FR2987902A1 - Procede de detection et de localisation d'un poste de tir et dispositif pour sa mise en oeuvre - Google Patents

Abstract

La présente invention consiste dans une première étape (1) de détection et de mesure de direction du front de l'onde de choc généré par un projectile : - à disposer sur la cible au moins deux macrocapteurs acoustiques (Cd à Cd ) définissant une antenne acoustique, chaque macrocapteur (Cd ) étant constitué d'au moins quatre capteurs acoustiques élémentaires omnidirectionnels (A à D), et - à estimer la direction du front d'onde de choc sur et la célérité locale du son dans l'air au niveau de chaque macrocapteur (Cd ), et en ce qu'il consiste, dans une deuxième étape (2) de localisation angulaire sectorielle du tir : - à reconstruire la trajectoire du projectile et estimer sa vitesse par résolution dans l'espace à trois dimensions d'un système vectoriel utilisant des vecteurs (Ki) de direction du front de l'onde de choc mesuré respectivement par chaque macrocapteur (Cd ), la position relative (D ) des macrocapteurs (Cd ,Cd ) et les différents retards (DeltaT ) entre macrocapteurs (Cd ,Cd ). Applications : Localisation de tireurs isolés, de tirs tendus issus de blindés, de missiles en trajectoire rectiligne et uniforme.

Description

La présente invention concerne un procédé de détection et de localisation d'un poste de tir, et un dispositif pour sa mise en oeuvre, permettant de reconstituer la trajectoire d'un projectile supersonique, d'estimer la distance de tir puis de déduire la direction du poste de tir à l'aide des informations de distance de tir, du vecteur trajectoire et du déport CPA, abréviation anglo-saxonne pour Closest Point of Approach, de passage du projectile.

Le domaine d'application de la présente invention concerne la détection acoustique aérienne, et s'applique en particulier à la localisation de tireurs isolés. Traditionnellement, la localisation de la direction de départ d'un projectile, éjecté d'une bouche à feu quelconque, est réalisée à distance sur l'émission sonore induite par l'éjection dudit projectile de l'affût. La fonction de détection de calibres menaçants est limitée en portée par le milieu ambiant agissant d'une part, en terme d'atténuation en fonction de la distance émission sonore - réception sonore et d'autre part, comme un filtre passe bas dont la fréquence de coupure est fortement variable en fonction des caractéristiques du milieu de propagation ambiant. Ces caractéristiques de propagation sont dépendantes des paramètres d'environnement météorologique telles que : - force et direction du vent, - gradient de température, pression, humidité près du sol, etc.

En outre, une forte atténuation de l'onde de bouche peut être aisément induite par l'utilisation de silencieux. La localisation angulaire du tir, dépendante de la fonction de détection, est donc soumise à des fluctuations de propagation, génératrices d'atténuation de niveau sonore au niveau de l'antenne acoustique disposée à distance, au sein ou en avant des zones à protéger ce qui implique une incertitude sur la localisation du poste de tir. L'invention a pour but de pallier les inconvénients précités. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de détection et de reconstitution de trajectoire, exploitant l'onde de choc générée en tout point 35 de la trajectoire d'un projectile issu d'un poste de tir et se déplaçant à proximité d'une cible à protéger sous une vitesse supersonique, sans avoir connaissance a priori de la célérité locale des ondes acoustiques dans l'air, caractérisé en ce qu'il consiste, dans une première étape de détection et de mesure de direction du front de l'onde de choc généré par le projectile : - à disposer sur la cible au moins deux macrocapteurs 5 acoustiques définissant une antenne acoustique, chaque macrocapteur étant constitué d'au moins quatre capteurs acoustiques élémentaires omnidirectionnels, et - à estimer la direction du front d'onde de choc et la célérité locale du son dans l'air au niveau de chaque macrocapteur, et 10 en ce qu'il consiste, dans une deuxième étape de localisation angulaire sectorielle du tir : - à reconstruire la trajectoire du projectile et estimer sa vitesse par résolution dans l'espace à trois dimensions d'un système vectoriel utilisant des vecteurs de direction du front de l'onde de choc mesuré respectivement 15 par chaque macrocapteur, la position relative des macrocapteurs et les différents retards entre macrocapteurs. La présente invention a pour avantages de permettre, dans l'espace en trois dimensions : - de lever toute ambiguïté sur l'estimation des angles de site et 20 gisement de la trajectoire du projectile, et de pallier aux problèmes de masquage de certains macrocapteurs, - de ne pas nécessiter la connaissance de la célérité des ondes acoustiques dans l'air, et - d'estimer celle-ci, si nécessaire. 25 D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, en regard des figures annexées qui représentent : - la figure 1, les principales étapes du procédé selon l'invention, - la figure 2, une disposition de quatre capteurs élémentaires 30 formant un macrocapteur selon l'invention, - la figure 3, un exemple de répartition spatiale de quatre macrocapteurs autour de la trajectoire du projectile et où sont matérialisés les différents paramètres exploités par le procédé selon l'invention, - la figure 4, un exemple de disposition de cinq macrocapteurs 35 selon l'invention sur un véhicule de surface au sol rectangulaire, et - la figure 5, un schéma bloc d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Le procédé selon l'invention exploite l'onde de choc (ou de Mach) générée en tout point de la trajectoire d'un projectile supersonique, passant 5 à proximité d'une antenne disposée au niveau de la cible à protéger et à informer. Une détection acoustique aisée est réalisée compte tenu de la distance du déport CPA très faible. Le rapport signal à bruit est donc grand et permet la mise en oeuvre du procédé selon l'invention dans une ambiance de champ de bataille, ou naturellement bruitée. Ce procédé est 10 donc adapté à la détection et localisation de tout projectile supersonique passant à proximité d'une antenne acoustique, tels que balle, obus, roquette et missile. La figure 1 illustre les principales étapes du procédé selon l'invention. 15 Après une première étape 1 de détection du projectile par une antenne acoustique formée d'au moins deux macrocapteurs Cdi et d'estimation des vecteurs Ri et de la célérité du son Ci sur chaque macrocapteur Cdi, une deuxième étape 2 reconstitue la trajectoire et la vitesse du projectile. A partir des informations obtenues en sortie des étapes 20 de détection 1 et de reconstitution de trajectoire et de vitesse 2, une troisième étape 3 assure la reconnaissance du projectile. Une quatrième étape 4 de localisation en distance du poste de tir exploite les informations obtenues par l'étape 3 de reconnaissance automatique du type de projectile détecté, et de la connaissance d'abaque 25 de décroissance de la vitesse du projectile en fonction de la distance, et une cinquième étape 5 de détermination de la direction du poste de tir utilise les informations de déport CPA issues de l'étape 2 ainsi que la distance de tir Dtir issue de l'étape 4. Les étapes de détection 1 et de reconstitution de la trajectoire 30 d'un projectile supersonique 2 utilisent l'onde de choc générée en tout point de sa trajectoire. Les lieux des points de l'espace atteint par l'onde de choc à un instant donné sont situés sur un cône, appelé également cône de Mach, dont le sommet est situé sur la trajectoire du projectile et dont l'angle au sommet p vérifie la relation suivante: 35 Sinfl= c air (1) projectile où c est la célérité des ondes acoustiques dans l'air et v la vitesse du projectile.

