FR2521307A1

FR2521307A1 - Procede passif d'acquisition de donnees relatives a une cible qui est une source acoustique de preference mobile

Info

Publication number: FR2521307A1
Application number: FR8302234A
Authority: FR
Inventors: Alwin Gudesen
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Fried Krupp AG
Priority date: 1982-02-11
Filing date: 1983-02-11
Publication date: 1983-08-12
Also published as: DE3204874A1; US4558439A; GB2114744A; GB8303521D0; DE3204874C2; FR2521307B1; GB2114744B

Abstract

DANS CE PROCEDE, ON UTILISE COMME CAPTEUR ACOUSTIQUE DEUX TRANSDUCTEURS ELECTROACOUSTIQUES 16, 17 REALISES ET DISPOSES DE TELLE MANIERE QU'ILS DETECTENT, ESSENTIELLEMENT, CHACUN L'UNE DES ONDES ACOUSTIQUES QUI SE PROPAGENT, A DES VITESSES DIFFERENTES, ENTRE LA SOURCE ACOUSTIQUE ET LE CAPTEUR. POUR DETERMINER LES DONNEES RELATIVES A LA CIBLE QUE CONSTITUE LA SOURCE ACOUSTIQUE, ON DETERMINE LES FREQUENCES DES SIGNAUX RECUS DANS CHACUN DES DEUX TRANSDUCTEURS 16, 17 ETOU LA DIFFERENCE DE TEMPS SEPARANT LA RECEPTION DES SIGNAUX. LE PROCEDE PEUT ETRE APPLIQUE AVANTAGEUSEMENT POUR DETERMINER CERTAINES DONNEES TELLES QUE LA NATURE, LA VITESSE, ETC, DE VEHICULES SE DEPLACANT SUR TERRE, DANS LES AIRS OU DANS L'EAU PAR RAPPORT A UN POINT DE MESURE OU SONT INSTALLES LES TRANSDUCTEURS ELECTROACOUSTIQUES.

Description

La présente invention porte sur un procédé passif d'acquisition de données

relatives à une cible qui est une source acoustique de préférence mobile qui se trouve dans un milieu non solide, comme l'air ou l'eau, avec utilisation d'un capteur acoustique éloigné

de la source acoustique.

Par "données relatives à une cible", on entend des grandeurs caractéristiques qui décrivent l'état de la source acoustique, par exemple sa distance, sa vitesse et éventuellement sa position, et/ou le genre de source acoustique, par exemple le spectre de fréquences qu'elle émet. L'invention a pour but de fournir un procédé

de ce genre, qui soit en mesure, avec des moyens techni-

ques relativement modestes, d'acquérir avec une fiabilité et une reproductibilité suffisantes des caractéristiques de sources acoustiques immobiles et/ou se déplaçant sur terre ou dans les airs, ce procédé pouvant être mis en oeuvre par un système automatique Par "moyens techniques modestes", on entend aussi bien les exigences concernant la qualité et la sensibilité du capteur acoustique que le volume des travaux préparatoires à la mise en oeuvre du

procédé dans des zones surveillées.

Ce but est atteint, selon l'invention, avec un procédé du genre indiqué ci-dessus qui est caractérisé

en ce qu'on utilise, comme ca Dteur acoustique, deux trans-

ducteurs électroacoustiques réalisés et disposés de telle

façon qu'ils détectent chacun l'une de deux ondes acous-

tiques qui se propagent à des vitesses différentes entre la source acoustique et les transducteurs, et en ce que,

pour obtenir les données relatives à la cible, on déter-

mine les fréquences des signaux reçus par les deux trans-

ducteurs et/ou la différence de temps séparant la récep-

tion des signaux.

Avec le procédé de l'invention, on tire parti du fait que l'énergie des ondes émises par une source acoustique est transmise à des vitesses différentes sur so'n trajet menant de cette source au point o se trouve

le capteur acoustique, et qu'on appelle le poste de me-

sure, soit dans des couches différentes d'un milieu ayant des caractéristiques de propagation différentes, soit

dans des milieux différents ayant des propriétés de pro-

pagation différentes, soit dans un milieu dans lequel se constituent des ondes acoustiques de différents types comme, par exemple, dans les milieux solides, les ondes longitudinales, transversales ou de Rayleigh On obtient

de cette manière, par au moins deux canaux de transmis-

sion, des données de mesure différentes à partir de la même source acoustique, données à partir desquelles on peut établir, selon des règles mathématiques, des données

relatives à une cible.

Selon une autre caractéristique de l'invention, les transducteurs ont une caractéristique de dipôle, sont de préférence des géophones et sont mis en place dans un milieu solide, comme le sol ou le fond de la mer, adjacent

au milieu non solide, o ils sont orientés de telle maniè-

re que les directions de réception des transducteurs soient

perpendiculaires l'une à l'autre et qu'une de ces direc-

tions soit à peu près verticale Par cette caractéristique, on met à profit le fait que l'énergie des ondes émise par la source acoustique dans le milieu non solide est couplée dans le milieu solide voisin qu'est le sol Les couches proches de la surface, jusqu'à 10 m de profondeur environ,

constituent le milieu de propagation de l'énergie des on-

des Comme le milieu solide est capable de transmettre également des tensions de cisaillement, outre les ondes

longitudinales qui existent aussi dans le milieu non so-

lide, il apparaît ici des ondes transversales grâce aux-

quelles les particules n'oscillent pas dans le sens de la propagation mais perpendiculairement à ce sens En outre,

on trouve à la surface des ondes dites ondes de Rayleigh.

Les différents types d'ondes ont différentes vitesses.

Dans le sol, la vitesse de propagation des ondes longitu-

dinales est environ double de celle des ondes transver-

sales Grâce à la constitution, à la mise en place et à l'orientation, conformes à l'invention, des transducteurs électroacoustiques, ils détectent une onde acoustique

déclenchée par l'évènement acoustique couplé dans le sol.

