Brevet FR2599860A1 — publié le 19871211

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour la détection acoustique passive d'aéronefs, notamment d'hélicoptères. La détection des hélicoptères est rendue difficile par leur vol à basse altitude et est très dépendante des conditions topographiques. La détection acoustique passive pourrait utilement compléter la détection par radar. On connait un dispositif exploitant l'énergie infrasonore contenue dans le spectre acoustique produit par les hélicoptères. Le traitement utilisé consiste en une extraction, en bande de base, des raies infrasonores engendrées par le mouvement périodique de rotation des pales du rotor principal. L'avantage de cette technique réside dans les grandes longueurs d'onde associées à la bande infrasonore. Ainsi la détec15 tion des aéronefs derrière les montages est possible alors que, dans des conditions topographiques identiques, le radar reste généralement aveugle. Mais l'essentiel de l'énergie acoustique des bruits ambiants naturels et des bruits parasites (véhicules à roues, blindés, vent...) est distribué dans une zone spectrale rarement supérieure à quelques centaines de Hertz. Elle a pour effet de masquer les composantes infrasonores en diminuant sensiblement le rapport signal/bruit dans la zone d'exploitation. Il est presque impossible de compenser cette diminu25 tion par l'utilisation d'antennes directives. En effet, la directivité aux fréquences infrasonores ne peut être obtenue qu'à l'aide de réseaux dont les dimensions seraient incompatibles avec une réalisation de faible encombrement embarquable sur véhicule. La présente invention remédie à ces difficultés en 30 proposant un procédé et un dispositif pour la détection acoustique passive d'hélicoptères qui à la fois, mettent en oeuvre des composants de dimensions suffisamment réduites, notamment pour permet- - 2 - 2599860 tre l'embarcation sur un véhicule, et sont peu sensibles aux bruits ambiants et parasites produits par exemple par des véhicules situés dans la zone de détection. Ces buts sont atteints par l'invention qui a donc pour objet un procédé pour la détection acoustique passive d'aéronefs, notamment d'hélicoptères, caractérisé en ce que, successivement: - on détecte le bruit de l'aéronef et du milieu ambiant par l'intermédiaire d'un transducteur électro-acoustique fournissant un signal modulé en amplitude, - on démodule en amplitude ce signal dans la bande de fréquence d'environ 300 Hz à environ 3 500 Hz, - on procède à une analyse spectrale du signal modulé, - et on repère les raies de fréquences caractéristiques correspondant à des composantes périodiques de modulations 15 relatives notamment à des ensembles rotatifs de l'aéronefs. L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comprend, associés successivement: - au moins un transducteur électro-acoustique recueil20 lant un signal modulé en amplitude, - des moyens pour démoduler ce signal dans la bande de fréquences d'environ 300 à 3 500 Hz, - des moyens pour l'analyse spectrale du signal démodulé. De façon surprenante, la présente invention tire parti de la modulation d'amplitude exercée par certains éléments rotatifs d'un aéronef, notamment par la rotation des pales pour un hélicoptère, sur le bruit "large bande" produit par ailleurs en haute fréquence. La zone spectrale ainsi modulée s'étend d'environ 30 300 à environ 3 500 Hertz. Ainsi, par rapport à la technique connue, il est avantageux d'exploiter ce spectre haute-fréquence produit par les hélicoptères, domaine pour lequel une directivité d'antenne est plus facile à atteindre. On s'affranchit alors du problème difficile posé par l'absence de composantes périodiques 35 isolées suffisamment significatives dans cette bande de fréquence élevée de la signature acoustique d'un hélicoptère. - 3 La description suivante de modes de réalisations de l'invention illustratifs mais non limitatifs est donnée en référence aux dessins sur lesquels: - la figure 1 représente schématiquement l'amplitude du signal acoustique produit par un hélicoptère en fonction de sa fréquence, - la figure 2 représente le diagramme général d'un dispositif de détection acoustique selon l'invention et, - la figure 3 représente un spectre du signal acousti10 que produit par un hélicoptère après démodulation d'amplitude. La figure 1 illustre clairement le spectre acoustique produit par un hélicoptère, dans lequel on distingue une zone 1 de bruits périodiques comprenant notamment des raies infrasonores 2, par exemple à 17 Hz, correspondant à la rotation du rotor princi15 pal et de leurs harmoniques, et une zone 3 de bruit large bande que l'on peut approximativement délimiter entre 300 et 5 000 Hz. L'analyse spectrale de la zone infrasonore n'est pas exploitable pour des raisons indiquées