Brevet FR2749403A1 — publié le 19971205

L'invention concerne un procédé pour la détection et le classement de sources acoustiques, en particulier de véhicules, pour détecter et classer des sources acoustiques, en particulier des véhicules, en utilisant des géophones installés dans le sol pour recevoir des ondes acoustiques déclenchées par une source acoustique et induites dans le sol, dans lequel un niveau de récep- tion mesuré par le géophone est comparé, en vue d'une détection de dépassement, avec un niveau de référence adapté à la nature du sol à l'endroit de prélèvement du géophone et, en vue de l'adaptation, on mesure la vitesse de propagation sismique au lieu de prélèvement du géo- phone en tant que mesure de la nature du sol. Dans un tel procédé connu d'après la demande de brevet allemand (38 40 732) qui est utilisé dans un dispositif d'alarme sensible à des véhicules à chenille en vue d'activer des mines terrestres stationnaires détruisant les blindés, le véhicule à chenilles est détecté par le fait que le niveau de réception du géo- phone dépasse un niveau de référence préréglé. Etant donné que le niveau de référence est choisi de telle manière qu'il ne puisse pas être dépassé par le niveau de réception produit par les véhicules à roues plus légers, cela est lié avec un classement du véhicule détecté en tant que véhicule à chenilles. Du fait que le niveau de réception du géophone dépend de la nature du sol à l'endroit de prélèvement, le niveau de référence doit être adapté, c'est-à-dire accommodé, à la nature du sol. Une mesure pour la nature du sol proprement dite est la vitesse de propagation sismique mesurée à l'endroit de prélèvement. Cette dernière peut être déterminée sous la forme d'une fonction de corrélation croisée des signaux de sortie du géophone et d'un deuxième géophone disposé à une distance connue du premier. Mais il s'est avéré que, malgré cette adaptation du niveau de référence au moyen de la vitesse de propagation sismique, mesurée à l'endroit de prélèvement, des ondes acoustiques de sol, la probabilité de détection que l'on peut obtenir et le taux de fausses alarmes ne sont pas encore satisfaisants, en particulier lorsque l'on veut étendre le procédé à la détection et au classement de véhicules différents, tels que des véhicules à roues et à chenilles de différentes structures. L'invention se propose, dans un procédé du type cité plus haut, d'améliorer l'adaptation du niveau de référence aux réalités du lieu de prélèvement du géophone de telle manière que l'on améliore sensiblement la fiabilité et la précision de la détection et du classe- ment. Ce problème est résolu, dans un procédé de détection et de classement de sources acoustiques du type décrit ci- dessus par le fait que l'on détermine le genre d'onde (onde P ou de Rayleigh) de l'onde acoustique de sol reçu par les géophones (11,12) et que l'on utilise ce genre d'onde en tant que paramètre supplémentaire pour l'adaptation du niveau de référence (P ref). Le procédé selon l'invention utilise la connais- sance que le niveau de réception du géophone est cepen- dant plus influencé que l'on ne le croyait jusqu'ici par le genre d'onde des ondes acoustiques de sol qui se forment de manière préférentielle à l'endroit de pré- lèvement du fait de la nature du sol. Comme cela est connu, les ondes acoustiques de sol se propagent sous la forme d'ondes longitudinales (ondes P), d'ondes transver- sales (ondes S) ou d'ondes superficielles (ondes de Rayleigh). Conformément au procédé selon l'invention, on détermine le genre d'onde et, avec ce paramètre, on modifie le niveau de référence adapté au moyen de la vitesse de propagation sismique mesurée. De ce fait, selon un mode de réalisation préféré du procédé selon l'invention destiné à des genres d'ondes qui fournissent un niveau de réception significatif, on mesure des courbes caractéristiques et on les met en mémoire en tant que modèles de propagation sismique qui reproduisent la fonction représentative du niveau de sortie du géophone, rapportée à une vélocité définie du géophone, par exemple 1 cm/s, en fonction de la vitesse de propagation sismique. Au moyen de la vitesse de propagation sismique mesurée, on prélève de ce fait, au lieu de prélèvement du géophone, à partir du modèle de propagation qui correspond au genre d'onde détecté, une valeur d'adaptation de niveau au moyen de laquelle on fait varier le niveau de référence prédéterminé pour adapter, de manière optimale, le seuil de détection et de classement à la nature du sol au lieu de prélèvement. Les ondes P et les ondes de Rayleigh