Le front de l'onde de choc se déplace à la vitesse du son dans l'air, perpendiculairement aux génératrices du cône de Mach ; compte tenu du fort rapport signal à bruit ambiant, ce front d'onde, très caractéristique, connu sous l'appellation "onde en N", est aisément détectable par des capteurs acoustiques classiques. -Un macrocapteur selon l'invention composé de quatre capteurs élémentaires acoustiques omnidirectionnels, est illustré par la figure 2. La différence des instants d'arrivée des signaux issus des capteurs élémentaires omnidirectionnels A, B, C, D permet d'obtenir les égalités suivantes: = = (-d * cos tr cos (1) (2) r2 =P2 = (-d) * Sin 0* COSO (3) T3 =- P3 = (-d)* sincl). (4) avec : d : distance entre capteurs élémentaires, : angle de site, 0 : angle de gisement, , T2, T3 : retards mesurés respectivement entre les capteurs élémentaires (A, B), (A, C) et (A, D), et P1, P2, P3 : projections sur les axes X, Y, Z d'un tétraèdre supportant les quatre capteurs élémentaires A à D. Les égalités (2, 3, 4) permettent de déterminer les angles de site 30 et de gisement de la direction du front d'onde indépendamment de la célérité du son dans l'air. De plus, la valeur de cette célérité peut être aisément estimée à partir des équations précédentes : d (5) 5 Dans le cas où l'un des capteurs élémentaires A à D n'est pas 5 acoustiquement sollicité les informations gisement et site d'arrivée du front d'onde sont obtenues après détermination de la célérité ambiante. Cette mesure est décrite ultérieurement. Avantageusement, le procédé selon l'invention met en oeuvre des hydrophones omnidirectionnels, en lieu et place de capteurs lo microphoniques, plus robustes à l'environnement climatique compte tenu de leur utilisation dans le domaine militaire. Ces capteurs sont, de part leur conception, omnidirectionnels dans la bande de fréquence utile, de sensibilité suffisante compte tenu du niveau d'émission de l'onde de choc dans l'air et de plus, étanches au ruissellement ou immersion dans un 15 liquide (Ils sont utilisés actuellement dans le domaine de lutte anti sous-marine). La reconstitution de la trajectoire du projectile est obtenue par résolution dans l'espace en trois dimensions d'un système vectoriel utilisant chaque vecteur Ri de direction du front de l'onde de choc mesuré 20 respectivement par chaque macrocapteur Cdi (i allant de 1 à 4) , la position relative des macrocapteurs Cdi et des différents retards entre macrocapteurs Tij. Il convient de remarquer que lorsque les macrocapteurs Cdi ne sont pas disposés dans un même plan toutes les trajectoires de projectiles supersoniques sont déterminables donc reconstituables. Dans ce cas, le 25 système d'équations obtenu est surdéterminé et permet d'obtenir, après résolution, les informations telles que le site et gisement de la trajectoire, le déport CPA en gisement, site et distance par rapport au barycentre G de l'antenne acoustique délimitée par les macrocapteurs Cdi. Dans ce qui suit, sont notés : 30 ai, l'angle défini par le vecteur directeur Ri et le vecteur 71" trajectoire, correspondant à l'angle 2 - - v, la vitesse du projectile supersonique, c, la célérité des ondes acoustiques dans l'air, G, le barycentre de l'antenne, VCPA le vecteur reliant le barycentre G de l'antenne et le point CPA de la trajectoire, \Itraj le vecteur directeur (unitaire) de la trajectoire, 0i, le sommet du cône orthogonal au cône de Mach passant par le macrocapteur Cdi (i allant de 1 à 4), pi, la distance entre le sommet Oi et le macrocapteur Cdi (i allant de 1 à 4), R1, le vecteur directeur (unitaire) de l'onde de choc reçue par 10 chaque macrocapteur Cdi (i allant de 1 à 4), Dii, la grandeur algébrique r)ie. 7traj, ATii, l'écart entre les instants d'arrivée des ondes de choc reçues par les macrocapteurs Cdi et Cdi. La figure 3 illustre un exemple de répartition spatiale de quatre 15 macrocapteurs Cdi à Cd4 autour de la trajectoire du projectile, et où sont matérialisés les principaux paramètres exploités par le procédé selon l'invention. En faisant l'hypothèse que le projectile suit une route rectiligne et uniforme durant la durée du parcours définie par les instants d'émission des 20 ondes de choc reçues par les macrocapteurs Cdi, deux systèmes d'équations (6) et (7) sont disponibles. Ces deux systèmes s'expriment de la façon suivante : (R1 - R2) Çitraj = (R1 - R3) Vtraj - (R1 - R4) - \Itraj = 25 Ccl1Cd2 = P2R2 + D12 \/- traj -P1R1 Cd1Cd3 P3R3 + D13 Virai - P1R1 Cd1Cd4 ,u4R4 + D.4 Vtraj -P1R1 cAT12 P2 -P1 + D12R1 - Vtraj CATI 3 =P3 -P1 +D13K1 - \-:/traj cAT14 = P4 -P1 +D14K1 - Vtraj (6) (7) La résolution du premier système (6) permet de calculer le vecteur directeur de la trajectoire Vtrai et, à condition de connaître la célérité c dans l'air, la vitesse v du projectile par la relation suivante : v= Kt- Vtraj (8) La résolution du deuxième système (7) de douze équations à sept inconnues, Ili à 1.14 et D12, D13, D14 (trois équations vectorielles, chaque 10 équation étant résolue dans un espace à trois dimensions X, Y, Z, et trois équations scalaires) permet dans un second temps de calculer les déports g3 et g4. Le déport CPA se déduit aisément de l'un quelconque de ces déports par les relations suivantes : 15 GO; = GCcli - pi; ) \/CPA = GOi (Ç/trajG0i) vtraj Dans le cas général, il est facile de voir que les systèmes (6) et (7) sont surdéterminés, et l'on peut par exemple s'affranchir des grandeurs c ATii. Toutefois, pour certaines trajectoires particulières, certaines des 20 équations précédentes sont liées et le problème n'est plus surdéterminé. On peut montrer que, dans tous les cas, la condition