de définir des intervalles de continuité sur lesquels les variations du retard absolu RA(n) restent continues. On définit ainsi un intervalle de continuité comme un intervalle délimité par deux points correspondant à des discontinuités de RR(n) et ne comportant que des points correspondant à des transitions de RA(n) continues au sens probabiliste, c'est-à-dire au sens de la LIC.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, à partir d'une information brute (comportant des erreurs) relative au retard absolu RAbrat = RRbmt + NEPbmt, déterminée en mettant en œuvre l'étape référencée 341 d'intercorrélation ou la méthode du vernier (342), le processus de l'invention se déroule en deux temps : au cours d'une étape référencée 36, on recherche une courbe majoritaire représentative de l'évolution du retard absolu en fonction du rang des échantillons considérés, puis à partir de cette courbe, au cours d'une étape référencée 37, le retard absolu RA est "déroulé" (par analogie avec la méthode décrite précédemment de déroulement de phase), de manière à rechercher d'éventuelles discontinuités de ce retard. Le déroulement du retard absolu RA est effectué en utilisant le RRbrut de la phase interférométrique, mesuré au cours de l'étape référencée 31 et le NEPdébruité déterminé au cours de l'étape référencée 36.
La recherche d'une courbe majoritaire au cours de l'étape référencée 36 met en œuvre un algorithme appelé SCM, pour Suivi de Courbe Majoritaire, permettant de rechercher une courbe représentative du retard absolu, qui soit la plus stationnaire possible (c'est-à-dire ergodique pour permettre l'utilisation de critères statistiques et probabilistes par la suite), et qui représente la (les) courbe(s) majoritaire(s) parmi l'ensemble des valeurs de retards associées aux différents échantillons de signaux. Dans sa recherche, le SCM privilégie toujours les échantillons de signaux proches les uns des autres en termes de retard absolu (c'est-à-dire appartenant à la même courbe du réseau). Cette recherche s'appuie sur le réseau de courbes représentatives du cosinus de l'angle (θ+ψ), en référence avec la figure 2 décrite précédemment. On rappelle en effet que la différence de phase absolue ΔΦabs est définie par la relation suivante :
. _ 2πdcos(θ + ψ) _ „ _ , ^ΔΦflfe ,_ cRA
ΔΦΛ = ^ = 2?r/0RA soit —e . = ∞s(θ + ψ) ≈ —
où d désigne la distance entre les deux antennes captant les échos, λ est la longueur d'onde de l'écho et RA désigne le retard absolu séparant la réception d'un même échantillon par chacune des deux antennes.
Partant d'un point de départ considéré comme appartenant à la courbe majoritaire, le SCM progresse en identifiant un point voisin comme continu au point de départ (ou plus généralement au point courant de la courbe), donc comme appartenant à la courbe majoritaire. On notera que par le terme "point" on entend un couple (RA, n), où RA désigne une estimation du retard absolu associé à l'échantillon de rang n (où n est égal à ^(fréquence d'échantillonnage)). On rappelle que le terme "continu" n'a bien sûr pas la même signification que le terme "continu au sens probabihste" ou "continu au sens de la LIC".
Selon la technique de SCM mise en œuvre par l'invention, deux points sont considérés comme continus si la distance qui les sépare est inférieure à λ/2d, où d est la distance entre les deux antennes et où λ est la longueur d'onde du signal reçu. On notera que cette distance est égale à la moitié de la distance séparant deux courbes adjacentes du réseau de courbes représentatives du cosinus de l'angle (θ+ψ), c'est-à-dire à la moitié de la distance séparant deux courbes représentant le même retard absolu RA, à une période de porteuse près (c'est-à- dire à un NEP près). En d'autres termes, on rappelle que deux points sont continus s'ils peuvent être considérés comme appartenant à la même courbe.
