EP0291041B1 - Bouée marine servant de relais bidirectionnel entre une capsule sous-marine émettrice-réceptrice de signaux ultrasonores et une base terestre - Google Patents
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- G10K11/004—Mounting transducers, e.g. provided with mechanical moving or orienting device
- G10K11/006—Transducer mounting in underwater equipment, e.g. sonobuoys
Definitions
- the invention relates to a marine buoy serving as a bidirectional relay between an underwater capsule transmitting and receiving ultrasonic signals and a land base, comprising an acoustic transmitter for transmitting commands to the underwater capsule, hydrophones for receiving acoustic signals from the capsule, amplification and coding means delivering in response to these signals digital signals, a radio transmission / reception system and electrical supply means.
- Document FR-A-1.415.710 discloses a buoy which itself comprises all the measurement sensors or which is linked by a cable to an underwater capsule comprising the sensors. It is capable of transmitting the information collected and coded to a land station by radio.
- document US-A-4,070,671 describes a submarine navigation system. Different underwater buoys or capsules emit to and receive ultrasonic navigation signals from the surface.
- the object of the invention is therefore to propose a marine buoy which serves as a relay between an underwater source of ultrasonic signals and a terrestrial center, and which can remain operational without maintenance for years.
- This buoy must therefore be capable of transmitting - in real time - the measurement results from the underwater capsule to a terrestrial evaluation center which may possibly be more than 5000 km away.
- Fig. 1 shows a communication diagram between a buoy according to the invention and a land base and between the buoy and an underwater capsule.
- Fig. 2 schematically shows a buoy according to the invention.
- Fig. 3 shows a diagram of the instrumentation equipment of said buoy.
- This capsule includes an emitter / receiver of ultrasonic signals which communicates with similar organs on a buoy 3, namely ultrasonic transmitters 4 and ultrasonic hydrophones 5.
- the buoy floats on the surface of the sea and is anchored mechanically.
- the buoy is equipped with omnidirectional antennas making it possible to send measurement data to a satellite 6 in the microwave range and to communicate directly with a terrestrial base 7 in the short wave range.
- This buoy comprises a metal tube 8, 5 meters long and 60 centimeters wide, which contains a weight of 1500 kg in its lower part and an apparatus chamber 9 in its upper part.
- This room houses storage batteries and electronics.
- the tube 8 is fixed in a float 10 with a diameter of 2 meters and a height of 2 meters, which is filled with polyurethane foam.
- a pestle 12 4 meters high is erected, which supports yellow warning signs 13, solar panels 14, a radar reflector 15 to warn boats, a light source 16 , an antenna 17 for a passive satellite navigation system, an omnidirectional antenna 18 for transmitting data signals to the satellite 6 and an antenna 19 for direct two-way shortwave communication with the earth base.
- the computer is programmed so that it automatically gathers the data coming from the hydrophone 4 and the sensors 23 and it automatically transmits them to the transmission circuit 21 and the antenna 19.
- the transmission of a sequence of data incorrectly received at ground base 7 through the satellite triggers a diagnostic program.
- control signals are sent by the direct shortwave route to the buoy to repeat the data sequence in question. If the error persists, the diagnostic procedure can be extended by the same communication channel to computer 20 and even to capsule 1.
- the supply means on the buoy include the panels 14 and a storage battery 28 of 12 V / 105 Ah each, which can supply the buoy for more than a month without recharge.
- the solar panels 14 provide 30 W, which is sufficient to regularly recharge the batteries.
- Such a buoy can serve as a relay for years between one or more instrumented capsules placed at the bottom of the deep sea, and a distant land base to provide data concerning long-term phenomena in the deep sea and even phenomena in sediments under -seamen, in case the capsule or a part of it has penetrated into these sediments.
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Description
- L'invention se réfère à une bouée marine servant de relais bidirectionnel entre une capsule sous-marine émettrice-réceptrice de signaux ultrasonores et une base terrestre, comportant un émetteur acoustique pour transmettre des commandes à la capsule sous-marine, des hydrophones pour recevoir des signaux acoustiques de la capsule, des moyens d'amplification et de codage délivrant en réponse à ces signaux des signaux numériques, un système d'émission/réception radio et des moy ens d'alimentation électrique.
