Brevet FR2660762A1 — publié le 19911011

PROCEDE ET DISPOSITIF DE DETECTION D'UN VEHICULE TERRESTRE FERRO-MAGNETIQUE L'invention concerne un procédé et un dispositif de détection d'un véhicule terrestre ferro- maqnétique, notamment adaptés pour commander la mise à feu d'une mine. Il existe, à l'heure actuelle, plusieurs techniques destinées à la localisation d'un objet Parmi celles-ci, une technique courante, utilisée pour la localisation d'un objet ferro-magnétique, consiste à enregistrer les variations de chacune des composantes du champ magnétique, de façon à localiser l'objet à partir des perturbations du champ magnétique terrestre qu'il engendre. Les dispositifs utilisés pour la mise en oeuvre de cette technique comportent principalement des ensembles de mesures composés de trois capteurs ferro- magnétiques disposés selon les trois axes d'un trièdre droit, et une unité de traitement des signaux délivrés par ces capteurs De tels dispositifs, notamment décrits dans les brevets FR 2 613 063 et FR 2 586 302, permettent de déterminer avec précision la position d'un objet ferro-magnétique. Toutefois, ils requièrent l'utilisation d'au moins deux trièdres de mesure pour localiser avec précision l'objet, et imposent un traitement sophistiqué des signaux délivrés par les capteurs. La présente invention vise à pallier cet inconvénient et a pour principal objectif de fournir un procédé et un dispositif permettant de déduire la position d'un véhicule terrestre ferro-magnétique à partir de l'exploitation des mesures d'un seul trièdre de capteurs. A cet effet, le procédé selon l'invention, adapté pour détecter le passage d'un véhicule terrestre ferro- magnétique, en vue notamment de la mise à feu d'une mine, se caractérise en ce que: a) l'on mesure les trois composantes X, Y, Z du champ magnétique au moyen de trois capteurs magnétiques disposés suivant les trois axes d'un trièdre droit, b) l'on calcule, en temps réel, les variations HX, HY, HZ de ces trois composantes par rapport au champ magnétique terrestre, ainsi que les modules horizontal MH et total MT des variations, c) l'on compare à chaque instant t la valeur des modu Les total et horizontal et de la composante verticale par rapport à la valeur de ces modules et composante, à l'instant t-1, et Ion mémorise les valeurs maximale et minimale respectives M Imax, M Tmin, M Hmax, M Hmin, H Zmax, et H Zmin, desdits modules et composante, d) et l'on délivre une information de présence du véhicule lorsque: d-l) le module total maximal M Tmax est supérieur à un seuil prédéterminé 52, d-2) la valeur du module horizontal MH à l'instant t a progressé régulièrement pendant un laps de temps déterminé, par rapport à la valeur minimale M Hmin mémorisée, d-3) et le rapport H Zmax H Zmin est M Hmax supérieur à un seuil prédéterminé Ki. Ce procédé consiste donc à traiter les variations des trois composantes de la perturbation magnétique terrestre, ainsi que les modules horizontal et total issus de ces trois composantes La localisation précise du véhicule est obtenue en recherchant puis en exploitant des extrema et des rapports d'amplitude sur les modules total et horizontal et sur la composante verticale. Ainsi, la présence d'un véhicule est détectée par une augmentation suffisante du module total La position longitudinale de ce véhicule s'obtient ensuite en recherchant si le module horizontal a franchi une valeur minimale qui correspond, comme on le comprendra mieux plus loin, à la position dudit véhicule o ce dernier se trouve à l'aplomb du trièdre de mesure La position transversale est, quant à elle, déduite en calcu Lant le rapport entre les amplitudes verticale et horizontale du champ magnétique Ce rapport voisin de un lorsque le véhicule se trouve à l'aplomb du trièdre de mesure décroit en effet rapidement dès que la masse magnétique est éloignée latéralement de ce trièdre. Ce procédé permet ainsi de fournir une information de présence d'un véhicule dès que celui-ci se trouve à l'aplomb du trièdre de mesure En outre, grâce à la simplicité du principe