Brevet FR2759173A1 — publié le 19980807

i DETECTEUR DE MINES Ces dernières années, beaucoup d'efforts ont été faits dans le domaine de la recherche automatisée, assistée par utilisation de capteurs, concernant des mines antipersonnel (mines AP). On utilise ici, par exemple, des détecteurs de métaux à six axes, des systèmes radar de localisation géographique et des capteurs olfactifs se basant sur la technique des micro-systèmes, pour détecter les mines enfouies dans le sol. Avec quelques-uns de ces procédés connus, on peut détecter certains types de mines avec une grande probabilité, le taux d'identification requis, _ 99,9 4 pour l'ensemble du spectre envisagé de mines AP, ne peut cependant être atteint qu'avec des systèmes à capteurs multi-mode pour lesquels les différents types de capteurs sont combinés. De tels systèmes multi- mode jusqu'ici ne sont cependant pas arrivés à un niveau de maturation permettant leur production industrielle. Ceci résulte du grand nombre de formes de construction différentes des mines et de principes différents de fonctionnement de ces mines, ainsi que du fait que les mines AP ont de faibles dimensions et n'ont, respectivement, pratiquement aucune partie métallique. En outre, le sol dans lequel les mines AP sont enfouies, en règle générale, présente un comportement de redispersion au radar extrêmement complexe, si bien que les systèmes radar de localisation géographique ne peuvent être utilisés que de façon limitée et imposent des exigences élevées à la capacité de performance du traitement de signal utilisé. Outre l'insuffisance du taux d'identification, mines faisant appel à une aiguille de détection de mines. L'invention a comme but de créer un détecteur de mines qui ne présente pas les inconvénients mentionnés ci-dessus, le taux d'identification requis d'au moins 99,9% pouvant être réalisé en faisant appel à des moyens relativement simples. Ce problème est résolu, selon l'invention, par un véhicule miniature évoluant sur le terrain, présentant sur une tête porte-aiguilles une pluralité d'aiguilles de détection de mines, à chacune des aiguilles de détection de mines étant associé un capteur de mesure de pression et les capteurs de mesure de pression étant branchés ensemble avec un dispositif électronique qui est prévu pour commander les aiguilles de détection de mines, ainsi que pour le traitement et l'évaluation des signaux enregistrés. Des modes de réalisation et des perfectionnements préférés du détecteur de mines selon l'invention sont caractérisés par le fait que: - le véhicule miniature est susceptible d'être télécommandé. - les aiguilles de détection de mines sont disposées sur la tête porte-aiguilles, à distance les unes des autres et placées en une rangée, les unes à côté des autres. - les aiguilles de détection de mines sont disposées inclinées par rapport à la verticale, l'inclinaison étant d'un angle déterminé. - à chaque aiguille de détection de mines est associé un capteur à flexion. - aux aiguilles de détection de mines est associé un dispositif de nettoyage. - sur le véhicule miniature est prévu un dispositif d'expulsion par soufflage destiné à enlever le sable et les petites pierres. - sur le véhicule miniature est montée une caméra vidéo. - sur le véhicule miniature est prévu un bras de véhicule. - un dispositif de mesurage est prévu pour élaborer une cartographie de la zone. - le dispositif de mesurage est un système de positionnement global (GPS). - sur le véhicule miniature est prévu au moins un détecteur de métaux. - il est prévu une station centrale d'évaluation, qui est reliée fonctionnellement au dispositif électronique du véhicule miniature. Le détecteur de mines selon l'invention utilise le principe des aiguilles de détection de mines, la recherche de mines étant automatisée par la mise en oeuvre d'un robot détecteur de mines équipé d'une sensorique de mesure de pression. Au moyen d'une réalisation appropriée de la sensorique de mesure de pression, on simule le comportement et la manière de procéder du personnel de recherche des mines. Le véhicule miniature évoluant sur le terrain, du détecteur de mines selon l'invention, c'est-a-dire le robot détecteur de mines, est constitué d'une cellule véhicule robuste, de préférence à structure modulaire et facile à réparer en cas de besoin, sur laquelle sont montées la sensorique de mesure de pression ainsi que l'électronique destinée à la commande des aiguilles de détection de mines et au traitement et à l'évaluation des signaux enregistrés. Le véhicule miniature peut, par exemple, être télécommandé et surveillé par un sapeur-démineur, qui est posté à une distance sûre. Cette télécommande peut se faire sans fil ou au moyen d'un fil. On met à disposition du sapeur-démineur évoqué une station centrale d'évaluation se présentant sous la forme d'un ordinateur de commande. Cet ordinateur de commande peut par exemple avoir la taille d'un ordinateur