- Pendant ces dernières années, des navires de recherche ont entrepris des mesures océanographiques pour approfondir les connaissances sur le fond de mer en grande profondeur. A ces fins, des capsules de mesure ont été déposées sur le sol et les données recueillies par la capsule ont été transmises vers le navire soit par un câble soit par un canal de transmission ultrasonore. Les données ainsi acquises sont de valeur limitée, car, d'une part, elles ne donnent qu'une image instantanée, le navire ne pouvant rester en place que pour une période limitée, et d'autre part, les équipements de bord ne permettent souvent qu'une évaluation préliminaire des données acquises, l'évaluation définitive n'ayant lieu qu'après le voyage à l'aide des ordinateurs puissants d'un centre de recherche terrestre.
- On connait par le document FR-A-1.415.710 une bouée qui comporte elle-même tous les capteurs de mesure ou bien qui est liée par un câble à une capsule sousmarine comportant les capteurs. Elle est susceptible d'émettre les informations recueillies et codées vers une station terrestre par voie radio.
- Le document US-A-3.570.437 décrit une bouée servant en même temps de capsule de mesure. Cette capsule peut descendre à plusieurs reprises en profondeur pour collectionner des données qui sont alors stockées sur bande jusqu'à la prochaine apparition à la surface. La télécommande par une base terrestre est transmise par la même voie radio bidirectionnelle que les données provenant des capteurs. Une mémoire sert à stocker les données jusqu'à la prochaine apparition en surface.
- Dans le document US-A-3.191.202, on décrit une bouée flottante qui dispose elle-même de capteurs et qui émet les données captées vers un satellite géostationnaire.
- Enfin, le document US-A-4.070.671 décrit un système de navigation sousmarine. Différentes bouées ou capsules sousmarines émettent vers et reçoivent des signaux de navigation ultrasonores de la surface.
- L'invention a donc pour but de proposer une bouée marine qui sert de relais entre une source sous-marine de signaux ultrasonores et un centre terrestre, et qui peut rester opérative sans entretien pendant des années. Cette bouée doit donc être susceptible de transmettre - en temps réel - les résultats de mesure de la capsule sous-marine vers un centre terrestre d'évaluation qui peut éventuellement être distant de plus de 5000 km.
- Ce but est atteint par une bouée marine telle que spécifiée dans la revendication principale.
- En ce qui concerne des mises en oeuvre préférées, référence est faite aux sous-revendications.
- L'invention sera décrite ci-après plus en détail à l'aide d'un exemple préféré de réalisation et des dessins.
- Fig. 1 montre un schéma de communication entre une bouée selon l'invention et une base terrestre et entre la bouée et une capsule sous-marine.
- Fig. 2 montre schématiquement une bouée selon l'invention.
- Fig. 3 représente un schéma de l'équipement d'instrumentation de ladite bouée.
- Sur la fig. 1, on voit une capsule 1 instrumentée, qui est placée dans les sédiments 2 au fond de la mer. Alternativement et en fonction de l'objet de la recherche, la capsule peut être déposée au fond de la mer ou flotter dans l'eau à une certaine hauteur.
- Cette capsule comporte un émetteur/récepteur de signaux ultrasonores qui communique avec des organes analogues sur une bouée 3, à savoir des émetteurs ultrasonores 4 et des hydrophones ultrasonores 5. La bouée flotte à la surface de la mer et elle est ancrée mécaniquement. La bouée est munie d'antennes omnidirectionnelles permettant d'envoyer des données de mesure vers un satellite 6 dans la gamme des microondes et de communiquer directement avec une base terrestre 7 dans la gamme des ondes courtes.
- Sur la fig. 2, on voit plus en détail la structure mécanique de la bouée 3 de la fig. 1. Cette bouée comporte un tube métallique 8, long de 5 mètres et large de 60 centimètres, qui contient un poids de 1500 kg dans sa partie inférieure et une chambre d'appareillage 9 dans sa partie supérieure. Cette chambre loge des batteries d'accumulateur et l'életronique. Le tube 8 est fixé dans un flotteur 10 d'un diamètre de 2 mètres et d'une hauteur de 2 mètres, qui est rempli de mousse de polyuréthane. Au-dessus du niveau de l'eau 11, un pilon 12 de 4 mètres de hauteur est érigé, qui supporte des panneaux jaunes d'avertissement 13, des panneaux solaires 14, un réflecteur radar 15 pour avertir les bateaux, une source lumineuse 16, une antenne 17 pour un système passif de navigation par satellite, une antenne omnidirectionnelle 18 pour émettre des signaux de données vers le satellite 6 et une antenne 19 pour la communication bidirectionnelle directe par ondes courtes avec la base terrestre.
