Brevet FR2572538A1 — publié le 19860502

PROCEDE ET DISPOSITIF DE RELèVEMENT ACOUSTIQUE La présente invention concerne un procédé et un dispositif de relèvement acoustique avec une base de relèvement composée de trois récepteurs acoustiques et un dispositif électronique d'évaluation de signaux. On connaît par le brevet américain US-PS 3 792 424 un dispositif pour la détermination de la position d'un objet déplacé sous l'eau. Ce dispositif présente un ensemble récepteur formé de trois récepteurs à ultrasons placés aux sommets d'un triangle isocèle. A partir d'un véhicule déplacé le long du fond, on émet des impulsions ultrasonores que le dispositif récepteur stationnaire localise et dont on déduit la position du véhicule par rapport à l'emplacement du dispositif récepteur. Ce dispositif connu en est réduit à la réception d'impulsions ultrasonores à fréquence définie, ou à étroite largeur de bande, faute de quoi le dispositif serait perturbé par d'autres bruits et l'on ne pourrait par conséquent pas déterminer sans équivoque la position du véhicule. L'invention a pour objet un procédé de relèvement acoustique avec une base de relèvement composée de trois récepteurs acoustiques par lequel on puisse reconnaître une quelconque source de bruit qui se déplace dans un plan de référence et se trouve dans une direction de relèvement préférentielle à l'intérieur de ce plan. Ce procédé de relèvement acoustique, du genre annoncé, est caractérisé par le fait que l'on place les récepteurs acoustiques aux sommets d'un triangle rectangle dont les côtés d'angle droit ont les longueurs a et b, l'un (b) étant orienté perpendiculairement à un plan de référence et l'autre (a) définissant une direction de relèvement préférentielle à l'intérieur du plan de référence, et l'on forme des valeurs de corrélation KWa, KWb à partir des signaux de chaque fois deux récepteurs placés sur l'un ou sur l'autre desdits côtés. On peut réaliser ledit procédé de relèvement acoustique avec de faibles moyens techniques, car, pour l'évaluation des signaux des trois recepteurs acoustiques, on se borne à former et comparer entre elles deux, ou trois, valeurs de corrélation. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, on forme (en corrélation binaire) les valeurs de corrélation à partir des informations de signe des signaux des récepteurs. De simples écrêteurs branchés en aval des récepteurs acoustiques permettent de calculer de la sorte les valeurs de corrélation. Suivant d'autres particularités avantageuses possibles de l'invention : on détermine et compare entre a elles au moins les valeurs de corrélation K (T= a/330) et KWb(T = O), la première, KWa(T = a/330), désignant la valeur de corrélation des signaux des deux récepteurs du côté a, signaux dont l'un est retardé par rapport à l'autre du temps T = a/330 (a = longueur du côté en mètres), et la seconde, KWb(T = O), désignant la valeur de corrélation des signaux, reçus dans un même temps et non décalés en temps l'un par rapport à l'autre, des deux récepteurs du côté b ; on indique comme présente dans la direction de relèvement préférentielle une sources de signaux acoustique lorsque, sur un nombre prédéterminé de calculs de valeurs de corrélation, la valeur de corrélation KWb(T = O) est égale à la valeur de corrélation KWa(T = /330) ; on indique comme présente dans la direction de relèvement préférentielle une source de signaux acoustique lorsque la différence entre les valeurs de corré lation KWa(T = /330) et KWb(T = O) est inférieure à la dispersion o(KWa) des valeurs de corrélation KWa (T = O), soit I IKWb(T = O) - IKWa(T = a/ '1II 1, soit (KWa(T 'a/330) OU KWb(T = 0)) > p(KWa) + f . 5 (KWa) ces opérations de calcul simples et réalisables dans un microprocesseur étant propres à augmenter considérablement la sécurité aux perturbations du procédé de relèvement acoustique. L'invention a en outre pour objet un dispositif de mise en oeuvre du procédé de relèvement acoustique caractérisé ci-dessus. Ce dispositif est caractérisé par le fait qu'il comporte a) trois récepteurs acoustiques placés aux sommets d'un triangle rectangle b) trois écrêteurs reliés chacun à un des récepteurs et destinés à transformer les signaux analogiques deces derniers en des suites binaires; c) un microprocesseur relié aux écrêteurs pour déterminer et comparer entre elles au moins les valeurs de corré lation KWa(T = a et KWb(T ) O). '33O KWb(T-= L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée d'un mode de réalisation pris comme exemple non limitatif et illustre schématiquement par le dessin annexé, sur lequel la figure 1 est le schéma synoptique d'un dispositif de mise en oeuvre du procédé de relèvement acoustique selon ladite invention la figure 2 représente la disposition des récepteurs acoustiques dans l'espace ainsi que les effets exercés sur les fonctions de corrélation par une source de bruit déplacée dans le plan de référence la figure 3 représente la distribution de fréquence, ainsi que les valeurs moyennes et la dispersion, de trois valeurs de corrélation caractéristiques. La