de traitement, le processus de détection est suffisamment rapide pour détecter des véhicules se déplaçant à 30 m/s Enfin, ce procédé permet de détecter le passage des véhicules, quelle que soit leur direction dans le champ terrestre. Selon un mode de mise en oeuvre préférentiel, le traitement des étapes (c) et (d) précitées n'est autorisé que lorsque le module total est supérieur à un seuil prédéterminé Le traitement complet n'est donc effectué que lorsqu'une variation significative du module total, correspondant à l'approche d'un véhicule, est décelée Cette caractéristique qui permet d'économiser le temps de traitement des signaux et ainsi d'économiser de l'énergie, présente un caractère avantageux lorsque le dispositif est autonome et comporte une source d'énergie intégrée. Selon une autre caractéristique de l'invention l'on délivre une information de présence du véhicule, lorsque (d-4) le rapport M Hmin est inférieur à M Hmax une valeur prédéterminée K 2. Cette condition supplémentaire requise pour délivrer l'information de présence du véhicule, constitue une sécurité supplémentaire permettant de s'assurer que ce véhicule se trouve à l'aplomb du trièdre de mesure. En outre, et dans le même but, l'on délivre préférentiellement une information de présence du véhicule, lorsque (d-5) le rapport M Tmin est inférieur à une valeur M Tmax prédéterminée K 4. Cette condition constitue une autre sécurité supplémentaire, car les variations du module total dont la valeur est calculée à partir de la valeur des trois composantes, sont moins sujettes à des variations parasites entraînant par exemple une diminution temporaire accidentelle de la valeur de ce module, que les variations du module horizontal. et selon une autre P a r a i 1 1 e u r S, caractéristique de l'invention, on délivre l'information de présence du véhicule lorsque (d-6) le rapport MH est M Hmax supérieur à une valeur prédéterminée K 3. Cette condition supplémentaire vise à empêcher que l'information de présence d'un véhicule soit délivré e si celui-ci se trouve légèrement décalé transversalement par rapport au trièdre de mesure. En effet, dans ce cas, les variations des modules horizontal et total étant moins prononcées, les conditions (d-4) et (d-5) peuvent ne pas être remplies alors que la condition (d-3) est remplie. Cette condition supplémentaire permet alors d'éviter que le traitement ne se poursuive en fin de passage du véhicu Le. Par ailleurs, l'ensemble de ces conditions à respecter pour délivrer une information de présence du véhicule permet de limiter, dans le cas de la commande de la mise à feu d'une mine, des déclenchements intempestifs engendrés par des variations magnétiques créées au moyen de systèmes de leurrage. L'invention s'étend à un dispositif de détection d'un véhicule terrestre ferro-magnétique comprenant en combinaison: trois capteurs magnétiques disposés suivant les trois axes d'un trièdre droit, et adaptés pour générer des signaux magnétiques représentatifs des variations des trois composantes HX, HY, HZ du champ magnétique au droit de ces capteurs, une unité de conversion analogiquel numérique recevant les signaux magnétiques et adaptée pour saisir ces signaux et délivrer des signaux numériques fonctions des variations des trois composantes HX, HY et HZ, un microcalculateur adapté pour assurer le traitement des signaux numériques, et comportant une mémoire programme contenant un programme d'opérations logiques à effectuer, une mémoire de travail pour le stockage des résultats, et une sortie de détection adaptée pour générer un signal de présence d'un véhicule, et des moyens d'alimentation électrique intégrés. D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui suit en référence aux dessins annexés qui en représentent à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation préférentiel Sur ces dessins qui font partie intégrante de la présente description, la figure 1 est un schéma synoptique d'un dispositif conforme à l'invention, la figure 2 représente les courbes de variations de la