de non-coplanarité des quatre macrocapteurs Cdi garantit l'existence et l'unicité de la solution du système d'équations (7) précédent. En revanche, si les quatre macrocapteurs Cdi sont disposés dans 25 un même plan, il est facile de voir que les trajectoires incluses dans ce plan mais externes à la surface formée par les macrocapteurs Cdi ,Cd2,Cd3,Cd4 sont indéterminées (les quatre vecteurs Ri sont identiques) c'est-à-dire non reconstituables de manière unique. Il convient donc de disposer le quatrième macrocapteur en un point de l'espace non inclus dans le plan 30 défini précédemment, si l'on souhaite couvrir tout l'espace des trajectoires possibles. La distance Dtir du poste de tir 4 s'obtient par reconnaissance automatique 3 du type de projectile et par la connaissance de la vitesse instantanée de l'onde de choc au niveau de l'antenne formée par les macrocapteurs Cdi. Cette reconnaissance automatique 3 exploite les caractéristiques temporelles et fréquentielles intrinsèques au signal émis par le déplacement du projectile sous vitesse supersonique. Chaque projectile est défini par ces caractéristiques physiques de dimensions et par sa vitesse d'éjection de bouche à feu. En conséquence la vitesse instantanée et l'onde de choc acoustique émise à proximité des macrocapteurs Cdi diffèrent pour chaque calibre. Après un apprentissage préalable en fonction des différents calibres d'armes potentielles un classificateur automatique est à même de distinguer le type de calibre employé à partir du signal détecté. L'utilisation d'abaques de décroissance de vitesse en fonction de la distance permet compte tenu de la connaissance du type de calibre de déduire la distance approximative de tir. La direction du poste de tir 5 est calculée par addition vectorielle en trois dimensions des deux vecteurs 15-Dtir Vtraj (trajectoire) et VCPA (déport CPA). Le procédé selon l'invention est adaptable à deux applications principales différentes: - la première consiste à équiper un véhicule tel que blindé, camion, hélicoptère, etc... d'un système de faible envergure mais conforme à 20 la carrosserie du véhicule, - la seconde consiste à équiper d'un système similaire mais de plus grandes dimensions un lieu ou site, tel que place, carrefour, ronds point, accès d'aéroport,... Un exemple de disposition de cinq macrocapteurs, Cd1 à Cd5, 25 sur un véhicule est illustré à la figure 4. Dans l'hypothèse où l'on désire équiper un véhicule 7, de surface au sol rectangulaire, il convient de disposer des macrocapteurs Cdi en chaque coin supérieur, ou supérieurs et inférieurs deux à deux, de ce véhicule et d'implanter en hauteur par rapport à l'antenne plan P, hachuré 30 sur la figure, formé par les macrocapteurs Cd1 à Cd4, un cinquième macrocapteur directif Cd5 permettant de réduire le cas planaire d'indétermination de trajectoires cité ci-avant. A titre d'exemple, pour une antenne de surface rectangulaire de dimensions minimales de 1,5 m x 1 m, le macrocapteur Cd5 peut être placé à la verticale du barycentre G de l'antenne plan constituée par Cd1 à Cd4 à une hauteur minimale de 0,5 m. Dans le cas de trajectoires inférieures au plan défini par les macrocapteurs Cd1 à Cd4, soit rasantes vis à vis de celui-ci, soit 5 pénétrantes, des cas de masquage sont induits par le volume du véhicule et le procédé selon l'invention dispose donc de moins d'informations. Dans le cas où trois macrocapteurs Cdi seulement ne sont pas masqués, les systèmes d'équations (6) et (7) se réduisent à : (R1 - R2) - Vtraj = 0 10 Cd1Cd2 = P2R2 D12Vtraj -P1R1 Cd1Cd3 =,u3R3 + D13 \7/traj -P1R1 cAT12 = P2 -P1 ±D12R1 Vtraj cAT13 - p3 + D13R1 . Virai 15 De façon similaire au cas de quatre macrocapteurs Cdi, la résolution des systèmes (11) et (12) permet d'estimer les vecteurs Vtrai et VCPA, et ainsi de reconstituer la trajectoire du projectile supersonique et la direction du poste de tir. Bien que l'on dispose de moins d'informations que dans le cas de 20 quatre macrocapteurs Cdi, le problème reste surdéterminé dans le cas général. Toutefois, pour certaines trajectoires particulières, la résolution de ces systèmes ne fournit pas une solution unique. Les trajectoires dont le front d'onde est mesuré par trois macrocapteurs Cdi sont toutes parfaitement déterminables hormis celles : 25 - situées dans le plan défini par les trois macrocapteurs Cdi non masqués et ne traversant pas le champ des capteurs (les trois vecteurs Ri sont alors identiques) ; dans ce cas un plan de la trajectoire est connu (il s'agit du plan des macrocapteurs Cdi) mais on ne connaît aucun point de passage du projectile et le vecteur directeur de la trajectoire Vtrai est 30 indéterminée dans un demi-plan, (R1 - R3) - Vtraj ° (12) - situées dans un plan bissecteur d'un des segments Cdi,Cdi et dont les caractéristiques (en termes de point de passage, vitesse) sont telles que les ondes de choc reçues par les trois macrocapteurs sont générées au même instant, les trois sommets 01, 02, 03 sont confondus et deux des vecteurs R1 sont identiques. L'indétermination sur la trajectoire n'est alors que partielle : la résolution des systèmes précédents (11) et (12) permet en effet de déterminer un point particulier de la trajectoire (le point 01=02=03). D'autre part, il est facile de voir que le plan bissecteur auquel appartient la trajectoire est connu. Le vecteur directeur Vtraj est donc indéterminé dans un demi-plan. Ces cas d'indétermination sont supprimés si le macrocapteur Cd5 disposé en élévation par rapport au plan formé par les macrocapteurs Cd1 à Cd4 n'est pas masqué vis à vis du front d'onde par le volume supérieur du véhicule 7.

