特表 2023-510403 指示可能なパラメトリック音響測深機、及び水中環境の海底下の一部を特徴付けるための方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-03-13

(54)【発明の名称】指示可能なパラメトリック音響測深機、及び水中環境の海底下の一部を特徴付けるための方法

(51)【国際特許分類】

   G01S 15/42 20060101AFI20230306BHJP

【ＦＩ】

G01S15/42

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022543458

(86)(22)【出願日】2021-01-15

(85)【翻訳文提出日】2022-07-15

(86)【国際出願番号】 EP2021050850

(87)【国際公開番号】W WO2021144444

(87)【国際公開日】2021-07-22

(31)【優先権主張番号】2000464

(32)【優先日】2020-01-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】508013962

【氏名又は名称】イクスブルー

(74)【代理人】

【識別番号】100074734

【弁理士】

【氏名又は名称】中里 浩一

(74)【代理人】

【識別番号】100086265

【弁理士】

【氏名又は名称】川崎 仁

(74)【代理人】

【識別番号】100076451

【弁理士】

【氏名又は名称】三嶋 景治

(72)【発明者】

【氏名】モスカ フレデリック

(72)【発明者】

【氏名】マット ギヨーム

【テーマコード（参考）】

5J083

【Ｆターム（参考）】

5J083AA02

5J083AB07

5J083AC30

5J083AD06

5J083AD15

5J083AE06

5J083AF16

5J083AF18

5J083BA16

5J083BB12

5J083BC01

5J083BD05

5J083CA02

5J083CA12

5J083CB01

5J083DC05

(57)【要約】

本発明は、ａ）その放射アンテナ（１０）のトランスデューサを駆動して、第１及び第２の周波数を有する第１及び第２の音響波を放射し、これらの波は、水中環境（３）の海底（４）のポイント（Ｐ１）に向けられた重ね合わせ軸（ｚ_Ｓ）に沿って互いに重ね合わされており、ｂ）その周波数が第１の周波数と第２の周波数の差に等しいエコー信号を取得する、ように構成された音響測深機に関し、音響測深機は、重ね合わせ軸の方向を変更しながら、ステップａ）及びｂ）を複数回実行し、取得されたエコー信号に基づいて、前記ポイントの各々の下の水中環境の海底下（４０）の内容物を表す画像を判定する、ように構成されている。本発明はまた、水中環境の海底下の一部を特徴付けるための関連方法に関する。


【選択図】図5

【特許請求の範囲】

【請求項1】

パラメトリック音響測深機（１；１’）であって、
－複数のトランスデューサ（１１、１２）を含む送信アンテナ（１０；１０’）と、
－少なくとも１つの受信機（２０）と、
－以下のステップ、すなわち、
ａ）水中環境（３）で、第１の周波数（ｆ１）を有する第１の音響波及び第２の周波数（ｆ２）を有する第２の音響波を送信するように前記トランスデューサ（１１、１２）を駆動することであって、前記第１の波及び前記第２の波が、前記水中環境（３）の海底（４）のポイント（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）に向けられた重ね合わせ軸（ｚ_Ｓ）に沿って互いに重ね合わされ、各トランスデューサ（１１、１２）が送信信号（ｓ_１，１、ｓ_１，２、ｓ_１，３、ｓ_２，１、ｓ_２，２、ｓ_２，３）によって駆動され、前記異なるトランスデューサ（１１、１２）の前記異なる送信信号が、互いに対して所定の遅延（Δｔ_１，１、Δｔ_１，２、Δｔ_１，３、Δｔ_２，１、Δｔ_２，２、Δｔ_２，３）を有する、ことと、
ｂ）ステップａ）において行われた前記送信に応じて、前記受信機（２０）によってピックアップされた、前記第１の周波数（ｆ１）と前記第２の周波数（ｆ２）との間の差に等しい周波数のエコー信号（ｓ_Ｅ）を取得することと、を実行するように構成され、
更に、ステップａ）の１回の実行から次の実行までの前記重ね合わせ軸（ｚ_Ｓ）の方向を変更するように、ステップａ）の１回の実行から次の実行までの前記遅延（Δｔ_１，１、Δｔ_１，２、Δｔ_１，３、Δｔ_２，１、Δｔ_２，２、Δｔ_２，３）の少なくとも一部を変化させることによって、ステップａ）及びｂ）の全てのステップを数回実行し、
ｃ）ステップｂ）の異なる実行中に取得された前記エコー信号（ｓ_Ｅ）に基づいて、前記海底の前記ポイント（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）の各々の下方の前記水中環境（３）の海底下（４０）の内容物を表す２次元画像又は３次元画像（ＩＭ）を判定する、ように構成された、駆動及び取得システム（３０；３０’）と、を備え、
前記駆動及び取得システム（３０；３０’）が更に、ステップａ）において、
－前記トランスデューサ（１１、１２）の第１のグループ（１３；１３’）の各トランスデューサ（１１）を、前記第１の周波数（ｆ１）で経時的に変化する第１の送信信号（ｓ_１，１、ｓ_１，２、ｓ_１，３）によって駆動し、この第１のグループの前記トランスデューサ（１１）が前記第１の音響波を送信し、前記異なる第１の送信信号（ｓ_１，１、ｓ_１，２、ｓ_１，３）が互いに対して所定の第１の遅延（Δｔ_１，１、Δｔ_１，２、Δｔ_１，３）を有し、
－前記トランスデューサ（１１、１２）の第２のグループ（１４；１４’）の各トランスデューサ（１２）を、前記第２の周波数（ｆ２）で経時的に変化する第２の送信信号（ｓ_２，１、ｓ_２，２、ｓ_２，３）によって駆動し、この第２のグループの前記トランスデューサ（１２）が前記第２の音響波を送信し、前記異なる第２の送信信号（ｓ_２，１、ｓ_２，２、ｓ_２，３）が、互いに対して所定の第２の遅延（Δｔ_２，１、Δｔ_２，２、Δｔ_２，３）を有し、
－ステップａ）の１回の実行から次の実行までの前記重ね合わせ軸（ｚ_Ｓ）の方向を変更するように、ステップａ）の１回の実行から次の実行までの前記第１の遅延（Δｔ_１，１、Δｔ_１，２、Δｔ_１，３）及び／又は前記第２の遅延（Δｔ_２，１、Δｔ_２，２、Δｔ_２，３）を変化させる、ように構成されており、
前記トランスデューサ（１１、１２）が、いくつかの行及びいくつかの列の行列を形成するように配置され、前記トランスデューサ（１１、１２）が、それぞれ、前記行列の行と列との間の異なる交点に配置され、
前記第１及び第２の遅延（Δｔ_１，１、Δｔ_１，２、Δｔ_１，３、Δｔ_２，１、Δｔ_２，２、Δｔ_２，３）が、前記第１及び第２の音響波がそれぞれ、第１のコリメートビーム（Ｗ１’）及び第２のコリメートビーム（Ｗ２’）として送信され、各々が前記重ね合わせ軸（ｚ_Ｓ）を中心とするものであり、
前記第の１グループ（１３’）の前記トランスデューサ（１１）が、前記行列のいくつかの別個の領域を占有し、前記第２のグループ（１４’）の前記トランスデューサ（１２）の１つ以上が、前記領域の任意の２つの間に挿入されており、
前記第１のグループ（１３’）の各トランスデューサ（１１）が、最も近く隣接するものに対して、前記第２のグループ（１４’）のトランスデューサ（１２）を有する、パラメトリック音響測深機（１；１’）。

【請求項2】

前記トランスデューサ（１１、１２）のいくつかが各々、圧電材料で作成された要素、並びに前記圧電材料要素に圧縮応力を印加する機械デバイスを含み、前記圧縮応力が７バールよりも高い、請求項１に記載のパラメトリック音響測深機（１；１’）。

【請求項3】

－各トランスデューサ（１１、１２）が、前記水中環境（３）で５０キロヘルツ超の周波数で音響波を送信するように適合されており、
－前記受信機（２０）が、その周波数が０～３０キロヘルツの受信帯域幅で構成された音響波をピックアップして電気形態に変換するように適合されており、
－前記駆動及び取得システム（３０；３０’）が、前記第１及び第２の周波数（ｆ１、ｆ２）が各々５０キロヘルツ超になるように構成され、且つ前記第１の周波数（ｆ１）と前記第２の周波数（ｆ２）との差が前記受信帯域幅に含まれ、３０キロヘルツ未満になるように構成されている、請求項１又は２に記載のパラメトリック音響測深機（１；１’）。

【請求項4】

前記駆動及び取得システム（３０；３０’）が、ステップａ）の１回の実行から次の実行までの、前記第１の周波数（ｆ１）と前記第２の周波数（ｆ２）との間の差を変化させるように構成されている、請求項１～３のいずれか一項に記載のパラメトリック音響測深機（１；１’）。

【請求項5】

前記駆動及び取得システム（３０；３０’）が更に、
ステップａ）の各実行後、ステップａ）において行われた前記送信に応じて、前記トランスデューサ（１１、１２）の少なくとも１つによってピックアップされた、前記第１の周波数（ｆ１）又は前記第２の周波数（ｆ２）に等しい周波数の追加のエコー信号を取得し、
－前記追加のエコー信号に基づいて、前記水中環境（３）の一部を表す画像（ＩＭ’）を判定する、ように構成されている、請求項１～４のいずれか一項に記載のパラメトリック音響測深機（１；１’）。

【請求項6】

前記駆動及び取得システム（３０；３０’）が更に、ステップａ）において、前記重ね合わせ軸（ｚ_Ｓ）と前記水中環境の海底（４）に対して垂直な軸（ｚ４）との間に形成される入射角が限界入射角よりも大きくなるように、前記トランスデューサ（１１、１２）を駆動するように構成されている、請求項１～５のいずれか一項に記載のパラメトリック音響測深機（１；１’）。

【請求項7】

パラメトリック音響測深機（１；１’）であって、
－複数のトランスデューサ（１１、１２）を含む送信アンテナ（１０；１０’）であって、前記送信アンテナ（１０）が２つのアームのクロス形状を有し、前記トランスデューサ（１１）のいくつかが前記アンテナ（１０）の第１のアーム（１３）に沿って次々に一列に配置されており、前記アンテナの他のトランスデューサ（１２）が、前記アンテナ（１０）の第２のアーム（１４）に沿って次々に一列に配置されている、送信アンテナ（１０；１０’）と、
－少なくとも１つの受信機（２０）と、
－以下のステップ、すなわち、
ａ）水中環境（３）で、第１の周波数（ｆ１）を有する第１の音響波及び第２の周波数（ｆ２）を有する第２の音響波を送信するように前記トランスデューサ（１１、１２）を駆動することであって、前記第１の波及び前記第２の波が、前記水中環境（３）の海底（４）のポイント（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）に向けられた重ね合わせ軸（ｚ_Ｓ）に沿って互いに重ね合わされ、各トランスデューサ（１１、１２）が送信信号（ｓ_１，１、ｓ_１，２、ｓ_１，３、ｓ_２，１、ｓ_２，２、ｓ_２，３）によって駆動され、前記異なるトランスデューサ（１１、１２）の前記異なる送信信号が、互いに対して所定の遅延（Δｔ_１，１、Δｔ_１，２、Δｔ_１，３、Δｔ_２，１、Δｔ_２，２、Δｔ_２，３）を有する、ことと、
ｂ）ステップａ）において行われた前記送信に応じて、前記受信機（２０）によってピックアップされた、前記第１の周波数（ｆ１）と前記第２の周波数（ｆ２）との間の差に等しい周波数のエコー信号（ｓ_Ｅ）を取得することと、を実行するように構成され、
更に、ステップａ）の１回の実行から次の実行までの前記重ね合わせ軸（ｚ_Ｓ）の方向を変更するように、ステップａ）の１回の実行から次の実行までの前記遅延（Δｔ_１，１、Δｔ_１，２、Δｔ_１，３、Δｔ_２，１、Δｔ_２，２、Δｔ_２，３）の少なくとも一部を変化させることによって、ステップａ）及びｂ）の全てのステップを数回実行し、
ｃ）ステップｂ）の異なる実行中に取得された前記エコー信号（ｓ_Ｅ）に基づいて、前記海底の前記ポイント（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）の各々の下方の前記水中環境（３）の海底下（４０）の内容物を表す２次元画像又は３次元画像（ＩＭ）を判定する、ように構成された、駆動及び取得システム（３０；３０’）と、を備える、パラメトリック音響測深機（１；１’）。

