Brevet FR2686157A1 — publié le 19930716

Procédé et capteur destinés à déterminer l'éloignement de cibles émettant des sons La présente invention concerne un procédé destiné à déterminer l'éloignement de cibles émettant des sons, de préférence des véhicules à roues ou à chenilles, à partir de signaux acoustiques qui sont soumis à une transformation de Fourier Elle a aussi pour objet un capteur acoustique pour la mise en oeuvre du procédé de ce type, comportant une partie o O électronique d'exploitation qui comprend un circuit de transformation de Fourier. Par le document DE-OS 39 36 359 on sait utiliser, pour déterminer l'orientation et l'éloignement de cibles émettant des sons, un dispositif de détection, constitué de plusieurs capteurs, des capteurs acoustiques étant utilisés pour déterminer l'orientation de la cible Pour déterminer son éloignement, on utilise en plus un capteur sismique, une ligne caractéristique de la cible étant mesurée dans le spect: sc;-re dans l'atmosphère et au sol et à partir du déplacement Doppler de ces lignes et de la vitesse de propagation des ondes correspondantes, on calcule la vitesse radiale de la cible et à partir de celle-ci son éloignement, en tenant compte de l'angle azimutal Outre le fait que dans ce cas il faut disposer d'une série de capteurs pour déterminer l'éloignement de la cible, la vitesse de propagation des ondes sonores au sol varie fortement par rapport à la vitesse de propagation des ondes sonores dans l'atmosphère, suivant le type de sol, de sorte qu'il faut la déterminer, et que pour cela il faut former le spectre croisé des signaux reçus par deux capteurs. L'invention a pour but d'indiquer un procédé et un capteur du type précité qui soit plus simple et donc d'un fonctionnement plus fiable et plus rapide, sans qu'une direction soit préférable. Ce but est atteint avec le procédé et le capteur suivant l'invention en ce que les signaux acoustiques (S(r 2, k FG), S(ri, ki G)) de la cible, reçus par un capteur acoustique, à deux instants (tl, t 2 > successifs auxquels elle se trouve à une distance (rj ou r 2) de ce capteur acoustique, sont utilisés, après transformation de Fourier, pour déterminer, par exploitation de la différence de phase du spectre sonore, la différence entre les distances (rn et r 2) de la cible par rapport au capteur, aux instants (ti, t 2) et pour calculer ensuite l'éloignement de la cible selon le modèle des ondes sphériques. Les signaux sonores sont soumis dans leur propagation dans l'atmosphère à une atténuation géométrique ainsi qu'à une atténuation atmosphérique. L'atténuation atmosphérique dont la valeur varie en fonction de la fréquence, peut être négligée pour la "O gamme de fréquences et de distances concernée, de sorte que l'atténuation est essentiellement déterminée par l'atténuation géométrique de la propagation On peut considérer dans ce cas les cibles approximativement comme des sources ponctuelles (distances usuelles par rapport à la cible jusqu'à 300 m), les ondes sonores se propageant donc comme des ondes sphériques dont l'amplitude diminue proportionnellement à 1/r et la puissance des signaux proportionnellement à 1/r 2 Si le spectre sonore, émis par les cibles, peut être admis comme constant pour des parcours de déplacement des cibles (véhicules blindés et similaires) capteur, en deux points appropriés. La figure 1 représente une cible 1 qui à l'instant tl se trouve à une distance ri et à l'instant t 2 à une distance r 2 d'un capteur acoustique 2 (microphone), la distance radiale Ar entre les deux points étant égale à r 2 ri En exploitant la différence de phase du spectre sonore aux deux points de mesure ri et r 2, on calcule Ar Avec Ar et connaissant les puissances des signaux P(rl) et P(r 2), il est possible, par le modèle de propagation admis ci-dessus, de calculer l'éloignement de la cible recherchée ri ou r 2, à partir des signaux du seul capteur 2. Soit S(r 2, k FG) et S(rl, k FG) les signaux sonores déjà soumis à une transformation de Fourier et donc représentés dans le domaine de fréquences, aux instants t 2 et tl, FG étant la résolution de fréquence et k une grandeur réglée En admettant que la cible émette uniformément des sons dans l'intervalle de distance r 2, ri, on a comme spectre croisé les signaux I cs étant la vitesse du son. Il est à noter ici que Ar doit être choisi point de vue technique D'une manière avantageuse, t 2 - tl est choisi suffisamment petit pour que Ar soit inférieur à 2/2 Dans le cas de cibles réelles telles que des véhicules blindés et similaires, il faut