se sont révélées comme des genres d'onde significatifs, alors que par contre l'onde S présente une importance plus faible à ce sujet. D'autres formes de réalisation avantageuses du procédé selon l'invention ressortent des autres revendi- cations. Pour déterminer le type d'onde déterminant du signal acoustique de sol au lieu de prélèvement, confor- mément à une forme préférée du procédé selon l'invention, on installe deux géophones au lieu de prélèvement de telle manière que la direction de réception d'un premier géophone soit sensiblement verticale et que celle du deuxième géophone soit orthogonale à l'autre. La diffé- rence de phase existant entre les signaux de sortie des deux géophones fournit une information concernant le genre d'onde des ondes acoustiques de sol reçues. Si les deux signaux de sortie se trouvent en phase ou en opposi- tion de phase, alors il s'agit d'une onde P; s'il existe entre les signaux de sortie une différence de phase d'environ 90 ou 270 , alors l'onde acoustique de sol est une onde de Rayleigh. Si l'on veut détecter les sources acoustiques qui se déplacent sur un véhicule prédéterminé, il est avanta- geux, pour améliorer le niveau de réception d'installer le deuxième géophone en outre de telle manière que sa direction de réception soit parallèle au trajet de circulation. En outre, le lieu de prélèvement pour les deux géophones devrait être le plus près du trajet de circulation. Grâce au procédé selon l'invention, on peut séparer, lors de la détection et du classement, de manière fiable, des véhicules à roues et des véhicules à chenilles lorsque - comme conformément à une forme de réalisation préférée de l'invention - on prédétermine un niveau de référence supérieur et un niveau de référence inférieur, le niveau de référence supérieur étant réglé de telle manière qu'il est dépassé exclusivement par des niveaux de réception déclenchés par des véhicules à chenilles. Le niveau de référence inférieur est relevé à un niveau tel qu'il n'est pas dépassé par des niveaux de réception qui sont déclenchés par d'autres sources de bruit plus faible que des véhicules à roues, par exemple des piétons. Le fait de prévoir des niveaux de référence intermédiaires permet de reconnaître des véhicules à roues légers et lourds et des véhicules à chenilles légers et lourds. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront de la description qui suit d'un exemple de réalisation de l'invention, faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est un schéma synoptique de modules fonctionnels destinés à mettre en oeuvre le procédé de détection et de classement de sources acoustiques; - la figure 2 est un diagramme du niveau de sortie relatif du géophone en fonction de la vitesse de propagation sismique pour des ondes P et des ondes de Rayleigh. Sur le schéma synoptique de la figure 1 qui a été donné pour expliquer le procédé pour la détection et le classement de véhicules en tant qu'exemple de sources acoustiques, on a décrit, pour des raisons de meilleure compréhension, des modules fonctionnels individuels qui sont associés aux étapes individuelles du procédé à partir de la réception des ondes acoustiques de sol déclenchées par le véhicule jusqu'à l'affichage du résultat du classement. Au lieu de prélèvement repéré en 10 sur la figure 1, on dispose deux géophones 11 et 12 dont les directions de sensibilité maximale (désignées par la suite en abrégé par directions de réception) sont disposées orthogonale- ment l'une par rapport à l'autre. Les géophones 11 et 12 sont disposés auprès d'un tronçon de parcours, par exemple une route, qui doit être surveillé; ils sont enterrés dans le sol de telle manière que la direction de réception du géophone 11 est verticale et que celle du géophone 12 est horizontale et parallèle au tronçon de parcours (axes z et x de la figure 1). A une distance prédéterminée d du premier géophone 11, on enterre dans le sol un troisième géophone 13 présentant une direction de réception verticale. La profondeur d'enfouissement des géophones 11 et 13 est faible de telle sorte que ces derniers sont près de la surface du sol. Les géophones 11 et 12 peuvent être rassemblés dans un récipient qui est alors installé dans le sol au lieu de prélèvement de manière correspondante. Les signaux de sortie des trois géophones 11,12 et 13 sont soumis à un traitement de signal conformément au procédé de traitement et d'évalua- tion de signal suivant: - pour les signaux de sortie des premier et troisième géophones 11 et 13, on détermine leur décalage temporel l'un par rapport à l'autre et, à