【請求項8】

前記駆動及び取得システム（３０；３０’）が、ステップａ）において、
－前記トランスデューサ（１１、１２）の第１のグループ（１３；１３’）の各トランスデューサ（１１）を、前記第１の周波数（ｆ１）で経時的に変化する第１の送信信号（ｓ_１，１、ｓ_１，２、ｓ_１，３）によって駆動し、この第１のグループの前記トランスデューサ（１１）が前記第１の音響波を送信し、前記異なる第１の送信信号（ｓ_１，１、ｓ_１，２、ｓ_１，３）が互いに対して所定の第１の遅延（Δｔ_１，１、Δｔ_１，２、Δｔ_１，３）を有し、
－前記トランスデューサ（１１、１２）の第２のグループ（１４；１４’）の各トランスデューサ（１２）を、前記第２の周波数（ｆ２）で経時的に変化する第２の送信信号（ｓ_２，１、ｓ_２，２、ｓ_２，３）によって駆動し、この第２のグループの前記トランスデューサ（１２）が前記第２の音響波を送信し、前記異なる第２の送信信号（ｓ_２，１、ｓ_２，２、ｓ_２，３）が、互いに対して所定の第２の遅延（Δｔ_２，１、Δｔ_２，２、Δｔ_２，３）を有し、
ステップａ）の１回の実行から次の実行までの前記重ね合わせ軸（ｚ_Ｓ）の方向を変更するように、ステップａ）の１回の実行から次の実行までの前記第１の遅延（Δｔ_１，１、Δｔ_１，２、Δｔ_１，３）及び／又は前記第２の遅延（Δｔ_２，１、Δｔ_２，２、Δｔ_２，３）を変化させる、ように構成されている、請求項７に記載のパラメトリック音響測深機（１；１’）。

【請求項9】

－前記第１のグループの前記トランスデューサ（１１）が前記アンテナ（１０）の前記第１のアーム（１３）を形成し、前記第２のグループの前記トランスデューサ（１２）が前記アンテナ（１０）の前記第２のアーム（１４）を形成し、
－前記第１の遅延（Δｔ_１，１、Δｔ_１，２、Δｔ_１，３）が、第１のビーム（Ｗ１）が第１の送信面（Ｐｌ１）に対して垂直な方向に狭い断面を有し、前記第１の送信面（Ｐｌ１）に対して平行に延びるときに、前記第１の音響波が前記第１の送信面（Ｐｌ１）に対して平行に伝播するものであり、
－前記第２の遅延（Δｔ_２，１、Δｔ_２，２、Δｔ_２，３）が、第２のビーム（Ｗ２）が第２の送信面（Ｐｌ２）に対して垂直な方向に沿って狭い断面を有し、前記第２の送信面（Ｐｌ２）に対して平行に延びるときに、前記第２の音響波が前記第２の送信面（Ｐｌ２）に対して平行に伝播するものであり、
前記重ね合わせ軸（ｚ_Ｓ）が、前記第１の送信面（Ｐｌ１）と前記第２の送信面（Ｐｌ２）との間の交点に配置され、
前記駆動システム（３０）が、ステップａ）の１回の実行から次の実行まで、
－前記アンテナ（１０）の前記第１のアーム（１３）に対して垂直な第１のスキャン軸（ｙ）を中心に前記第１の送信面（Ｐｌ１）を旋回させるために、前記第１の遅延（Δｔ_１，１、Δｔ_１，２、Δｔ_１，３）を変化させ、及び／又は
－前記アンテナ（１０）の前記第２のアーム（１４）に対して垂直な第２のスキャン軸（ｘ）を中心に前記第２の送信面（Ｐｌ２）を旋回させるために、前記第２の遅延（Δｔ_２，１、Δｔ_２，２、Δｔ_２，３）を変化させる、ように構成されている、請求項８に記載のパラメトリック音響測深機（１）。

【請求項10】

前記トランスデューサ（１１、１２）のいくつかが各々、圧電材料で作成された要素、並びに前記圧電材料要素に圧縮応力を印加する機械デバイスを含み、前記圧縮応力が７バールよりも高い、請求項７～９のいずれか一項に記載のパラメトリック音響測深機（１；１’）。

【請求項11】

－各トランスデューサ（１１、１２）が、前記水中環境（３）で５０キロヘルツ超の周波数で音響波を送信するように適合されており、
－前記受信機（２０）が、その周波数が０～３０キロヘルツの受信帯域幅で構成された音響波をピックアップして電気形態に変換するように適合されており、
－前記駆動及び取得システム（３０；３０’）が、前記第１及び第２の周波数（ｆ１、ｆ２）が各々５０キロヘルツ超になるように構成され、且つ前記第１の周波数（ｆ１）と前記第２の周波数（ｆ２）との差が前記受信帯域幅に含まれ、３０キロヘルツ未満になるように構成されている、請求項７～１０のいずれか一項に記載のパラメトリック音響測深機（１；１’）。

【請求項12】

前記駆動及び取得システム（３０；３０’）が、ステップａ）の１回の実行から次の実行までの、前記第１の周波数（ｆ１）と前記第２の周波数（ｆ２）との間の差を変化させるように構成されている、請求項７～１１のいずれか一項に記載のパラメトリック音響測深機（１；１’）。

【請求項13】

前記駆動及び取得システム（３０；３０’）が更に、
ステップａ）の各実行後、ステップａ）において行われた前記送信に応じて、前記トランスデューサ（１１、１２）の少なくとも１つによってピックアップされた、前記第１の周波数（ｆ１）又は前記第２の周波数（ｆ２）に等しい周波数の追加のエコー信号を取得し、
－前記追加のエコー信号に基づいて、前記水中環境（３）の一部を表す画像（ＩＭ’）を判定する、ように構成されている、請求項７～１２のいずれか一項に記載のパラメトリック音響測深機（１；１’）。

【請求項14】

前記駆動及び取得システム（３０；３０’）が更に、ステップａ）において、前記重ね合わせ軸（ｚ_Ｓ）と前記水中環境の海底（４）に対して垂直な軸（ｚ４）との間に形成される入射角が限界入射角よりも大きくなるように、前記トランスデューサ（１１、１２）を駆動するように構成されている、請求項７～１３のいずれか一項に記載のパラメトリック音響測深機（１；１’）。

【請求項15】

前記駆動及び取得システム（３０；３０’）が更に、
－前記送信信号が各々、前記第１の周波数（ｆ１）及び前記第２の周波数（ｆ２）でそれぞれ経時的に変化する第１の成分及び第２の成分を含むように、
－前記アンテナ（１０；１０’）の前記トランスデューサが、ステップａ）において、前記第１の音響波及び前記第２の音響波で構成された、前記重ね合わせ軸（ｚ_Ｓ）に沿って伝播する変調された音響波を送信するように、構成されている、請求項７に記載のパラメトリック音響測深機（１；１’）。

【請求項16】

請求項１～１４のいずれか一項に記載のパラメトリック音響測深機（１；１’）によって実施される、水中環境（３）の海底下（４０）の一部を特徴付けるための方法であって、
前記駆動及び取得システム（３０；３０’）によって実行される以下のステップ、すなわち、
ａ）水中環境（３）で、第１の周波数（ｆ１）を有する第１の音響波及び第２の周波数（ｆ２）を有する第２の音響波を送信するように前記トランスデューサ（１１、１２）を駆動することであって、前記第１の波及び前記第２の波が、前記水中環境の海底（４）のポイント（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）に向けられた重ね合わせ軸（ｚ_Ｓ）に沿って互いに重ね合わされ、各トランスデューサ（１１、１２）が送信信号（ｓ_１，１、ｓ_１，２、ｓ_１，３、ｓ_２，１、ｓ_２，２、ｓ_２，３）によって駆動され、前記異なるトランスデューサ（１１、１２）の前記異なる送信信号が、互いに対して所定の遅延（Δｔ_１，１、Δｔ_１，２、Δｔ_１，３、Δｔ_２，１、Δｔ_２，２、Δｔ_２，３）を有する、ことと、
ｂ）ステップａ）において行われた前記送信に応じて、前記受信機（２０）によってピックアップされた、前記第１の周波数（ｆ１）と前記第２の周波数（ｆ２）との間の差に等しい周波数のエコー信号（ｓ_Ｅ）を取得することであって、
ステップａ）の１回の実行から次の実行までの前記重ね合わせ軸（ｚ_Ｓ）の方向を変更するように、ステップａ）の１回の実行から次の実行までの前記遅延（Δｔ_１，１、Δｔ_１，２、Δｔ_１，３、Δｔ_２，１、Δｔ_２，２、Δｔ_２，３）の少なくとも一部を変化させることによって、ステップａ）及びｂ）の全てのステップを数回実行する、ことと、
を含み、更に、以下のステップ、すなわち、
ｃ）ステップｂ）の異なる実行中に取得された前記エコー信号（ｓ_Ｅ）に基づいて、前記海底の前記ポイント（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）の各々の下方の前記水中環境（３）の前記海底下（４０）の内容物を表す２次元画像又は３次元画像（ＩＭ）を判定することと、を含む、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、概して、音響波反射を使用する、音響測深機、すなわちソナーなどの深さ測定装置の分野に関する。

【0002】

特に、水中環境の海底下の内容物を探査するための音響測深機に関する。

【0003】

特に、
－水中環境において、
－第１の周波数で変化する第１の音響波及び第２の周波数で変化する第２の音響波、又は
－第１の周波数及び第２の周波数でそれぞれ変化する第１の成分及び第２の成分を含む変調された音響波を、送信し、
－送信に応じて、第１の周波数と第２の周波数との間の差に等しい周波数のエコー信号をピックアップする、ように構成された、パラメトリック音響測深機に関する。

【0004】

また、水中環境の海底下の一部を特徴付けるための関連方法に関する。

【背景技術】

【0005】

水中環境の海底下の内容物の探査は、特に海事分野で重要な問題である。

【0006】

実際、電気通信又は送電用のパイプライン及びケーブルなどの設備を海底上に直接配置することが一般的な方法である。しかしながら、これらの設備はその後、堆積物又は砂の層に埋もれてしまう場合があり、それによって、場所を特定して特徴付けることが困難になる。

【0007】

そのような堆積物層の内容物を測深するための特定の音響測深機は、Ｊ．Ｍａｒｃｈａｌ及びＰ．Ｃｅｒｖｅｎｋａによる記事「Ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｂ－Ｓｃａｎ Ｉｍａｇｉｎｇ ｉｎ Ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｂｙ Ｍｅａｎｓ ｏｆ Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ」（Ａｃｔａ Ａｃｕｓｔｉｃａ ｕｎｉｔｅｄ ｗｉｔｈ Ａｃｕｓｔｉｃａ，ｖｏｌｕｍｅ ９０（２００４）６２～６９頁）に記載されている。

【0008】

この記事に記載されている音響測深機は、第１の周波数で変化する第１の音響波、並びに第２の周波数で変化する第２の音響波を送信するように駆動される、ピストンタイプの大口径送信機を備える。これらの２つの波の各々は、送信機の下方に垂直に送信される。したがって、２つの波は送信機の真下に位置する水柱に沿って互いに重ね合わせられる。

【0009】

密度の変化に対する水の応答はわずかに非線形であるため、第１及び第２の音響波との重ね合わせにより、第１の周波数と第２の周波数との間の差に等しい周波数の追加の音響波を、水中で直接生成する。この非線形混合効果は、一般に、「パラメトリック効果」と呼ばれる。これは、ある意味で、第１及び第２の音響波の重ね合わせによって構成される変調された波の水中での非線形自己復調に直接対応する。

【0010】

したがって、送信機の下方に位置する水柱に沿って生成されるこの追加の音響波は、垂直方向に伝播し、送信機の真下に位置する海底のポイントに到達する。それゆえ、対象のポイントの下方で、水中環境の海底下を測深することが可能になる。

【0011】

「低周波」の追加の音響波の周波数は、第１及び第２の音響波の周波数よりも低いため、測深される堆積物層内の追加の音響波の吸収係数は、第１及び第２の音響波の吸収係数よりも低くなる。一方、非線形混合によって、この追加の音響波を水中で直接生成することにより、追加の音響波が送信機によって直接送信される場合よりも高い指向性からの利益を受けることが可能になる。