Le transducteur dont la direction de réception est prin-

cipalement verticale détecte les ondes longitudinales;

le transducteur dont la direction de réception est per-

pendiculaire à la précédente détecte les ondes transver-

sales Les transducteurs ont une caractéristique de di-

pôle, c'est-à-dire que leur caractéristique de réception

est celle d'un dipôle et que c'est donc un diagramme di-

rectionnel en forme de huit Avec cette caractéristique

de dipôle des transducteurs, on appelle "direction de ré-

ception" la direction de sensibilité maximale L'aligne-

ment des directions de réception s'obtient en disposant les transducteurs perpendiculairement l'un à l'autre et

en disposant un géophone verticalement.

Selon une autre caractéristique de l'invention,

l'un des transducteurs est placé dans le milieu non so-

lide, l'autre dans un milieu solide adjacent au milieu

non solide, comme le sol ou le fond de la mer, et de pré-

férence, le transducteur placé dans le milieu non solide

présente une caractéristique de réception omnidirection-

nelle est de préférence un microphone, et le transducteur

placé dans le milieu solide a une caractéristique de di-

pôle et se présente de préférence sous la forme d'un géophone Grâce à cette caractéristique, on tire aussi parti du fait que l'énergie des ondes qu'émet la source acoustique est couplé au milieu solide voisin qu'est le

sol Le milieu non solide, comme l'air ou l'eau, consti-

tue l'un des canaux de transmission, le milieu solide

252130 ?'

qu'est le sol constitue l'autre canal, de la source au récepteur acoustique Les propriétés de transmission

sont différentes en ce qui concerne la vitesse acousti-

que dans les deux canaux Le transducteur destiné à être installé dans le milieu non solide est de préférence un

microphone ayant une caractéristique de sensibilité omni-

directionnelle, le transducteur devant être installé dans le milieu solide étant un géophone à caractéristique de dipôle. Selon une autre caractéristique de l'invention, qui concerne un mode de réalisation avantageux, l'un des

transducteurs est placé dans un milieu non solide, l'au-

tre étant placé dans un autre milieu non solide adjacent au premier et o la vitesse acoustique est différente de ce qu'elle est dans le premiermilieu,et en o-qe depréférence

chaque transducteur présente une caractéristique de ré-

ception omnidirectionnelle, et, l'un des transducteurs

étant de préférence un microphone, l'autre un hydrophone.

Dans ce cas, on utilise comme milieux de propagation

d'une part l'air, dans lequel se trouve la source acous-

tique, et d'autre part l'eau, milieu dans lequel l'éner-

gie des ondes est couplée On met à profit la différence de vitesse de propagation acoustique dans l'eau et dans l'air pour obtenir des données relatives"à la cible Ce

procédé permet par exemple d'acquérir des données à par-

tir d'un bateau, au sujet d'un avion volant à basse alti-

tude.

Le procédé de l'invention permet aussi d'utili-

ser des couches ayant différentes propriétés de transmis-

sion, dans un même milieu, comme canaux de propagation,

afin d'obtenir les données relatives à une cible consti-

tuée par une source acoustique Il peut s'agir, par exem-

ple, de l'eau de mer présentant des couches de tempéra-

tures nettement différentes Du fait de ces différences, les couches d'eau donnent aussi différentes vitesses de

252130;

propagation acoustique Dans ce cas, pour obtenir des données sur une source acoustique qui se trouve dans l'eau, on pourrait placer un hydrophone respectivement dans deux couches ayant des températures différentes, etdont les vitesses acoustiques sont différentes. Selon une autre caractéristique de l'invention, les deux transducteurs sont placés à un seul poste de

mesure fixe, limité dans l'espace Grâce à cette carac-

téristique, on obtient deux avantages Tout d'abord, la réalisation et la mise en place du capteur acoustique sont fortement simplifiées et facilitées En outre, étant

donné que la distance entre les deux transducteurs élec-

troacoustiques est relativement faible, elle peut être négligée lors de la détermination des données relatives à la cible Mais, en principe, il est possible de placer les transducteurs électroacoustiques plus loin l'un de

l'autre, par exemple à deux postes de mesure distincts.

Toutefois, il faut alors tenir compte, lors de la déter-

mination des données, des particularités géométriques

résultant de cette disposition.

Selon une autre caractéristique de l'invention, pour des sources acoustiques telles que des véhicules, mobiles selon des trajectoires imposées, comme les routes ou voies analogues, le poste de mesure est placé près de cette trajectoire, à une certaine distance latérale de

celle-ci Grâce à la faible longueur du trajet de trans-

mission entre le poste de mesure et un emplacement possi-

ble de la source acoustique, on a des conditions favora-

bles en ce qui concerne la propagation du son, et donc de

bons résultats de mesure.

Selon une autre caractéristique de l'invention, les transducteurs sont placés, au poste de mesure, au

voisinage immédiat de l'interface entre les deux milieux.

Les oscillations mécaniques (son transmis par le sol) induites par la source acoustique se propagent très bien dans les couches du milieu solide qu'est le sol proches de la surface, de sorte que, avec la disposition des transducteurs conforme à l'invention, on peut s'attendre

à ce que les résultats soient bons.

Selon une autre caractéristique de l'invention, à partir de la différence de temps séparant la réception des signaux par les deux transducteurs et des vitesses de propagation, qui sont connues, des ondes acoustiques

détectées, on détermine la distance entre la source acous-

tique et le poste de mesure La distance R entre la source acoustique et le point de mesure est calculée à partir de

la différence de temps At entre les instants de la récep-

tion du signal par les deux transducteurs, selon la for-

mule: R =_ t-( C 1 étant supérieur à c 2 et cl, c 2 étant les vitesses de propagation des ondes acoustiques reçues Dans le cas o on utilise des géophones dans le sol en les disposant perpendiculairement l'un à l'autre, il faut porter dans la formule les différentes vitesses acoustiques des types d'ondes qui se propagent dans le sol et qui sont reçues