Lorsque deux macrocapteurs seulement ne sont pas masqués, on ne dispose plus que d'un système linéaire de cinq équations à cinq inconnues qui peut s'écrire de la façon suivante : cATi2 -R1.CdiCd2 (13) P2 = 1-R1R2 = 1- RiR2 -CAT12 + R2 . Cd1Cd2 0102 = Cd1Pd2 (R1 +R C - (Ki .C-ClkiC31R2)2R2 - (R2 . CdiCd2) 1 (14) où Cd1, Cd2 désignent les deux macrocapteurs non masqués. Le déterminant de ce système linéaire de cinq équations à cinq 30 inconnues pl , g2, 0102 s'écrit : D = (1 - . -2) )2 (15) La résolution du système précédent permet de déduire : - le vecteur directeur de la trajectoire : ----) (16) vtra. loio211 l'indétermination sur le signe étant levée par la condition : R1. Vtraj > - le déport CPA de la trajectoire : Goi = oedi -duel G GO1 -(\/trajG01) /traj 15 et la vitesse de la balle par la relation (8). Il est à noter que dans le cas à deux macrocapteurs Cdi, la connaissance de la célérité c des ondes acoustiques dans l'air est indispensable, pour reconstituer la trajectoire. Dans ce cas de figure, où les trajectoires dont le front d'onde de 20 choc est inférieur au plan formé par les macrocapteurs Cd1 à Cd4 et pénétrantes dans le volume du véhicule 7, seuls deux macrocapteurs peuvent être acoustiquement sollicités. Le système précédent donne une solution de trajectoire et une seule dans le cas où le déterminant D du système est non nul et les points 01 et 02 ne sont pas confondus. Lorsque 25 l'une de ces deux conditions n'est pas remplie, la trajectoire du projectile ne peut pas être reconstituée complètement. Deux cas se distinguent : - Cas où D = 0 : ce cas se produit systématiquement lorsque la trajectoire est contenue dans l'un quelconque des plans contenant l'axe 30 Cd1, Cd2 et ne coupe pas le segment reliant les macrocapteurs Cd1, Cd2. Dans ce cas, aucun point particulier de la trajectoire n'est connu exactement. Par ailleurs, si en outre les points 01 et 02 sont confondus, le vecteur directeur de la trajectoire \/traj est indéterminé dans un demi-espace. 10 Dans le cas contraire, un plan contenant la trajectoire est connu mais le vecteur directeur Vtrai est déterminé dans un demi-plan. - Cas où D 0 et 01 = 02 : ce cas peut se produire si la trajectoire appartient à un plan bissecteur passant entre les macrocapteurs 5 Cd1, Cd2 ; cette condition nécessaire n'est toutefois pas suffisante pour conduire à un cas d'indétermination systématique. Il n'y a en effet indétermination que si les caractéristiques de la trajectoire sont telles (en termes de point de passage, vitesse) que les ondes de choc reçues par les macrocapteurs Cd1, Cd2 aient été émises au même instant. En outre, 10 l'indétermination sur la trajectoire n'est alors que partielle : la résolution du système linéaire permet en effet de déterminer un point particulier de la trajectoire (le point 01=02). D'autre part, il est facile de voir que le plan bissecteur auquel appartient la trajectoire est connu. Le vecteur directeur Vitrai est donc indéterminé dans un demi-plan. 15 Par ailleurs, dans les cas de trajectoires masquées partiellement vis à vis des quatre macrocapteurs Cdi, il est théoriquement possible, compte tenu du volume du véhicule et de la conformité des antennes tétraédriques, qu'un des quatre capteurs élémentaires A à D composant un ou plusieurs des macrocapteurs Cdi ne soit pas acoustiquement sollicité. Le 20 système d'équations permettant d'obtenir le gisement et site du front de l'onde de choc est donc incomplet : seules deux des trois équations de base sont disponibles. Le système ne peut être résolu sans la connaissance ou la d. mesure à l'instant T de passage du projectile des valeurs de -1- avec di = distance intercapteurs élémentaires omnidirectionnels 25 C = célérité du son dans l'air au passage du projectile mesurée en temps réel ou très peu différé ( < 1 sec ) Une solution pour obtenir cette valeur est alors de réaliser une émission acoustique calibrée omnidirectionnelle, à l'aide du capteur élémentaire A, origine du vecteur de direction Ri du front d'onde, afin de 30 solliciter acoustiquement les trois autres capteurs élémentaires omnidirectionnels B à D. Les retards de propagation intercapteurs élémentaires mesurés par intercorrélation avec le signal d'émission permettent alors de quantifier les valeurs d. Il est à noter qu'il subsiste alors une ambiguïté sur la mesure du vecteur direction Ri du front de l'onde de choc, qui peut être levée en tenant compte du fait qu'un des capteurs élémentaires omnidirectionnels est masqué. Les capteurs élémentaires acoustiques A à D sont par conception compensés aux accélérations. Les vibrations induites par le véhicule 7 en mouvement ainsi que le bruit ambiant (vent, ...) sont atténués par un filtrage passe haut électronique réglé à la fréquence basse du spectre utile de l'onde de choc. Les inclinaisons de plate-forme induites par le véhicule 7 ou en mouvement génèrent des variations d'assiette et de pointes qui sont 10 mesurées par des inclinomètres. Ceux ci disposés dans le véhicule 7 sont échantillonnés puis codés à l'instant de passage du projectile supersonique. Cette mesure est répétée puis intégrée durant un temps supérieur au temps de durée de l'onde de choc . La position du véhicule 7 par rapport au plan horizontal est 15 quantifiée. Cet écart d'inclinaison permet d'estimer la correction à apporter aux valeurs de gisement et de site mesurées. Cette correction est affichée si nécessaire. En cas de déplacement du véhicule 7, le retard induit par le temps de calcul reste négligeable devant le temps d'immobilisation du véhicule 7. 20 Dans le cas ou la réaction armée n'est pas trop tardive, vis à vis de la capacité de déplacement du poste de tir, il est possible de corriger l'information trajectoire et position du tireur en fonction du déplacement du véhicule 7. Dans ce cas la vitesse et le déplacement du véhicule 7 sont 25 mesurés et intégrés comme précédemment jusqu'à l'arrêt total du véhicule 7. Compte tenu de la direction du poste de tir mesurée à l'instant de passage du projectile et du déplacement du véhicule 7, une correction de position est ensuite fournie à l'opérateur. La protection du système aux fausses alarmes (ondes de bouches 30 à feu, explosions, déflagrations,...) est réalisée par une analyse de type "identification sonore" du son détecté. Cette identification est réalisée par comparaison fréquentielle et temporelle des caractéristiques de l'onde reçue par rapport à des clés d'identification préalablement identifiées pour le ou les types de projectiles retenus. Celles-ci sont téléchargées dans 35 l'équipement avant mise à disponibilité. Elles sont modifiables par l'utilisateur par changement d'un composant de type mémoire programmable. Cette identification, réalisée en temps réel avant tout calcul de trajectoire de projectile, valide la visualisation des caractéristiques de 5 trajectoire du projectile et de la direction du poste de tir. La réverbération induite par des masses naturelles (collines, falaises, forêts,...) ou par des constructions humaines (immeubles, routes bétonnées ou asphaltées, ...) est génératrice, après coup, d'ondes partiellement coniques et de caractéristiques fréquentielles et temporelles 10 peu dissociables de celles de l'onde de choc reçue à l'instant de passage du projectile à proximité de l'antenne. Après l'analyse des fausses alarmes, le procédé calcule les valeurs angulaires de trajectoires et de direction du poste de tir. L'acquisition de signal est inhibée durant un laps de temps de 15 0,3 s. En conséquence toute réverbération intervenant après cette durée temporelle est générée par des masses réflectrices distantes d'environ 100 m de l'antenne acoustique. L'atténuation engendrée et la direction du front d'onde sonique mesurées par chacun des macrocapteurs Cdi sont des éléments suffisants pour réjecter ce signal. Les ondes de choc générées par 20 des trajectoires lointaines sont traitées identiquement aux ondes de choc réverbérées. Dans l'hypothèse de protection d'un site, un système similaire au précédent mais plus simple peut être disposé au sol d'une aire à protéger. Ce dispositif, composé de quatre capteurs Cdi, peut être réduit à trois 25 capteurs disposés au sol dans le cas ou l'espace à protéger est parfaitement dégagé donc exempt de tout masquage sonique potentiel. Les cas de masquages soniques générés par un volume disposé sur l'aire à surveiller sont supprimés par la disposition d'un quatrième capteur directif au sol ou en altitude (sur un poteau téléphonique ou un 30 éclairage urbain) de sorte que, quelle que soit la trajectoire, trois macrocapteurs parmi les quatre soient au minimum toujours sollicités. Les systèmes d'équations sont identiques à ceux décrits précédemment ainsi que les cas d'indéterminations potentiels associés. Tous les cas d'indétermination sont supprimés par l'utilisation, en cas de 35 non-masquage, du quatrième macrocapteur.