【0012】

今説明した音響測深機は、海底の異なるポイントで堆積物層を測深するために、水面での様々な位置において連続して配置され得る。これにより、この層の内容物を表す２次元画像又は３次元画像を生成することが可能になる。

【0013】

しかしながら、そのような測深は、時間がかかり、不便である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0014】

この文脈において、本発明は、パラメトリック効果によって、音響波を水中で直接生成することを可能にする新しいタイプのパラメトリック音響測深機を提案し、ここで、この波の伝播軸は、音響測深機のトランスデューサの電子駆動によって、音響測深機を移動させたり旋回させたりすることなく、変更され得る。

【課題を解決するための手段】

【0015】

より具体的には、本発明によれば、パラメトリック音響測深機が提案され、パラメトリック音響測深機は、
－複数のトランスデューサを含む送信アンテナと、
－少なくとも１つの受信機と、
－以下のステップ、すなわち、
ａ）水中環境で、第１の周波数を有する第１の音響波及び第２の周波数を有する第２の音響波を送信するようにトランスデューサを駆動することであって、第１の波及び第２の波が、水中環境の海底のポイントに向けられた重ね合わせ軸に沿って互いに重ね合わされ、各トランスデューサが送信信号によって駆動され、異なるトランスデューサの異なる送信信号が、互いに対して所定の遅延を有する、ことと、
ｂ）ステップａ）において行われた送信に応じて、受信機によってピックアップされた、第１の周波数と第２の周波数との間の差に等しい周波数のエコー信号を取得することと、を実行するように構成され、
更に、
－ステップａ）の１回の実行から次の実行までの重ね合わせ軸の方向を変更するように、ステップａ）の１回の実行から次の実行までの遅延の少なくとも一部を変化させることによって、ステップａ）及びｂ）の全てのステップを数回実行し、
ｃ）ステップｂ）の異なる実行中に取得されたエコー信号に基づいて、海底のポイントの各々の下方の水中環境の海底下の内容物を表す２次元画像又は３次元画像を判定する、ように構成された、駆動及び取得システムと、を備える。

【0016】

ステップａ）の各実行後、その周波数が第１の周波数と第２の周波数との差の絶対値に等しい追加の音響波は、第１の音響波と第２の音響波との非線形混合によって、重ね合わせ軸に沿って水中で直接生成される。次いで、この「低周波数」の追加の音響波は、重ね合わせ軸に平行に伝播する。したがって、この軸の続きに位置する、それが到達する海底のポイントは、送信信号間の遅延を適切に選ぶことによって選択することができる。

【0017】

したがって、本発明によるパラメトリック音響測深機により、アンテナトランスデューサの適切な電子駆動のおかげで、「低周波」音響波がこの海底下内に良好に浸透し、且つその目的のために音響測深機を移動させる必要なく、海底の異なるポイントの下方の水中環境の海底下の内容物を測深することが可能になる。

【0018】

しかしながら、高音響パワーを送信することは、海底の異なるポイントに向けることができるように旋回可能取り付けられた、（上記のＪ．Ｍａｒｃｈａｌ及びＰ．Ｃｅｒｖｅｎｋａの記事などの）単一の大型トランスデューサを含む音響測深機よりも、本発明によるパラメトリック音響測深機ではるかに困難であることが判明した。

【0019】

実際、アンテナ面全体を占有する単一の送信機で構成された送信アンテナの場合、アンテナ面の各ポイントは、生成される音響波の送信に寄与する。

【0020】

一方、ここでのように、アンテナ面の異なるポイントに分散された、いくつかの別個のトランスデューサで構成された送信アンテナの場合、これらのトランスデューサの全てのそれぞれの送信面によって構成されるアンテナ面の一部のみが、生成される音響波の送信に寄与する。

【0021】

ここで、水中での非線形混合のパラメトリックプロセスの効率は一般に低く、せいぜい数パーセントのオーダであり、混合される音響波のパワーが減少するにつれて大幅に低下する。したがって、パラメトリック音響測深機が非常に高い音響パワーＰ_Ａを放出することが重要であり、例えば、トランスデューサから１メートルの距離で２３０デシベルのオーダ（デシベル単位のパワー値Ｐ_Ａは１０ｌｏｇ（Ｐ_Ａ／Ｐ_Ａｒｅｆ））であり、ここで、基準音響パワーＰ_Ａｒｅｆは、１マイクロパスカル振幅の圧力波の音響パワーである。

【0022】

したがって、送信アンテナを用いてパラメトリック音響測深機を作成することは、技術的に特に困難である。使用されるトランスデューサは、実際、表面単位あたり非常に高い（通常は、１平方センチメートルあたり１０ワットより高い）パワー密度を送信できなければならない。そして何よりも、これらのトランスデューサは、高パワーを有する送信信号によって駆動されなければならず、これには通常は面倒な１つ以上のパワーアンプが必要であり、これらのトランスデューサを駆動するための電子機器を複雑する。

【0023】

これらの技術的困難にもかかわらず、複数のトランスデューサを備えたそのような送信アンテナを含むパラメトリック音響測深機は、特に興味深い。実際、パラメトリック効果によって生成された、音響波の伝播方向を純粋に電子的な方法で駆動することにより、この方向を非常に迅速に変更することが可能になる。

【0024】

これにより、特に、単一の大型トランスデューサを機械的に旋回させるよりも、堆積物層の内容物を表す２次元画像又は３次元画像をより迅速に撮影することが可能になる。

【0025】

また、これにより、送信された音響波が、これらの寄生動作とは無関係に、明確に判定された方向を指すように、音響測深機の寄生ロール又はピッチの動作を、送信時に、「リアルタイムで」（通常は０．１秒未満の非常に短い遅延時間で）補正することが可能になる。

【0026】

更に、複数のトランスデューサを備えた送信アンテナは、送信シーケンスの選択に大きな柔軟性を提供するため、したがって、多くの異なる測深構成が可能になり、水中環境の海底の周波数を混合することなく、パラメトリック測深と測深とを混合できる可能性がある。

【0027】

本発明による音響測深機は、上記の受信機を含む受信アンテナ、並びに同じタイプの他の受信機を備え得る。複数の受信機を備えたそのような受信アンテナは、角度のある視点からの選択的な受信を可能にし、これにより、駆動及び取得システムが所与の受信方向を選択することを可能にする。次いで、ステップｂ）において取得されたエコー信号は、（このエコー信号が、その伝播方向に関係なく、受信された任意の音響波を表す代わりに）駆動及び取得システムによって選択された、対象の受信方向である、明確に判定された伝播方向を有する低周波音響波を表す。

【0028】

個別に考えて、又は技術的に可能な全ての組み合わせに従って、本発明による音響測深機の他の非限定的且つ有利な特徴は、以下のとおりであり、すなわち、
－駆動及び取得システムは、ステップａ）において、
－トランスデューサの第１のグループの各トランスデューサを、第１の周波数で経時的に変化する第１の送信信号によって駆動し、この第１のグループのトランスデューサが第１の音響波を送信し、異なる第１の送信信号が互いに対して所定の第１の遅延を有し、
－トランスデューサの第２のグループの各トランスデューサを、第２の周波数で経時的に変化する第２の送信信号によって駆動し、この第２のグループのトランスデューサが第２の音響波を送信し、異なる第２の送信信号が、互いに対して所定の第２の遅延を有し、
ステップａ）の１回の実行から次の実行までの重ね合わせ軸の方向を変更するように、ステップａ）の１回の実行から次の実行までの第１の遅延及び／又は第２の遅延を変化させる、ように構成されており、
－駆動及び取得システムは、
－送信信号が各々、第１の周波数及び第２の周波数でそれぞれ経時的に変化する第１の成分及び第２の成分を含むように、
－アンテナのトランスデューサが、ステップａ）において、第１の音響波と第２の音響波で構成された、重ね合わせ軸に沿って伝播する変調された音響波を送信するように、構成されており、
－送信アンテナが２つのアームのクロス形状を有し、トランスデューサのいくつかがアンテナの第１のアームに沿って次々に一列に配置され、アンテナの他のトランスデューサが、アンテナの第２のアームに沿って次々に一列に配置されており、
－第１のグループのトランスデューサがアンテナの第１のアームを形成し、第２のグループのトランスデューサがアンテナの第２のアームを形成し、第１の遅延は、第１のビームが第１の送信面に対して垂直な方向に狭い断面を有し、第１の送信面に対して平行に延びるときに、第１の音響波が第１の送信面に対して平行に伝播するものであり、第２の遅延は、第２のビームが第２の送信面に対して垂直な方向に沿って狭い断面を有し、第２の送信面に対して平行に延びるときに、第２の音響波が第２の送信面に対して平行に伝播するものであり、重ね合わせ軸は、第１の送信面と第２の送信面との間の交点に配置され、駆動システムは、ステップａ）の１回の実行から次の実行まで、
－アンテナの第１のアームに対して垂直な第１のスキャン軸を中心に第１の送信面を旋回させるために、第１の遅延を変化させ、
－アンテナの第２のアームに対して垂直な第２のスキャン軸を中心に第２の送信面を旋回させるために、第２の遅延を変化させる、ように構成されており、
－トランスデューサは、いくつかの行及びいくつかの列の行列を形成するように配置され、トランスデューサは、それぞれ、行列の行と列との間の異なる交点に配置され、
－第１及び第２の遅延は、第１及び第２の音響波がそれぞれ、第１のコリメートビーム及び第２のコリメートビームとして送信され、各々が重ね合わせ軸を中心とするものであり、
－第の１グループのトランスデューサは、行列のいくつかの別個の領域を占有し、第２のグループのトランスデューサの１つ以上は、領域の任意の２つの間に挿入されており、
－第１のグループの各トランスデューサは、最も近く隣接するものに対して、第２のグループのトランスデューサを有し、
－トランスデューサのいくつかは各々、圧電材料で作成された要素、並びに圧電材料要素に圧縮応力を印加する機械デバイスを含み、
－この圧縮応力は７バールよりも高く、更に１５バールよりも高く、
－各トランスデューサは、水中環境で５０キロヘルツ超の周波数で音響波を送信するように適合されており、
－受信機は、周波数が０～３０キロヘルツの受信帯域幅で構成された音響波をピックアップして電気形態に変換するように適合されており、
－駆動及び取得システムは、第１の周波数及び第２の周波数が各々５０キロヘルツ超になるように構成されており、
－駆動及び取得システムは、第１の周波数と第２の周波数との差が受信帯域幅に含まれるように構成されており、
－駆動及び取得システムは、第１の周波数と第２の周波数との差が３０キロヘルツ未満になるように構成されており、
－駆動及び取得システムは、ステップａ）の１回の実行から次の実行までの、第１の周波数と第２の周波数との間の差を変化させるように構成されており、
－更に、駆動及び取得システムは、ステップａ）の各実行後、ステップａ）において行われた送信に応じて、少なくとも１つのトランスデューサによってピックアップされた、第１の周波数又は第２の周波数に等しい周波数の追加のエコー信号を取得するように構成されており、
－駆動及び取得システムは、追加のエコー信号に基づいて、水中環境の一部を表す画像を判定するように構成されており、
－駆動及び取得システムは、追加のエコー信号に基づいて、海底のポイントの深さを判定するように構成されており、
－駆動及び取得システムは更に、ステップａ）において、重ね合わせ軸と水中環境の海底に対して垂直な軸との間に形成される入射角が限界入射角よりも大きくなるように、トランスデューサを駆動するように構成されており、
－限界入射角は１５度に等しい。