portable. La sensorique de mesure présente les aiguilles de détection de mines, pouvant être commandées indépendamment les unes des autres et montées en rangée les unes à côté des autres. L'espacement entre les aiguilles de détection de mines peut par exemple être de 20 mm. Au moyen de la sensorique de mesure de pression, on peut d'abord effectuer un profilage en hauteur du sol avant l'application des aiguilles de détection de mines. En partant du profil de hauteur déterminé, de cette manière, on introduit les aiguilles de détection de mines ensuite indépendamment les unes des autres jusqu'à une profondeur déterminée dans le sol. Cette profondeur peut par exemple être de 10 cm. Au moyen d'une commande appropriée, il est assuré que la pression nécessaire pour déclencher les mines AP ne soit pas atteinte, respectivement ne soit pas dépassée. Si la pression mentionnée atteint une valeur de seuil prédéterminée, qui est inférieure à la pression de déclenchement des mines AP, alors on stoppe sans retard le mouvement des aiguilles de détection de mines correspondantes. Outre la sensorique de mesure de pression dans la partie avant du véhicule miniature, sont prévus, de manière appropriée, un dispositif permettant d'expulser par soufflage le sable et les petites pierres. De même, on peut prévoir un racleur-dévêtisseur destiné à nettoyer les aiguilles de détection de mines. Pour apprécier visuellement les conditions du sol, ou pour effecteur un jugement visuel sur un site o l'on a trouvé quelque chose, ceci étant fait par le sapeur-démineur qui manipule le détecteur de mines, on peut monter une caméra vidéo sur le véhicule miniature. Pour pouvoir effectuer une cartographique du terrain exploré avec le détecteur de mines selon l'invention, il est approprié que le détecteur de mines selon l'invention soit équipé d'un système de positionnement global (GPS) permettant de déterminer sa positon respective. De préférence, ici, il faut utiliser un système DGPS pour lequel la précision de la détermination de la position est augmentée de façon correspondante. La détermination de la position du détecteur de mines selon l'invention peut, par exemple, également s'effectuer au moyen d'un relèvement connu en soi du détecteur de mines. Les positions déterminées du détecteur de mines peuvent être transmises à la station centrale d'évaluation et y être archivées. On peut ainsi assurer une caractérisation précise des zones examinées. L'identification d'objets se trouvant dans le sol s'effectuent, pour un détecteur de mines selon l'invention, par analyse des profils de pression enregistrées au moyen de la sensorique de mesure de pression et des profils de pression dépendant de la profondeur de pénétration des aiguilles de détection de mines. A cette fin, on commence par décider, au moyen de la classification de l'évolution temporelle de la pression concernant une aiguille de mesure, du fait que l'aiguille de mesure a touché un objet solide ou bien est arrivé sur un objet mobile tel qu'une petite pierre, ou bien si l'aiguille de mesure n'a fait que rencontrer la résistance typique du sol respectif. Par l'évaluation de la position et de la taille de la distribution bidimensionnelle des résultats de classification, pour le sol situé devant le véhicule miniature du détecteur de mines selon l'invention, on peut alors identifier les mines situées au sol ou bien enfouies dans le sol. Le détecteur de mines selon l'invention présente l'avantage que, par l'évaluation des profils de pression du sol pour les types de mines les plus différents, il est assuré d'avoir une sécurité d'indentification très élevée, cette haute sécurité d'identification étant obtenue au prix d'une structure relativement simple du détecteur de mines selon l'invention. Un autre avantage réside dans le fait que les personnes ayant participé à la recherche de mines, pendant le fonctionnement du détecteur de mines selon l'invention, se trouvent hors de la zone à risques si bien que toute exposition à des risques du personnel de recherche de mines est exclue. D'autres détails, caractéristiques et avantages ressortiront de la description ci-après d'un exemple de réalisation représenté dans le dessin du détecteur de mines selon l'invention. Dans le dessin: la figure 1 représente un exemple de réalisation du détecteur de mines en combinaison avec une station centrale d'évaluation afférente, et la figure 2 représente un circuit à blocs du détecteur de mines de la figure 1. La figure 1 représente un mode de réalisation d'un détecteur de mines 10 équipé d'un véhicule miniature 12 évoluant sur le terrain, qui présente, sur un bras de sensorique 14, une tête porte-aiguilles équipée d'une pluralité d'aiguilles de détection de mines 18. Sur la figure 1, ne peut être vue que l'une de ces aiguilles de détection de mines 18, les aiguilles de détection de mines 18 restantes étant cachées par cette première aiguille de détection de mines 18. A