Si, en revanche, la distance entre deux échantillons consécutifs de rangs n et n+1 est supérieure à λ/2d, on considère que l'échantillon de rang n+1 n'est pas continu à l'échantillon de rang n, et un échantillon plus proche (en terme de retard absolu) du point courant de la courbe majoritaire sera recherché dans un voisinage correspondant à la LOM (pour Longueur d'Ombre Moyenne). Ainsi, l'échantillon de rang n+1 n'appartient pas à la même courbe que l'échantillon de rang n.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, la Longueur d'Ombre Moyenne est par exemple fixée à 50 points.
Si on trouve, dans le voisinage de longueur LOM, un échantillon continu au point courant de la courbe majoritaire, le SCM met en œuvre une interpolation linéaire entre cet échantillon et le point courant, de manière à intégrer l'échantillon trouvé dans la courbe majoritaire, cet échantillon devenant alors le nouveau point courant de la courbe.
Si, en revanche, aucun échantillon n'est trouvé dans le voisinage de longueur LOM, le SCM fixe un nouveau point de départ. L'échantillon choisi comme nouveau point de départ est toujours considéré comme appartenant à la courbe majoritaire. Cette condition est remplie par l'utilisation du résultat d'un filtrage médian sur une fenêtre d'analyse de longueur LOM jouxtant le dernier point courant du SCM. Le SCM permet donc de construire' une courbe stationnaire, qui va permettre de "dérouler le vernier" ou la phase absolue ou le retard absolu, et de définir des intervalles de continuité (37) au sein de la courbe majoritaire ainsi construite. A partir du SCM, le retard absolu est donc déroulé, de façon à rechercher les discontinuités entre les points consécutifs de la courbe majoritaire, à partir de la formule suivante : RAdéroulé = NEP(SCM) + RRbrut.
Au cours de l'étape référencée 37, on isole ainsi une succession d'intervalles de continuité, tels que définis précédemment, au sein de la courbe majoritaire. On rappelle qu'un intervalle de continuité est constitué d'une succession de points continus au sens probabiliste, et borné par deux points discontinus au sens probabihste à chacune de ses extrémités.
Au cours d'une étape référencée 38, on recherche ensuite, pour chaque intervalle de continuité identifié au cours de l'étape référencée 37, une translation optimale, d'un nombre entier de périodes du signal, permettant de superposer au mieux la courbe majoritaire avec l'une des courbes du réseau de courbes décrit précédemment.
En effet, sur un intervalle de continuité, le SCM, au travers du déroulement du retard absolu RA, permet d'isoler tous les points auxquels ont été associés des nombres entiers de périodes NEP erronés (en raison d'une erreur de mesure ou de bruit par exemple), et de les rapporter autour d'une courbe des retards continue et majoritaire.
Au cours d'une étape référencée 39, on construit ensuite une courbe optimisée, représentative du retard absolu RAfina]. Un tel retard RASnal correspond au RAdéroulé qui se superpose le mieux avec le RAbrut pour un intervalle de continuité donné. Une telle superposition du RAbrut avec le RAdérouIé (c'est-à-dire de la courbe majoritaire avec l'une des courbes du réseau de courbes décrit précédemment) est accomplie grâce à la mise en œuvre d'une translation d'amplitude k x λ/d. La valeur de k optimale, c'est-à-dire la translation optimale, pour un intervalle de continuité donné, est atteinte quand le nombre de points superposés, ou de points communs entre le RAdéI0Uι6 et le RAbmt est maximum, ainsi qu'illustré en figure 5. En d'autres termes, la translation optimale de la courbe majoritaire permet d'isoler la courbe du réseau de courbes décrit précédemment qui présente le plus grand nombre de points communs avec la courbe majoritaire, lorsque ces deux courbes sont superposées.