【0029】

本発明はまた、水中環境の海底下の一部を特徴付けるための方法に関し、方法は、上記のようにパラメトリック音響測深機によって実施され、その間、駆動及び取得システムは、以下のステップ、すなわち、
ａ）水中環境で第１の周波数を有する第１の音響波及び第２の周波数を有する第２の音響波を送信するようにトランスデューサを駆動することであって、第１の波及び第２の波は、水中環境の海底のポイントに向けられた重ね合わせ軸に沿って互いに重ね合わされ、各トランスデューサは送信信号によって駆動され、異なるトランスデューサの異なる送信信号は互いに対して所定の遅延を有する、ことと、
ｂ）ステップａ）において行われた送信に応じて、受信機によってピックアップされた、第１の周波数と第２の周波数との間の差に等しい周波数のエコー信号を取得することであって、ステップａ）の１回の実行から次の実行までの重ね合わせ軸の方向を変更するように、ステップａ）の１回の実行から次の実行までの遅延の少なくとも一部を変化させることによって、ステップａ）及びｂ）の全てのステップを数回実行することと、
ｃ）ステップｂ）の異なる実行中に取得されたエコー信号に基づいて、海底の各ポイントの下方の水中環境の内容物を表す２次元画像又は３次元画像を判定することと、を実行する。

【0030】

デバイスに関連して上記で提示された任意選択の機能はまた、今説明した方法にも適用され得る。

【0031】

非限定的な例として与えられた添付の図面に関連する以下の説明により、本発明が何からなるか、及びそれがどのように実施され得るかについての十分な理解を可能にするであろう。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】側面から見た、第１の実施形態による音響測深機を備えた船舶を概略的に示す図である。

【図2】下方から見た、第１の実施形態による音響測深機を備えた船舶を概略的に示す図である。

【図3】図１及び図２の音響測深機の異なる要素を概略的に示す図である。

【図4】図１及び図２の音響測深機のトランスデューサを駆動する方法を概略的に示す図である。

【図5】図１及び図２の音響測深機によって第１の瞬間に送信された音響波ビームを概略的に示す図である。

【図6】図１及び図２の音響測深機によって第２の瞬間に送信された音響波ビームを概略的に示す図である。

【図7】図１及び図２の音響測深機によって第３の瞬間に送信された音響波ビームを概略的に示す図である。

【図8】図１及び図２の音響測深機によって実施される、水中環境の海底下の一部を特徴付けるための方法のステップを概略的に示す図である。

【図9】正面から見た、所与の瞬間に、図１及び図２の音響測深機により送信された第１の音響波によって占有される領域を概略的に示す図である。

【図10】側面から見た、所与の瞬間に、図１及び図２の音響測深機により送信された第１の音響波によって占有される領域を概略的に示す図である。

【図11】側面から見た、図９及び図１０と同じ瞬間に、音響測深機により送信された第２の音響波によって占有される領域を概略的に示す図であり、また同時に、音響測深機により送信された追加の第２の音響波によって占有される領域も示している。

【図12】正面から見た、図９及び図１０と同じ瞬間に、音響測深機により送信された第２の音響波によって占有される領域を概略的に示す図である。

【図13】正面から見た、図９及び図１１と同じ瞬間に、同時に、これらの第１及び第２の音響波によってそれぞれ占有される領域を概略的に示す図である。

【図14】図９～図１３の音響波の周波数スペクトルを示す図である。

【図15】下方から見た、第２の実施形態による音響測深機を備えた船舶を概略的に示す図である。

【図16】第４の瞬間に図１５の音響測深機によって送信された音響波ビームを概略的に示す図である。

【図17】第５の瞬間に図１５の音響測深機によって送信された音響波ビームを概略的に示す図である。

【図18】第６の瞬間に図１５の音響測深機によって送信された音響波ビームを概略的に示す図である。

【図19】上方から見た、図１の船舶に対する、この船舶に適合された音響測深機によって測深される海底の異なるポイントの位置を概略的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0033】

図１及び図２、一方で図１５は、水中環境３の海底下４０（特に図５及び図１６を参照）の内容物の２次元画像又は３次元画像を、高速で、正確且つ便利な方法で撮影することを可能にする、特定のパラメトリック音響測深機１；１’の第１の実施形態及び第２の実施形態をそれぞれ概略的に示している。

【0034】

対象の水中環境３は、水面下、音響測深機１；１’の下方、場合によってはその周囲に広がっている。その海底下４０は、本質的に固体であり、例えば、砂又は岩などの堆積物からなる。水中環境３の海底４は、水とこの海底下４０との間のフロンティアに位置している。

【0035】

このパラメトリック音響測深機１；１’は、潜水艇又は水上型の船舶２に適合され得、これは、人が乗船していなくても操作できるように配置又は構成されている。これは、送信アンテナ１０；１０’を備えて、それを取り巻く水中環境３において音響波を送信する。このアンテナ１０；１０’は、例えば、図面に示されるように、船舶２の船体内にこの目的のために設けられたハウジング内に設置され得る。

【0036】

実施形態が何であれ、送信アンテナ１０；１０’は、複数の電気音響トランスデューサ１１、１２を含む。これらのトランスデューサは、互いに独立して駆動され得る。それらの各々は、水中環境３において、５０キロヘルツより高い、又は１００キロヘルツより高い、又は更に１５０キロヘルツよりも高い周波数で、音響波を送信するように適合されている。それらは、例えば、２０キロヘルツ～１メガヘルツである送信帯域幅（－３ｄＢ帯域幅）で音響波を送信するように適合された超音響波トランスデューサ１１、１２であり得る。

【0037】

アンテナ１０；１０’のトランスデューサ１１、１２の少なくとも３つは、互いに整列していない。言い換えれば、アンテナ１０；１０’のトランスデューサ１１、１２は、同じラインにわたって分散されているだけではない。それらが占有する位置は、例えば、（図２の第１の実施形態のように）クロスの、又は（図１５の第２の実施形態のように）長方形の行列を一緒に形成するために、所与の表面全体にわたって２次元的に分散されている。

【0038】

図２及び図１５にそれぞれ示される音響測深機１；１’の第１の実施形態と第２の実施形態との間の差は、主に、これらのトランスデューサ１１、１２がアンテナ１０；１０’の表面において互いに対して分散される方法、及びアンテナ１０；１０’に含まれるトランスデューサの数に関連している。したがって、これらの差はまた、図５及び図１６に示された、アンテナによって送信されたビームＷ１、Ｗ２；Ｗ１’、Ｗ２’の形状に関連する。また、これらのトランスデューサ１１、１２の駆動の詳細にも関連する。

【0039】

それにもかかわらず、これらの２つの実施形態は、多くの共通の特徴を有する。したがって、ある実施形態から別の実施形態へ、共通の要素は可能な限り同じ参照記号でマークされており、必ずしもそれぞれの場合に説明されているわけではない。

【0040】

これらの２つの実施形態では、実際に考慮されるいずれの実施形態においても、音響測深機１；１’は、低周波音響波をピックアップするための少なくとも１つの受信機２０を更に備える。受信機２０は、ハイドロホンタイプの電気音響トランスデューサである。受信機２０は、その周波数が特に３０キロヘルツ未満に及ぶ受信帯域幅に含まれる音響波をピックアップして電気形態に変換することができる。この受信帯域幅は、例えば受信機２０の－３ｄＢ帯域幅に対応し、例えば、０～２０キロヘルツ、０～３０キロヘルツ、また、１０～３０キロヘルツであり得る。この受信機２０は、必ずしも指向性であるわけではない。

【0041】

図面に示されるように、音響測深機１；１’は、このタイプの単一の受信機２０を備える。しかしながら、代替として、音響測深機は、受信アンテナを一緒に形成する複数のそのような受信機を備え得る。したがって、音響測深機の異なる位置にいくつかの別個の受信機を配置することにより、角度のある視点からの選択的な受信が可能になる。実際、これにより、これらの受信機によってピックアップされた全ての信号の電子処理によって、音響測深機によって受信される前に、対象の電子処理によって選択された、所与の伝播方向で水中環境を伝播していた音響波をそれぞれ表す１つ以上のエコー信号を取得することを可能にする。

【0042】

例として、図２の第１の実施形態の変形例では、対象の受信アンテナは、上記のように４つの受信機を含むことができ、ミルズクロス形状送信アンテナの２つのアームで区切られた４つの象限は、各々が、長方形又は正方形の構成で配置されたこれらの受信機の１つによってそれぞれ占有される。

【0043】

他の変形例では、受信アンテナの異なる受信機を、例えば、同じラインに沿って配置して、線形受信アンテナを形成することができる。

【0044】

音響測深機１；１’はまた、駆動及び取得システム３０；３０’を備えて、アンテナ１０：１０’のトランスデューサ１１、１２を駆動し、受信機２０によってピックアップされた低周波エコー信号ｓ_Ｅを取得し、これらのエコー信号から、上記の水中環境３の海底下４０の内容物の２次元画像又は３次元画像ＩＭを判定する。

【0045】

駆動及び取得システム３０；３０’は、水中環境３の海底下４０の一部を特徴付けるための方法（図８に示される方法）の以下のステップ、すなわち、
ａ）水中環境３において、第１の周波数ｆ１を有する第１の音響波及び第２の周波数ｆ２を有する第２の音響波を送信するように、送信アンテナ１０；１０’のトランスデューサ１１、１２を駆動することであって、第１の波及び第２の波は、水中環境の海底４の所与のポイントＰ１、Ｐ２、Ｐ３に向けられた重ね合わせ軸ｚ_Ｓに沿って互いに重ね合わされ（図５～図７）、各トランスデューサ１１、１２は、それに関連付けられた送信信号ｓ_１，１、ｓ_１，２、ｓ_１，３、ｓ_２，１、ｓ_２，２、ｓ_２，３…によって駆動され、異なるトランスデューサ１１、１２の送信信号は、互いに対して所定の遅延を有する（図４）、ことと、
ｂ）ステップａ）において行われた送信に応じて受信機２０によってピックアップされ、その周波数ｆ_ＬＦが第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２との間の差の絶対値に等しい、エコー信号ｓ_Ｅを取得することであって、
ステップａ）の１回の実行から次の実行までの重ね合わせ軸ｚ_Ｓの方向を変更するように、ステップａ）の１回の実行から次の実行までの遅延の少なくとも一部を変化させることによって、ステップａ）及びｂ）の全てのステップを数回実行することと、
ｃ）ステップｂ）の異なる実行中に取得されたエコー信号ｓ_Ｅに基づいて、海底４の各ポイントＰ１、Ｐ２、Ｐ３の下方の水中環境３の海底下４０の内容物を表す２次元画像又は３次元画像を判定することと、を実行するように、より正確に構成されている。

【0046】

駆動及び取得システム３０；３０’は、第１の周波数ｆ１及び第２の周波数ｆ２が５０キロヘルツより高く、又は１００より高く、又は更にここでは１５０キロヘルツより高くなるように構成されている。更に、第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２との差とが上記の受信帯域幅に含まれるように構成されている。ここで、駆動及び取得システム３０；３０’は、第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２との差が１５～３０キロヘルツになるように、より正確に構成されている。トランスデューサ１１、１２を駆動する送信信号ｓ_１，１、ｓ_１，２、ｓ_１，３、ｓ_２，１、ｓ_２，２、ｓ_２，３…は、駆動及び取得システム３０；３０’によって生成される。

【0047】

しかしながら、別の方法として、第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２との差を小さくすることができ、この差は、例えば１０キロヘルツ未満である。第１の周波数ｆ１及び第２の周波数ｆ２の値はまた、上記に示されるものよりも低くすることができ、これらの周波数の各々は、例えば、場合によっては２０～５０キロヘルツである。

【0048】

いずれにせよ、第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２との差｜ｆ１－ｆ２｜は、好ましくは、第１の周波数ｆ１及び第２の周波数ｆ２の算術平均（ｆ１＋ｆ２）／２の４分の１よりも低い。ここで、例えば、この差｜ｆ１－ｆ２｜は、第１の周波数ｆ１及び第２の周波数ｆ２の算術平均（ｆ１＋ｆ２）／２の４分の１～６分の１である。そのような比率は、第１の音響波と第２の音響波との非線形混合の効率を最適化することを可能にする。

【0049】

ステップａ）の各実行後、その周波数ｆ_ＬＦが第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２との差の絶対値に等しい追加の音響波は、第１の音響波と第２の音響波との非線形混合によって、重ね合わせ軸ｚＳに沿って水中で直接生成される。この追加の音響波は、以降、「低周波数波」と呼ばれる。専門文献では、水中環境で非線形混合によって直接生成されるそのような音響波は、「パラメトリック波」、又は「２次波」とも呼ばれることがある（したがって、第１及び第２の音響波は「１次波」と呼ばれる）。それは重ね合わせ軸ｚ_Ｓに対して平行に伝播し、したがって、（音響屈折の潜在的な影響とは別に）重ね合わせ軸ｚ_Ｓが向けられる海底４のポイントＰ１、Ｐ２、Ｐ３、…に到達する。