- L'instrumentation de la bouée est représentée sur la fig. 3. Elle est regroupée autour d'un ordinateur 20, qui supervise le flux de données vers un certain nombre d'unités périphériques et vice-versa, à savoir
- un circuit d'émission 21 alimentant l'antenne 19 de liaison avec le satellite 6,
- un circuit d'émission/réception 22 établissant à travers l'antenne 18 la liaison bidirectionnelle en ondes courtes avec la base terrestre 7,
- des capteurs 23 placés directement sur la bouée et mesurant par exemple des valeurs météorologiques ou géochimiques de l'eau,
- un système 24 d'émission ou de réception des signaux de localisation haute fréquence ou hyperfréquence pour la localisation de la bouée et pour sa récupération éventuelle,
- une mémoire 25 telle qu'une enregistreuse à bande magnétique sans fin ou un disque permettant de stocker les signaux les plus récents ou leurs équivalents numériques en provenance de la capsule pendant un certain temps tel que quelques jours ou quelques semaines,
- un générateur 26 de signaux de commande envoyant des signaux par l'émetteur ultrasonore 4 vers la capsule pour lui transmettre des signaux de commande,
- des moyens d'amplification et de codage 27 transmettant les signaux provenant de l'hydrophone 5 vers l'ordinateur 20,
- et des moyens d'alimentation composés d'une batterie d'accumulateurs 28 et des panneaux solaires 14 pour sa recharge.
- L'ordinateur est programmé de telle sorte qu'il rassemble automatiquement les données provenant de l'hydrophone 4 et des capteurs 23 et il les émet automatiquement vers le circuit d'émission 21 et l'antenne 19. La transmission d'une séquence de données incorrectement reçue à la base terrestre 7 à travers le satellite déclenche un programme de diagnostique. Selon ce programme, des signaux de commande sont émis par la voie directe en ondes courtes vers la bouée pour répéter la séquence de données en question. Si l'erreur persiste, on peut élargir par la même voie de communication la procédure de diagnostique à l'ordinateur 20 et même à la capsule 1.
- En utilisant cette voie de communication, il est également possible d'interroger des capteurs 23 ou via l'émetteur 4 la capsule pour obtenir des informations supplémentaires ou pour changer le fonctionnement des capteurs.
- Les moyens d'alimentation sur la bouée comportent les panneaux 14 et une batterie d'accumulateur 28 de 12 V/105 Ah chacune, qui peuvent alimenter la bouée pendant plus d'un mois sans recharge. Les panneaux solaires 14 fournissent 30 W, ce qui suffit pour recharger régulièrement les accumulateurs.
- Une telle bouée peut servir de relais pendant des années entre une ou plusieurs capsules instrumentées placées au fond de la mer profonde, et une base terrestre éloignée pour fournir des données concernant les phénomènes long-terme en mer profonde et même des phénomènes dans des sédiments sous-marins, au cas où la capsule ou une partie de celle-ci ait pénétrée dans ces sédiments.
Claims (3)
- Bouée marine (3) servant de relais entre une base terrestre (7) et une capsule sous-marine (1) émettrice de signaux, comportant des moyens pour recevoir et coder des signaux provenant de la capsule, des moyens d'émission radio (21) pour émettre lesdits signaux vers la base terrestre (7), des moyens d'alimentation électrique comportant des accumulateurs (28) rechargés par des panneaux solaires (14),
caractérisée en ce qu'elle comporte aussi- un émetteur acoustique ultrasonore (4) pour transmettre des commandes à la capsule sous-marine,- des hydrophones (5) pour recevoir des signaux acoustiques ultrasonores provenant de la capsule- des moyens d'amplification et de codage (27) délivrant en réponse à ces signaux des signaux numériques,- une mémoire (25) permettant de stocker les signaux les plus récents ou leurs équivalents numériques pendant au moins quelques semaines sous le contrôle d'un ordinateur (20),- un émetteur/récepteur (22) haute fréquence pour une liaison bidirectionnelle directe entre la base terrestre (7) et la bouée (3), permettant, à partir de la base terrestre, de commander la retransmission de données erronées ou de déclencher une procédure de diagnostic au niveau de la bouée, et en ce que
les moyens d'émission radio (21) comportent une antenne omnidirectionnelle (19) de liaison avec un satellite géostationnaire (6). - Bouée selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte de plus un émetteur (4) de signaux ultrasonores qui coopère sous le contrôle de l'ordinateur (20) avec un récepteur correspondant placé dans ladite capsule (1) pour lui transmettre des signaux de commande, et des hydrophones (5) servant à recevoir des signaux ultrasonores provenant de ladite capsule.
- Bouée selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'elle comporte de plus un système (24) de localisation par satellite.
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