chaque aiguille de détection de mines 18 est associé, dans la tête porte- aiguilles 16, un capteur de mesure de pression 20. Les capteurs de mesure de pression 20 sont branchés ensemble vis-à-vis d'un dispositif électronique 22 qui est prévu pour commander les aiguilles de détection de mines 18 et pour traiter et évaluer les signaux enregistrés, comme ceci va être expliqué ci-dessous en liaison avec la figure 2. Le dispositif électronique 22 est relié fonctionnellement à un poste central d'évaluation 24. Cette liaison fonctionnelle est indiquée par la flèche 26 dessinée sous forme de trait mixte. Il peut s'agir ici d'une liaison par fil ou d'une liaison radio sans fil. Le véhicule miniature 12, réalisé sous forme de véhicule chenillé, est équipée d'une caméra vidéo 28. Dans le sol désigné par le signe de référence 30 se trouve une mine 32 qui est recherchée à l'aide du détecteur de mines 10. La figure 2 représente sous forme de schéma à blocs, la sensorique de mesure de pression, respectivement de mesure de flexion 34 et un détecteur à métaux 36 qui sont branchés ensemble vis-à-vis du dispositif électronique 22, ce qui est indiqué par les deux flèches 38. On a désigné par le caractère de référence 40 un prétraitement de signaux unidimensionnel et par le caractère de référence 42 une classification des évolutions temporelles des signaux. Le caractère de référence 40 désigne un dispositif de prétraitement de signaux bidimensionnels et le caractère de référence 46 désigne un dispositif de classification des distributions bidimensionnelles. C'est-à-dire, par exemple, permettant d'effectuer la comparaison avec ce que l'on appelle des empreintes digitales venant de mines. On désigne par le caractère de référence 48 un émetteur appartenant au dispositif électronique 22 et servant à la transmission des données. Une antenne émettrice 50 est raccordée à l'émetteur 48. Le bloc de commutation 46 indiquant la classification des distributions bidimensionnelles est susceptible d'être relié, respectivement est relié, à une banque de données de mines 52, ce qui est indiqué par la double flèche 54. La flèche 56 tracée entre le dispositif électronique 22 et la sensorique de mesure de pression, respectivement de flexion 34, illustre l'adaptation de l'intervalle d'exploration et la commande de la vitesse de progression de l'aiguille de détection de mines 18 respectives (voir figure 1). La caméra vidéo 28 qui est représentée également sur la figure 1 est reliée au dispositif électronique 22, respectivement à l'émetteur 48 du dispositif électronique 22, ce qui est indiqué sur la figure 2 par la flèche 58. Sur la figure 2 est illustrée la station centrale d'évaluation, ceci étant fait par le bloc 24. La station centrale d'évaluation 24 présente un récepteur de transmission de données 60 auquel est raccordée une antenne réceptrice 62, un dispositif de visualisation des résultats 64 qui est relié à un visuel d'affichage 66, un dispositif d'archivage des résultats 68 qui est relié à une mémoire de données 70, ainsi qu'un appareil de manoeuvre 72. Le véhicule miniature 12 évoluant sur le terrain présente une structure robuste, de préférence modulaire. Au moyen de la structure modulaire, on facilite le cas échéant les travaux de réparation devenus nécessaires, en pouvant remplacer des composants individuels de façon simple et en peu de temps. Les dimensions du véhicule miniature peuvent par exemple être de l'ordre de grandeur de 60 cm de largeur, 120 cm de longueur et 50 cm de hauteur. Evidemment, on peut également réaliser d'autres dimensions pour le véhicule miniature 12. Les aiguilles de détection de mines 18 sont disposées à distance les unes des autres et placées en une rangée. Du fait du nombre élevé d'aiguilles de détection de mines 18 et de l'espacement adopté entre des aiguilles de détection de mines 18 voisines, on fixe la largeur de la piste de recherche du véhicule de détection de mines 12. Par une variation de la position d'enfichage des aiguilles de détection de mines 18, il est possible de diminuer à volonté l'espacement entre les aiguilles de détection de mines et d'augmenter ainsi, de manière correspondante, la résolution de l'exploration. Une telle variation de la position d'enfichage des aiguilles de détection de mines 18 s'effectue de manière appropriée en fonction des résultats de l'évaluation du signal. Lorsque, donc, il y a soupçon de détection d'une mine 32, la résolution est augmentée de manière correspondante pour vérifier le résultat. Les aiguilles de détection de mines sont introduites dans le sol 30, de préférence sous un angle d'inclinaison déterminé par rapport à la verticale. Cet angle peut par exemple être de 45 . On peut choisir des angles variables. La profondeur de pénétration des aiguilles de détection de mines 18 dans le sol est limitée à une profondeur maximale déterminée. La commande des aiguilles de détection de mines 18 s'effectue