Brevet FR2527784A1 — publié le 19831202

? 784 PROCEDE ET DISPOSITIF POUR LE REPERAGE ACOUSTIQUE PAR CORRELATION La présente invention se rapporte à un procédé pour le repérage acoustique par corrélation dans lequel les signaux acoustiques provenant d'une source de signaux sont reçus par des récepteurs d'une base de repérage, avec un décalage dans le temps et ces signaux de la base de repérage sont mis en corrélation pour la détermination du décalage dans le temps et ainsi de la direction de provenance des signaux acousti- ques, ainsi qu'au dispositif -pour la mise en oeuvre de ce procédé. Dans le repérage acoustique par corrélation, les signaux acoustiques émis par un objectif sont reçus par une base de repérage, par exemple avec deux microphones ou avec quatre microphones disposés dans les coins d'un tétraèdre. Ces signaux de base de repérage de microphone sont mis en- corrélation les uns avec les autres Lors de la corrélation, on élimine par formation de moyenne les signaux acoustiques qui ne proviennent pas d'une source de signaux, mais qui sont répartis statistiquement, comme par exemple des bruits de fond tels que la pluie, le vent ou analogues, et par contre les signaux provenant d'une source de signaux pouvant être localisée sont totalisés par une intégration dans le temps, donc dans la fonction de corrélation se présentent des pics de corrélation, pouvant être attribués de façon univoque à ces sources de signaux Ces pics de corrélation donnent la valeur du décalage dans le temps avec lequel les signaux provenant de la source de signaux sont reçus par les micro- phones A partir de ce décalage dans le temps, on détermine la direction de la source de signaux par rapport à la dispo- sition des microphones. Des dispositifs de repérage acoustique par corréla- tion sont utilisés lorsque des sources-de signaux acoustiques doivent être repérées, par exemple dans le domaine militaire, pour le repérage des blindés. Les blindés sont entre autres attaqués avec de muni- tions -à chute freinée Les munitions à chute freinée sont éjectées par un avion ou un réservoir de munitions puis 2 2527784 tombent lentement, par exemple d'abord en étant freinées par un parachute et enfin par l'air, au sol et pour la stabilisa- tion, elles tournent généralement autour d'un axe vertical. La munition à chute freinée présente une tête chercheuse ainsi que des propulseurs de contrôle qui sont commandés par les signaux de la tête chercheuse, e t qui après détection d'un objectif, déplacent la munition transversalement en direction de cet objectif Il serait souhaitable que la tête chercheuse puisse être équipée d'une installation de repérage acoustique par corrélation, car celle-ci peut être de cons- truction moins compliquée, et plus moins chère, que les installations électromagnétiques habituellement utilisées de repérage, comme par exemple des installations à radar ou à ladar. Cependant, dans le cas d'un repérage acoustique par corrélation avec base de repérage rotative, il se pose un problème: d'une part, le temps de corrélation doit être très court, pour que, pendant sa durée, la position de la base de repérage ne change que peu par rapport à la direction de l'incidence des signaux acoustiques; d'autre part, en écourtant le temps de corrélation, le gain du traitement des signaux et ainsi la portée de repérage diminue. La présente invention a par conséquent pour tâche de développer un procédé et un dispositif pour le repérage acoustique par corrélation du type défini ci-dessus de façon qu'également avec une base de repérage rotative, le gain de traitement des signaux soit élevé. Cette tâche est atteinte selon l'invention par un procédé et un dispositif dans lesquels, dans le cas d'une base de repérage tournant à un nombre constant de tours, les signaux de la base de repérage sont mise en corrélation dans des secteurs successifs d'angle de rotation de la base de repérage, les fonctions de corrélation ainsi obtenues sont mémorisées avec les pics de corrélation à attribuer à la source de signaux et sont pondérées avec un facteur d'affai- blissement déterminant une durée d'affaiblissement, les 3 2527784 fonctions de corrélation de secteurs égaux d'angle de rota- tion sont additionnées et la variation, dans le temps, des positions des pics de corrélation est égalisée et la direc- tion des signaux acoustiques est déterminée à partir de cette variation égalisée. Selon l'invention, l'angle périphérique de la base de repérage rotative est subdivisé en secteurs d'angle de rota- tion Cette subdivision est dérivée, dans le temps, de la fréquence de rotation de la base de repérage Un capteur de la position de rotation donne les positions de rotation importantes pour la stabilité de la direction dans l'espace de la subdivision ainsi que la fréquence de