Ainsi, au cours de l'étape référencée 38 de recherche d'une translation optimale, on translate la courbe majoritaire issue de l'étape référencée 36, de différents nombre entiers de périodes, de façon à la superposer successivement avec les courbes 50, 51 et 52 du réseau de courbes représentatif du retard absolu RA illustré en figure 5. Par exemple, sur la figure 5, c'est la superposition de la courbe majoritaire et de la courbe 51 qui permet de maximiser le nombre de points communs entre la courbe majoritaire et une des courbes du réseau. On en déduit donc que le nombre entier de périodes (NEP) associé aux échantillons des courbes de retard 50 et 52 est erroné. C'est donc la courbe 51 qui doit être retenue pour déterminer le retard absolu RA^.
Les figures 6a à 6d illustrent les résultats des traitements mis en œuvre au cours des étapes du procédé de la figure 3.
Ainsi, la figure 6a présente le réseau de courbes représentatives du retard absolu RA obtenu, par exemple, à l'issue de l'étape référencée 342 mettant en œuvre une méthode dite du vemier. On remarque par exemple que sur l'intervalle [90, 130], une indécision sur le nombre entier de périodes associé aux échantillons de cet intervalle conduit à l'obtention de trois portions de courbes 60, 61 et 62, espacées d'un nombre entier de périodes.
La figure 6b présente l'allure générale de la courbe majoritaire obtenue en mettant en œuvre l'algorithme de SCM de l'étape référencée 36. La figure 6d présente les résultats de l'étape 37 de recherche d'intervalles de continuité au sein de la courbe majoritaire. On constate ainsi que la majorité des points de la figure 6d ont une ordonnée nulle. Certains points cependant, correspondant à des <nscontinuités de retard résiduel, ont une ordonnée égale à 1. On isole ainsi les points correspondant à des discontinuités de retard, ce qui permet par exemple d'isoler l'intervalle de continuité 63.
La figure 6c présente la courbe optimisée représentative du retard absolu RAfiπal obtenue par recherche, pour chaque intervalle de continuité de la figure 6d, d'une translation optimale permettant de maximiser le nombre de points communs à la courbe majoritaire de la figure 6b et à une courbe du réseau de la figure 6a. On remarque ainsi, sur la figure 6c, que la courbe représentative du RAf)πa, sur l'intervalle [90, 130], est identique à la portion de courbe 61 de la figure 6a. Par ailleurs, on retrouve sur la courbe finale de la figure 6c certains détails (référencés 64 et 65 par exemple) de la figure 6a, qui avaient été gommés lors de la construction de la courbe majoritaire de la figure 6b.
La technique proposée par l'invention, consistant à rechercher une courbe majoritaire, puis à "dérouler" le retard absolu RA, permet donc de conserver des détails du fond marin qui pourraient être gommés par la seule mise en œuvre de l'algorithme SCM. En effet, cet algorithme présente une caractéristique « majoritaire », et est donc équivalent à un filtrage passe-bas. Selon l'invention, en revanche, les détails qui pourraient être gommés par le SCM, s'ils appartiennent à un intervalle de continuité de la courbe majoritaire, sont superposés avec leur image dans la courbe des retards absolus, et sont ainsi conservés. On obtient donc au cours de l'étape référencée 40, une détermination plus précise de la bathymétrie du fond marin observé.
Ce principe confère une grande robustesse à la technique de l'invention, car elle permet d'aboutir à un résultat final (c'est-à-dire à une évaluation du RAfinaI) sensiblement constant, quelles que soient les variations des paramètres du SCM ou de la LIC, et ce, bien que les résultats intermédiaires puissent différer, en fonction des valeurs de ces paramètres. Pour une longueur de fenêtre d'analyse et un nombre d'erreurs de numéro de période ou de numéro de saut de phase par ping ( c'est-à-dire par impulsion sonar) donnés, la technique de l'invention permet de corriger la majorité de ces eneurs. Ainsi, pour arriver aune qualité de détermination de relief identique avec une technique de l'art antérieur, il serait nécessaire d'accroître les dimensions de la fenêtre d'analyse à mettre en œuvre, ce qui conduirait à une inévitable perte de résolution.