indépendamment les unes des autres chaque fois au moyen d'un dispositif d'entraînement variable. Ici, il peut s'agir d'un dispositif hydraulique. La vitesse et la valeur de la progression des aiguilles de détection de mines 18 sont commandées par les algorithmes de traitement de signaux du dispositif électronique 22. Pendant la progression, la pression exercée sur l'aiguille de détection de mines 18 respective est mesurée à l'aide du capteur de mesure de pression 20 afférent. Si la pression mesurée dépasse une valeur seuil prédéterminée, qui est inférieure à la pression de déclenchement des mines AP 32, alors la progression de l'aiguille de détection de mines 18 correspondante est interrompue sans retard. Pendant la progression, l'évolution temporelle de la pression de l'aiguille de détection de mines 18 respective est enregistrée. Cet enregistrement de l'évolution temporelle de la pression - ainsi que de l'évolution de la flexion - s'effectue pour chaque aiguille de détection de mines 18 individuelle, indépendamment des autres aiguilles de détection de mines 18 et à l'aide d'une sensorique de mesure de pression ou de flexion 34. Après mesure d'une "ligne au sol", le véhicule miniature 12 est déplacé dans la direction du roulage sur une distance déterminée, suite à quoi, les aiguilles de détection de mines 18 sont de nouveau introduites dans le sol 30. Une unité d'expulsion par soufflage 74 prévue sur la tête porte- aiguilles 18 (voir figure 1) sert à éliminer le sable et les petites pierres. Une unité de raclage 76 est prévue pour nettoyer les aiguilles de détection de mines 18. Dans le cas du détecteur à flexion associé à l'aiguille de détection de mines 18 respective, il peut s'agir d'un capteur DMS qui génère des signaux correspondants, lors de l'impact sur un objet solide, ou bien lors du glissement d'échappement depuis une surface lisse. Les signaux évoqués du dispositif DMS sont enregistrés et évalués séparément pour chaque aiguille de détection de mines 18. Pour obtenir une trace en particulier des mines antichars (mines AT), il est préféré que le détecteur de mines 10 présente au moins un détecteur de métaux. A l'aide de la caméra vidéo 28, il est possible d'apporter un jugement visuel sur le terrain se trouvant devant le véhicule miniature 12. Pour constater quel est le terrain situé devant le véhicule miniature 12, c'est-à-dire le profil de hauteur du sol 30, on peut également utiliser un scanneur laser monodimensionnel. Ainsi qu'on le voit sur la figure 2, pour évaluer les données des capteurs, c'est-à-dire les signaux de la sensorique de pression ou de flexion 34 et/ou les signaux du détecteur de métaux 36, on applique un procédé en plusieurs étapes. D'abord, on soumet à un processus d'identification de motif et on classe l'évolution temporelle des signaux de capteurs correspondant à la pression respective ou à la flexion respective, pendant la pénétration des aiguilles de détection de mines 18 dans le sol 30. Ceci est indiqué sur la figure 2 par les blocs 40 et 42. Sur la base des résultats de classification, on met en oeuvre à l'étape subséquente, qui est indiquée sur la figure 2 par les blocs 44 et 46, la procédure du traitement image pour évaluer la distribution bidimensionnelle des résultats de classification dans la direction du roulage du véhicule miniature 12 et dans la direction transversale à celle-ci. La classification des objets détectés dans la distribution bidimensionnelle des évolutions de pression et de flexion classifiées s'effectue en opérant une comparaison avec les "empreintes digitales" des mines AP 32 qui sont déposées dans la banque de données de mines 52. A cette fin, on utilise par exemple des procédés constitués de réseaux neuronaux, d'algorithmes faisant appel à la logique floue et à la logique floue et aux principes neuroniques, de manière que la connaissance d'expertise humaine, concernant l'utilisation des aiguilles de détection de mines 18, puisse être modélisée et utilisée pour l'évaluation. En fonction des résultats obtenus lors de l'évaluation des signaux capteurs, on effectue la commandes des aiguilles de détection de mines 18 par rapport à la position et par rapport à la progression de ces aiguilles de détection de mines 18. Lors de la détection "d'objets suspects", la résolution - comme déjà mentionné ci-dessus - dans la direction de roulage du véhicule miniature 12 et transversalement par rapport à celui-ci est augmentée. En effectuant une analyse des signaux capteurs aux endroits auxquels il n'y a aucune mine, on peut effectuer une estimation du sous-sol concernant son type et sa composition. La commande de la vitesse de progression des aiguilles de détection de mines 18 se fait sur la base de ces résultats. Il est de cette manière possible d'optimiser la vitesse de progression, optimisation entraînant la minimisation du temps nécessaire à la recherche des mines. L'évaluation des signaux capteurs concernant