La position en trois dimensions de chacun des macrocapteurs doit être connue avec une précision liée à la valeur de leurs écartements. Les distances entre macrocapteurs peuvent être de 20 m voire 50 m .

Ce système à poste fixe est plus simple que le cas étudié précédemment et ne nécessite pas de protections particulières aux vibrations et chocs outre que celles couramment admises pour un dispositif non mobile. Aucune correction de plate-forme n'est à réaliser hormis, si nécessaire, les inclinaisons en deux dimensions de la surface à surveiller. lo Ces corrections sont introduites dans un calculateur de l'équipement ou sont utilisées en correction de trajectoire par l'interpréteur des informations délivrées par l'équipement. Un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, est illustré par le schéma bloc de la figure 5. Chaque bloc est décrit ci-après 15 fonctionnellement. Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, comporte, par voie de conditionnement respective à chaque macrocapteur Cdi, un récepteur de lignes, un filtrage antirepliement et un codeur échantillonneur. 20 Les signaux analogiques, après réception de ligne, sont filtrés, échantillonnés bloqués puis convertis en mots numériques. Ces différentes fonctions sont mises en oeuvre par le bloc acquisition 8. Dans un exemple, les caractéristiques de ces fonctions sont les suivantes: 25 - filtrage passe haut de fréquence de coupure 1 kHz et de pente - 60 dB/décade, - filtrage passe bas de fréquence de coupure Fpb de 20 kHz dont l'atténuation sera de - 50 dB pour -fe 2 - échantillonnage d'ordre zéro et de fréquence supérieure ou 30 égale à 5 Fpb, - codage 12 bits minimum. La précision de codage et la linéarité est de 1% dans la dynamique utile. Chacune des voies de conditionnement est surveillée en niveau 35 par un système à seuil 9 dont la fonction est de détecter un front raide d'énergie. Une comparaison entre l'énergie moyennée dans la bande utile (1kHz-20kHz) et l'énergie instantanée est réalisée. L'énergie moyennée est obtenue par filtrage passe bas de type RC du signal après élévation au carré.