【0050】

この低周波数波は、一般に、水中環境３の海底下４０において、周波数ｆ１及びｆ２がより高い第１及び第２の音響波よりも良好に浸透する。したがって、対象のポイントＰ１、Ｐ２、Ｐ３の下方で、この海底下の内容物をより深く測深することが可能になる。この海底下４０では、低周波音響波が、堆積物に埋もれたパイプラインの一部などの、海底下の残りの部分とは剛性又は密度が異なる要素と出会うと、低周波数波の一部が、エコーのようにこの要素によって反射される。次いで、音響測深機によるこの音響波の受信時間は、音響測深機とそのように検出された反射要素との間の距離に関する情報を提供する。

【0051】

より一般的には、第１及び第２の音響波の送信に応じて水中環境の海底下４０によって反射される周波数ｆ_ＬＦの音響波は、重ね合わせ軸ｚ_Ｓが向けられる海底４のポイントＰ１、Ｐ２、Ｐ３の下方に延びるこの海底下４０の列４１、４２、４３における多かれ少なかれ反射要素の存在に関する、及びこの列内でのこれらの要素の各々が位置する深さに関する情報を含む。言い換えれば、この反射された音響波は、この列４１、４２、４３に沿って、海底下４０の一種の内容物の１次元画像を判定することを可能にする（図５～図７）。この反射された音響波は、その周波数が第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２との間の差の絶対値に等しく、これにより、ステップｂ）において受信機２０によってピックアップされ、電気形態に変換されて、エコー信号ｓ_Ｅを与える。

【0052】

ステップａ）において送信される第１及び第２の音響波の伝播方向は、送信信号間の遅延値に直接依存するため、それに沿ってこれらの第１の波と第２の波が互いに重なり合う重ね合わせ軸ｚ_Ｓの方向は、ステップａ）の１回の実行から次の実行までの重ね合わせ軸ｚ_Ｓの方向を変化させるために、これらの遅延を調整することによって純粋に電子的な方法で制御することができる。

【0053】

次いで、海底４の異なるポイントＰ１、Ｐ２、Ｐ３の下方に延びるいくつかの基本的な内容物４１、４２、４３のそれぞれの内容物が、ステップａ）及びｂ）の異なる実行中に、ここで連続して測深される。ステップｃ）において、駆動及び取得システム３０：３０’によって判定された２次元画像又は３次元画像ＩＭは、例えば、これらの異なる列４１、４２、４３の内容物を表す１次元ソナー画像を列ごとに並べて配置することによって取得することができる。

【0054】

例として、重ね合わせ軸ｚ_Ｓの方向が、ステップａ）の１回の実行から次の実行まで、同じラインに沿って、この軸が水中環境３の海底４上に分散する異なるポイントＰ１、Ｐ２、Ｐ３を連続的に指すように変化する場合、音響測深機１；１’は次いで、このラインを通る断面に従って（及び音響測深機のアンテナ１０；１０’によって）、水中環境３の海底下４０の断面図に対応する２次元画像ＩＭを撮影する。

【0055】

したがって、本発明によるパラメトリック音響測深機１；１’は、アンテナ１０：１０’のトランスデューサ１１、１２の適切な駆動のおかげで、純粋に電子的な方法で、水中環境の海底下４０の内容物を表す２次元画像又は３次元画像ＩＭを撮影することを可能にする。有利なことに、この画像は、単一の大型トランスデューサを機械的に旋回させるよりも迅速に取得される。また、これにより、送信された音響波が、これらの寄生動作とは無関係に、明確に判定された方向を指すように、音響測深機１；１’の寄生ロール又はピッチの動作を、送信時に、「リアルタイムで」（通常は０．１秒未満の非常に短い遅延時間で）補正することが可能になる。

【0056】

音響測深機１；１’の主な特徴のこのプレゼンテーションの後に、ここで、その構造及び動作をより詳細に説明する。

【0057】

使用される電気モジュール及びトランスデューサ１１；１２のいくつかの特徴を、第１に提示する。

【0058】

「ミルズクロス」構造を有する第１の実施形態の送信アンテナ１０の構造、及びその駆動モードを、図２及び図５～図７を参照して、第２に説明する。

【0059】

次いで、第２の実施形態の送信アンテナ１０’の構造、及びその駆動モードを、図１５～図１８を参照して説明する。

【0060】

以降、一種の多重化により、水中環境の海底下４０の２次元画像又は３次元画像の取得速度を増大することを可能にする送信及び取得技術について説明する。周波数多重化に対応するこの技術のバージョンを、図９～図１４を参照して説明する。これらの技術は、第１の実施形態と第２の実施形態の両方に適用することができる。

【0061】

トランスデューサ及び駆動電子機器
上記で説明したように、いくつかの別々のトランスデューサ１１；１２で形成されたそのアンテナ１０；１０’のおかげで、本発明によるパラメトリック音響測深機１；１’は、非パラメトリックマルチビーム音響測深機のように、純粋に電子的な方法で指示することができ、これは特に興味深い。

【0062】

しかし、それはパラメトリック音響測深機であるため、送信された音響波が非常に高い音響パワーを有することが重要である。実際、水中での非線形混合のパラメトリックプロセスの効率は一般に低く、せいぜい数パーセントのオーダであり、混合される音響波のパワーが減少するにつれて大幅に低下する。

【0063】

所望の音響パワーに到達するため、このアンテナ１０；１０’の表面の一部のみが音響波の送信に寄与するが、アンテナ１０；１０’の各トランスデューサ１１、１２はここで、圧電材料で作成された１つ以上の要素から作成され、例えば、ねじボルトタイプの機械デバイスによって強い圧縮応力を受ける。したがって、電気的励起がない場合、この圧電素子は、この強いプレストレスにさらされる。これによりその後、圧電素子に非常に高い電源電圧（数百ボルト以上）を印加することが可能であり、したがって、これらの素子が拡張して機能することを回避しながら、非常に強い音響波を生成して、破損のリスクを制限することが可能になる。実際には、対象の機械デバイスによって圧電素子に印加される圧縮応力は、（電気的励起がない場合）少なくとも７バールよりも高く、又は更に１５バールよりも高くなる。そして、アンテナ１０；１０’の各トランスデューサ１１、１２は、トランスデューサのすぐ近隣において、１平方センチメートルあたり２０ワット以上の表面単位あたりのパワー密度を有する音響波を送信することができる。

【0064】

第１及び第２の周波数がこれよりも低くなる音響測深機の変形例では、例えば、１５０キロヘルツより高くなる代わりに１０キロヘルツのオーダになり、上記の圧電素子に印加される圧縮応力は更に高く、例えば１００バールよりも高くなる。

【0065】

ここで、音響測深機１；１’の駆動及び取得システム３０；３０’は、
－少なくともプロセッサ及びメモリを含む論理ユニット３１と、
－トランスデューサ１１、１２を駆動するのに適した形態で送信信号ｓ_１，１、ｓ_１，２、ｓ_１，３、ｓ_２，１、ｓ_２，２、ｓ_２，３…を供給する調整モジュール３２と、
－論理ユニット３１に送信する前に、受信機２０によってピックアップされたエコー信号ｓ_Ｅを増幅してデジタル形式に変換する、取得モジュール３３と、を備える。

【0066】

調整モジュール３２は、論理ユニット３１から受信された信号に基づいて、送信信号ｓ_１，１、ｓ_１，２、ｓ_１，３、ｓ_２，１、ｓ_２，２、ｓ_２，３…を生成する。それは、１つ以上のデジタルアナログコンバータ、並びに送信信号を適合させ、又はトランスデューサ１１、１２とのインピーダンスマッチングを実行するためのフィルタを備えている場合がある。とにかく、調整モジュール３２は、対応するトランスデューサを駆動するために、各々が少なくとも約１００ボルトの出力電圧を供給することができるアンプを、ここではトランスデューサ１１、１２ごとに１つを備える。これらのアンプは、ここでは「パルス幅変調」（ＰＷＭ）タイプであり、それらの振幅が、表面単位あたりのパワー密度が１０ワットより高く、更には１平方センチメートルあたり２０ワットより高い音響波を生成するのに十分に高いように、送信信号の増幅を可能にする。ここで、各トランスデューサによって生成された音響波は、単独で考えると、アンテナ１０；１０’のすぐ近隣において（例えば、アンテナから１０～５０ｃｍの距離において）、表面単位あたり、より正確には１平方センチメートルあたり１０～４０ワットである、パワー密度を有する。

【0067】

アンテナ１０によって送信される第１又は第２の超音響波の総パワーは、ここでは２１８ｄＢのオーダである。この送信パワーは、通常のパラメトリックソナーで使用されるものに比べてかなり減少している。それでも、環境海底下４０の内容物を表す、取得された画像は高品質であるため、良好な信号対雑音比を示している。（送信パワーの低下にもかかわらず）この良好な信号対雑音比は、例えば、（ここでスキャンされた）埋没物が通常の場合のように数十メートルではなく、数メートルの深さの下方に埋められているという事実によって説明される。更に、ここでは、測定を妨げ得る雑音は、これらの堆積物層の波の残響からのみ発生する。パラメトリックビームは非常に薄いため、この残響は非常に低減され、したがって信号は利用可能である。

【0068】

図２の第１の実施形態では、送信シーケンス中に駆動電子機器によって消費される総パワーは、ここでは２～５キロワットである。したがって、共振時に、圧電素子で構成されているアンテナ１０；１０’の各トランスデューサ１１、１２に対して、印加されるエネルギーの９０％が音響パワーに変換される。

【0069】

更に、ここで説明される実施形態では、アンテナ１０；１０’のトランスデューサは、トランスデューサ１１の第１のグループ１３；１３’及びトランスデューサ１２の第２のグループ１４；１４’に分散され（図２及び図１５）、駆動及び取得システム３０；３０’は、
－第１の周波数ｆ１で経時的に変化する、第１の送信信号ｓ_１，１、ｓ_１，２、ｓ_１，３…によって第１のグループの各トランスデューサ１１を駆動し（上記の第１の音響波は次いで、この第１のグループのトランスデューサによって送信される）、
－第２の周波数ｆ２で経時的に変化する、第２の送信信号ｓ_２，１、ｓ_２，２、ｓ_２，３…によって第２のグループの各トランスデューサ１２を駆動する（上記の第１の音響波は次いで、この第２のグループのトランスデューサによって送信される）、ように構成されている。

【0070】

第１の送信信号ｓ_１，１、ｓ_１，２、ｓ_１，３…は、互いに対して所定の遅延を有する。より正確には、これらの第１の信号の各々は、図４に概略的に示されるように、（周波数ｆ１で変化する）第１の基準信号ｓ_１に対して第１の遅延Δｔ_１，１、Δｔ_１，２、Δｔ_１，３…を有する。また、異なる第１の送信信号ｓ_１，１、ｓ_１，２、ｓ_１，３…がそれぞれ、この同じ基準信号ｓ１に基づいて、時間シフトによって取得され得る。これらの第１の遅延Δｔ_１，１、Δｔ_１，２、Δｔ_１，３…の１つを変更することは、もちろん、他の送信信号に対して、対応する第１の送信信号の遅延を変更することに等しい。

【0071】

同様に、第２の送信信号ｓ_２，１、ｓ_２，２、ｓ_２，３…は、互いに対して所定の遅延を有する。ここで、これらの第２の信号の各々は、周波数ｆ２において変化する第２の基準信号ｓ_２に対して第２の遅延Δｔ_２，１、Δｔ_２，２、Δｔ_２，３…を有する。ここで再び、第２の送信信号ｓ_２，１、ｓ_２，２、ｓ_２，３…は、例えば、この同じ第２の基準信号ｓ２に基づいて、時間シフトによって取得され得る。

【0072】

ミルズクロス送信アンテナ
すでに示したように、第１の実施形態では、音響測深機１の送信アンテナ１０は、通常ミルズクロスと呼ばれる２つのアームのクロス形状を有する（図２）。

【0073】

本明細書では、第１の周波数ｆ１で駆動される、上記の第１のグループのトランスデューサのトランスデューサ１１は、アンテナの第１のアーム１３を形成する。それらは、この第１のアーム１３に沿って、次々に一列に配置されている。