composante verticale, du module total et du module horizontal du champ magnétique, lors du passage d'un véhicule décalé transversalement par rapport au système de mesure, la figure 3 illustre la position du véhicule par rapport au système de mesure engendrant les variations du champ magnétique représentées à la figure 2, la figure 4 représente les courbes de variations de la composante verticale, du module total et du module horizontal du champ magnétique, lors du passage d'un véhicule à l'aplomb du système de mesure, la figure 5 illustre la position du véhicule par rapport au système de mesure engendrant les variations du champ magnétique représentées à la figure 4, les figures 6 a, 6 b, 6 c représentent le logigramme de fonctionnement général du dispositif. Le dispositif représenté à la figure 1 est conçu pour fournir une information de présence d'un véhicule terrestre ferro-magnétique, lorsque ce véhicule se trouve à l'aplomb de ce dispositif, en vue de la mise à feu d'une mine, telle qu'une mine largable par obus. Ce dispositif comprend, en premier lieu, un trièdre de mesure 1 constitué de trois capteurs magnétiques la, lb, lc identiques, disposés selon les trois axes d'un trièdre droit Les capteurs utilisés sont des magnétorésistances en raison, d'une part, de la facilité de mise en oeuvre de tels capteurs et, d'autre part, de leur très bonne sensibilité qui permet la détection de véhicules très peu ferro-magnétiques. Le dispositif comprend également un convertisseur analogique/numérique 2 adapté pour saisir les signaux magnétiques délivrés par le trièdre de mesure, et numériser lesdits signaux. Ce dispositif comprend, en outre, un microcalculateur 3 relié au convertisseur analogique numérique 2 et adapté pour assurer le traitement des signaux numériques Ce microcalculateur 3 comporte, à cet effet, et de façon classique, une mémoire programme contenant un programme d'opérations logiques à effectuer et une mémoire pour le stockage des résultats Enfin, ce microcalculateur 3 comprend une sortie de détection 4 adaptée pour être reliée au dispositif de mise à feu de la mine. Le dispositif comprend enfin des moyens d'alimentation électrique intégrés (non représentés) tels qu'une pile, lui conférant une parfaite autonomie. Afin de mieux comprendre le principe du traitement des signaux numériques, les courbes des variations du champ magnétique relevées lorsqu'un véhicule passe soit à proximité (figure 3), soit à l'aplomb (figure 5) d'un trièdre de mesure, sont présentées en annexe. Tel que représenté aux figures 2 et 4, les valeurs du module horizontal et du module total varient de façon similaire, à savoir augmentent dans un premier temps jusqu'à un premier maxima, puis diminuent jusqu'à un minima correspondant à une position du véhicule 5 o celui-ci est centré sur le dispositif de mesure, augmentent à nouveau jusqu'à un deuxième maxima et diminuent enfin, en fin de passage du véhicule 5. La valeur de la composante verticale varie, elle, en sens inverse, c'està-dire décroit dans un premier temps jusqu'à un premier minima, augmente ensuite jusqu'à un maxima en passant par une valeur nulle correspondant à la position centrée du véhicule, et décroit à nouveau jusqu'à s'annuler en fin de passage du véhicule 5. En outre, il ressort des relevés effectués, comme le démontre un examen comparatif des figures 2 et 4, que les écarts entre les valeurs extrêmes sont beaucoup plus faibles lorsque le véhicule 5 est décalée transversalement par rapport au système de mesure, par rapport aux variations relevées lorsque ce véhicule 5 passe à l'aplomb de ce dispositif. Au vu de ces données, le logigramme de fonctionnement général de ce dispositif de détection est décrit ci-après en référence aux figures 6 a à 6 c. Préalablement, et de façon classique, les différents paramètres et variables sont mémorisés De plus, dans la mémoire de stockage de résultats, il est affecté une valeur nulle à M Hmax, M Tmax, et H Zmax, et une valeur supérieure aux valeurs réellement possibles à M Hmin, M Tmin et H Zmin. La