Des mots de 12 bits obtenus après codage sont organisés en trames et dirigées vers un calculateur, par exemple un processeur de type TMS320CXX, via un bus 16 bits. Le débit de ce bus est inférieur à 5 Mmots/s en cas d'extension à seize voies analogiques. Le résultat de ces seuillages est combiné par macrocapteur afin 10 d'initialiser le processus de stockage dans une mémoire du calculateur dès détection d'une onde probable sur l'un des macrocapteurs. La mémoire de type SRAM, abréviation anglo-saxonne pour Speed Random Access Memory, utile au stockage des signaux bruts, est de profondeur équivalente à deux fois la longueur d'un macrocapteur. 15 Une fonction de gestion des interruptions du calculateur assure le stockage des signaux conditionnés dans la mémoire et le lancement des traitements. En cas de masquage de l'onde de choc sur l'un des capteurs élémentaires d'un macrocapteur Cdi, il est nécessaire, afin de calculer la 20 direction du front d'onde en site et gisement, de mesurer la célérité locale. Cette mesure est réalisée pour des raisons de discrétion acoustiques à l'aide d'une émission ultrasonore par le bloc 10 vers le capteur élémentaire A, origine du vecteur directeur du front d'onde de choc R1, de chaque macrocapteur Cdi. Les signaux reçus par les autres capteurs élémentaires 25 B à D du macrocapteur sont traités comme précédemment. Trois traitements différents sont réalisés par le calculateur et sont mis en oeuvre respectivement par un nombre déterminé de blocs de calcul : - le calcul de la célérité locale au niveau des macrocapteurs Cdi, mis en oeuvre par le bloc calcul de célérité 11, 30 - le calcul de la trajectoire du projectile, via la mesure des différents vecteurs de front d'onde, R1, mis en oeuvre par les blocs 12, 13, 14, 15, 16 et 17, et - le calcul de la direction et de la distance du tireur mis en oeuvre par les blocs 18, 19 et 20.