【0074】

そして、第２の周波数ｆ２で駆動される、第２のグループのトランスデューサのトランスデューサ１２は、アンテナの第２のアーム１４を形成する。それらはまた、この第２のアーム１４に沿って、次々に一列に配置されている。

【0075】

したがって、この第１の実施形態では、ステップａ）において、第１の音響波はここで、アンテナの第１のアーム１３のトランスデューサ１１によって送信されるが、第２の音響波は、アンテナの第２のアーム１４のトランスデューサ１２によって送信される。

【0076】

第１のアーム１３及び第２のアーム１４は、例えば６０度～１２０度で構成された角度を互いに形成する。ここで、これらの２つのアームは、互いに対してより正確に垂直である。

【0077】

クロス構成のそのようなトランスデューサの配置は、従来の非パラメトリック音響測深機として知られており、トランスデューサアームの一方は送信に使用され、他方は受信に使用される。しかし、音響測深機１の動作は、そのような従来の音響測深機とは大きく異なる。実際、ここではクロスの２つのアームが送信に使用されているが、受信は、送信の周波数とは異なる周波数で、アンテナ１０とは異なる受信機２０によって又は代替として、上記の受信アンテナによって行われる。

【0078】

ここで、アンテナ１０は、第１のアーム１３のｘ軸が、船尾から船首まで延びる船舶２の長手方向軸に対して平行に延びるように取り付けられている。そして、ここでのアンテナの第２のアーム１４のｙ軸は、船舶２に対して横方向に延びる。したがって、ｙ軸は船舶の長手方向軸に対して垂直であり、船舶の甲板に対して平行である。船舶に対するアンテナ１０のこの配置により、船舶の寄生ピッチ及びロール動作の電子的補償を実施するのを便利にする。参照として図面に示されているｚ軸は、アンテナ１０に垂直であり、すなわち、その２つのアーム１３及び１４に対して垂直である。

【0079】

アンテナ１０の各アームに沿って、トランスデューサ１１、１２は、ここでは２０センチメートルより長く、更に５０センチメートルより長い長さにわたって分散されている。その長さのために、これらのアームの各々は、このアームに対して平行に、減少した角度開口を有する音響波を送信することができる。

【0080】

この第１の実施形態では、音響測深機１の駆動及び取得システム３０は、ステップａ）において、第１の送信面Ｐｌ１に対して垂直な方向に狭い断面を有し、この面に平行に対して非常に細長い断面を有する第１のビームＷ１として、第１の音響波が第１の送信面Ｐｌ１に対して平行に伝播するような値である、異なる第１の送信信号ｓ_１，１、ｓ_１，２、ｓ_１，３…に適用される第１の遅延Δｔ_１，１、Δｔ_１，２、Δｔ_１，３…を与えように構成される（図５）。この送信面では、第１のビームＷ１は、例えば、数十度の大きな角度開口を有するが、この送信面に対して垂直な、例えば５度未満の減少した角度開口を有する（この角度開口は、例えば、ピークの最大値の半分において、第１のビームＷ１の断面での第１の波の音響強度を表す角度幅として定義される）。したがって、この第１のビームＷ１は、多くの場合「スキャンスワス」と呼ばれる、扇形状の浅い層のようなものである。この第１のビームＷ１は、その伝播中に第１の音響波によってスキャンされる水中環境３の領域を表す。

【0081】

第１の音響波がこの第１のビームＷ１として伝播するために、駆動及び取得システム３０は、例えば、第１のアーム１３に沿って、対応するトランスデューサ１１（トランスデューサｎ°１、ｎ°２、ｎ°３など）によって占有された位置に比例する値である、第１の遅延Δｔ_１，１、Δｔ_１，２、Δｔ_１，３…の各々を与える（例として、これらの第１の遅延が全て同じ値を有する場合、すなわち、第１の送信信号間に時間シフトがない場合、第１の音響波が伝播する平行な第１の送信面Ｐｌ１は、アンテナの第１のアーム１３のｘ軸に対して垂直に延びている）。第１の送信面Ｐｌ１は、ここではｙ軸によって第１のアーム１３に対して垂直であり、第１の遅延に与えられた値の関数として（ここでは、これらの遅延の値とアンテナの第１のアーム１３に沿ったトランスデューサ１１の位置との間の比例係数の関数として）、この軸を中心に旋回する軸を含む。

【0082】

同様に、ステップａ）において、駆動及び取得システム３０は、第２の送信面Ｐ２に対して垂直な方向に狭い断面を有し、この面に対して平行に非常に細長い第２のビームＷ２として、第２の音響波が第２の送信面Ｐｌ２に対して平行に伝播するような値である、第２の遅延Δｔ_２，１、Δｔ_２，２、Δｔ_２，３…を与える（図５）。第２のビームＷ２は、第１のビームＷ１と同様の形状を有する。特に、第２のビームＷ２は、第２の送信面Ｐｌ２に対して垂直な、例えば５度（最大の半分の幅）よりも小さい角度開口を有する。第２のビームＷ２の中心にある第２の送信面Ｐｌ２は、アンテナの第２のアーム１４に対して垂直な軸を含み、ここではｘ軸によって、第２の遅延に与えられた値の関数として、その周りを旋回することができる。

【0083】

重ね合わせ軸ｚ_Ｓは、第１の送信面Ｐｌ１と第２の送信面Ｐｌ２の交点に位置する（図５～図７）。

【0084】

そして、第１及び第２の波は主に、第１のビームＷ１と第２のビームＷ２との交点によって形成され、重ね合わせ軸ｚ_Ｓを中心とする共通のビームＷｏ内で互いに重ね合わされる。言い換えれば、第１の波と第２の波が実質的な音響強度を有するのは、この共通のビームＷｏ内だけである。すなわち、したがって、低周波音響波が効率的に生成されるのは、この共通のビームＷｏの範囲内である。

【0085】

ほぼ円錐形の共通ビームＷｏは、第１及び第２のビームＷ１、Ｗ２の各々が上記で説明した浅い層を形成するため、例えば２度未満の減少した角度開口を有する。したがって、水中での非線形混合によって生成された低周波音響波の断面は、（特に、この非線形波の生成モードはまた、その横断方向の拡張を減少させる傾向があるため）あまり拡張されない。これにより、水中環境の海底下４０を良好な横方向の解像度で測深することが可能になる。

【0086】

海底４の異なるポイントＰ１、Ｐ２、Ｐ３の下方のこの海底下４０の内容物を測深するために、ｘ軸を中心に第２の送信面ＰＩ２を旋回させるように、駆動及び取得システム３０はここで、ステップａ）の１回の実行から次の実行までの第２の遅延Δｔ_２，１、Δｔ_２，２、Δｔ_２，３…を変化させる。したがって、ｚ軸と第２の送信面Ｐｌ２との間に形成される傾斜角は、ステップａ）の１回の実行から次の実行までに変化する（図５～図７）。第２の送信面Ｐｌ２のこの旋回は、重ね合わせ軸ｚ_Ｓの方向を変化させることを可能にする（これらの連続実行中に次いで、第１のビームＷ１によって形成されたファン全体をスキャンすることができる）。

【0087】

海底４の異なるポイントＰ１、Ｐ２、Ｐ３をスキャンするこの方法は、送信ステップａ）の３回の連続実行に対して、第１及び第２の音響波によって形成された第１及び第２のビームＷ１及びＷ２を概略的に示す、図５～図７の全てによって示されている。

【0088】

更に、このスキャン中、送信ステップａ）において、駆動及び取得システム３０は、重ね合わせ軸ｚ_Ｓと水中環境の海底に対して垂直な軸ｚ４との間に形成される入射角が限界入射角よりも大きくなるように、アンテナ１０のトランスデューサ１１、１２を駆動する。この限界入射角は、ここでは１５度に等しくなる。

【0089】

したがって、重ね合わせ軸ｚ_Ｓに沿って生成された低周波音響波が、垂直入射（すなわち、ゼロ入射角）で海底４に到達し、且つ海底の全スキャン中に到達することが回避される。

【0090】

垂直入射を除いてそのように移動すると、海底４、又は２つの異なる堆積層間の界面によって鏡面反射又はほぼ鏡面反射された低周波音響波が、音響測深機１に向かって送り返されるのを回避することが可能になる。そのように鏡面反射されるそのような波の強度は、一般に、主に拡散方法で反射されるパイプラインなどの埋没物によって反射される音響波の強度よりもはるかに高くなるため、これは興味深いことである。垂直入射では、海底で鏡面反射された音響波ははるかに強いため、検出される埋没物から来る音響波をマスクし、したがって、そのような物体の検出をこれよりも困難にする。

【0091】

本明細書に記載のスキャンモードでは、限界入射角よりも大きい入射角で海底下４０を測深するために、駆動及び取得システム３０は、第１の送信面Ｐｌ１が、海底ｚ４に垂直な軸に対してある角度αだけ傾斜するように（角度αは、面Ｐｌ１と軸ｚ４との間に形成される角度である）、第１の遅延Δｔ_１，１、Δｔ_１，２、Δｔ_１，３…を調整する。この角度αは、上記の限界入射角よりも大きい。角度α及び軸ｚ４は図１０に示され、これはまた、高速取得の態様を示している。角度αは、例えば、１５～３０度である。

【0092】

第２の遅延Δｔ_２，１、Δｔ_２，２、Δｔ_２，３…に関しては、上記のように、第２の送信面Ｐｌ２をｘ軸を中心に旋回させるために、ステップａ）の１回の実行から次の実行まで変化させる。

【0093】

したがって、このスキャンに沿って、重ね合わせ軸ｚ_Ｓと海底ｚ４に対して垂直な軸との間に形成される入射角は、角度αよりも大きいままであり、したがって、上記の限界入射角よりも大きいままである。

【0094】

図１９は、アンテナ１０と同様に海底４が水平である状況で、音響測深機によって音響測深される海底のポイントＰ１、Ｐ２、Ｐ３の位置を概略的に示している。この状況では、（通常の入射測深を回避するために）このように垂直に対して傾斜している第１の送信面Ｐｌ１は、この場合、船舶２の前方に向けられている。次いで、音響測深機によって測深された海底のポイントＰ１、Ｐ２、Ｐ３は、水中環境の海底、船舶２の前面、及びこの船舶の長手方向軸に対して垂直に延びるラインＬに沿って分散される。

【0095】

今説明したスキャンモードに関しては、別の方法として、第２の遅延Δｔ_２，１、Δｔ_２，２、Δｔ_２，３…を変化させる代わりに、ｙ軸を中心に第１の送信面Ｐｌ１を旋回させるように、ステップａ）の１回の実行から次の実行まで、第１の遅延Δｔ_１，１、Δｔ_１，２、Δｔ_１，３…を変化させることができる。

【0096】

また、ステップａ）の一連のいくつかの連続実行中に、例えば、全てが互いに対して整列されていない、その全体が水中環境の海底の表面全体を覆う、海底のいくつかのポイントの下方の海底下４０の内容物を表す３次元画像を撮影するために、第１の遅延Δｔ_１，１、Δｔ_１，２、Δｔ_１，３…及び第２の遅延Δｔ_２，１、Δｔ_２，２、Δｔ_２，３…の両方を変化させることができる。

【0097】

この第１の実施形態の音響測深機１は、送信される音響強度に関して重大な実施上の困難をもたらすことに留意されたい。実際、このミルズクロスアンテナ１０の総送信面は、「ピストン」タイプの単一の送信機の場合よりも、又は更には第２の実施形態の送信機行列を備えたアンテナ１０’の場合よりもはるかに小さい。更に、第１の音響波の一部のみが第２の音響波に重なり合う（図５）。したがって、第１の波の一部及び第２の波の一部のみが水中での低周波音響波の発生に関与し、この低周波の発生効率を更に低下させる。

【0098】

しかし、（その２つのアームがそれぞれ、第１の周波数ｆ１及び第２の周波数ｆ２での送信で駆動される）そのようなミルズクロスアンテナを使用することにより、その見返りとして、アンテナがトランスデューサの行列で構成されている音響測深機に対して、（特に、調整モジュール３２内の）トランスデューサの制御電子機器の特定の態様を大幅に簡素化することが可能になる。

