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EP-3764570-B1 - METHOD FOR CALIBRATING AN ACOUSTIC ANTENNA, AND CORRRESPONDING ACOUSTIC ANTENNA

EP3764570B1EP 3764570 B1EP3764570 B1EP 3764570B1EP-3764570-B1

Inventors

  • PERRIER, Régis
  • NGUYEN, Van-Tri

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20200706

Claims (12)

  1. A method for calibrating an acoustic antenna (10), the acoustic antenna comprising a plurality of transducers (11 0 , 11 k ), each transducer k, with k = 0,1...K, being able to generate an electrical signal s k under the effect of a detection of an acoustic wave, the antenna comprising elementary transducers (11 k ) distributed over an antenna row or an antenna plane, about a reference transducer (11 0 ), the antenna defining a main axis (Y 0 ), passing through the reference transducer, and perpendicular to the antenna row or antenna plane, the method comprising the following steps: a) placing a calibration source (5) in at least one position with respect to the antenna, the calibration source being able to transmit a calibration acoustic wave (6) that propagates to the antenna; b) measuring signals s k generated by all or some of the elementary transducers in response to the calibration acoustic wave; c) on the basis of the measurements performed in step b), determining a temporal phase shift ( p 0 k,n , p k,j ) of the signal respectively generated by each elementary transducer, each temporal phase shift being defined with respect to a reference signal ( s 0 ) generated by the reference transducer; d) reiterating a) to c), in such a way that, in at least one iteration, the position of the calibration source may be considered to be centered on the main axis; the method comprising estimating a phase shift, called the intrinsic phase shift, of each elementary transducer with respect to the reference transducer, the estimation of the phase shift comprising: e) concatenating temporal phase shifts determined in each step c), so as to form a vector of measured phase shifts ( P 0 , P 0 P ); f) taking into account a change-of-basis matrix ( M ); g) on the basis of the change-of-basis matrix ( M ) and of the vector of measured phase shifts, estimating a phase shift of each elementary transducer with respect to the reference transducer. Wherein the change-of-basis matrix contains : - respective distances ( dx k , dz k ) between the reference transducer and each elementary transducer ; - or a concatenation of a number of identity matrices ( I k ) equal to the number of iterations ( N ) performed , the calibration source being centered with respect to the main axis, the size of each identity matrix corresponding to the number of elementary transducers ( K ) for which it is desired to determine the phase shift.
  2. The method as claimed in claim 1, wherein the antenna extends along a longitudinal axis (X), and wherein at least one iteration of steps a) to c) is implemented with the calibration source placed in a position off the main axis (Y 0 ), such that the acoustic wave (6) transmitted by the calibration source (5) propagates to the reference transducer in such a way as to make a first angle (θ j ) to the longitudinal axis, the method being such that: - in step f), the change-of-basis matrix contains the respective distances ( dx k ), along the longitudinal axis, between the reference transducer and each elementary transducer; - step g) comprises estimating the first angle (θ j ).
  3. The method as claimed in claim 2, wherein, in the change-of-basis matrix ( M ), the distances between the reference transducer and each elementary transducer, along the longitudinal axis, are normalized by a propagation speed of the acoustic wave.
  4. The method as claimed in claim 2 or claim 3, wherein the antenna also extends along a lateral axis (Z) that is secant to the longitudinal axis (X), such that the acoustic wave transmitted by the calibration source propagates to the reference transducer in such a way as to make a second angle (ρ j ) to the lateral axis (Z), the method being such that: - in step f), the change-of-basis matrix (M) contains the respective distances ( dz k ),, along the lateral axis, between the reference transducer and each elementary transducer; - step g) comprises estimating the second angle (ρ j ).
  5. The method as claimed in claim 4, wherein, in the change-of-basis matrix (M), the distances between the reference transducer and each elementary transducer, along the lateral axis, are normalized by a propagation speed of the acoustic wave.
  6. The method as claimed in any one of the preceding claims, wherein : - the iterations of steps a) to c) are repeated a plurality of times for at least one given position of the calibration source, the calibration source being centered with respect to the main axis; - the change of base matrix (M) contains a concatenation of a number of identity matrices ( I k ) equal to the number of iterations (N) performed, the size of each identity matrix corresponding to the number of elementary transducers (K) for which it is desired to determine the phase shift.
  7. The method as claimed in any one of the preceding claims, wherein the iterations of steps a) to c) are repeated a plurality of times for at least one given position of the calibration source.
  8. The method as claimed in any one of the preceding claims, comprising, for all or some of the elementary transducers, a step h) of transmitting an acoustic wave to the antenna, and of comparing the signals ( s k , s 0 ) respectively generated by each elementary transducer and by the reference transducer in response to the transmitted acoustic wave, so as to assign a gain ( g k ) to each elementary transducer on the basis of the comparison.
  9. The method as claimed in claim 8, wherein the comparison is a ratio between the respective integrals of the absolute values of the signals( s k , s 0 ) respectively generated by each elementary transducer and by the reference transducer.
  10. The method as claimed in any one of the preceding claims, wherein steps e) to g) are implemented by a processing unit (20) connected to the transducers of the antenna.
  11. The method as claimed in in any one of the preceding claims, wherein a transducer of the antenna transmits an acoustic wave to a reflector (7) placed facing the antenna, in such a way that the acoustic wave reflected by the reflector forms the calibration acoustic wave.
  12. An acoustic antenna (10), comprising a plurality of transducers (11 0 , 11 k ), each transducer being able to generate an electrical signal under the effect of a detection of an acoustic wave, the antenna comprising elementary transducers(11 k ) distributed over an antenna row or an antenna plane, about a reference transducer (11 0 ), the antenna defining a main axis (Y 0 ), passing through the reference transducer, and perpendicular to the antenna row or antenna plane, the antenna comprising a processing unit (20), configured to implement steps c) to g) of a method as claimed in in any one of the preceding claims, on the basis of a measurement of signals generated by all or some of the elementary transducers in response to a calibration acoustic wave transmitted by a calibration acoustic source placed facing the antenna.

