Trajectographie passive en champ proche par antenne linéaire remorquée et trois antennes de flanc d'un sous-marin, avec prise en compte de la propagation

Multipath target motion analysis from a towed array and three flank arrays mounted on a submarine in the near-field

• Auteur / Autrice : Antoine Lebon
• Direction : Claude Jauffret, Annie-Claude Pignol Pérez
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique, signal, productique, robotique
• Date : Soutenance le 08/07/2022
• Etablissement(s) : Toulon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mer et Sciences. ED 548 (Toulon)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Matériaux Microélectronique Nanosciences de Provence (IM2NP) (Marseille, Toulon) - Institut Matériaux Microélectronique Nanosciences de Provence (IM2NP) (Marseille, Toulon)
• Jury : Président / Présidente : Cédric Richard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alain Y. Kibangou, Guillaume Ginolhac

Mots clés

Mots clés contrôlés

Trajectographie

Acoustique sous-marine

Sonar latéral

Sous-marins -- France

Mots clés libres

Sonar

Trajectographie

Observabilité

Estimation

Borne de Cramer-Rao

Détection

Propagation

Sonar

Target Motion Analysis

Observability

Estimation

Cramer-Rao bound

Detection

Propagation

Résumé

Un sous-marin dispose d'une antenne linéaire remorquée et éventuellement d'antennes montées sur ses flancs pour détecter et localiser les sources d'intérêt. Pour les sources en mouvement, il dispose d'une fonction trajectographie en aval de son système sonar. L'antenne linéaire remorquée délivre des mesures de cosinus de pseudo-gisements fournies par le traitement d'antenne. Pour les antennes de flanc, les mesures sont des différences de temps d'arrivée et éventuellement le cosinus d'élévation de l'onde incidente. Lorsque les sources sont en mouvement rectiligne uniforme (MRU), les méthodes conventionnelles de trajectographie passive par mesures d'angle les supposent évoluant en champ lointain. Dans cette thèse, nous proposons de solutions au problème de la trajectographie passive d'une source se déplaçant en MRU en champ proche.Contrairement au champ lointain, la propagation de l'onde acoustique ne peut plus être cantonnée au trajet direct seul. L'observabilité de la trajectoire de la source est étudiée pour chaque type d'antenne (donc de mesure). Nous évaluons ensuite les performances de l'estimateur du maximum de vraisemblance que nous avons proposé. Nous montrons que la profondeur de la source est faiblement estimable dans la plupart des cas et d'une hypothèse sur celle-ci est suffisante pour obtenir des résultats opérationnellement viables.

A submarine detects and localizes sources of interest using a towed array, and possibly arrays mounted on its flanks. For moving sources, a tracking function downstream of its sonar system is available. The towed array, by the use of a suitable spatial filtering method, detects the cosine of the conical angle. For the flank arrays, the measurements are the time differences of arrival and possibly, the cosine of the elevation angle of the incident ray. When the sources are in constant velocity (CV) motion, the conventional methods of passive target motion analysis (TMA) with angle measurements assume them in the far-field.In this thesis, we propose solutions to the problem of passive TMA of a source moving in CV motion in the near-field. Unlike the far-field, the propagation of the acoustic waves can no longer be restricted to the direct path. Observability of the source trajectory is studied for each type of array (therefore measurement). We them evaluate the performance of the maximum likelihood estimator that we have proposed. We show that the depth of the source is weakly estimable in most cases and that an assumption on it is necessary to obtain operationally viable results.