SMF bathymétriques
5.2.1 Lobes secondaires de directivité
Les lobes secondaires de directivité des antennes de SMF sont à l’origine d’importants artefacts dans la colonne d’eau qui peuvent entraîner le mauvais positionnement d’objets détectés par le sondeur.
On a rappelé au Chapitre 1 la fonction de directivité en fonction de l’angle longitudinalφ, de l’angle latéralθ, et des angles de dépointageφdetθdpour une antenne plane de dimension longitudinaleLφ et de dimension latéraleLθ. En champ lointain cette fonction de directivité prend la forme suivante :
D(θ, φ) =sin (kLθ/2 sin(θ−θd) cosθd) kLθ/2 sin(θ−θd)
2 sin (kLφ/2 sin(φ−φd) cosφd) kLφ/2 sin(φ−φd)
!2
(5.1) Le lobe principal est éventuellement dépointé dans le sens longitudinal (direction φ)(§1.3.2.d) et/ou latéral (direction θ) (§1.3.2.c), et une pondération est normalement ap-pliquée.
Par la suite on considère une antenne sans pondération ayant donc une fonction de di-rectivité classique telle que décrite dans l’équation 5.1, qui comporte un lobe principal dans la direction (θd, φd) de largeur ∆θ3dB ×∆Φ3dB et des lobes secondaires dans les directions (θd±arcsin(3/2λ/Lθ), φd±arcsin(3/2λ/Lφ)). Le niveau maximal de ces lobes secondaires est de -13,3 dB par rapport au lobe principal.
5.2.1.a A l’émission
A l’émission, la configuration de l’antenne est telle que : – Lφ>> λ
– Lφ>> Lθ
Il s’agit d’une antenne quasi omni-directionnelle dans le plan formé par la verticale et la perpendiculaire à l’axe du porteur, et avec une ouverture longitudinale de l’ordre du degré. Les lobes secondaires de l’antenne qui nous intéressent ici pointent dans les directions φd+ arcsin(3/2λ/Lφ) etφd−arcsin(3/2λ/Lφ).
Dans la majorité des configurations, ces lobes secondaires ne sont pas problématiques, mais dans certaines situations, ils sont à l’origine d’importants artefacts dans la colonne d’eau.
Ainsi, en considérant un objet (ou un relief) dans un lobe secondaire d’émission à un angle de réception θ, et à une distance R1 < R0 (voir Figure 5.10), on reçoit un signal en provenance de l’objet "en avance" du signal provenant du lobe principal de l’antenne d’émission. En fonction des distances R0 et R1, de l’indice de cible de l’objet se trouvant dans le lobe secondaire et de celui du fond, il est possible d’avoir dans un faisceau deux échos disjoints temporellement et d’amplitude comparable. Il est donc envisageable de détecter un écho situé dans un lobe secondaire d’émission sans avoir de moyen de positionner correctement la sonde associée.
En simulant cette situation, (Figure 5.11), l’objet situé en avant du porteur (+0,5 m) est bien visible dans la colonne d’eau, sur la mesure de phase interférométrique et la mesure d’amplitude du signal. La partie gauche de la figure décrit la géométrie de la mesure simulée, les parties ombrées du fond étant mises en noir. La partie droite présente les signaux résultant
Figure 5.10 – Lobes secondaires à l’émission
Figure 5.11 – Simulation de signaux SMF avec objet dans les lobes secondaires d’émission. Le mât se trouve à une distance longitudinale de 0,5 m du centre de l’antenne. Le SMF simulé a les caractéristiques d’unSeabat 7125. Le mât est visible dans la colonne d’eau sur l’amplitude et sur la phase à cause des lobes secondaires de l’antenne d’émission.
de la mesure simulée. Sur ce type de cible, un écho est visible tant qu’une partie du mât se trouve dans le lobe secondaire (en plus de l’écho provenant du lobe principal).
Ce type de mesure est observé sur les donnéesEM 2040 en Figure 5.12. Il est possible d’y voir apparaître le haut du mât dans la colonne d’eau alors qu’il y apparaît complètement 5
5.2. Mise en évidence des problèmes liés à la configuration des SMF bathymétriques 121
(a) Amplitude(dB) (b) Phase(°)
Figure 5.12 – Vue d’un mât dans les lobes secondaires d’émission sur données réelles ; Apparition du haut du mât dans la colonne d’eau.
pings plus tard (soit environ 1 m). Cela indique que la partie supérieure du mât a d’abord été interceptée par les lobes secondaires d’émission, puis la totalité du mât lorsque le porteur s’est trouvé proche de sa verticale. Cela illustre le fait bien connu qu’un objet ayant une réflectivité assez forte par rapport au fond peut être visible par l’intermédiaire des lobes secondaires, ce qui le rend impossible à positionner longitudinalement.
5.2.1.b En réception
En réception, la configuration de l’antenne est telle que : – Lθ >> λ
– Lθ >> Lφ
Cette fois l’antenne est peu directionnelle dans le plan formé par la verticale et l’axe du porteur, et les lobes secondaires de réception dans le faisceau dépointé à θd se trouvent dans les directions θd+ arcsin(3/2λ/Lθ) et θd−arcsin(3/2λ/Lθ).
Figure 5.13 – Lobes secondaires de réception.
Ces lobes secondaires sont à l’origine du dédoublement du fond autour du l’écho pro-venant du lobe principal. Il présente une cohérence amplitude/phase semblable à celle du
lobe principal avec une atténuation minimale de 13,3 dB en l’absence de pondération (Figure 5.14).
Figure 5.14 – Artefacts sur l’amplitude (dB) liés aux lobes secondaires de réception.Noir : écho du fond dans le lobe principal ; Rouge : écho du fond dans les lobes secondaires ; Blanc : écho spéculaire.
Le signal complexe provenant de ces lobes secondaires possède les mêmes caractéristiques que l’écho principal en dehors d’un plus faible RSB, ce qui peut rendre le rejet des sondes associées difficile sans un a priori sur la géométrie du fond lors de la détection.
En pratique, c’est en bout de fauchée que l’on est le plus confronté à d’éventuelles détec-tions sur ces lobes, du fait que l’écho dans les lobes secondaires y est bien distinct temporel-lement de l’écho principal et peut alors être pris pour une cible disjointe.
Cependant, pour la mesure sur phase interférométrique, on pourrait utiliser des techniques semblables à celle du vernier pour venir ôter ces ambiguïtés. Il suffirait alors de prendre deux couples de sous-antennes de longueurs différentes L1 et L2 afin de réaliser deux mesures interférométriques dans chaque faisceau.
Dans un faisceau pointant à un angle θd, les lobes secondaires pointeraient alors en θd±arcsin(3/2λ/L1) et θd±arcsin(3/2λ/L2). En prenant L1 = 2/3Lθ etL2 = 1/3Lθ pour une antenne de longueur Lθ = 50λ correspondant à une ouverture latérale de 1◦, les lobes secondaires des deux mesures interférométriques seraient distincts d’environ 2,6◦, ce qui per-mettrait de distinguer temporellement les deux mesures à angle rasant.
En conservant uniquement les sondes communes aux deux mesures, on éliminerait alors les sondes incorrectes. Cela suppose cependant une puissance de calcul suffisante dans le module de formation de voies du système.
Il faut noter que ce genre de méthodologie ne devient utile qu’à partir du moment où l’on souhaite détecter plusieurs échos temporellement disjoints dans chaque faisceau. Dans le cas contraire, des considérations sur l’amplitude seule ou sur la fluctuation de la phase interférométrique suffisent pour distinguer le lobe principale des lobes secondaires.
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