Description

DOMAINE TECHNIQUE Le domaine technique de l'invention est le domaine des antennes acoustiques. ART ANTERIEUR Une antenne acoustique est formée de transducteurs indépendants, disposés sur un support. En réponse à une onde acoustique se propageant vers l'antenne, chaque transducteur génère un signal, les signaux respectivement générés par les différents transducteurs étant individuellement accessibles. De telles antennes sont actuellement utilisées dans des dispositifs de la vie courante. Elles peuvent par exemple équiper des sonars embarqués dans un véhicule, de façon à détecter la présence d'un obstacle à proximité du véhicule. L'essor du développement de transducteurs de type résonateurs électromécaniques, qu'il s'agisse de MEMS (Micro-Electro Mechanical Systems) ou de NEMS (Nano-Electro Mechanical Systems), a permis la fabrication d'antennes acoustiques à un coût modéré. En effet, ces transducteurs sont fabriqués selon des procédés de microfabrication collectifs, ce qui réduit le coût de fabrication. Généralement, les transducteurs s'étendent soit selon une ligne, soit selon une surface, le plus souvent plane. Une des conséquences de l'utilisation de transducteurs de faible coût est la présence d'imperfections. Ainsi, sur une même antenne, le gain et la phase des différents transducteurs peuvent présenter des disparités importantes. Le gain d'un transducteur conditionne l'amplitude du signal électronique généré par le transducteur en réponse à une onde acoustique. La phase est liée au temps de réponse d'un transducteur, c'est-à-dire le délai entre la réception d'une onde acoustique et la formation d'un signal électronique en réponse à cette onde. Préalablement à l'utilisation d'une antenne, une phase de calibration est nécessaire, de façon à corriger les disparités entre les gains et les phases de chaque transducteur. Généralement, durant cette phase de calibration, on utilise une source de calibration dont l'emplacement doit être précisément contrôlé. Le document US2011/0164467 décrit un procédé de calibration de transducteurs formant un Sonar. Dans ce document, l'objectif est de décrire une fonction de réponse angulaire de chaque transducteur. La fonction de réponse peut être obtenue en utilisant une sphère réfléchissante les transducteurs étant mobiles en rotation par rapport à la sphère. L'angle de rotation est précisément contrôlé : il varie par pas de 5° entre -75° et + 75°. Un tel procédé suppose de connaître précisément la position de la source de calibration. Un autre document illustrant l'état antérieur de l'art est FR 2 699 687. Les inventeurs ont conçu un procédé de calibration simple à mettre en œuvre, et pouvant être effectué manuellement, sans nécessiter un positionnement précis de la source de calibration. EXPOSE DE L'INVENTION Un premier objet de l'invention est un procédé de calibration d'une antenne acoustique, l'antenne acoustique comportant une pluralité de transducteurs, chaque transducteur étant apte à générer un signal électrique sous l'effet d'une détection d'une onde acoustique, l'antenne comportant des transducteurs élémentaires répartis selon une ligne d'antenne ou un plan d'antenne, autour d'un transducteur de référence, l'antenne définissant un axe principal, passant par le transducteur de référence, et perpendiculaire à la ligne d'antenne ou au plan d'antenne, le procédé comportant les étapes suivantes : a) disposition d'une source de calibration en au moins une position par rapport à l'antenne, la source de calibration étant apte à émettre une onde acoustique de calibration se propageant vers l'antenne ;b) mesure des signaux générés par tout ou partie des transducteurs élémentaires en réponse à l'onde acoustique de calibration ;c) à partir des mesures effectuées lors de l'étape b), détermination d'un déphasage temporel du signal respectivement généré par chaque transducteur élémentaire, chaque déphasage temporel étant déterminé par rapport à un signal de référence généré par le transducteur de référence ;d) réitération des étapes a) à c), par exemple jusqu'à un nombre prédéterminé d'itérations, de telle sorte que lors d'au moins une itération, la position de la source de calibration est considérée comme centrée sur l'axe principal ; le procédé comportant une estimation d'un déphasage, dit déphasage intrinsèque, de chaque transducteur élémentaire par rapport au transducteur de référence, l'estimation du déphasage comportant :e) concaténation des déphasages temporels déterminés lors de chaque étape c), de façon à former un vecteur de déphasages mesurés;f) prise en compte d'une matrice de passage telle que définie selon la revendication 1;g) à partir de la matrice de passage et du vecteur de déphasages mesurés, estimation d'un déphasage de chaque transducteur élémentaire par rapport au transducteur de référence. Selon un mode de réalisation, l'antenne s'étend selon un axe longitudinal. Au moins une itération des étapes a) à c) est mise en œuvre en disposant la source de calibr