figure 1 donne la structure de principe du dispositif de mise en oeuvre du procédé de relèvement acoustique pris comme exemple de l'invention. Les signaux de sortie analogiques A(t), B(t) et Ç(t) délivrés par trois récepteurs acoustiques 1, 2 et 3 sont transmis sous amplification aux écrêteurs 4,5 et 6 et transformés ensuite en des suites binaires D(t), E(t) et F(t). Les signaux numériques peuvent ensuite être directement balayés, et traités comme on l'exposera ci-après, par un microprocesseur 7, par exemple du type TMS 9940 de la Société TexasInstruments ou 4NGt/PR de la Societé America Microsystems Incorp.Lesmicroprocesseurs précités ou d'autres analogues aujourd'hui disponibles permettent de traiter des fréquences allant jusqu'a environ 5 KHz, c'est-à-dire de détecter des sources de bruit telles que par exemple des véhicules et autres objets analogues. Comme on le voit d'après la figure 2, les trois microphones sont placés aux sommets d'un triangle rectangle. Les récepteurs acoustiques 1 et 2 se trouvent sur le côté d'angle droit de longueur a, lequel indique la direction de relèvement préférentielle. Le côté d'angle droit de longueur b relie entre eux les récepteurs acoustiques 2 et 3 et s'étend perpendiculairement au plan de référence, par exemple la surface dtune portion de terrain, dans lequel peuvent se déplacer les sources de bruit auxquelles on s'intéresse. Au moyen du dispositif représenté sur la figure 1, on forme à partir des signaux de sortie numérisés des récepteurs 2 et 3 une première valeur de corrélation KWb(T = O).On n'entrera pas dans le détail des méthodes connues de la corrélation binaire ; on pourra se reporter à ce sujet aux brevets allemand DE-PS 27 52 062 ou britannique GB-PS 1 169 923. On notera seulement que l'indication T = O signifie que les deux signaux de sortie des récepteurs 2 et 3 ne sont pas décalés en temps l'un par rapport à l'autre.La valeur de corrélation ainsi obtenue présente un maximum lorsque la source de bruit se trouve dans le plan de réfé rence ; si ledit plan de référence est par exemple aligné sur une portion de terrain, on peut par exemple reconnaître, et éventuellement distinguer entm elles, toutes les sources de bruit volantes par la formation de cette valeur de corrélation. En outre, par sa grandeur maximale, la valeur de corrélation ainsi déterminée donne pour une source de bruit idoine une mesure caractéristique avec laquelle on peut comparer la deuxième valeur de corrélation que l'on va définir.Cette deuxième valeur de corrélation KWa(T =a/330) s'obtient par le fait que, par rapport au signal du récepteur 2, on retarde du temps de propagation qu'un signal venant directement de la direction de relèvement met à parvenir du récepteur 1 au récepteur 2, c'est-à-dire de T = a/330 sec (a = longueur du côté en mètreS, avec mise en corrélation, le signal de sortie numérisé du récepteur 1. Ce retard peut par exemple être réalisé au moyen d'un registre à décalage. Ladite valeur de corrélation atteint son maximum lorsqu'une source de bruit se trouve dans le prolongement du côté a, c'est-à-dire dans la direction de relèvement préférentielle. Si les deux valeurs de corrélation précitées se situent au-dessus d'une valeur de seuil prédéterminée et sont égales entre elles sur un intervalle de temps, c'està-dire un nombre de calculs de corrélation, également pre- déterminé, on peut en conclure avec une probabilité élevée à la présence d'une source de bruit dans la direction de relèvement préférentielle. On peut obtenir un accroissement de la sécurité aux perturbations en tirant une autre valeur de corrélation des signaux reçus dans un même temps et non décalés en temps l'un par rapport à l'autre des récepteurs 1 et 2. Cette valeur de corrélation spéciale KWa(T = 0) donne avec une forte probabilité (excepté dans le cas où une source de bruit se trouve dans le plan de référence et dans une direction perpendiculaire à la direction de relèvement préférentielle, c'est-à-dire dans une direction non intéressante) une valeur moyenne des valeurs de corrélation devant être imputées à un bruit général.Si l'on effectue le calcul d'une valeur de corrélation à partir de valeurs (numériques) de balayage, la valeur moyenne des corrélations devrait se trouver près de Ni2 en cas de bruit blanc. Mais en règle générale, le bruit reçu est limité en bande, si bien que la valeur moyenne varie d'un cas à l'autre. La dispersion est fonction du rapport signal/bruit, de la largeur de bande et du temps d'intégration, c'est-à-dire du nombre des valeurs de balayage utilisées pour le calcul d'une valeur de corrélation. On obtient aussi un accroissement de la sécurité aux perturbations et par conséquent de la sécurité de fonctionnement du procédé de relèvement si la différence entre les valeurs de corrélation XWa(T =a/330) et KWb(T = 0) est inférieure à la dispersion o(KWa) des troisièmes valeurs de corrélation KWa(T = 0), c'est-à-dire si la condition suivante I IKWb(T = 0)| - |KWa(# = /330)|| 1, c'est-à-dire que doit être satisfaite la condition u(KWa(T = /330) ou