première étape consiste en l'acquisition des trois composantes X, Y, Z du champ magnétique, puis au calcul des variations HX, HY, HZ, du module horizontal de ces variations MH et du module total de ces variations MT. Ensuite, le logiciel procède à un test de proximité du véhicule 5 Ce test consiste à comparer le module total MT à un seuil 51 de départ du traitement, et à n'autoriser la suite du traitement qu'une fois ce seuil 51 franchi. De plus, une temporisation TA, incrémentée à chaque boucle du traitement, n'autorise la poursuite de ce traitement que lorsque la valeur de cette temporisation est inférieure à une durée TM mémorisée, correspondant au temps de passage maximal d'un véhicule 5. En outre, lorsque pour la première fois, la valeur du module total devient supérieure à 51, on incrémente un paramètre SF à la valeur 1, et on impose une valeur nulle à la temporisation TA. Les conditions relatives au test de proximité étant alors satisfaites, les étapes de traitement sont autorisées Toutefois, si au bout d'un temps supérieur à TM, les conditions de déclenchement n'ont pas été satisfaites, les étapes du traitement sont à nouveau inhibées au niveau du test de proximité, et on impose à nouveau une valeur nulle au paramètre SF. Une fois les conditions relatives au test de proximité satisfaites, le loqiciel élabore donc les variables du traitement, en comparant, lors de chaque boucle, les valeurs calculées des modules horizontal et total, et de la composante verticale, avec les valeurs mémorisées de ces module et composante, de façon à conserver en mémoire les valeurs extrêmales. En outre, seules sont mémorisées en tant que valeurs minimales, les valeurs des modules total et horizontal inférieures à un pourcentage prédéterminé des valeurs maximales M Tmax et M Hmax mémorisées. En l'exemple, cette valeur des modules doit être inférieure à (ko x max M NI) o ko = 0,9 et Nl = 10 milli Gauss Si l'on se réfère aux courbes des variations des modules total et horizontal, cette condition vise à empêcher, notamment lors de la première phase ascendante de ces courbes, qu'une diminution parasite ne soit interprétée comme une valeur minimale. Si l'on se réfère à nouveau aux courbes, l'élaboration des variables du traitement va donc consister dans un premier temps à mémoriser la valeur maximale des modules total et horizontal (phase ascendante de la courbe), puis dans un deuxième temps, la valeur minimale de ces modules. Dans un même temps, la valeur minimale de la composante verticale est tout d'abord mémorisée, puis sa valeur maximale De plus, on calcule à chaque instant t l'écart E = max HZ min HZ. La dernière phase du traitement consiste à déterminer si les conditions de déclenchement sont satisfaites Ces conditions de déclenchement sont les suivantes: Niveau de signal suffisant sur le module total maximal, par comparaison de ce module avec un seuil 52 = 50 m O, Franchissement d'une valeur minimale sur le module horizontal A cet effet, on s'assure que ce module horizontal a progressé régulièrement, par exemple durant trois acquisitions successives, par rapport à la valeur minimale M Hmin mémorisée, Rapport entre l'amplitude de la composante verticale E et le module horizontal maximal, suffisant et supérieur à un coefficient Kl 0,8 Valeur minimale des modules horizontal et total suffisante et telle que le rapport de la valeur maximale sur cette valeur minimale soit supérieur à un coefficient K 2 = K 4 = 0,7 Rapport du module horizontal sur la valeur maximale de ce module, supérieur à un coefficient K 3 = 0,25: condition imposant une remontée suffisante de la valeur de MH pour éviter un déclenchement en fin de passage du véhicule 5, Valeurs des composantes HX, HY, HZ supérieures à un seuil 53 prédéterminé Cette condition, quelque peu redondante, vise à se garantir en toutes circonstances contre un déclenchement en fin de passage du véhicule 5. Toutes ces conditions de déclenchement sont parfaitement adaptées pour que l'information de présence du véhicule soit délivrée lorsque ce véhicule se