Multi-frequency imagery based on the non-linearity of propagation : applications to characterization of the seafloor
Institution:
Paris 6Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
Les systèmes imageurs en acoustique sous-marine fonctionnent en général sur une bande étroite en fréquence : une diversité en fréquence des intensités rétrodiffusées ne peut donc être obtenue. Or on sait maintenant que la diversité fréquentielle est importante pour extraire des informations pertinentes sur la nature du fond. Actuellement, recueillir des telles données implique l'utilisation de plusieurs systèmes différents : ces données acquises ne sont pas parfaitement alignées dans le temps et l'espace, et par conséquent leur fusion est problématique. Nous proposons d'étudier un nouveau concept d’émetteur multi-fréquentiel fondé sur la non linéarité de la propagation. L’idée est d’émettre une onde sinusoïdale avec suffisamment d’énergie pour que le phénomène de saturation apparaisse (la forme de l’onde se déforme en dent de scie au cours de la propagation). Vu que la source est unique, les faisceaux ainsi générés aux différentes harmoniques sont parfaitement corrélés aussi bien dans l'espace que le temps. A noter que selon l'implémentation choisie, la diversité spatiale peut être aussi incluse. Un simple modèle théorique basé sur l’équation de Burgers généralisée a été développé afin d'étudier la propagation non-linéaire multi-fréquentielle. Trois sources ont été dimensionnées et testées en bassin expérimental pour prouver la faisabilité de l’émission multi-fréquencielle. Les comparaisons entre les résultats numériques et expérimentaux ont permis de valider notre modèle. Un attention particulière a été portée à la mise au point d’une source dédiée à la conception d’un prototype de sonar latéral multi-fréquentiel. Afin de tester le système en mer, un récepteur large bande a été aussi réalisé. Une analyse des premiers résultats obtenus avec ce système est décrite et les prospectives futures sont présentées.
Abstract FR:
Classical acoustical surveying systems gather data about the seafloor usually on a narrow frequency bandwidth: a single system does not provide frequency diversity in the collected acoustic backscattered intensities. Gathering data at different frequencies has been revealed to be an interesting asset for sea floor characterization. At the present time, to collect multifrequency information implies the use of different systems. Consequently, the acquired data are not perfectly matched in time and space, and their fusion is problematic. The feasibility of an original system that takes advantage of nonlinear propagation to achieve a multi-frequency source is presented. The principle is to generate a harmonic pulse with sufficient energy so that the saturation phenomenon emerges (Shooter et al. , 1974). As a result, a single source generates a whole set of beams at the harmonic frequencies, and all these beams are perfectly superposed both in time and in space. First, a preliminary study in which a simplistic theoretical model based on a generalized Burgers’ equation is introduced. This was useful in the nonlinear propagation study and array sizing. Three sources conceived in our laboratory have been tested in pool facilities to study the multi-frequency emission feasibility. A special attention was focused on experimental development; however a comparison between numerical and experimental results is made. The research was then extended further to develop a Multi-frequency Side Scan Sonar prototype. A broadband receiver was realized within the purpose of one-day sea trials. A thorough analysis of the system and the future prospective are presented.