Le calculateur assure la commande de la visualisation des différents paramètres utiles, la fonction de visualisation étant matérialisée par le bloc 21. Les retards entre macrocapteurs Cdi sont calculés par intercorrélations par les blocs 11 et 13. Pour ce faire, la mémoire est dimensionnée à deux fois la longueur d'antenne, c'est-à-dire à deux fois la distance maximale séparant deux macrocapteurs Cdi, pour la totalité des capteurs élémentaires soit : Nb de capteurs *2 *Long Ant * Fec air =128 koctets ou 4 k mots par voie numérisée Cette mémoire tampon à accès rapide SRAM (5 Mmots/S) permet de stocker les données avant transfert en temps différé au calculateur. L'information issue d'un compteur temps est associée à chaque acquisition de signal issue d'un macrocapteur Cdi.

Le système d'équations obtenu est résolu numériquement par le bloc 15, ce qui permet de reconstituer les trajectoires du projectile et d'obtenir les informations suivantes : - le déport ou distance, le gisement et le site du point CPA, calculés par le bloc 17, - le gisement et le site de la trajectoire, calculés par le bloc 16, - la vitesse du projectile, calculée par le bloc 22. L'information distance est déduite d'abaques de vitesse 19 en fonction du calibre et du type de calibre déterminé par un algorithme de reconnaissance automatique, par exemple une analyse FTC (Fourrier Court 25 Terme) associée à des règles d'identification, mis en oeuvre par le bloc 18. L'information direction de tir est ensuite obtenue directement des résultats précédents associés au point CPA et à la trajectoire, par le bloc 23. Dans cet exemple, le dispositif est limité à la fourniture des éléments de trois trajectoires successives par seconde. 30 Les informations sont mémorisées dans des registres de visualisation du calculateur. L'opérateur peut alors faire défiler les éléments de chaque trajectoire les uns après les autres sur des afficheurs gisement et déport par exemple par action sur un bouton poussoir en face avant d'un équipement non représenté, intégrant le dispositif selon l'invention.

Un deuxième poussoir de remise à zéro de l'historique permet d'effacer la mémorisation ces éléments. En cas de nouveau tir, les éléments de la trajectoire N + 1 sont visualisés et les éléments de la trajectoire N - 2 sont effacés du registre de 5 mémorisation. Le test de l'équipement peut être assuré par l'injection en entrée des voies de conditionnement d'un signal calibré issu d'un générateur local et par vérification du signal stocké dans la mémoire des données brutes du calculateur. Le générateur assurant l'émission sonore nécessaire au calcul io de la célérité peut être employé comme générateur de test. Un logiciel implanté dans le calculateur, disposant d'une analyse de données afin de réduire le taux de fausse alarmes en fonctionnement opérationnel, est utilisé pour la vérification des paramètres fréquence et niveau de chaque voie signal.

15 Ce test peut être aisément étendu au contrôle des antennes acoustiques par l'emploi de la fonction célérité nécessitant l'émission d'un signal acoustique par l'un des capteurs élémentaires A de chaque macrocapteur Cdi.