partir de la distance connue d entre ces deux géophones 11 et 13 et du décalage temporel détecté, on détermine la vitesse de propagation sismique c du signal acoustique de sol au lieu de prélèvement 10 (module 14 pour la détermination de la vitesse de l'acoustique). Le décalage temporel peut par exemple être acquis par la formation de la fonction de corrélation croisée des deux signaux de sortie comme cela est décrit dans la demande de brevet allemand 3 840 732. La valeur de la vitesse c s'obtient alors par la division de la distance d séparant les géophones 11 et 13 par le décalage temporel détecté. Pour obtenir une valeur estimative améliorée de la vitesse de propagation sismi- que, on réalise plusieurs mesures et on détermine les valeurs moyennes (module 15 pour la détermination des valeurs de vitesse). Pour les deux signaux de sortie des premier et second géophones 11 et 12, on détermine la différence de phase entre ces deux signaux de sortie (module 16 pour la détermination de la différence de phase) et, à partir de cette différence de phase, on détermine le type d'onde du signal acoustique de sol qui prédomine au lieu de prélè- vement 10 et qui influe de manière sensible sur le niveau de réception dans les géophones 11 et 12 (module 17 pour la détermination du type d'onde du signal acoustique). Si les signaux de sortie des géophones 11 et 12 sont en phase ou en opposition de phase (différence de phase sensiblement égale à 0 ou 180 ), alors on se détermine pour une onde longitudinale ou onde P. Si la différence de phase est d'environ 90 ou 270 , on détermine que l'onde du signal acoustique de sol prédominante au lieu de prélèvement 10 est une onde superficielle ou onde de Rayleigh. Dans une mémoire 18 (module "modèle de propaga- tion sismique"), on mémorise à chaque fois une courbe caractéristique pour le genre d'onde ou pour le type d'onde "onde P" ou pour le type d'onde de Rayleigh qui représente la fonction du niveau de sortie du géophone par rapport à une vélocité de référence du géophone en fonction de la vitesse de propagation sismique. Ces courbes caractéristiques déterminées par une pluralité de mesures sont représentées à la figure 2 pour les deux genres d'ondes cités. On peut voir clairement que le niveau de sortie relatif du géophone est beaucoup plus grand lors de la propagation des ondes acoustiques déclenchées par la source d'ondes pour des ondes de Rayleigh que pour des ondes acoustiques de sol provenant de la même source acoustique et se propageant sous la forme d'ondes P. Au moyen du type d'onde déterminé, comme décrit ci-dessus, qui se forme de manière préférentielle au lieu de prélèvement 10, on recherche dans le modèle de propagation sismique de la figure 2 la courbe caracté- ristique pertinente et, à partir de cette courbe caracté- ristique, au moyen de la vitesse acoustique sismique c déterminée comme indiqué ci-dessus, on détruit ce que l'on appelle un niveau d'adaptation P adapt' A partir du signal de sortie d'un des géophones 11 et 12, dans le cas présent du géophone 11, on détecte la valeur de crête du niveau de réception mesuré par le géophone (module 19 pour déterminer le niveau de récep- tion P max) Le niveau de réception P max est, en vue de la détection et du classement de véhicules à roues et à chenilles, comparé à deux niveaux de référence P ref (module 20 pour le classement) qui sont fixés de telle manière que le niveau de référence supérieur P re, est exclusivement dépassé par des niveaux de réception P max qui sont déclenchés par des véhicules à chenilles et que le niveau de référence inférieur P ref est dépassé également par des niveaux de réception P m,, ax qui seront créés par des véhicules à roues. Dans un module de mémoire 21 (module "niveau de référence spécifique de la classe"), on inscrit des niveaux de référence normalisés pour ces véhicules pour une nature de sol normalisé prédéterminée. Pour obtenir le niveau de référence précité P ref qui est adapté de manière optimale à la nature du sol au lieu de prélè- vement 10, on corrige chacun des niveaux de référence normalisés (module 22 pour la correction) au moyen du niveau d'adaptation P adapt déduit du modèle de propagation sismique (module 18 de la figure 2). Si le niveau de réception P max du géophone 11 dépasse les niveaux de référence P f inférieur et supérieur ainsi obtenus, alors on reconnaît un véhicule à chenilles. Si le niveau de réception P max ne dépasse que le niveau de référence inférieur P ref alors on reconnaît un véhicule à roues. Ce résultat de classement est affiché (module 23 "afficha- ge"). On