Amélioration de la résolution spatiale des sondeurs multifaisceau Gerard Llort Pujol Encadrants: M. Xavier Lurton (IFREMER) M. Christophe Sintes (ENSTB) 07.11.18 Département Image & Traitement de l’Information

Introduction Différents types de scènes sous-marines : Interférométrie Résultats expérimentaux Conclusions Introduction Sondeurs multifaisceaux Introduction Différents types de scènes sous-marines : Klein 5000 Klein 2000 SRD Seabeam 2120 SRD Objective : Création d’une représentation globale à l’aide d’information partielle fournie par des capteurs

Introduction Résolution actuelle : SONAR LATÉRAL Interférométrie Résultats expérimentaux Conclusions Introduction Sondeurs multifaisceaux Introduction Résolution actuelle : SONAR LATÉRAL ®GESMA MÂT ARRIERE DÔME TÉLÉCOM GRUE LATÉRALE Objective de la thèse : atteindre la résolution spatiale des sonars latéraux avec des sondeurs multifaisceau

Sondeurs multifaisceaux Interférométrie Résultats expérimentaux Conclusions Introduction Sondeurs multifaisceaux Sondeurs multifaisceaux Fonctionnement: Balayage d’une large région de terrain transversale à l'axe du navire; Émission de plusieurs faisceaux, ce qui permet de relever rapidement la topographie de larges zones; SIGNAL REÇU PAR L’ANTENNE

Sondeurs multifaisceaux Interférométrie Résultats expérimentaux Conclusions Introduction Sondeurs multifaisceaux Sondeurs multifaisceaux EM3002 : 300kHz, 80 capteurs : EM300 : 30kHz, 64 ou 32 capteurs : EM120 : 12kHz, 64 ou 128 capteurs :

Sondeurs multifaisceaux Interférométrie Résultats expérimentaux Conclusions Introduction Sondeurs multifaisceaux Sondeurs multifaisceaux Pour relever la bathymétrie : estimation couple (temps t, angle d’arrivée θ) (x,z) t H COMMENT ? DETECTION DE L’INSTANT D’AMPLITUDE MAXIMALE VERTICAL FRONT DE MONTÉE OBLIQUE BARYCENTRE INCIDENCE RASANTE INEXPLOITABLE!! SOLUTION

Interférométrie (1/6) Principe: Deux antennes réceptrices A & B Résultats expérimentaux Conclusions Introduction Sondeurs multifaisceaux Interférométrie (1/6) Principe: Deux antennes réceptrices A & B Signal « monochromatique » (λ : longueur d’onde) R=d cos(+) A d = AB (baseline) BM = r AM = r+R y r B q r H M h Fond marin Objective : Estimation de l’élévation à partir du retard entre capteurs

BEAUCOUP PLUS D’INFORMATION BATHYMETRIQUE Interférométrie Résultats expérimentaux Conclusions Introduction Sondeurs multifaisceaux Interférométrie (2/6) Estimation du retard de phase : Problème: opérateur argument borné dans l’intervalle ]-π,+π] BIAIS Solution : ajouter le terme de biais Classiquement : le passage à zéro correspond à l’instant où le front d’onde arrive sous un angle normal à l’axe de l’interféromètre. EXEMPLE BEAUCOUP PLUS D’INFORMATION BATHYMETRIQUE

Interférométrie (3/6) 1er problème : Solution : 2ème problème : Résultats expérimentaux Conclusions Introduction Sondeurs multifaisceaux Interférométrie (3/6) 1er problème : Quels échantillons contiennent de l’information bathymétrique? Solution : Utilisation de la statistique du signal interférométrique. 2ème problème : Comment lever l’ambiguïté? (estimation de n) Solution : Algorithme de Vernier basé sur l’interférométrie.

Modélisation statistique de la différence de phase Interférométrie Résultats expérimentaux Conclusions Introduction Sondeurs multifaisceaux Interférométrie (4/6) 1er problème : échantillons exploitables Hypothèses: Sur les 2 capteurs interférométriques, le bruit est gaussien pour les parties en phase et quadrature. Modélisation statistique de la différence de phase . avec et le coefficient de corrélation La densité de probabilité interférométrique est complètement définie par le coefficient de corrélation.

Tri des échantillons exploitables à partir de leur niveau de variance Interférométrie Résultats expérimentaux Conclusions Introduction Sondeurs multifaisceaux Interférométrie (5/6) 1er problème : échantillons exploitables Tri des échantillons exploitables à partir de leur niveau de variance Cohérence : directement liée à la variance interférométrique. SEUIL À FIXER

Portée en m, baseline1 en rouge, baseline2 en vert Interférométrie Résultats expérimentaux Conclusions Introduction Sondeurs multifaisceaux 2ème problème : lever l’ambiguïté Interférométrie (6/6) Capteur 2   Capteur 3 Capteur 1 d2 d1 FRONT D’ONDE 2 différences de phase, mais 1 seul front d’onde commun Cos(+) + : courbes baseline n°1 x : courbes baseline n°2 * : superposition des différences de phase des deux baselines Répliques dues aux ambiguïtés de phase Portée en m, baseline1 en rouge, baseline2 en vert

Résultats expérimentaux Interférométrie Résultats expérimentaux Conclusions Introduction Sondeurs multifaisceaux Résultats expérimentaux INTERFEROMETRIE CLASSIQUE 1 formation de voies = 1 sonde INTERFEROMETRIE PROPOSÉE 1 échantillon de phase = 1 sonde bathymétrique CÂBLE D'AMARRAGE

Interférométrie Résultats expérimentaux Conclusions Introduction Sondeurs multifaisceaux Conclusions Méthode classique : la régression linéaire appliquée à la différence de phase entraîne un filtrage passe-bas du relief. Méthode proposée : l’utilisation de toutes les sondes appartenant à l’ouverture du faisceau à -3dB améliore la résolution spatiale mais induit une augmentation du bruit. Triangulation : une grande baseline diminue l’erreur angulaire, mais augmente le nombre de sauts de phase et la phase interférométrique devient ambiguë. Échantillons exploitables : le coefficient de corrélation peut être utilisé pour déterminer l’intervalle de continuité de l’interférométrie. Détection multi écho : l’utilisation du coefficient de corrélation permet la détection de plusieurs échos par faisceau.