KWb(T = o)) > U(KWa) + f O(KWa) La signification de ces conditions ressort de la figure 3, sur-laquelle on a reporté les fréquences des valeurs de corrélation KW a (T = /330) ou KWb(T = O) et de la troisième valeur KWa(T = 0) caractéristique pour des signaux non soumis à corrélation ainsi que la dispersion o(KWa) de cette dernière. On trouve en ordonnée le nombre n des corrélations. Celui-ci dépend naturellement du nombre N des valeurs de balayage. La valeur moyenne p(Kliza) se trouvera, comme on l'a mentionné plus haut, à proximité de N/2 en cas de bruit blanc, tandis que la valeur moyenne des deux autres valeurs de corrélation se trouvera tout juste au-dessous de N en cas de corrélation maximale, c'est-à-dire en cas de présence d'une source de bruit en direction de relèvement préférentielle.On voit avec l'indication grossière de la dispersion O(KWa) qu'il est possible de se prononcer nettement sur l'existence d'une source de bruit en direction de relèvement préférentielle si le facteur f de l'équation en cause est sensiblement égal ou supérieur à 2. La figure 2 donne encore les fonctions de corrélation complètes KF en deux instants différents t = 1 et t = 2 pour une source de bruit se déplaçant dans le plan de référence. Tandis que les valeurs de corrélation KWb(T = 0) en les instants t = 1 et t = 2 se placent nettement au-dessus des autres valeurs de-corrélation de la fonction de corrélation et ont la même amplitude (c'est-à-dire donc que la source de bruit se trouve dans le plan de- référence), les valeurs de corrélation KWa(T La/330) e n les deux instants t = 1 et t = 2 se distinguent nettement l'une de l'autre. C'est seulement à l'instant t = 2 que le maximum de la fonction de corrélation se trouve à l'emplacement T a/330 auquel la valeur de corrélation KW a (T = a/330) est a est déterminée, c'est-à-dire que c'est seulement à l'instant t = 2 que la source de bruit se trouve exactement dans la direction de relèvement Pour un angle solide à surveiller de - 100, la longueur de côté a et la longueur de côté b devraient être respectivement égale à 19 cm et supérieure à 9,5 cm, avec une fréquence de balayage f de 20 KHz. REVENDICATIONS 1. Procédé de relèvement acoustique, avec une base de relèvement composée de trois récepteurs acoustiques et un dispositif électronique d'évaluation de signaux, caractérisé par le fait que l'on place les récepteurs acoustiques (1,2,3) aux sommets d'un triangle rectangle dont les côtés d'angle droit ont les longueurs a et b, l'un (b) étant orienté perpendiculairement à un plan de référence et l'autre (a) définissant une direction de relèvement préférentielle à l'intérieur du plan de référence, et l'on forme des valeurs de corrélation(KWa, KWb) a partir des signaux de chaque fois deux récepteurs (1 et 2 ou 2 et 3) placés sur l'un ou sur l'autre desdits côtés. 2. Procédé de relèvement selon la revendication 1 caractérisé par le fait que l'on forme (en corrélation binaire) les valeurs de corrélation à partir des informations de signe des signaux des récepteurs. 3. Procédé de relèvement selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé par le fait que l'on détermine et compare entre elles au moins les valeurs de corrélation KWa(T =a/330) et KWb(T = O), la première KWa(T = a/330),dnent la valeur de corrélation des signaux des deux récepteurs (1,2) du côté (a), signaux dont l'un (1) est retardé par rapport à l'autre (2) du temps #= /330 (a = longueur du côté en mètres), et la seconde, KWb(T = O), désignant la valeur de corrélation des signaux, reçus dans un meme temps et non décalés en temps l'un par rapport à l'autre, des deux récepteurs (2,3) du côté (b). 4. Procédé de relèvement selon la revendication 3 caractérisé par le fait que l'on indique comme présente dans la direction de relèvement préférentielle une source de signaux acoustique lorsque, sur un nombre prédéterminé de calculs de valeurs de corrélation, la valeur de corrélation KWb(T = O) est égale à la valeur de corrélation KWa(T =a/3303. 5. Procédé de relèvement selon la revendication 3 caractérisé par le fait que l'on indique comme présente dans la direction de relèvement préférentielle une source de signaux acoustique lorsque la différence entre les valeurs de corrélation KWa(T =1330 et KWb(T = O) est inférieure à la dispersion o(KWa) des valeurs de corrélation KWa(T = O), c'est-à-dire lorsque la condition I IKWb(T = 0)| - IKWa (T = /330)|| 1, c'est-à-dire lorsque la condition p(KWa(T = /330) ou KWb(T = O)) > U(KWa) + f . a(KWa) est remplie. 6. Dispositif de mise en oeuvre du procédé de relèvement acoustique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé par le fait qu'il comporte a) trois récepteurs acoustiques (1,2,3) placés aux sommets d'un triangle rectangle b) trois écrêteurs (4,5,6) reliés chacun à un des récepteurs (1,2,3) et destinés à transformer les signaux analogiques de ces derniers en des suites binaires c) un microprocesseur (7) relié aux écrêteurs (4,5,6) pour déterminer et comparer entre elles au moins les valeurs de corrélation KWa(T = /330) et KWb(T = O).