Claims (11)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de détection et de reconstitution de trajectoire, exploitant l'onde de choc générée en tout point de la trajectoire d'un projectile issu d'un poste de tir et se déplaçant à proximité d'une cible à protéger sous une vitesse supersonique, sans avoir connaissance a priori de la célérité locale des ondes acoustiques dans l'air, caractérisé en ce qu'il consiste, dans une première étape (1) de détection et de mesure de direction du front de l'onde de choc généré par le projectile : - à disposer sur la cible au moins deux macrocapteurs acoustiques (Cdi) définissant une antenne acoustique, chaque macrocapteur (Cdi) étant constitué d'au moins quatre capteurs acoustiques élémentaires omnidirectionnels (A à D), et - à estimer la direction du front d'onde de choc et la célérité locale 15 du son dans l'air au niveau de chaque macrocapteur (Cdi), et en ce qu'il consiste, dans une deuxième étape (2) de localisation angulaire sectorielle du tir : - à reconstruire la trajectoire du projectile et estimer sa vitesse par résolution dans l'espace à trois dimensions d'un système vectoriel utilisant 20 des vecteurs (Ri) de direction du front de l'onde de choc mesuré respectivement par chaque macrocapteur (Cdi), la position relative (DO des macrocapteurs (Cdi, Cdi) et les différents retards (ATip entre macrocapteurs (Cdi, Cdi). 25
2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste en outre pour une localisation du poste de tir, à calculer (4) la distance du poste de tir par rapport à la cible à partir d'une reconnaissance automatique (3) du type de projectile détecté dans la première étape (1) de détection, en exploitant la connaissance des vecteurs (\-/traj et VcPA) 30 solutions du système vectoriel, et la connaissance de la vitesse instantanée du projectile (y) mesurée au niveau de l'antenne, chaque projectile étant défini par ses caractéristiques physiques de dimension et par sa vitesse d'éjection de bouche de feu. 35
3. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il consiste à disposer les quatre capteurs acoustiquesélémentaires omnidirectionnels (A à D) pour former un macrocapteur tétraèdrique, chaque capteur acoustique élémentaire (A à D) étant positionné respectivement à chaque sommet du macrocapteur.
4. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser quatre macrocapteurs (Cd1 à Cd4), le quatrième macrocapteur (Cd4) étant situé en dehors du plan formé par les trois autres (Cd1 à Cd3) pour couvrir tout l'espace des trajectoires possibles et garantir l'existence et l'unicité de la trajectoire estimée.
5. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il consiste à disposer les quatre macrocapteurs (Cd1 à Cd4) dans un même plan, et en ce qu'il consiste en outre à disposer un cinquième macrocapteur non inclus dans le plan comprenant les quatre 15 premiers macrocapteurs (Cd1 à Cd4), pour résoudre les problèmes de masquage de certains macrocapteurs (Cdi).
6. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce qu'il consiste à disposer le macrocapteur non inclus dans 20 le plan comportant les autres macrocapteurs (Cdi), à la verticale du barycentre (G) des plan défini par les autres macrocapteurs (Cdi).
7. 7. Procédé selon les revendications 5 et 6, caractérisé en ce que, pour équiper un véhicule (7) de surface au sol rectangulaire, il consiste à 25 disposer les quatre macrocapteurs (Cd1 à Cd4) en chaque coin supérieur, ou supérieur et inférieur deux à deux, du véhicule (7) et à disposer en élévation par rapport au plan (P) formé par les quatre premiers macrocapteurs (Cd1 à Cd4), le cinquième macrocapteur (Cd5) permettant de réduire le cas planaire d'indétermination. 30
8. 8. Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il consiste, dans le cas de trajectoires masquées partiellement vis à vis des macrocapteurs (Cdi), pour calculer la célérité locale (c) des ondes acoustiques dans l'air au passage du projectile, à 35 émettre une émission acoustique calibrée omnidirectionnelle, à l'aide ducapteur élémentaire (A), origine du vecteur de front d'onde (R1), de chaque macrocapteur (Cdi).
9. 9. Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 8, 5 caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser des hydrophones comme capteurs acoustiques élémentaires omnidirectionnels (A à D).
10. 10. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte : 10 - des moyens de détection comportant au moins une antenne acoustique formée d'au moins quatre macrocapteurs (Cdi), chacun formé d'au moins quatre capteurs acoustiques élémentaires omnidirectionnels (A à D), disposée sur la cible à protéger et comportant des moyens (8) d'acquisition des signaux analogiques délivrés par les macrocapteurs (Cdi), 15 - des moyens (11) pour calculer la célérité locale des ondes acoustiques au niveau des macrocapteurs (Cdi), - des moyens (12,13,14,15,16,17) de reconstitution de la trajectoire du projectile passant à proximité de la cible à protéger permettant Vtraj), ' de calculer les vecteurs de déport CPA (VcpA) et de trajectoire ( 20 - des moyens (22) pour calculer la vitesse du projectile à partir du vecteur directeur de la trajectoire ( .Vtraj) et de la célérité des ondes acoustiques à proximité des macrocapteurs (Cdi), - des moyens (18,19,20,23) de calcul de la distance et de la direction du poste de tir par rapport à la cible à protéger, exploitant des 25 vecteurs de déport CPA (VcpA) et de trajectoire (Vtraj), la vitesse du projectile (y) et les informations fournies par un algorithme de reconnaissance automatique et un abaque de vitesse, - des moyens (21) de visualisation des informations issues des précédents moyens permettant la localisation en direction et la distance du 30 poste de tir.
11. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un moyen (10) d'émission acoustique étalonnée, permettant en cas de masquage acoustique partiel de l'antenne, de générer, 35 par l'intermédiaire du capteur élémentaire (A), origine du vecteur de front dechoc (Ri) de chaque macrocapteur (Cdi), un signal sonore permettant le calcul de la célérité, et éventuellement le test des moyens de détection.