Les erreurs inhérentes aux techniques de l'art antérieur se traduisent, sur un Modèle Numérique de Terrain (MNT), par des sauts sur le relief qui deviennent rapidement gênants si leur nombre est important car ils détruisent de manière irréversible l'information. Ainsi, selon les techniques de l'art antérieur, et contrairement à la technique mise en œuvre par l'invention, la remontée brutale du relief, liée à la présence d'un mât de navire par exemple, ne serait pas identifiable au milieu des pics dus aux biais évoqués précédemment. Par ailleurs, il ne serait pas non plus possible de visualiser un tel mât de navire en ayant recours à la technique connue d'accroissement de la taille de la fenêtre d'analyse, en raison de la dégradation de la résolution qui en résulterait.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de détermination de caractéristiques bathymétriques d'une surface, mettant en œuvre au moins un sonar d'imagerie émettant au moins un signal acoustique en direction de ladite surface, ledit signal étant au moins partiellement réfléchi par ladite surface et capté par au moins deux antennes, ledit procédé comprenant une analyse d'un retard absolu, défini par la différence de temps d'arrivée d'un front d'onde dudit signal réfléchi sur chacune desdites antennes, mettant en œuvre une étape de réduction d'une erreur d'ambiguïté de phase affectant ledit retard, par déterrnination d'une information représentative du nombre entier de périodes dudit signal compris dans ledit retard, caractérisé en ce que ladite étape de réduction comprend une étape d'affinage d'une première information brute, mettant en œuvre une analyse probabiliste tenant compte d'au moins une courbe majoritaire représentative d'une estimation dudit retard.
2. Procédé de déteπnination selon la revendication 1, caractérisé en ce que, ladite analyse dudit retard mettant en œuvre la création d'un réseau de courbes représentatives d'une évaluation dudit retard, ladite étape d'affinage comprend au moins les étapes suivantes : une étape de construction de ladite courbe majoritaire, à partir dudit réseau de courbes ; une étape de recherche d'intervalles de continuité de ladite courbe majoritaire ; pour chacun desdits intervalles de continuité, une étape de mise en correspondance de ladite courbe majoritaire et dudit réseau de courbes, de manière à déterminer une évaluation optimisée dudit retard.
3. Procédé de détermination selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite étape de construction met en œuvre : une étape de détermination d'un point de départ de ladite courbe majoritaire ; pour chacun des points courants de ladite courbe majoritaire, une étape de recherche d'un point continu audit point courant ; si ledit point continu existe, une étape d'insertion dudit point continu dans ladite courbe majoritaire ; sinon, une étape de définition d'un nouveau point de départ.
4. Procédé de détermination selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite étape de recherche met en œuvre : une première étape d'étude d'un point adjacent audit point courant, de manière à déterminer si ledit point adjacent est continu audit point courant ; si ledit point adjacent n'est pas continu audit point courant, une deuxième étape d'étude des points appartenant à un voisinage de longueur prédéterminée, appelée LOM, dudit point courant, de manière à identifier au moins un point dudit voisinage continu audit point courant.
5. Procédé de détermination selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite longueur LOM prédéterminée est la Longueur d'Ombre Moyenne.
6. Procédé de détermination selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que, ledit point continu audit point courant appartenant audit voisinage de longueur LOM, ladite étape d'insertion met en œuvre une interpolation linéaire entre ledit point courant et ledit point continu audit point courant.
7. Procédé de détermination selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que deux points sont continus si la distance qui les sépare est inférieure à un premier seuil prédéterminé.
8. Procédé de détermination selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit premier seuil prédéterminé est égal à la moitié de la distance séparant deux courbes dudit réseau de courbes.
9. Procédé de détermination selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que ladite étape de définition d'un nouveau point de départ tient compte d'un filtrage médian sur une fenêtre d'analyse de longueur LOM jouxtant ledit point courant.