rotation Les fonctions de corrélation mesurées à l'intérieur de chaque secteur d'angle de rotation avec leurs pics de corrélation à attribuer à l'objectif choisi, sont mémorisées et pondérées avec un facteur de temps qui établit un temps déterminé- d'affaiblissement pour la fonction-dé corrélation Les fonc- tions de corrélation de secteurs identiques d'angle de rota- tion sont additionnées lors de rotations successives de la base de repérage Pour obtenir, par post-intégration, une augmentation du gain de traitement de signaux, la variation dans le temps des pics de corrélation pendant la rotation de la base de repérage est égalisée Dans le cas d'une rotation constante de la base de repérage, la variation dans le temps des pics de corrélation est une courbe sinusoïdale Par l'égalisation et en raison de la connaissance précise de la fréquence de rotation de la base de repérage, la position attendue du pic de corrélation peut être prévue de façon très précise Par cette synchronisation et cette commande de toutes les mesures et exploitations avec la fréquence de rotation, le gain du traitement de signaux et ainsi également la portée de repérage sont très importants et donc, malgré la base de repérage en rotation, on peut obtenir des valeurs univoques de direction pour la source de signaux - Pour la mesure de la position de rotation et de la fréquence de rotation de la base de repérage, on peut utiliser de façon simple le champ magnétique terrestre Un capteur du champ magnétique terrestre, dans le cas le plus 4 2527784 simple une bobine, donne, lorsque l'axe de la bobine est perpendiculaire à l'axe de rotation de la base de repérage, lors de la rotation dans le champ magnétique terrestre, une tension sinusoïdale dont la fréquence est identique à la fréquence de rotation de la base de repérage Cela se produit toujours lorsque l'axe de rotation du capteur de champ magné- tique ne correspond pas exactement à la direction du champ magnétique de l'espace La tension de sortie de forme sinu- soidale du capteur du champ magnétique est multipliée en fréquence, à l'aide d'une synchronisation avec verrouillage de phase A l'aide de ce signal multiplié en fréquence, l'angle périphérique de la base de repérage en rotation -est divisé en secteurs d'angle de rotation stables en direction spatiale Avec ce signal multiplié en fréquence est également effectuée l'exploitation synchronisée de la corrélation. Une installation de repérage par corrélation com- prend une base acoustique de repérage avec deux micro- phones, dont les signaux sont traités de façon analogique et un corrélateur, avantageusement un corrélateur binaire, auquel sont appliqués les signaux; de plus, un capteur pour la mesure des modifications du flux magnétique, par lequel est fourni un signal sinusoïdal correspondant à la position de rotation et à la fréquence de rotation de la base de repérage et après plus ample traitement dans un étage multi- plicateur de fréquence verrouillé en phase, un signal de commande pour la subdivision de l'angle périphérique de la base de repérage en secteurs d'angle de rotation stables en direction spatiale ainsi que pour la commande du processus d'exploitation; et enfin un micro-calculateur o les fonc- tions de corrélation sont mémorisées, -sont multipliées par un facteur d'affaiblissement et sont additionnées Dans le micro-calculateur est de plus égalisée la variation sinusoi- dale de la position des pics de corrélation Le signal multi- plié en fréquence obtenu de la fréquence de rotation attaque le microcalculateur qui de façon correspondante, lit le corrélateur binaire et le met en marche, mémorise, pondère et additionne les fonctions de corrélation et de plus détermine constamment, à partir de la variation sinusoïdale égalisée de la position des pics de corrélation, la direction de la source de signaux Si la base de repérage se compose de deux microphones, au passage par O de la variation sinusoïdale égalisée, la direction de l'objectif est perpendiculaire à la base de repérage Par l'amplitude maximum de cette variation sinusoïdale, on obtient l'angle entre l'axe de rotation de la base de repérage et la direction de l'objectif Lorsque le dispositif de repérage par corrélation est utilisé dans des munitions à chute freinée qui tournent autour de leur axe, le micro-calculateur commande également les mesures pour combattre l'objectif. Un dispositif de repérage par corrélation selon l'invention est particulièrement adapté à une utilisation dans des munitions autochercheuses, pour combattre des objectifs émettant des signaux acoustiques, lorsque la muni- tion tourne de façon sensiblement stable autour de son axe, vole relativement lentement et est de tout au plus propulsée par intermittence. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation donné à titre indi- catif mais nullement limitatif en référence au dessin annexé dans lequel: la figure unique donne un schéma bloc d'un dispositif de repérage par corrélation selon l'invention. Le dispositif de repérage par corrélation 1 qui est représenté sur la figure unique, est incorporé dans une munition à chute freinée pouvant être éjectée d'un avion porteur ou analogue, qui n'est pas représenté ici, pour combattre les blindés La munition tourne lentement autour d'un axe vertical A et présente une base de repérage b perpendiculaire à cet axe A avec deux microphones 2 et 3. Pendant la rotation de la base de repérage autour de l'axe A, les deux microphones reçoivent le signal acoustique rayonné par un objectif, avec une variation dans le temps qui change périodiquement Dans le cas d'une rotation stable et avec une direction constante de l'incidence du signal acoustique, la variation dans le temps décrit une courbe sinusoïdale, dont 6 2527784 la fréquence est identique à la fréquence de rotation de la munition, dont l'amplitude dépend, en dehors de la distance b des microphones et de la vitesse du son, de l'angle entre l'axe de rotation A et la direction d'incidence du signal acoustique et dont la phase est déterminée par la position de rotation de la base de repérage vis-à-vis du-plan défini par l'axe de rotation et la direction d'incidence du signal acoustique Les signaux des deux microphones sont dans un étage de traitement de signaux respectivement 4 ou 5 pré- amplifiés, limités en bande, rendus blanc, limités "durs", ensuite analysés et mis en corrélation binaire pour la déter- mination de la variation dans le temps entre les signaux dans un corrélateur binaire 6 La corrélation se produit à l'inté- rieur de petits secteurs d'angle de rotation le long de l'angle périphérique de la base de repérage en rotation b, secteurs à l'intérieur desquels la position de la base de repérage par rapport à la direction d'incidence du signal acoustique ne change que peu. La corrélation et ensuite l'interprétation ont lieu avec commande par horloge et le signal d'horloge est déve- loppé à partir de la fréquence de rotation Dans ce but, la munition à chute freinée contient un capteur du champ magné- tique terrestre, dans ce cas une bobine 7, qui est monté rigidement dans la munition dans un plan vertical et qui se trouve, par son diamètre, dans l'axe de rotation A Si la munition tourne dans le sens montré par la flèche, autour de l'axe de rotation A, la bobine 7 produit alors une tension de sortie de forme sinusoïdale dont la fréquence est identique à la fréquence de rotation de la munition La tension de sortie est amplifiée dans un circuit de traitement de signaux 8 et est ensuite appliquée à un circuit multiplicateur de fréquence verrouillé en phase 9 Le signal synchronisé à la fréquence de rotation à la sortie du circuit multiplicateur de fréquence 9 est utilisé, après traitement approprié, en tant que signal d'horloge d'un micro-calculateur ou calcula- teur 10 Par ce signal d'horloge est établie la grandeur de chaque secteur d'angle de rotation, dans lequel les signaux de microphone sont mis en corrélation binaire Le micro- calculateur commande à la même cadence le corrélateur binaire 6 et reçoit de celui-ci les fonctions de corrélation obte- nues à l'intérieur de chaque secteur d'angle de rotation. Les fonctions de corrélation avec chaque pic de corrélation sont mémorisées dans le micro-calculateur Les valeurs des fonctions de corrélation sont pondérées par un facteur de temps, de façon que les fonctions de corrélation reçues dimi- nuent en correspondant à ce facteur de temps Après chaque rotation précise de la base de repérage avec-les deux micro- phones 2 et 3, les fonctions de corrélation obtenues de secteurs égaux d'angle de rotation sont additionnées aux fonctions de corrélation mémorisées et pondérées dans la mémoire du calculateur Par cette addition, les pics de corrélation, qui doivent être attribués à un objectif, sont mis en évidence La variation dans le temps des pics de corrélation pendant la rotation de la munition décrit un sinus à une fréquence constante de rotation La variation dans le temps de la position des -pics de corrélation est soumise à un processus de filtrage et est ainsi égalisée à la variation sinusoïdale attendue La direction de l'objectif est alors déterminée à partir de cette variation sinusoïdale égalisée A chaque passage par 0, l'objectif est perpendicu- laire à la base de repérage L'amplitude de cette variation sinusoïdale a d'autant plus de valeur que l'angle entre la direction de l'objectif et l'axe-de rotation de la munition est plus important Si l'amplitude est nulle, la munition est dirigée par son axe de rotation directement sur l'objectif. Si cela n'est pas le cas, le micro-calculateur 