la pression et la flexion permet, en outre, de s'assurer du terrain ou du sol 30 situé devant le véhicule miniature 12, de manière que les objets se trouvant sur la surface du sol puissent être identifiés et que la profondeur de pénétration des aiguilles de détection de mines 18 dans le sol 30 puisse être déterminée de façon précise. Pour obtenir une cartographie de la zone de terrain "nettoyée", il est préféré effectuer une détermination précise de la position du véhicule miniature 12. Cette détermination de position peut s'effectuer au moyen d'un DGPS ou, le cas échéant, également par un relèvement de la position du véhicule miniature 12. Les positions mesurées du véhicule miniature 12 sont transmises à la station centrale d'évaluation 24 et y sont archivées. La station centrale d'évaluation 24 est servie par le personnel de recherche de mines qui séjourne à distance sûre vis-à-vis du véhicule miniature 12. Les résultats du traitement de signaux du dispositif électronique 22 sont alors transmis au moyen d'un câble, ou de préférence sans fil, par radio, à la station centrale d'évaluation 24 et y sont visualisés. En combinaison avec les images obtenues par la caméra vidéo 28, le personnel de recherche de mines, qui sert la station centrale d'évaluation 24, peut alors observer la progression du véhicule miniature 12 et entreprendre une action correctrice en cas de besoin. Il est possible, depuis la station centrale d'évaluation 24, de surveiller et de commander simultanément un certain nombre de véhicules miniatures 12. L'allocation de la zone de terrain à nettoyer peut s'effectuer par une programmation de la trajectoire de roulage du véhicule miniature 12 par l'intermédiaire de la station centrale d'évaluation 24. En outre, on peut activer une fonction d'auto-test du véhicule miniature 12, au moyen de la station centrale d'évaluation 24. De ce fait, on simplifie notablement de manière avantageuse le diagnostic et la réparation des composants endommagés du véhicule miniature 12. L'archivage des données transmises par le dispositif électronique 22 du véhicule miniature 12 peut s'effectuer au moyen d'une mémoire de données appartenant à la station centrale d'évaluation 24, c'est-à-dire de l'ordinateur d'évaluation. il REVENDICATIONS 1. - Détecteur de mines, caractérisé par un véhicule miniature (12) évoluant sur le terrain, présentant sur une tête porte- aiguilles (16) une pluralité d'aiguilles de détection de mines (18), à chacune des aiguilles de détection de mines (18) étant associé un capteur de mesure de pression (20) et les capteurs de mesure de pression (20) étant branchés ensemble avec un dispositif électronique (22) qui est prévu pour commander les aiguilles de détection de mines (18), ainsi que pour le traitement et l'évaluation des signaux enregistrés. 2. - Détecteur de mines selon la revendication 1, caractérisé en ce que le véhicule miniature (12) est susceptible d'être télécommandé. 3. - Détecteur de mines selon la revendication 1, caractérisé en ce que les aiguilles de détection de mines (18) sont disposées sur la tête porte-aiguilles (16), à distance les unes des autres et placées en une rangée, les unes à côté des autres. 4. - Détecteur de mines selon la revendication 3, caractérisé en ce que les aiguilles de détection de mines (18) sont disposées inclinées par rapport à la verticale, l'inclinaison étant d'un angle déterminé. 5. Détecteur de mines selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'à chaque aiguille de détection de mines (18) est associé un capteur à flexion. 6. - Détecteur de mines selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'aux aiguilles de détection de mines est associé un dispositif de nettoyage (76). 7. - Détecteur de mines selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que sur le véhicule miniature (12) est prévu un dispositif d'expulsion par soufflage (74) destiné à enlever le sable et les petites pierres. 8. - Détecteur de mines selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que sur le véhicule miniature (12) est montée une caméra vidéo (28). 9. - Détecteur de mines selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que sur le véhicule miniature (12) est prévu un bras de véhicule (14). 10. - Détecteur de mines selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un dispositif de mesurage est prévu pour élaborer une cartographie de la zone. 11. - Détecteur de mines selon la revendication 10, caractérisé en ce que le dispositif de mesurage est un système de positionnement global (GPS). 12. - Détecteur de mines selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que sur le véhicule miniature (12) est prévu au moins un détecteur de métaux (36). 13. - Détecteur de mines selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'est prévue une station centrale d'évaluation (24), qui est reliée fonctionnellement au dispositif électronique (22) du véhicule miniature (12).