par les différents transducteurs Ces vitesses de propa-

gation sont connues, ou bien on peut les déterminer au point de mesure, au moyen d'une source acoustique d'essai dont toutes les propriétés sont connues Dans le cas o l'un des transducteurs est un microphone et l'autre un hydrophone, il faut porter dans la formule les vitesses 252130 i de propagation, qui sont connues, dans les deux milieux voisins. Selon une autre caractéristique de l'invention, à partir des fréquences des signaux reçus par les deux transducteurs et des vitesses de propagation, qui sont connues, des ondes acoustiques détectées, on détermine la composante radiale de vitesse de la source acoustique dirigée vers le poste de mesure, et/ou la fréquence, ou le spectre de fréquences, émise ou émis par la source

acoustique Grâce à cette caractéristique, on peut cal-

culer la composante radiale de la vitesse d'une source acoustique mobile par la formule f c -l*Caff 2 ( 2) r 1 fi 2 -2 i 1 et la fréquence f O de la source par la formule fof 2 2 1 2 3 o 1 c, fl cl f 1 et f 2 étant les fréquences, données par l'effet Doppler,

des signaux reçus par les deux transducteurs, vr la compo-

sante radiale dirigée vers le point de mesure du vecteur vitesse de la source et c 1 et c 2 les vitesses acoustiques correspondantes dans les deux milieux ou bien la vitesse de propagation des deux types d'ondes dans le milieu solide. Selon un mode de réalisation avantageux du procédé de l'invention, pour déterminer la fréquence fo et la composante radiale de la vitesse, vr, de la source, on forme les spectres de fréquence des signaux reçus par les deux transducteurs et l'on détermine les fréquences

de raies spectrales qui sont associées l'une à l'autre.

Par "raies spectrales qui sont associées l'une à l'autre", il faut entendre des raies spectrales dans les spectres de fréquence des deux signaux reçus, provenant de la même fréquence spectrale de la source mais modifiées par la -réquence Doppler correspondante La détermination de raies spectrales qui se correspondent se fait en plaçant

une fenêtre commune de fréquence sur les spectres de fré-

quences des deux signaux reçus et en la décalant succes-

sivement Cette fenêtre de fréquences présente une lar-

geur relative donnée fr, rapportée à la fréquence mé-

diane f', et qui est soit estimée, soit calculée à l'aide de la formule: Af f; avec l f' v x l i v étant la vitesse de la source, cl et c 2 de nouveau les

vitesses de propagation des ondes acoustiques, d la dis-

tance entre la source et le point de mesure quand cette distance est au minimum, x la distance entre la source

et l'endroit o ce minimum est atteint, x peut être dé-

terminé à partir de la distance R si le sens de déplace-

ment de la source est connu (une route) et que la dis-

tance R soit très grande par rapport à la distance d Si la distance R est faible, il faut tenir compte d'un angle de relèvement du poste de mesure à la source Comme vi- tesse vmax de la source, on prend une vitesse maximale

possible, en fonction du genre de source acoustique mo-

bile qui doit être détecté Les raies spectrales sont alors'reconnues comme allant ensemble si leurs fréquences

f 1 et f 2 se trouvent à l'intérieur de la largeur de fe-

nêtre Af, largeur qui augmente quand la fréquence médiane

f' croît.

Selon un autre mode de réalisation avantageux,

la vitesse réelle de la source dans son sens de déplace-

ment peut être déterminée par un relèvement supplémentai-

re, pour lequel il faut simplement un transducteur de plus.

Le procédé de l'invention fournit des particu-

larités de niveau et de fréquence à l'aide desquelles on

peut distinguer entre différents genres de sources acous-

tiques en mouvement, par exemple les véhicules à roues et les véhicules à chenilles Cela permet de les classer et

de les identifier Avec un autre mode de réalisation avan-

tageux de l'invention, pour éliminer l'influence de la

votesse de déplacement sur le spectre typique de la sour-

ce, le spectre de fréquence qui a été déterminé est éta-

lonné au moyen de la vitesse réelle de la source, et l'on se sert du spectre ainsi étalonné pour classer la source

ou pour l'identifier, ou les deux.

Par exemple, on distingue entre les véhicules

à roues et les véhicules à chenilles, selon un développe-

ment du procédé de l'invention, en examinant les spectres de fréquences pour y détecter les séries d'harmoniques éventuelles S'il y a au moins deux séries d'harmoniques nettement marquées, cela permet de conclure qu'il y a des véhicules à chenilles En effet, avec ceux-ci, outre la série d'harmoniques produite par le cycle d'allumage du moteur, et qui est aussi commun aux véhicules à roues,

une autre série d'harmoniques nettement marquée est pro-

duite par les chocs des maillons de chenilles Pour ren- forcer cette différenciation, on peut faire appel au

niveau des signaux reçus.

Avec un autre mode de réalisation avantageux du procédé selon l'invention, on peut même identifier différents types de véhicules à chenilles A partir de la fréquence produite par les maillons des chenilles, on peut calculer la longueur de ces maillons, qui est

elle-même caractéristique de certains véhicules à che-

nilles. Comme, en particulier dans le sol, la vitesse de propagation des différents types d'ondes acoustiques

peut varier très fortement en raison des données géolo-

giques, comme la constitution du sol, les couches de ter-

rain, etc, dans différentes parties de la zone surveillée o l'on doit prévoir des points de mesure, on a intérêt à déterminer par des mesures les différentes vitesses acoustiques ou à éliminer celles qui sont inconnues, lors

du calcul des données relatives à la cible Avec un deu-

xième poste de mesure qui se trouve à une distance connue du premier et qui lui est identique, on obtient deux fois

des valeurs mesurées pour différents trajets de propaga-

tion Lors de l'acquisition d'une source acoustique mo-

bile,-on peut déterminer les fréquences des signaux reçus par les quatre transducteurs disposés en deux points de mesure et en déduire, à l'aide des équations indiquées

plus haut, les vitesses acoustiques c 1 et c 2, ou direc-

tement les données voulues.

Compte tenu de l'équation

* 252130

1 2 21

f,2) f ( 6) o12 d on obtient, si la distance entre la source et le point de mesure est très grande, donc si le rapport x/d est très x grand, et donc si 1, un système de quatre équations à quatre inconnues, qui peut être résolu Si

la distance est faible, en revanche, on obtient un sys-

tème de six équations à six inconnues, qui peut être résolu Les différents symboles ont la même signification que dans l'équation ( 5), fo étant la fréquence émise par

la source et vr la composante radiale de sa vitesse.