10 applique, sur la base de la détermination de la direction de l'objec- tif, des signaux de commande à une commande de propulseur 11 de la munition La munition présente par exemple répartis le long de son pourtour plusieurs propulseurs comme des généra- teurs à gaz, à l'aide desquels la munition peut être dépla- cée, en cas de commande correspondante, transversalement. Cela se produit jusqu'à ce que l'amplitude de la variation des pics de corrélation atteigne la valeur 0. Bien entendu, le dispositif décrit de repérage par corrélation peut également être utilisé dans d'autres cas et pas seulement avec une munition à chute freinée tournant autour de son axe. 8 2527784 REVENDICATIONS 1 Procédé pour le repérage acoustique par corréla- tion o des signaux acoustiques provenant d'une source de signaux sont reçus, avec un décalage dans le temps, par le récepteur d'une basé de repérage et lesdits signaux de la base de repérage sont mis en corrélation pour-la détermina- tion du décalage dans le temps et ainsi de la direction de provenance des signaux acoustiques caractérisé en ce que dans le cas d'une base de repérage tournant à un nombre constant de tours, les signaux de ladite base de repérage sont mis en corrélation en secteurs successifs d'angle de rotation de la base de repérage, en ce que les fonctions de corrélation ainsi obtenues sont mémorisées avec les pics de corrélation à attribuer à la source de signaux et sont pondérées par un facteur déterminant un temps d'affaiblissement, en ce que les fonctions de corrélation des mêmes secteurs d'angle de rota- tion sont additionnées et en ce que la variation, dans le temps, des positions de pics-de corrélation est égalisée et la direction des signaux acoustiques est déterminée-à partir de cette variation égalisée. 2 Procédé selon la revendication i caractérisé en ce qu'à l'aide des signaux d'un capteur de la position de rota- tion et d'une multiplication de fréquence synchronisée de la fréquence de rotation, l'angle périphérique de la base de repérage est subdivisé, lors de la rotation, en secteurs d'angle de rotation à direction fixe dans l'espace, dans lesquels sont déterminé-es les fonctions de-corrélation. 3 Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les fonctions de corréla- tion des différents secteurs d'angle de rotation sont addi- tionnées uniquement dans la zone des pics de corrélationl 4 Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les signaux de la base de repérage sont mis en corrélation numérique et interprétés sous une commande d'horloge et en ce que les impulsions d'horloge pour cette commande sont obtenues par une multipli- cation de fréquence de la fréquence de rotation de la base de repérage. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, pour le repérage acoustique par corrélation avec plusieurs micro- phones disposés sur une base de repérage, un corrélateur lié aux microphones et un calculateur pour l'interprétation des fonctions de corrélation en ce qui concerne le-décalage dans le temps des signaux des microphones et ainsi de la direction des signaux acoustiques caractérisé en ce que dans le cas d'une base de repérage en rotation (b), celle-ci présente un capteur de la position de rotation ( 7)_ mesurant la position de rotation et la fréquence de rotation de la base de repé- rage, dont la sortie est reliée à un circuit de multiplica- tion de fréquence ( 9) synchronisé et verrouillé en phase, qui commande en tant que générateur d'horloge le calculateur ( 10) qui reçoit dans les secteurs d'angle de rotation-de la base de repérage déterminées par les signaux d'horloge, les fonc- tions de corrélation du corrélateur ( 6) et les pondère par un facteur de temps correspondant à un temps d'affaiblissement, et additionne enfin les fonctions de corrélation de secteurs identiques de rotation, et en ce que le calculateur-égalise la variation dans le temps des pics de corrélation des fonc- tions de corrélation correspondant aux secteurs d'angle de rotation et détermine à partir de cette variation dans le temps la direction des signaux acoustiques. 6 Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que le corrélateur précité est un corrélateur binaire ( 6). 7 Dispositif selon l'une quelconque de revendica- tions 5 ou 6 caractérisé en ce que le capteur de position de rotation ( 7) de la base de repérage en rotation est un capteur, dans le cas le plus simple une bobine, des modifi- cations du flux magnétique, qui mesure la position de rota- tion dans le champ magnétique terrestre. 8 Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 5 ou 6 caractérisé en ce que la base de repérage (b) ne présente que deux microphones ( 2,3). 9 Dispositif selon la revendication 8 caractérisé en ce que le capteur de la position de rotation est une bobine ( 7).