【0099】

実際、アンテナの所与の延長に対して、及びアンテナの表面におけるトランスデューサの所与の密度に対して、第２の実施形態のアンテナ１０’は、第１の実施形態のものよりはるかに多くのトランスデューサを含む。例として、第１の実施形態のアンテナ１０が６×２のトランスデューサ（アームあたり６つのトランスデューサ）を含む場合、第２の実施形態のアンテナ１０’は、それらの６×６を含む。そして、トランスデューサの数を低減することにより、それに応じてそれらの制御電子機器を簡素化することが可能になり、それによって、各トランスデューサに対して、かなり複雑な方法で経時的に変化する、少なくとも約１００ボルトの出力電圧を供給することができるアンプを備え得ることを思い起こさせる。この制御電子機器を更にコンパクトにすることにより、アンテナ１０の近くの音響測深機１のヘッド内に収容することが可能になり、それによって、音響測深機のヘッドを駆動及び取得システムの残りの部分に接続するケーブルのシステムが大幅に簡素化される。

【0100】

更に、ミルズクロスアンテナ１０を備えたこのパラメトリック音響測深機１により、上記の一連のステップａ）の連続実行中に、この一連のステップａ）の実行中に第２のビームＷ２によってスキャンされた観測量の内容物を表す、（音響波間の周波数混合なしで取得された）水中環境３の「従来の」非パラメトリック３次元ソナー画像を撮影することを可能にする。

【0101】

トランスデューサの行列を備えた送信アンテナ
図１５に示されるように、第２の実施形態では、送信アンテナ１０’のトランスデューサ１１、１２は、いくつかの行及びいくつかの列の行列を形成するように配置され、トランスデューサ１１、１２は、それぞれ、行列の行と列との間の異なる交点に配置されている。

【0102】

ここでは、それは長方形の行列であり、その列は、行に対して垂直である。したがって、トランスデューサ１１、１２は、長方形ネットワークのノードに配置されている。この行列の行に対して平行な軸はｘで表され、列に平行な軸はｙで表されている。ｘ軸は、船舶２の長手方向軸に対して平行である。

【0103】

各行に沿って、及びこの行列の各列に沿って、トランスデューサ１１、１２は、ここでは２０センチメートルより長く、更には５０センチメートルより長い長さにわたって分散されている。

【0104】

（第２の周波数ｆ２で駆動される）第２のグループ１４’のトランスデューサ１２に対して、（第１の周波数ｆ１で駆動される）第１のグループ１３’のトランスデューサ１１が配置される方法について、以下に説明する。

【0105】

駆動の観点から、この第２の実施形態では、音響測深機１’の駆動及び取得システム３０’は、ステップａ）において、
－第１の音響波がコリメートされた第１のビームＷ１’として伝播するような値である、第１の遅延Δｔ_１，１、Δｔ_１，２、Δｔ_１，３…を与え（図１６）、
－第２の音響波がまたコリメートされた第２のビームＷ２’として伝播するような値である、第２の遅延Δｔ_２，１、Δｔ_２，２、Δｔ_２，３…を与える、ように構成されている。

【0106】

これらの第１及び第２のビームＷ１’、Ｗ２’は両方とも、重ね合わせ軸ｚ_Ｓを構成する同じ軸を中心とする。

【0107】

この第１のコリメートされたビームとして第１の音響波を送信するために、駆動及び取得システム３０’は、例えば、第１のグループ１３’の各トランスデューサ１１に対して、このトランスデューサ１１に供給する第１の送信信号ｓ_１，１、ｓ_１，２、ｓ_１，３…が、基準信号ｓ１に関して、アンテナ１０’の表面において対象のトランスデューサ１１の位置を示すベクトルｒによる方向付けベクトルｕ_ＺＳのスカラ積に比例する値を有する、第１の遅延Δｔ_１，１、Δｔ_１，２、Δｔ_１，３…を有するように、第１の送信信号を生成する。方向付けベクトルｕ_ＺＳは、例えばユニタリのベクトルであり、その方向は重ね合わせ軸ｚ_Ｓの方向である。

【0108】

第２の送信信号は、第１の送信信号と同じ方法で生成されるが、もちろん、第２の周波数ｆ２に等しい周波数で生成される。

【0109】

この第２の実施形態では、第１及び第２のビームＷ１’、Ｗ２’は、ほぼ完全に互いに重なっている（それらは互いにほぼ一致している）。その中で低周波数波が生成される共通ビームＷｏ’は、次いで、これら２つのビームＷ１’及びＷ２’の一方に直接対応するか、他方に同等に対応する。これらの異なるビームＷ１’、Ｗ２’、及びＷｏ’は、ほぼ円錐形である。第１及び第２のビームＷ１’及びＷ２’の各々は、例えば、重ね合わせ軸ｚ_Ｓ及びｘ軸を含む第１の平面、並びに重ね合わせ軸ｚ_Ｓ及びｙ軸を含む第２の平面の両方において、２度未満の、減少した角度開口を有する（この角度開口は、第１又は第２のビームの断面において第１及び第２の音響波の音響強度を表すピークの最大値の半分の角度幅である）。

【0110】

この海底下４０の内容物を、海底４の異なるポイントＰ１、Ｐ２、Ｐ３の下方で測深するために、第１のビームＷ１’及び第２のビームＷ２’の方向を一緒に変更するように、駆動及び取得システム３０’はここで、ステップａ）の１回の実行から次の実行までの、第１及び第２の遅延Δｔ_１，１、Δｔ_１，２、Δｔ_１，３、Δｔ_２，１、Δｔ_２，２、Δｔ_２，３…を変化させ、それによって、それらが互いに重なり合ったままであるが、海底４の別のポイントを指すことができる。

【0111】

図１６～図１８は全て、送信ステップａ）の３回の連続実行に対して、第１及び第２の音響波によって形成された第１及び第２のビームＷ１及びＷ２’を概略的に示している。これらの図に参照として表され、固定されているｚ軸は、アンテナ１０’に対して垂直である。

【0112】

第１の実施形態と同様に、駆動及び取得システム３０’は、ステップａ）において、重ね合わせ軸ｚ_Ｓと水中環境の海底４に対して垂直な軸との間に形成される入射角が上記の限界入射角よりも大きくなるように、アンテナ１０’のトランスデューサ１１、１２を駆動する、ように構成されている。上記で説明したように、これにより、埋没物の検出が容易になる。その目的のために、駆動及び取得システム３０’は、重ね合わせ軸ｚ_Ｓが海底に対して垂直な軸に対して傾斜するように、第１及び第２の遅延Δｔ_１，１、Δｔ_１，２、Δｔ_１，３、Δｔ_２，１、Δｔ_２，２、Δｔ_２，３…を調整する。

【0113】

第１及び第２の音響波が可能な限り重なり合うように、且つそれらの伝播の始まりとして、アンテナ１０’の表面において、それらを２つの別個の領域に分散するのではなく、第１のグループ１３’のトランスデューサ１１を第２のグループ１４’のトランスデューサ１２と混合することができる（そのうちの一方は第１のグループのトランスデューサ１１を排他的に収集し、他方は第２のグループのトランスデューサ１２を排他的に収集する）。

【0114】

アンテナ１０’上で、第１のグループのトランスデューサ１１及び第２のグループのトランスデューサ１２は、交互に、より正確に分散される。第１のグループ１３’の各トランスデューサ１１は、最も近く隣接するものに対して、第２のグループ１４’のトランスデューサ１２を有する。ここで、トランスデューサ１１、１２はしたがって、チェッカーボードとして分散され、その各白い正方形は、第１のグループのトランスデューサ１１の１つによって占有され、その各黒い正方形は、第２のグループのトランスデューサ１２の１つによって占有される。

【0115】

第１のグループのトランスデューサ１１が、アンテナ１０’の表面において、第２のグループのトランスデューサ１２と混合される他の構成を企図することができる。この点で、トランスデューサはチェッカーボードとして分散され得、その各白い正方形は（１つのみではなく）第１のグループの２つのトランスデューサによって占有され、各黒い正方形は（１つのみではなく）第２のグループの２つのトランスデューサによって占有される。したがって、より一般的には、第１のグループ１３’のトランスデューサ１１は、全てのトランスデューサによって形成される行列のいくつかの別個の領域を占有し、第２のグループ１４’のトランスデューサ１２の１つ以上は、領域の任意の２つの間に挿入される。

【0116】

高速取得
水中環境３の海底４が音響測深機１；１’に対してかなりの深さに位置する場合、この環境の海底下４０の内容物を表す画像ＩＭのポイントごとの取得は、それを加速することを意図する特定の設備が実装されていない場合、特に長くなる場合がある。

【0117】

実際、そのような機器がない場合、音響測深機１；１’と海底４と間、海底４の第１のポイントＰ１の下方の海底下の測深と海底４の第２のポイントＰ２の下方の海底下の測深の間の往復（水中の音速での往復）時間よりも長い時間を待って、これらを区別できなくする、これらの２つのポイントＰ１、Ｐ２から来るエコー信号Ｓ_Ｅの時間の重ね合わせを回避する必要がある。

【0118】

この困難を克服し、水中環境３の海底下４０の内容物を表す画像ＩＭの迅速な取得を可能にするために、たとえこの環境が深い場合でも、駆動及び取得システム３０；３０’はここで、第１及び第２の実施形態の両方において、ステップａ）の１回の実行から次の実行まで、第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２との間の差を変化させるように構成されている。

【0119】

ステップａ）の１回の実行から次の実行まで、第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２との差を変化させることにより、（ステップａ）の１回の実行から次の実行まで変化する）重ね合わせ軸ｚ_Ｓの方向を周波数エンコードする方法を可能にする。実際、音響測深機によって測深された海底４の異なるポイントＰ１、Ｐ２、Ｐ３は、次いで、互いに異なる値ｆ_ＬＦ１、ｆ_ＬＦ２、ｆ_ＬＦ３、…ｆ_ＬＦｎを有する低周波数波によって測深される。したがって、これらの異なるポイントから来る個別のエコー信号ｓ_Ｅは、たとえ時間的観点から互いに重ね合わされている場合でも、互いに区別することができる。

【0120】

言い換えれば、たとえ送信ステップａ）の異なる実行の後に受信された個別のエコー信号ｓ_Ｅのセットが、異なる個別のエコー信号が時間的に互いに重ね合わされる（このエコー信号全体は次いで、各瞬間において、重ね合わせ、すなわち個別のエコー信号ｓ_Ｅの合計に等しくなる）、同じ全体のエコー信号の形態をとる（例えば、受信機２０及び取得モジュール３３によって連続的に取得される）場合でも、これらの個別のエコー信号ｓ_Ｅの各々は、ここでは頻繁なフィルタリングによって、エコー信号全体から抽出することができる。

【0121】

次いで、送信ステップａ）の異なる実行は、互いに短い間隔で、更に同時に、水中環境の深さに関係なく、海底の異なるポイントから来る個別のエコー間の混乱のリスクなしに行うことができる。これにより、この環境の海底下４０の内容物を表す画像ＩＭを取得するために必要な持続時間が大幅に低減される。

【0122】

このように、海底を測深することを意図した一連の送信の合計持続期間を低減することにより、音響測深機１の潜在的な寄生動作又は水中環境３の特性の潜在的な変動による画像ＩＭに対する寄生の影響を低減することが可能になる。

【0123】

図９～図１４は、ステップａ）の数回の連続実行中にそのように送信された第１及び第２の音響波のいくつかの特徴を示し、その間に、第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２との間の差が変化する。これらの図面は、音響測深機１（ミルズクロスアンテナ）の第１の実施形態の場合に対応する。この技術は、他の実施形態、特に上記の第２の実施形態と同様に使用され得る。

【0124】

ここで、この一連の送信中、第１の周波数ｆ１は一定値ｆ１_０を維持するが、第２の周波数は変化する。ステップａ）の連続実行中、第２の周波数ｆ２は連続して異なる値ｆ２_１、ｆ２_２、ｆ２_３、…ｆ２_ｎをとり（図１１及び図１４）、各々がこれらの実行の１つに関連付けられている（すなわち、それぞれ、実行ｎ°１、実行ｎ°２などに関連付けられている）。これらの値は互いに異なる。それらは、例えば、ステップａ）のこれらの連続実行にわたって線形に増加する。