Le procédé de l'invention a l'avantage qu'il permet, depuis un poste de mesure unique, limité dans l'espace, de déterminer une source acoustique, qu'elle soit immobile ou qu'elle se déplace par rapport au point de mesure, et ce avec une fiabilité suffisante en ce qui

concerne la distance, la position, la vitesse, la fré-

quence acoustique émise, le spectre de fréquence, etc. Le grand nombre de données acquises sur la cible permet de faire des déductions sur la source acoustique, ce qui permet de la classer et de l'identifier Le procédé de l'invention peut être utilisé avec des moyens techniques relativement peu importants Les travaux préparatoires

à la mise en place du capteur acoustique sont très ré-

duits Cela assure une grande mobilité Après la mise en place du capteur, le système de surveillance fonctionnant selon le procédé est prêt à servir et il peut le faire

2521307-

automatiquement et longtemps En installant un grand

nombre de postes de mesure et un poste central d'acqui-

sition des données, on peut surveiller d'une façon sim-

ple un nombre illimité de secteurs pour y repérer les sources acoustiques et les évènements acoustiques qui y

existent ou qui Dourraient y apparaître.

Le procédé de l'invention permet par exemple de surveiller la circulation routière en ce qui concerne la quantité de véhicules, la densité, etc, sans que cela

nécessite d'importants préparatifs Les capteurs acous-

tiques s'installent simplement, ou sont enterrés, à une certaine distance de la rue ou route à surveiller Il

n'est pas nécessaire d'effectuer d'autres travaux prépa-

ratoires En comparaison avec des procédés connus de surveillance de la circulation, cela supprime des travaux importants, comme la pose de boucles à induction sous la

chaussée ou la mise en place de barrières lumineuses.

Le procédé de l'invention permet aussi de sur-

veiller les mouvements de troupes de l'adversaire derriè-

re le front, en particulier sur les voies de ravitaille-

ment, et d'obtenir ainsi des renseignements précieux pour la reconnaissance concernant le champ de bataille Comme les mouvements de troupes se font surtout par des voies pourvues d'un revêtement en dur, comme les routes, les

capteurs acoustiques seront placés de préférence au voi-

sinage des voies de ravitaillement Il est difficile de découvrir ces capteurs et leur consommation d'énergie est

faible, si bien qu'ils peuvent être utilisés pendant long-

temps L'acquisition des données par les postes de mesure se fait par radio, depuis un poste central d'acquisition et de regroupement des informations, protégé des actions

de l'ennemi, et o les données sont également exploitées.

Le procédé de l'invention permet non seulement

de détecter les véhicules isolés et les colonnes de véhi-

cules, mais aussi de déterminer leur nombre et leur type, ce qui permet de connaître l'importance des mouvements

de l'adversaire.

Le procédé de l'invention permet aussi de faire des mesures relatives aux sources acoustiques telles que les batteries de canons ou les chars de bataille en train de tirer, et ce à très grande distance, et de déterminer leur position avec une précision suffisante Par exemple, à partir de deux postes de mesure, on peut déterminer la

distance d'une source acoustique et trouver son emplace-

ment grâce à des relations géométriques connues Il suf-

fit d'un seul poste de mesure si l'on y fait aussi un relèvement. Le procédé convient aussi pour la détection des avions volant à basse altitude, et ce aussi bien depuis la terre ferme que sur l'eau, par exemple à partir

d'un bateau.

Le procédé de l'invention convient pour déter-

miner non seulement les sources acoustiques qui se dé-

placent à la surface de la terre, mais aussi celles qui se déplacent près du fond de la mer et dont les bruits

sont couplés dans le sol Un emploi préférentiel du-pro-

cédé de l'invention peut être la protection des côtes dans les eaux peu profondes, par exemple pour localiser les sous-marins-qui se déplacent en plongée dans les chenaux, les passes sous-marines, etc.

D'autres caractéristiques de l'invention appa-

raîtront au cours de la description qui va suivre Aux

dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple les figures 1 A et 1 B sont respectivement une vue en élévation et une vue en plan de la disposition d'un poste de mesure dans une zone surveillée la figure 2 est une vue en perspective d'un capteur acoustique devant être placé au poste de mesure de la figure 1; les figures 3 A et 3 B montrent un autre exemple

de réalisation d'un poste de mesure dans une zone sur-

veillée, représenté comme aux figures IA et l B; la figure 4 est un schéma synoptique d'un circuit d'interprétation des signaux reçus par le capteur acoustique. Les figures 1 A et 1 B montrent schématiquement

la disposition des différents éléments lors de la sur-

veillance d'une route 10 au moyen du procédé d'acquisi-

tion de données relatives à une cible dans le cas de sources acoustiques mobiles, ici des véhicules 11 Par "données relatives à la cible", on entend ici des données qui décrivent la nature et l'état de la source acoustique et qui dans la mesure o elles sont caractéristiques de

cette source servent à la classer et à l'identifier.

1.5 Des données typiques relatives à la cible sont la vitesse

de la source acoustique, aussi bien dans le sens du dé-

placement que dans le sens radial dirigé vers le poste de mesure, la fréquence ou le spectre de fréquences qu'émet la source, la distance qui la sépare du poste de mesure, et qui est intéressante en particulier pour les mesures

concernant des sources acoustiques essentiellement immo-.

biles et, le cas échéant, l'angle de relèvement de la

source, au poste de mesure.