10. Procédé de détermination selon l'une quelconque des revendications 2 à 9, caractérisé en ce que ladite étape de recherche d'intervalles de continuité met en œuvre une détermination de points de ladite courbe majoritaire discontinus au sens probabiliste, un intervalle de continuité de ladite courbe majoritaire comprenant une succession de points continus au sens probabiliste, et étant borné, à chacune de ses extrémités, par deux points discontinus au sens probabiliste.
11. Procédé de détermination selon la revendication 10, caractérisé en ce que deux points sont continus au sens probabiliste si la distance qui les sépare est inférieure à un deuxième seuil prédéterminé, appelé Longueur de l'Intervalle de Confiance (LIC).
12. Procédé de détermination selon l'une quelconque des revendications 2 à 11, caractérisé en ce que, pour chacun desdits intervalles de continuité, ladite étape de mise en correspondance met. en œuvre une recherche d'une translation optimale, permettant de superposer ladite courbe majoritaire et une courbe dudit réseau de courbes.
13. Procédé de détermination selon la revendication 12, caractérisé en ce que, pour chacun desdits intervalles de continuité, ladite translation optimale superpose ladite courbe majoritaire et la courbe dudit réseau de courbes ayant le plus grand nombre de points communs avec ladite courbe majoritaire.
14. Procédé de détermination selon l'une quelconque des revendications 12 et 13, caractérisé en ce que ladite étape de réduction comprend en outre une étape de création d'une courbe optimisée, représentative de ladite évaluation optimisée dudit retard, ladite courbe optimisée correspondant, pour chacun desdits intervalles de continuité, à ladite courbe dudit réseau superposée à ladite courbe majoritaire par ladite translation optimale, de manière à déterminer au moins certaines caractéristiques bathymétriques de ladite surface.
15. Procédé de détermination selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que ledit signal est un signal large bande, capté après réflexion sur ladite surface par deux antennes distantes d'une longueur d (baseline), et en ce que ladite première information brute est déterminée en mettant en œuvre une étape d'intercorrélation du signal capté par chacune desdites deux antennes, sur une première fenêtre d'analyse de longueur L.
16. Procédé de détermination selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que ledit signal est un signal à bande étroite, capté après réflexion sur ladite surface, par au moins trois antennes, et en ce que ladite première information brute est déterminée en mettant en œuvre une méthode dite du vernier.
17. Procédé de détermination selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, préalablement à la détermination de ladite première information brute, une étape de filtrage desdits signaux captés par lesdites trois antennes sur une deuxième fenêtre d'analyse de longueur L.
18. Procédé de détermination selon la revendication 17, caractérisé en ce que, lesdits signaux captés par lesdites antennes étant échantillonnés temporellement, de manière à fournir une pluralité d'échantillons temporels, ladite étape de filtrage met en œuvre un moyennage desdits échantillons contenus dans ladite deuxième fenêtre d'analyse de longueur L.
19. Sonar d'imagerie interférométrique émettant au moins un signal acoustique en direction d'une surface, ledit signal étant au moins partiellement réfléchi par ladite surface et capté par au moins deux antennes, ledit sonar comprenant des moyens d'analyse d'un retard, défini par la différence de temps d'arrivée d'un front d'onde dudit signal réfléchi sur chacune desdites antennes, mettant en œuvre des moyens de réduction d'une erreur d'ambiguïté de phase affectant ledit retard, par détermination d'une information représentative du nombre entier de périodes dudit signal compris dans ledit retard, caractérisé en ce que lesdits moyens de réduction comprennent des moyens d'affinage d'une première information brute, mettant en œuvre une analyse probabiliste tenant compte d'au moins une courbe majoritaire représentative d'une estimation dudit retard.
20. Application du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 20, à l'un au moins des domaines suivants : détermination d'informations bathymétriques de fonds marins ; détection d'objets et aide à leur classification.
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