précédemment, tandis que l'analyse spectrale de la zone large bande 3 ne fait pas ressortir de raies 20 caractéristiques de la présence d'un hélicoptère. L'invention permet donc, en démodulant l'amplitude du signal représenté figure 1 dans la bande de 300 à environ 3 500 Hz, d'obtenir par analyse spectrale le signal représente figure 3, qui montre par exemple nettement la composante périodique de 17 Hz, relative à la ro25 tation des pales du rotor principal. Pour ce faire, la figure 2 montre un dispositif de détection acoustique passive comprenant une antenne acoustique directive 4 constituée par exemple de plusieurs microphones alignés sur un support, ou d'un pavillon, qui constitue donc un transduc30 teur électroacoustique fournissant un signal modulé en amplitude représentant les bruits émis par l'hélicoptère et les bruits ambiants. Le signal issu de l'antenne 4 est filtré dans un filtre 5 passe-bande de 300 à 3 500 Hz. Le signal filtré entre alors dans un démodulateur d'amplitude 6 de type connu. Par exemple, il peut 35 être constitué d'un redresseur sans seuil associé à un intégrateur passe-bande de 100 Hz ou quelques centaines de Hz et joue la fonction de détecteur d'enveloppe du signal modulé. Enfin, le signal démodulé est appliqué à un ana lyseur de spectres 7, par exemple un - 4 - transformateur de Fourier du type commercial BRUEL et KJAER 2 031, qui fait ressortir les composantes périodiques de modulations relatives à la rotation des rotors. L'analyse spectrale peut être visua lisée sur écran cathodique ou graphiquement comme indiqué sur la figure 3. Le fonctionnement en fréquence du filtre passe-bande influe sur l'apparition plus ou moins nette-des raies cor - respondan à des composantes périodiques. Le repérage des raies est bien enten du fonction de la distance entre l'hélicoptère et le détecteur, cet te distance pouvant varier de 2 000 à 5 000 m. Le spectre correspondant à la figure 3 a été obtenu avec un capteur omnidirectionnel. Une antenne directive, par exemple de type réseau, permettrait de faire ressortir plus nettement les raies caractéristiques. L'efficacité du traitement du signal peut être accrue par des filtrages préliminaires: filtrage spatial grâce à une an15 tenne directive du type réseau et/ou filtrage électronique améliorant le rapport signal/bruit. Les applications du procédé et du dispositif selon l'invention sont particulièrement la détection des hélicoptères et l'alerte correspondante avec désignation sectorielle et identifica20 tion, éventuellement complétée par d'autres types de traitement du signal, par exemple avec filtrage auto-adaptatif et/ou corrélation, ou intégrée dans des systèmes associant des sous-systèmes complé mentaires tels des radars, des dispositifs optiques ou infra-rouges On peut aussi détecter des sources bruyantes à spectre large bande 25 modulé en amplitude par des com- posantes infrasonores. - 5 - 2599860 R E V E N D I C AT I O N S 1- Procédé pour la détection acoustique passive d'aéronefs, notamment d'hélicoptères, caractérisé en ce que, successivement: - on détecte le bruit de l'aéronef et du milieu ambiant par l'intermédiaire d'un transducteur électro-acoustique fournissant un signal modulé en amplitude, - on démodule en amplitude ce signal dans la bande de fréquence d'environ 300 Hz à environ 3 500 Hz, - on procède à une analyse spectrale du signal démodulé, - et on repère les raies de fréquences caractéristiques 10 correspondant à des composantes périodiques de modulation relatives notamment à des ensembles rotatifs de l'aéronef. 2- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal détecté est filtré dans la bande de fréquence d'environ 300 à 3 500 Hz. 3- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend, associés successivement: - au moins un transducteur électro-acoustique recueillant un signal modulé en amplitude, - des moyens pour démoduler ce signal dans la bande de 25 fréquences d'environ 300 à 3 500 Hz, - des moyens pour l'analyse spectrale du signal démodulé. 4- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend, associés successivement: - au moins un transducteur électro-acoustique recueillant 30 un signal modulé en amplitude représentatif du bruit de l'aéronef et du milieu ambiant, - un filtre passe-bande de 300 à 3 500 Hz, - un redresseur sans seuil, - un intégrateur passe-bande de 100 Hz ou de quelques cen35 taines de hz, - un analyseur de spectre. - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que plusieurs transducteurs sont associés sur une antenne directive, par exemple de type réseau. 6- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le transducteur est du type directif dans la bande de 300 à 3 500 Hz. 7- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'analyseur spectral est du type transformateur de Fourier.