Pour obtenir, depuis un poste de mesure 12, les données relatives au véhicule 11 qui se déplace sur la route 10 et qui constitue une source acoustique mobile dans le milieu non solide qu'est l'air 34 on enterre dans le sol 14, par exemple à une distance de deux à trois mètres de la route 10, un capteur acoustique 13

placé dans une enveloppe 19 On l'enterre à faible pro-

fondeur, de sorte qu'il est proche de la surface 15 du sol Celui que la figure 2 représente en détail possède

trois transducteurs électroacoustiques orientés perpen-

diculairement les uns par rapport aux autres Il s'agit ici de géophones 16, 17 et 18 Les géophones se distinguent

par le fait qu'ils ont une caractéristique dite de di-

pâle, c'est-à-dire que leur diagramme de directivité est en forme de huit Du fait de leur disposition selon des aces perpendiculaires, leurs diagrammes directionnels se chevauchent, de sorte que leurs directions de sensibilité

maximale représentent un système de coordonnées dans l'es-

pace L'enveloppe 19 qui contient les géophones 16 à 18 peut recevoir aussi une partie du circuit de traitement , décrit plus loin, des signaux reçus par les géophones 16 à 18 Au poste de mesure 12, l'enveloppe 19 est placée dans le sol 14 de telle manière que le géophone 16 soit à peu près orienté verticalement Les géophones 17 et 18 sont alors perpendiculaires l'un à l'autre, dans un plan

horizontal Par l'intermédiaire d'une antenne 21 qui tra-

verse la surface du sol 15, des données intermédiaires

de détermination des données relatives à la cible et ti-

rées des signaux reçus par les géophones 16 à 18, ou ces dernières données elles-mêmes, peuvent être explorées par

* radio depuis un poste de collecte des données (non repré-

senté).

Dès que le véhicule 11 qui se déplace sur la route 10 pénètre dans la zone de réception du capteur

acoustique 13, les géophones 16 à 18 reçoivent des signaux.

Le circuit de traitement 20 détermine alors, d'une part, les fréquences des signaux reçus par les géophones 16 à 18, et il en déduit, d'une façon qui sera indiquée plus loin, la vitesse et la fréquence d'émission acoustique du véhicule 11 et, d'autre part, il détermine le décalage de temps dans la réception des signaux par les géophones 16 et 17 et il en déduit la distance entre le véhicule 11 et le poste de mesure 12 Le troisième géophone 18 sert, en liaison avec le géophone 17 qui est placé dans le même

plan horizontal et qui lui est perpendiculaire, au relè-

vement de la position instantanée du véhicule 11.

Le circuit de traitement 20 est représenté schématiquement à la figure 4 Les sorties des géophones

16 et 17 sont reliées, le cas échéant par l'intermédiai-

re d'un amplificateur, chacune à une unité de traitement 22 qui effectue une transformation rapide de Fourier (FFT) Les spectres de fréquences des signaux reçus dis- ponibles aux sorties des unités de traitement FFT 22 sont transmis respectivement, par un détecteur de seuil 23 qui supprime le bruit de fond, à un détecteur de raies 24 qui détermine une fenêtre de fréquences Dans le détecteur 24, on compare en permanence des raies spectrales de l'un

des signaux reçus à des raies spectrales de l'autre si-

gnal, en ce qui concerne la fréquence, et les fréquences de raies spectrales associées l'une à l'autre sont déli-

vrées séparément Le critère de comparaison est fourni par la fonction de fenêtre du détecteur de raies 24 Une

fenêtre, dont la largeur est donnée par une vitesse maxi-

male de véhicule fixée à l'avance, est déplacée le long des spectres de fréquences Des raies spectrales sont reconnues comme étant associées l'une à l'autre, si la raie spectrale considérée se trouve à l'intérieur de la

fenêtre de fréquences pour les deux spectres de fréquence.

La largeur Af de la fenêtre de fréquences est

fonction de la fréquence Sa largeur relative af/f' rap-

portée à la fréquence médiane f' est estimée pour une vitesse maximale supposée v max du véhicule 11 à détecter, ou elle est calculée d'après la formule ft fi f 1 l 2-1 avec fn v Id

252130 ?

d étant la distance entre le poste de mesure 12 et le point o le véhicule 11 est le plus proche du poste de mesure (figure 1), x la distance entre le véhicule 11 et ce point de plus grande proximité à l'instant o les

S signaux sont détectés, et c 1 et c 2 les vitesses acous-

tiques dont il sera question plus loin.

Avec c 1 = 300 m/s, c 2 = 90 m/s, x/d = 6 et Af *vmax = 40 km/h, on a une largeur relative de fenêtre fi égale à 0,13 Si la fréquence médiane f' est par exemple de 100 Hz, les raies spectrales ne sont reconnues comme étant associées l'une à l'autre et leurs fréquences f 1 et f 2 ne sont délivrées à la sortie du détecteur 24 que

si ces fréquences sont comprises entre 93,5 et 106,5 Hz.

Toutefois, dans cet exemple, les véhicules 11 ne sont

détectés correctement que si leur vitesse n'est pas net-

tement supérieure à 40 km/h.

La distance x peut être calculée à partir de la distance R entre le poste de mesure 12 et le véhicule 11 à l'instant de la réception des signaux, distance R qui est calculée de la manière indiquée plus loin, et de l'angle de relèvement If du véhicule 11 vu du poste de mesure 12 au même instant, angle qui est lui aussi obtenu

d'une façon indiquée plus loin Si la distance R est im-

portante, cet angle peut être négligé en première appro-

ximation.

Les fréquences f 1 et f 2, délivrées aux sorties

du détecteur, de raies spectrales associées l'une à l'au-

tre, sont envoyées à un calculateur 25, qui à partir de

ces fréquences, calcule la composante radiale, c'est-à-

dire dirigée vers le poste de mesure 12, de la vitesse ir du véhicule, et la fréquence f O que celui-ci émet, selon les équations suivantes: c -c (fl-f 2)

12 -2 1

v = S c 2-f 2-cl-f 2 O 1 c 22 cl 2

Les vitesses de propagation c 1 des ondes lon-

gitudinales et c 2 des ondes transversales dans le sol sont connues et, le cas échéant, on peut les déterminer, à l'emplacement du poste de mesure 12, au moyen d'une source acoustique d'essai Ces données sont injectées

dans le calculateur 25 en tant que constantes.