s'attendre à des vitesses de cible vz A partir des deux puissances de signaux P 2 = 52-(r 2) et Pl = 52 (rl) ainsi que Ar, on détermine la distance de la cible rl (ou r 2 = r + Ar) D'après le modèle des ondes sphériques on a: Pl = r 22/rl 2 P 2 A partir de ceci on calcule l'éloignement de la cible 1 r Ptps 2Ar+P 2 P 2 _) 1 p En principe les résultats peuvent être entachés par différentes erreurs, par exemple du fait d'une émission acoustique non fixe de la cible, d'erreurs du modèle de propagation, d'erreurs de mesure, etc Mais une prise en compte des deux erreurs déterminantes dans ce cas, à savoir l'erreur du modèle de propagation et la détermination erronée du spectre de phase, montre qu'en liaison avec une méthode de compensation (méthode de formation de moyenne), le procédé de mesure d'éloignement décrit convient par exemple aux capteurs d'une mine à détonateur chercheur. Les erreurs du modèle de propagation conduisent à un résultat erroné en ce qui concerne la distance; l'erreur de distance AF(rj) de l'éloignement de la cible rî en fonction de l'erreur AF(P 1/P 2) se calcule suivant A(r)=r L + Ar 2 |(j) ( t/i>-i AFP/ A Pll P -1 Pl± Pl /P 2-1 2 / 1 2 i AFP i 2 La figure 2 représente la variation de AF(rl)/AF(Pl/P 2) en fonction de rj et de Ar. Un spectre de phase erroné conduit généralement à une erreur F(Ar) de la distance Ar Celle-ci peut se calculer en ce qui concerne l'éloignement rn d'après la relation AF(r 1)= F 2 +j Pl) + P 2 AF(Ar) t +Z É 2 t-2 La figure 3 représente la variation de AF(rj)/AF(Or) en fonction de rn et Ar. Dans le cas d'un capteur équipé d'une partie électronique d'exploitation appropriée, dans lequel, suivant les exigences, les valeurs déterminées sont éventuellement soumises à une méthode de compensation, l'ensemble des circuits de commutation destinés à la transformation de Fourier, peut être utilisé en outre pour l'exploitation des signaux de capteurs azimutaux, qui sont activés par exemple par le capteur acoustique. La partie électronique d'exploitation peut comporter un microprocesseur programmé de manière appropriée Le capteur acoustique peut présenter un faible encombrement et est robuste, et convient particulièrement bien à son utilisation dans des systèmes de capteurs de mines et de reconnaissance. REVENDICATIONS 1 Dispositif destiné à déterminer l'éloignement de cibles ( 1) émettant des sons, de préférence des véhicules à roues ou à chenilles, à partir de signaux acoustiques qui sont soumis à une transformation de Fourier, caractérisé en ce que les signaux acoustiques (S(r 2, k FC), S(rj, k FG)} de la cible (l),reçus par un capteur acoustique ( 2), à deux instants (t 1, t 2) successifs auxquels elle se trouve à une distance (rj ou r 2) de ce capteur acoustique, sont utilisés, après transformation de Fourier, pour déterminer, par exploitation de la différence de phase du spectre sonore, la différence entre les distances (rj et r 2) de la cible ( 1) par rapport au capteur ( 2), aux instants (tl, t 2), et pour calculer ensuite la distance par rapport à la cible selon le modèle des ondes sphériques. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'éloignement calculé de la cible est soumis à une compensation d'erreur par rapport à l'erreur de modèle de propagation et/ou la détermination erronée de la différence de phase du spectre sonore. 3 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'intervalle entre les instants (tl t 2) est choisi suffisamment petit pour que la différence entre les distances (rj et r 2) entre la cible ( 1) et le capteur ( 2) soit inférieure à la moitié de la longueur d'onde des signaux acoustiques reçus. 4 Capteur acoustique destiné à déterminer l'éloignement de cibles ( 1) émettant des sons, de préférence des véhicules à roues ou à chenilles, à partir de signaux acoustiques, comportant une partie électronique d'exploitation qui comprend un circuit de transformation de Fourier, caractérisé en ce que la partie électronique d'exploitation est conçue de manière que les signaux acoustiques (S(r 2, k FG), S(rj, k FG)H de la cible ( 1) reçus par un capteur acoustique ( 2), à deux instants (tl, t 2) successifs auxquels elle se trouve à une distance (rn ou r 2) de ce capteur acoustique, sont utilisés, après transformation de Fourier, pour déterminer, par exploitation de la o O différence de phase du spectre sonore, la différence entre les distances (rn et r 2) de la cible ( 1) par rapport au capteur ( 2), aux instants (tl, ti) et pour calculer ensuite la distance par rapport à la cible selon le modèle des ondes sphériques.