trouve centré au-dessus du dispositif de mesure, position correspondant à la valeur minimale des modules horizontal et total. Il est à noter que les valeurs des différents coefficients KO K 4 et des seuils S, 52, Nl, sont des valeurs déterminées pour un dispositif de mesure et une population de véhicules à détecter donnés, et peuvent être ajustées selon l'application envisagée. REVENDICATIONS 1/ Procédé pour détecter le passage d'un véhicule terrestre ( 5) ferromagnétique, notamment en vue de la mise à feu d'une mine, du type consistant à enregistrer les variations de chacune des composantes du champ magnétique de façon à localiser ledit véhicule à partir des perturbations du champ magnétique terrestre, ledit procédé étant caractérisé en ce que: in a) l'on mesure les trois composantes X, Y, Z du champ magnétique au moyen de trois capteurs magnétiques la, lb, lc disposés suivant les trois axes d'un trièdre droit, b) l'on calcule, en temps réel, les variations HX, HY, HZ de ces trois composantes par rapport au champ magnétique terrestre, ainsi que les modules horizontal MH et total MT des variations, c) l'on compare à chaque instant t la valeur des modules total et horizontal et de la composante verticale par rapport à la valeur de ces modules et composante, à l'instant t-l, et Ion mémorise les valeurs maximale et minimale respectives M Tmax, M Tmin, M Hmax, M Hmin, H Zmax, et H Zmin, desdits modules et composante, d) et l'on délivre une information de présence du véhicule ( 5) lorsque d-l) le module total maximal M Tmax est supérieur à un seuil prédéterminé 52, d-2) la valeur du module horizontal MH à l'instant t a progressé régulièrement pendant un laps de temps déterminé par rapport à la valeur minimale M Hmin mémorisée, d-3) et le rapport H Zmax HZ min est M Hmax supérieur à un seuil prédéterminé KI. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on n'autorise les étapes (c) et (d) que lorsque le module total MT est supérieur à un seuil prédéterminé. 3/ Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on mémorise à un instant t, en tant que valeurs minimales, les seules va Leurs des modules total MT et horizontal MH inférieures à un pourcentage il prédéterminé des valeurs maximales M Tmax et M Hmax mémorisées desdits modules total et horizontal. 4/ Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que (d) l'on délivre une information de présence du véhicule ( 5), lorsque (d-4) le rapport M Hmin est inférieur à une valeur prédéterminée K 2. M Hmax / Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que (d), l'on délivre une information de présence du véhicule ( 5), lorsque (d-5) le rapport M Tmin est M Tmax inférieur à une valeur prédéterminée K 4. 6/ Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que (d) l'on délivre une information de présence du véhicule ( 5), lorsque (d-6) le rapport MH est M Hmax supérieur à une valeur prédéterminée K 3. 7/ Dispositif de détection d'un véhicule terrestre ( 5) ferro-magnétique pour la mise en oeuvre d'un procédé conforme à l'une des revendications 1 à 6 du type comprenant en combinaison: trois capteurs magnétiques la, lb, lc disposés suivant les trois axes d'un trièdre droit, et adaptés pour générer des signaux magnétiques représentatifs des variations des trois composantes HX, HY, HZ du champ magnétique au droit de ces capteurs, une unité de conversion analogique/ numérique ( 2) recevant les signaux magnétiques et adaptée pour saisir ces signaux et délivrer des signaux numériques fonctions des vairations des trois composantes HX, HY et HZ, un microcalculateur ( 3) adapté pour assurer le traitement des signaux numériques, et comportant une mémoire programme contenant un programme d'opérations logiques à effectuer, une mémoire de travail pour le stockage des résultats, et une sortie de détection ( 4) adaptée pour générer un signal de présence d'un véhicule ( 5), et des moyens d'alimentation électrique intégrés. 8/ Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les capteurs magnétiques la, lb, lc sont des magnéto-résistances.