Pour lamesure de l'écart de temps dans la réception des signaux par les deux géophones 16 et 17,

ceux-ci sont reliés à un corrélateur 26 Celui-ci déter-

mine, d'une manière qui est connue, la différence de

temps At entre les signaux reçus, qui résulte de la dif-

férence entre les vitesses de propagation, et il fournit At à un calculateur de distance 27 Ce dernier calcule la distance R entre le véhicule 11 et le poste de mesure 12 grâce à la formule: R =At l 2 cl-c 2 c 1 et c 2 sont de nouveau les vitesses de propagation des ondes longitudinales et transversales dans le sol 14 et 252130 i elles sont injectées, en tant que constantes, dans le

calculateur de distance 27.

Les sorties des géophones 17 et 18 sont reliées

à un calculateur d'angle 28 qui calcule, à partir des am-

Dlitudes-des signaux reçus par les deux géophones 17 et

18 qui se trouvent dans le plan horizontal, perpendicu-

laires l'un à l'autre, l'angle de relèvement Y dans un

système de coordonnées donné par l'orientation des géo-

phones 17 et 18; ce calcul se fait d'après la formule ' = arc tg A 1

Par une orientation appropriée du capteur acous-

tique 13, le système de coordonnées est choisi de telle façon qu'un axe de coordonnées soit perpendiculaire à la route 10 et qu'un autre lui soit parallèle A 1 et A 2 sont

les valeurs moyennes des amplitudes des signaux.

Les sorties du calculateur 25 et du calculateur d'angle 28 sont reliées à un calculateur de vitesse 29 qui, d'après l'angle If et la composante radiale vr de la vitesse du véhicule, calcule la vitesse du véhicule dans le sens du déplacement selon la formule vr Vr

La vitesse réelle du véhicule, v, est disponi-

ble à la sortie du calculateur de vitesse 29 A présent, la vitesse du véhicule peut être utilisée pour étalonner

le snectre de fréquences émis par le véhicule et dispo-

nible à la sortie du calculateur 25, ce qui permet d'éli-

miner l'influence sur le spectre, qui produit une forte dispersion, de la vitesse du véhicule 11 Le spectre de fréquences ainsi étalonné permet de tirer des conclusions, par comparaison avec des spectres connus et conservés comme échantillons, sur le genre de véhicule dont il s'agit. Pour identifier les véhicules à chenilles, on

utilise en outre les unités représentées en trait inter-

rompu à la figure 4 Le spectre des véhicules à chenilles se caractérise par une série d'harmoniques comportant des

raies spectrales très marquées et de grande amplitude.

Cette série d'harmoniques est produite par le choc ryth-

mique des maillons de chenilles sur le sol Les amplitu-

des sont beaucoup plus grandes que pour une série d'har-

moniques produite par la succession d'allumages du moteur, et qui figure aussi dans le spectre de fréquences des

véhicules à roues.

Pour identifier les véhicules à chenilles sur la base de la fréquence dite fréquence des maillons de chenilles f KG' un détecteur de maximum 30 est intercalé entre chacun des détecteurs de seuil 23 et le détecteur de raies 24; il élimine les raies spectrales avant la

plus grande amplitude Grâce à ce détecteur 30, le calcu-

lateur 25 reçoit les fréquences f 1 et f 2 correspondant chacune à la première harmonique, ayant subi l'effet

Doppler, de la fréquence f KG des maillons de chenilles.

Dans ce cas, c'est cette fréquence qui est délivrée à la sortie du calculateur 25 Cette fréquence et la vitesse v prélevée à la sortie du calculateur de vitesse 29 sont envoyées à un diviseur 31 à la sortie duquel la longueur des maillons de chenilles, 1, est disponible en tant que quotient de la vitesse v par la fréquence f KG des maillons

de chenilles La longueur 1 des maillons est caractéris-

tique du genre de véhicule à chenilles dont il s'agit.

Ainsi, elle permet d'identifier celui qui a été acquis

par le poste de mesure 12.

Avec le procédé décrit ci-dessus et le système

qui lui est nécessaire, on peut utiliser-au poste de me-

sure t 2, à la place du capteur acoustique 13 enterré dans le sol 14 (figure 2), un transducteur électroacoustique à

caractéristique de dipôle, qui est, ici, également un géo-

phone 32, et un transducteur omnidirectionnel, ici un

microphone 33 Tandis que le géophone 32 est encore en-

terré juste au-dessous de la surface 15 du sol 14, cette fois avec une orientation quelconque, le microphone 33 est placé juste au-dessus de la surface 15, de sorte que ces deux transducteurs 32 et 33 se trouvent dans des mi- lieux différents, à savoir le milieu solide qu'est le

sol 14 et le milieu non solide qu'est l'air 34 Le cir-

cuit de traitement 20 est entièrement ou partiellement logé dans un boîtier 35 et les données relatives à la cible, ou des valeurs intermédiaires, sont transmises en passant par l'antenne 21 Si, dans le cas présent aussi, on veut déterminer l'emplacement de la source acoustique en procédant en outre à un relèvement, il faut installer

aussi, de la façon déjà décrite, le géophone 18 supplé-

mentaire, qui est alors dans le même plan horizontal que le géophone 32 et doit être disposé perpendiculairement

à ce dernier Le circuit de traitement 20 reste inchangé.

Il faut seulement relier l'une de ses entrées au micro-

phone 33 à la place du géophone 16, et l'autre entrée au

géophone 32 au lieu du géophone 17.

Ainsi que le montrent schématiquement les fi-

gures 3 A et 3 B, le procédé décrit permet de déterminer l'emplacement d'une source acoustique, par exemple dans le cas de la détonation au départ d'un coup de canon tiré par un char 11 ', par mesure de distance à partir de deux postes de mesure 12 et 12 ' placés à une certaine distance l'un de l'autre On peut utiliser ici aussi bien le système des figures 3 A et 3 B, comprenant un géophone 32 et un microphone 33, que le capteur acoustique 13 des

figures 1 A, 1 B et 2, constitué par les géophones 16 et 17.