【0125】

したがって、ステップａ）の１回の実行から次の実行まで、水中で生成される低周波音響波の周波数ｆＬ_Ｆもまた変化し、これらの異なる実行中に、互いに異なる値ｆ_ＬＦ１、ｆ_ＬＦ２、ｆ_ＬＦ３、…ｆ_ＬＦｎを連続してとる（図１４）。これらの異なる値ｆ_ＬＦ１、ｆ_ＬＦ２、ｆ_ＬＦ３、…ｆ_ＬＦｎは、例えば、２つずつ、０．５キロヘルツで分離され、１５～２５キロヘルツに分散され得る。もちろん、この結果は、第２の周波数ｆ２を固定して維持しながら、第１の周波数ｆ１を変化させることによっても取得することができる。

【0126】

これらの異なる送信に応じて受信された個別のエコー信号ｓ_Ｅを抽出するために、駆動及び取得システム３０は、エコー信号全体の頻繁なフィルタリングを実行し、ここで、海底下４０を特徴付ける方法の間に受信機２０によって連続的に取得される。このエコー信号全体は、例えば互いに並列に動作する異なるバンドパスフィルタによってフィルタ処理され、（ステップａ）の連続実行中に、第１の周波数と第２の周波数の差によって取得された異なる値に等しい）それぞれ異なる周波数値ｆＬＦ１、ｆＬＦ２、ｆＬＦ３、…ｆＬＦｎ（の連続実行中に取得された様々な値に等しい）を中心化される。次いで、これらの異なるフィルタによって提供されたフィルタリングされた信号は、上記の異なる個別のエコー信号に対応し、個別のエコー信号の各々は、例えば、ステップａ）の対応する実行中に狙われる海底のポイントＰ１、Ｐ２、Ｐ３の下方の海底下４０の内容物を表す１次元画像を判定することを可能にする。

【0127】

ここで、図９～図１３を参照して、ステップａ）のこの一連の実行中に送信された第１及び第２の音響波の空間特性を提示する。

【0128】

第１の音響波はここで、ステップａ）の１回の実行から次の実行まで、シームレスに連続的に送信される。したがって、それは同じ全音響波を形成し、その持続時間は、ステップａ）の異なる実行中にアンテナ１０の第２のアーム１４によって送信される第２の波の持続時間よりも長い。

【0129】

図９及び図１０は、所与の瞬間において、この第１の波によって占有された水中環境３の領域Ｚ１を、それぞれ正面図（すなわち、アンテナ１０の第１のアーム１３に対して垂直な平面内）、及び側面図（この第１のアーム１３に対して平行な平面内）で示している。

【0130】

図１１は、図９と同じ瞬間において、上記のステップａ）の異なる実行中に送信された第２の音響波によって占有される領域Ｚ２_１、Ｚ２_２、…、Ｚ２_ｎを正面図で示している。これらの異なる領域はまた、図１２の側面図に示されている。

【0131】

図１３は、図９と図１１との重ね合わせに対応している。それは、図９及び図１１と同じ瞬間において、対象の第１の音響波及び第２の音響波によってそれぞれ占有される領域Ｚ１及びＺ２_１、Ｚ２_２、…、Ｚ２_ｎを示している（正面図）。したがって、図１３は、空間的観点から、混合によって生成される「低周波数」音響波の周波数の変化を、重ね合わせ軸の方向の関数として示している（この図の参照記号ｚ_Ｓ１、ｚ_Ｓ２、…、ｚ_Ｓｎによって識別されている）。図９～図１３は、対象の音響波によって占有された領域の瞬間的な図であり、この意味で、それらは、第１及び第２の音響波に対して、その伝播中にこの波によってスキャンされた領域全体を示している（このスキャンされた領域はビームＷ１又はＷ２に対応する）、図５～図７の図とは全く異なることに留意されたい。

【0132】

非パラメトリックソナー画像
ステップａ）において行われた第１及び第２の音響波の送信により、上記で説明した水中環境３の海底下４０の低周波測深に加えて、少なくとも水中環境３の一部を表す「従来の」ソナー画像を撮影することを可能にする。この追加の画像ＩＭ’は、画像ＩＭとは異なり、水中で周波数を混合することなく取得されるという意味で、従来のソナー画像である。

【0133】

ここで説明される実施形態では、駆動及び取得システム３０；３０’は、この可能性を利用している。実際、ここでは、
－ステップａ）の各実行後、ステップａ）において行われた送信に応じて、アンテナのトランスデューサ１１、１２の少なくとも１つによってピックアップされた、第１の周波数ｆ１又は第２の周波数ｆ２に等しい周波数の追加のエコー信号を取得するステップｂ’）を実行し、
ｃ’）追加のエコー信号に基づいて、上記の追加の画像ＩＭ’を判定する、ように構成されている（図８）。

【0134】

この設備により、単一の一連の送信を行うことによって、すなわち、ステップａ）の単一の一連の実行を行うことによって、「パラメトリック」画像ＩＭ及び追加の画像ＩＭ’の両方を取得し、したがってそれらの利点、すなわち、
－海底下４０への良好な浸透を可能にするが、信号対雑音比は一般に従来のソナー画像化よりも低くなる（したがって、水中環境３の残りの部分を測深するために後者よりも適合されていない）、低周波パラメトリックソナー画像化の利点、
－信号対雑音比が一般に高く、水中環境３の残りの部分を測深するために、特にその深さを測深するのに適合されている、従来のソナー画像化の利点、を組み合わせることを可能にする。

【0135】

駆動及び取得システム３０；３０’はここで、これらの追加のエコー信号に基づいて、海底下４０が低周波数波によって測深される、水中環境３内の、海底４の異なるポイントＰ１、Ｐ２、Ｐ３の深さを判定するように構成されている。

【0136】

これにより、従来のソナー画像化による、水中環境３の海底４の一部の地形の高精度調査と、パラメトリック画像化による、海底４のこの部分の下に位置する海底下４０の内容物の調査とを組み合わせることが可能になる。

【0137】

更に、駆動及び取得システム３０；３０’は、パラメトリックエコー信号ｓ_Ｅの処理によって生成されたデータを、上記の追加のエコー信号の処理によって生成されたデータとマージするように構成され得る。このマージには、例えば、従来の追加のエコー信号からより正確に推定された海底のポイントＰ１、Ｐ２、Ｐ３の深さに基づいて、パラメトリックエコー信号ｓ_Ｅから推定された深さの調整を含み得る。

【0138】

例として、第１の実施形態の場合、重ね合わせ軸ｚ_Ｓの方向が第２の送信面Ｐｌ２の方向を変化させることによって変更されると、一方で、ステップｂ’）において、音響測深機１は、（潜在的なドップラーシフトとは別に）第２の周波数ｆ２に等しい周波数のいくつかの追加のエコー信号を取得する。これらの追加のエコー信号は、アンテナの第１のアーム１３の異なるトランスデューサ１１によってピックアップされ、これらのトランスデューサ１１は次いで、受信に使用される。既知のように、ステップｂ’）のこの実行中に取得された全ての追加のエコー信号は、その伝播中にステップａ）において送信された第２の音響波によってスキャンされた、スキャンスワスＷ２の内容物を表す２次元画像を判定することを可能にする。ステップａ）及びｂ’）が第２の送信面Ｐｌ２のいくつかの異なる方向に対して繰り返されるため、最終的に取得される追加の画像ＩＭ’は、ステップａ）のこの一連の実行中に第２のビームＷ２によってスキャンされた観測量における水中環境３の内容物を表す３次元ソナー画像である。

【0139】

最後に、駆動及び取得システム３０；３０’は、追加のエコー信号（従来の「非パラメトリック」エコー信号）に基づいて、音響測深機によって測深された海底のポイントＰ１、Ｐ２、Ｐ３の下方に位置する水中環境の海底下４０の表面層の構成を表すデータを判定するように構成され得る。海底下のこの表面層は、海底下の上部であり、水と接触する。対象のデータは、特に、この海底下の表面層が砂、小石、断片化した岩石、又は緩い堆積物で構成されているかどうか、又はそれが、全体として一体の岩盤若しくは固化した堆積層の代わりに構成されているかどうかを示している。特に、駆動及び取得システム３０：３０’は、例えば、出願人によって開発された製品Ｓｅａｐｉｘに含まれるような海底分類モジュールを備え得る。横断方向のスキャンスワスを使用することにより、かすめ角の関数として海底の後方散乱指数を測定することが可能である。これらのパラメータは、海底の性質に直接関連している。詳細については、２０１８年のＴｒｕｎｇ－Ｋｉｅｎ Ｎｇｕｙｅｎによる文書「Ｓｅａｆｌｏｏｒ ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ａ Ｍｕｌｔｉ－ｓｗａｔｈ Ｍｕｌｔｉ－ｂｅａｍ Ｅｃｈｏ Ｓｏｕｎｄｅｒ」を参照することができる。この場合に使用される方法は、長手方向のスキャンスワスによって超音響波処理された、海底上の一連の固定領域を観察することである。船舶が直線的に進むと、これらの領域は、測深機の各画像化フェーズにおいて異なる視野角で観察される。観測角度の関数として各領域の明るさをメモリに保持することによって、観測された海底のタイプ（岩、砂のタイプ、泥、海藻…）の特徴である、海底の後方散乱プロファイルがそれらの各々に対して保持される。

【0140】

駆動及び取得システム３０；３０’は次いで、データの関数として、船舶２の移動用の設定点速度を判定するように構成され得る。対象のデータが海底下４０の表面層が埋没物を含みやすいことを示している、すなわち、このデータが、海底の表面層が砂、小石、断片化した岩石、又は緩い堆積物で構成されていることを示している場合、この設定点速度は、このデータが、海底下４０の表面層が埋没物を含みにくいことを示し、すなわち、それが全体として一体の岩盤又は固化した堆積層で構成されている場合よりも遅くなる。次いで、この設定点速度は、船舶の移動のシードをこの設定点値に調整する船舶２の駆動システムに送信される。これらの設備により、埋没物を含みにくい海底の部分を詳細に測深することを回避することにより、水中環境の海底の所与の表面を探索するために必要な時間を短縮することが可能になる。

【0141】

音響測深機、及び上記で説明した水中環境の海底下の一部の特徴付けの方法には、様々な変形例を適用することができる。

【0142】

第１に、第１のグループのトランスデューサによる第１の音響波の送信の代わりに、第２の音響波は、第１のグループとは異なる第２のグループのトランスデューサによって送信されるが、各トランスデューサがこれらの２つの波の送信に寄与することができる。そのような変形例のフレームワーク内で、駆動及び取得システムは、トランスデューサ１１、１２を駆動する送信信号が各々、第１の周波数ｆ１及び第２の周波数ｆ２で経時的に変化する第１の成分及び第２の成分をそれぞれ含むように構成されている。次いで、アンテナのトランスデューサ１１、１２は、ステップａ）において、ここでは振幅で変調され、第１の音響波及び第２の音響波から構成される重ね合わせ軸ｚ_Ｓに沿って伝播する変調された音響波を送信する。言い換えれば、この変調された音響波は、第１の音響波及び第２の音響波に分解される。更に、送信信号はまた、振幅変調信号である。トランスデューサ１１、１２の駆動電子機器の観点から、トランスデューサはより複雑な形態の高電圧振動信号を供給されなければならないため、この変形例は、別個のトランスデューサによる第１及び第２の音響波の送信よりも実施が難しい。

【0143】

更に、上記で説明さしたものとは異なるアンテナ面上のトランスデューサの配置を使用することができる。この点で、トランスデューサは、クロス又は行列の代わりにスパイラルを一緒に形成するように分散され得る。

【0144】

しかし、いずれにせよ、アンテナのトランスデューサは、全て同じラインに沿って分散されているわけではない。すでに示されたように、それらの位置は、表面全体にわたって２次元に分散している。より正確には、送信アンテナの異なるトランスデューサを含む全体が、２つの直交する方向に沿って、それぞれが２０センチメートルより長い、又は更に５０センチメートルより長い２つの次元を有する表面にわたって延びる。これにより、第１及び第２の音響波を良好な指向性で送信することが可能になり、表面単位あたりのそれらのパワーが増大するため、低周波数音響波の生成の非線形プロセスの効率が向上する。これにより、水中環境の海底下４０の内容物を良好な横方向解像度で測深することが可能になる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【国際調査報告】