peut réaliser un classement plus fin lorsque l'on introduit deux autres niveaux de référence P ref qui sont caractéristiques pour la distinction entre des véhicules à chenilles, respectivement à roues, lourds et légers, de telle sorte que, en tout, on prédétermine quatre niveaux de référence échelonnés P ref avec lesquels on compare le niveau de réception P.max du géophone 11. Ces quatre niveaux de référence aussi sont le résultat d'une correction de quatre niveaux de référence normali- sés correspondants qui sont inscrits dans le module de mémoire 21 et qui sont corrigés grâce au niveau d'adapta- tion P adapt- REVENDICATIONS 1. Procédé pour détecter et classer des sources acoustiques, en particulier des véhicules, en utilisant des géophones installés dans le sol pour recevoir des ondes acoustiques déclenchées par une source acoustique et induites dans le sol, dans lequel un niveau de récep- tion mesuré par le géophone est comparé, en vue d'une détection de dépassement, avec un niveau de référence adapté à la nature du sol à l'endroit de prélèvement du géophone et, en vue de l'adaptation, on mesure la vitesse de propagation sismique au lieu de prélèvement du géo- phone en tant que mesure de la nature du sol, caractérisé en ce que l'on détermine le genre d'onde (onde P ou de Rayleigh) de l'onde acoustique de sol reçu par les géophones (11,12) et en ce que l'on utilise ce genre d'onde en tant que paramètre supplémentaire pour l'adap- tation du niveau de référence (P ref). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour des sortes d'ondes significatives (ondes P et de Rayleigh) des ondes acoustiques de sol, l'on détermine à chaque fois une courbe caractéristique pour la fonction du niveau de sortie du géophone rapportée à une vélocité de référence de géophone en fonction de la vitesse de propagation sismique des ondes acoustiques de sol, en ce que ladite courbe caractéristique est mémori- sée en tant que modèle de propagation sismique, et en ce que l'on déduit, de la vitesse de propagation sismique mesurée et du genre d'onde déterminé à partir du modèle de propagation adjoint, un niveau d'adaptation correspon- dant (P adapt) avec lequel on corrige le niveau de réfé- rence (P ref) 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, carac- térisé en ce que plusieurs niveaux de référence (P ref) sont prédéterminés de telle sorte que le niveau de référence supérieur n'est dépassé que par des niveaux de réception (P max) qui sont créés par des véhicules à chenilles et en ce que le niveau de référence inférieur est déjà dépassé par des niveaux de réception (P max) qui sont créés par des véhicules à roues. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'on prédétermine deux niveaux de référence supplémentaires (P ref) se trouvant entre les niveaux de référence supérieur et inférieur en vue de la séparation de véhicules à roues et à chenilles légers et lourds. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que au lieu de prélèvement (10), l'on dispose un premier géophone (11) présentant une direction de réception verticale et un deuxième géophone (12) avec une direction de réception orthogonale à celle du premier et en ce que, à partir de la différence de phase des deux signaux de sortie des géophones, on en conclut le genre d'onde des ondes acoustiques reçues. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que pour une différence de phase d'environ 90 ou 270 , on en conclut qu'il s'agit d'un premier genre d'onde (onde de Rayleigh) et que pour une différence de phase égale à environ 0 ou 180 , on en conclut qu'il s'agit d'un deuxième genre d'ondes (onde P) en tant que type de propagation déterminant des ondes acoustiques de sol au lieu de prélèvement (10). 7. Procédé selon la revendication 5 ou 6 destiné à des sources acoustiques qui se déplacent sur un trajet prédéterminé, caractérisé en ce que le lieu de prélè- vement (10) des géophones (11,12) est disposé le plus près possible du trajet et en ce que la direction de réception du deuxième géophone se trouvant au lieu de prélèvement (10), est parallèle au trajet. 8. Procédé selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que l'on installe un troisième géophone (13) dans le sol à une distance prédéterminée (d) du lieu il de prélèvement du géophone (10) avec une direction de réception verticale et en ce que l'on détermine la vitesse de propagation sismique (c) au lieu de prélè- vement (10) à partir du décalage temporel des signaux de5 sortie des premier et troisième géophones (11,13) et de la distance connue (d) entre les géophones.