La dis'tance R de la source acoustique ou du bruit est me-

surée à chacun des postes de mesure 12 et 12 ' Leurs po-

sitions étant connues, on peut déterminer, grâce à des relations géométriques simples, l'emplacement de la source

acoustique.

Si l'on utilise deux transducteurs placés dans des milieux différents 14 et 34, comme le microphone 33 et le géophone 32 (figures 3 A et 3 B), il faut introduire dans le calculateur 25 et dans le calculateur de distance 27, comme grandeurs connues c 1 et c 2, les vitesses acous-

tiques dans l'air 34 et dans le sol 14 Les symboles cor-

respondants c 1 et c 2, dans les équations figurant plus

haut, correspondent à ces vitesses Ici aussi, ces der-

nières peuvent être déterminées empiriquement en utili-

sant une source acoustique d'essai dont la position est connue.

Comme, en particulier, lès vitesses de propaga-

tion des différents types d'ondes peuvent différer forte-

ment pour des raisons d'ordre géologique et que la déter-

mination empirique au moyen de sources d'essai demande parfois trop de temps, la vitesse acoustique, pour les

ondes étudiées, peut être déterminée d'une autre manière.

Pour cela, on installe, ainsi que le montrent schémati-

quement les figures 1 A et 1 B, un poste de mesure supplé-

mentaire 12 ' à une distance connue du premier, 12 La constitution et la disposition des capteurs 13 aux deux postes de mesure 12 et 12 ' sont les mêmes En ces deux points, on détermine les fréquences f 1 et f 2 des signaux reçus Ces fréquences sont différentes en raison de la différence des positions des postes de mesure 12 et 12 ' et dé la différence de décalage de la fréquence par effet Doppler, qui en résulte Avec les équations figurant plus

haut et concernant les données relatives au but que cons-

titue la source acoustique, et avec l'équation suivante

-

fo livr x l C 11,2 d 252130 i

on obtient, compte tenu des fréquences f 1 et f 2 détermi-

nées au poste de mesure 12 et des fréquences f' 11 et f'2 déterminées au poste de mesure 12 ', un système de six

équations à six inconnues, syst ème qui peut être résolu.

r V Y sont les composantes radiales, dirigées vers les postes de mesure 12 et 12 ', de la vitesse du véhicule 11; d et d' sont les distances respectives entré les postes de mesure et le point de plus grand rapprochement

(point CPA) du véhicule 11; x et x' désignent la dis-

tance instantanée entre le véhicule 11 et ce point CPA.

Si les distances x et x' entre le véhicule 11 et les postes de mesure 12 et 12 ' sont très supérieures aux distances d et d' entre ces derniers et le point CPA, le membre tend vers 1 et l'on obtient un système de quatre équations à quatre inconnues, qui peut être résolu Dans les deux cas, le système d'équations permet de calculer les grandeurs inconnues que sont les vitesses acoustiques pour les ondes acoustiques reçues, ou de les éliminer du calcul direct des données relatives

à la cible.

L'invention ne se limite pas aux exemples de réalisation décrits cidessus Ainsi, par exemple, le capteur 13 peut être constitué par un microphone et un

hydrophone Le microphone est placé dans l'air, l'hydro-

phone dans l'eau Ces deux transducteurs électroacousti-

ques sont omnidirectionnels Appliqué ainsi, le procédé permet de déterminer depuis un bateau par exemple les

données relatives à un avion volant à basse altitude.

Le circuit de traitement est identique à celui décrit à propos de la figure 4 Le géophone 16 doit seulement être remplacé par un microphone, les géophones 17 et 18 par des hydrophones, ou l'inverse Si l'on renonce au

relèvement, le deuxième hydrophone ou le deuxième micro-

phone est supprimé Le capteur 13 peut aussi être consti-

tué par deux hydrophones placés dans des couches d'eau présentant une différence de température marquée Du -fait de cette différence de température, ces couches ont des vitesses de propagation acoustique différentes Par rapport aux figures 3 A et 3 B, le circuit de traitement

ne doit être modifié que dans la mesure o tous les géo-

phones 16 à 18 doivent être remplacés par des hydrophones.

Le capteur 13 peut aussi bien comprendre deux

microphones placés dans des couches d'air dont les pro-

priétés de propagation acoustique sont différentes Les géophones 16 à 18 du circuit de traitement 20 doivent

alors être remplacés par des microphones.

Claims

REVENDICATIONS

1 Procédé passif d'acquisition de données re-

latives à une cible constituée par une source acoustique

de préférence mobile, se trouvant dans un milieu non so-

lide, comme l'air ou l'eau, avec utilisation d'un capteur acoustique éloigné de la source acoustique, caractérisé

en ce qu'on utilise, comme capteur acoustique, deux trans-

ducteurs électroacoustiques ( 16, 17; 32, 33) réalisés et disposés de telle façon qu'ils détectent chacun l'une de deux ondes acoustiques qui se propagent à des vitesses différentes entre la source acoustique ( 11; 11 ') et les

transducteurs ( 16, 17; 32, 33), et en ce que, pour obte-

nir les données relatives à la cible, on détermine les

fréquences (fl, f 2) des signaux reçus par les deux trans-

ducteurs ( 16, 17; 32, 33) et/ou la différence de temps

(At) séparant la réception des signaux.

2 Procédé selon la revendication 1, caractéri-

sé en ce que les transducteurs ( 16, 17) ont une caracté-

ristique de dipôle, sont de préférence des géophones et sont mis en place dans un milieu solide ( 14), comme le sol ou le fond de la mer, adjacent au milieu non solide

( 34), o ils sont orientés de telle manière que les di-

rections de réception des transducteurs ( 16, 17) soient

perpendiculaires l'une à l'autre et qu'une de ces direc-

tions soit à peu près verticale.

3 Procédé selon la revendication 1, caractéri-

sé en ce que l'un des transducteurs ( 33) est placé dans le milieu non solide, l'autre ( 32) dans un milieu solide ( 14) adjacent au milieu non solide ( 34), comme le sol ou

le fond de la mer, et en ce que de préférence le transduc-

teur ( 33) placé dans le milieu non solide ( 34) présente une caractéristique de réception omnidirectionnelle et

est de préférence un microphone, et en ce que le transduc-

teur ( 32) placé dans le milieu solide ( 14) a une caracté-

ristique de dipôle et se présente de préférence sous la

forme d'un géophone.

4 Procédé selon la revendication 1, caractéri-

sé en ce que l'un des transducteurs ( 33) est placé dans un milieu non solide ( 34), l'autre étant placé dans un

S autre milieu non solide adjacent au premier et o la vi-

tesse acoustique est différente de ce qu'elle est dans le premier milieu ( 34), et en ce que de préférence chaque

transducteur ( 33) présente une caractéristique de récep-

tion omnidirectionnelle, et l'un des transducteurs ( 33)

étant de préférence un microphone, l'autre un hydrophone.

Procédé selon l'une quelconque des revendi-

cations 1 à 4, caractérisé en ce que les deux transduc-

teurs ( 16, 17; 32, 33) sont placés à un seul poste de

mesure ( 12) fixe, limité dans l'espace.

6 Procédé selon la revendication 5, pour des sources acoustiques telles que des véhicules, mobiles selon des trajectoires imposées, comme les routes ou

voies analogues, caractérisé en ce que le poste de me-

sure ( 12) est placé près de cette trajectoire ( 10), à

une certaine distance latérale (d) de celle-ci.

7 Procédé selon l'une quelconque des revendi-

cations 2 à 6, caractérisé en ce que les transducteurs ( 16, 17; 32, 33) sont placés, au poste de mesure ( 12), au voisinage immédiat de l'interface ( 15) entre les deux

milieux ( 14, 34).

8 Procédé selon l'une quelconque des revendi-

cations 1 à 7, caractérisé en ce que, à partir de la dif-

férence de temps ( 6 t) séparant la réception des signaux

par les deux transducteurs ( 16, 17; 32, 33) et des vi-

tesses de propagation, qui sont connues (c 1, c 2), des ondes acoustiques détectées, on détermine la distance (R) entre la source acoustique ( 11; 11 ') et le poste

de mesure ( 12).

9 Procédé selon l'une quelconque des revendi-

cations 1 à 8, caractérisé en ce que, à partir des fré-

quences (fi, f 2) des signaux reçus par les deux trans-

ducteurs ( 16, 17; 32, 33) et des vitesses de propaga-

tion (cl, c 2), qui sont connues, des ondes acoustiques détectées, on détermine la composante radiale de vitesse (vr) de la source acoustique ( 11; 11 ') dirigée vers le

poste de mesure ( 12) et/ou la fréquence (fo), ou le spec-

tre de fréquences, émise ou émis par la source acoustique

( 11; 11 ').

Procédé selon l'une quelconque des reven-

dications 1 à 9, caractérisé en ce qu'on forme les spec-

tres de fréquences des signaux reçus par les deux trans-

ducteurs ( 16, 17; 32, 33), en ce qu'on détermine les

fréquences (f 1, f 2) des signaux reçus en tant que fré-

quences de raies spectrales associées l'une à l'autre, et en ce que les raies spectrales sont ensuite reconnues comme étant associées l'une à l'autre si leurs fréquences se trouvent à l'intérieur d'une fenêtre de fréquences, avec une largeur relative (Af/f') donnée, rapportée à

la fréquence médiane (f').

11 Procédé selon l'une quelconque des revendi-

cations 9 et 10, caractérisé en ce qu'on effectue un re-

lèvement de la source acoustique ( 11, 11 ') depuis le pos-

te de mesure ( 12) et en ce que la vitesse réelle (v) de la source acoustique ( 11; 11 ') est déterminée à partir de l'angle de relèvement (f) et de la composante radiale

(vr) de vitesse qui a été déterminée -

12 Procédé selon la revendication 11, caracté-

risé en ce que, pour faire le relèvement, on place un

autre transducteur électroacoustique ( 18) à caractéristi-

que de di 6 nôle, de préférence un géophone, dans le milieu

non solide voisin ( 14), de telle manière qu'il soit es-

sentiellement dans le même plan horizontal qu'un trans-

ducteur ( 17) à caractéristique de dipôle, de préférence un qéophone qui se trouve dans ce milieu, le transducteur

supplémentaire étant perpendiculaire à ce dernier.

13 Procédé selon l'une quelconque des reven-

dications il et 12, caractérisé en ce que le spectre de

fréquences de la source acoustique ( 11; 11 ') est rap-

porté à la vitesse réelle (v) de cette source et en ce que celle-ci est classée et/ou identifiée, au moyen du

spectre de fréquences ainsi rapporté.

14 Procédé selon la revendication 13, carac-

térisé en ce que la source acoustique ( 11 ') est classée comme véhicule à chenilles si les spectres de fréquences des signaux reçus par les deux transducteurs ( 16, 17

32, 33) présentent chacun deux séries d'harmoniques mar-

quées.

Procédé selon la revendication 14, carac-

térisé en ce que, lors de la détermination de la fré-

quence du véhicule à chenilles à partir des spectres de fréquences des signaux reçus par les deux transducteurs

( 16, 17; 32, 33), on se sert de celles des raies s Dec-

trales associées l'une à l'autre qui ont la plus grande amplitude, et en ce que, en divisant la vitesse calculée

(v) du véhicule à chenilles par la fréquence (f) déter-

minée de cette manière, on calcule la longueur des mail-

lons de chenilles ( 1) et on identifie le véhicule à l'ai-

de de cette longueur.

16 Procédé selon l'une quelconque des reven-

dications 5 à 15, caractérisé en' ce qu'un poste de mesure supplémentaire ( 12 ', 12 ") identique au premier est placé

à une certaine distance de celui-ci ( 12).

17 Procédé selon la revendication 16, caracté-

risé en te que les vitesses de propagation (c 1, c 2) des ondes acoustiques détectées sont déterminées au moven

des fréquences (f 1, f 2) des signaux reçus par les trans-

ducteurs ( 16 ', 17 '; 32 ', 33 ') établies au poste de me-

sure supplémentaire ( 12 ', 12 ").