FR2623292A1 - Procede de localisation par ecoute audiophonique, notamment pour sonar - Google Patents

Abstract

L'invention concerne les procédés de localisation d'une source de bruit par écoute audiophonique. Elle consiste à mémoriser 121, 122 les signaux reçus par deux antennes distinctes 11, 12, et à réécouter 16 les signaux ainsi mémorisés avec un retard tau variable entre eux. Lorsque l'image sonore apparaît centrée à l'opérateur, ce retard permet de calculer le dépointage theta de la source de bruit par rapport à l'orientation des antennes. Elle permet de localiser des sources de bruit qui ne rayonnent que pendant un court instant.

Description

PROCEDE DE LOCALISATION PAR ECOUTE
AUDIOPHONIQUE, NOTAMMENT POUR SONAR
La présente invention se rapporte aux procédés qui permettent de localiser par écoute audiophonique les sources de bruit sonore, notamment les sous-marins, à partir d'un sonar porté par un bateau de surface par exemple.

On sait repérer des sources de bruit, en particulier des bateaux, avec la partie réceptrice d'un sonar dans laquelle on forme des voies de réception par divers moyens électroniques. Ce système est déjà compléxe en soi lorsqu'il s'agit de repérer une seule source de bruit sans faire de traitement particulier sur le spectre de cette source. I1 devient franchement complexe, et même parfois impossible à réaliser de manière pratique, quand il s'aglt de discriminer entre plusieurs sources de façon à les distinguer grâce aux caractéristiques sonores propres de ces sources.

Pour cette raison on utilise fréquemment dans les systèmes de sonars une aide à la classification des bruiteurs dans laquelle un opérateur, muni d'un casque d'écoute, examlne- auditivement les bruits reçus afin de les séparer, par exemple par le bruit des hélices. En termes consacrés cette technique est dite de la voie audio et cette voie audio est connectée à une seule antenne ou à un seul capteur généralement omnidirectionnel.

Les qualités du système auditif propres à l'écoute stéréophonique sont connues. Etant donné une source sonore localisée, le cerveau reçoit deux signaux qui correspondent aux deux sons perçus par les deux oreilles. Le cerveau fonctionne alors comme un corrélateur particulièrement performant et donne une sensation de la direction de la source sonore. Les performances obtenues dépendent en particulier du spectre en fréquence de la source. Par exemple David R. PERROTT a publié dans JASA 76(6), décembre 1984, pages 1704 À 1712 une description d'expériences effectuées sur la discrimination de sources sonores.

Pour faciliter la localisation des sources de bruit, l'invention propose d'utiliser les signaux provenant de deux antennes distinctes et de les appliquer séparément aux deux écouteurs du casque porté par l'opérateur. Celui-cl oriente mécaniquement ou électroniquement les deux antennes de manière à déterminer subjectivement l'orientation de la source de bruit en repérant le centrage de l'image sonore. Selon une caractéristique particulière de l'invention, on met les deux signaux en mémoire pour les réécouter ensuite afin de les localiser en retardant électroniquement l'un des deux signaux, ce qui revient à effectuer, selon la terminologie choisie, une orientation électronique de l'antenne, ou une corrélation auditive des signaux reçus.

D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement dans la description suivante faite en regard des figures annexées qui représentent
- la figure 1 : un schéma d'un dispositif pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention
- la figure 2 : un schéma d'une antenne circulaire dont les élements sont connectés pour former deux antennes distinctes ; et
- la figure 3 : un schéma de deux dispositifs conformes à la figure I réunis pour effectuer une mesure de triangulation.

Le dispositif représenté sur la figure 1, permettant de mettre en oeuvre l'invention, comprend deux antennes 11 et 12. Ces antennes sont à centres de phase décalés. De manière préférentielle, ces antennes sont directives et sont pointées dans une même direction. Les signaux acoustiques arrivent sur ces antennes avec un dépointage e par rapport à la direction d'orientation des antennes. Comme représenté sur la figure 2, ces antennes peuvent être avantageusement obtenues par combinaison des signaux électriques provenant des hydrophones 2, ou des colonnes d'hydrophones d'une base circulaire de sonar.On sait, de manière connue, réaliser de telles antennes à centres de phase distincts et présentant des diagrammes de directivité dont on peut faire varier le dépointage, en combinant de manière adéquate les signaux électriques fournis par ces hydrophones notamment en les affectant d'un retard variable pour former 2 demi-antennes 11 et 12. Selon une autre réalisation on peut tout simplement monter les deux antennes sur un support mobile et les orienter mécaniquement.

Les signaux de chacune de ces deux antennes sont traités de manière identique dans deux chaines de traitement elles-mêmes identiques.

Les signaux sont tout d'abord filtrés dans des filtres passe-bas 101 et 102 présentant une fréquence de coupure de 20 kHz par exemple. A la sortie de ces filtres, les signaux sont convertis en signaux numériques dans deux convertisseurs analogique/numérlque 111 et 112 à une fréquence d'échantillonnage e nettement supérieure à la fréquence de coupures des filtres 101 et 102, par exemple 100 kHz.

Ils sont ensuite mis en mémoire dans des mémoires numériques 121 et 122 sur une durée de 5 secondes par exemple.

Ces mémoires sont utilisées de manière connue en mémoire FIFO.

Leurs sorties sont appliquées à des convertisseurs numérique/analogique 131 et 132 qui fonctionnent avec une fréquence d'échantillonnage F'e qui peut être différente de
F.

e
En sortie de ces convertisseurs numérique/analogique les signaux reconvertis en signaux audio sont filtrés par des filtres 141 et 142 du type passe-bande, dont les fréquences de coupure haute et basse sont variables.

Les signaux ainsi filtrés sont appliqués à des moyens d'écoute stéréphonique, par exemple un casque 16, qui permet de les écouter après passage dans un dispositif de commutation 15 qui sera expliqué plus loin.

Un autre casque 17 permet d'écouter directement le signal en sortie des filtres 101 et 102. On peut utiliser un seul casque à la place des casques 16 et 17, avec un système de commutation permettant de le brancher soit en sortie des filtres 141 et 142, soit en sortie des filtres 101 et 102.

Un dispositif de commande 18 appliqué aux mémoires 121 et 122 permet, sous l'action de l'opérateur, de couper l'arrivée du signal sur les mémoires et de reboucler leur sortie sur leur entrée de manière À mémoriser de manière circulante la fraction de signal, 5 secondes par exemple, qui est contenue dans ces mémoires. - Ce même dispositif de commande permet en outre de déplacer la position de lecture de l'une des mémoires, 122 sur la figure 1, de manière à obtenir un décalage temporel de la lecture de ces mémoires d'une durée T
Ainsi donc en mode normal de surveillance l'opérateur écoute le son arrivant sur les antennes avec le casque 17 et il oriente, mécaniquement ou électroniquement, l'ensemble des antennes 11 et 12 pour balayer le secteur à surveiller.

Lorsqu'il reçoit un signal intéressant et continu, il peut orienter ces antennes de manière à percevoir subjectivement à l'écoute une image sonore centrée et que les antennes sont orientées dans la direction correspondant à celle de la source sonore à repérer. Cette direction est lue sur les dispositifs indicateurs de direction des antennes.

Comme il peut y avoir un biais systématique, dû par exemple à une différence d'audition à droite et à gauche de l'opérateur, celui-ci peut à l'aide du dispositif permutateur 15 commuter la réception des deux voies et l'orientation sera correcte lorsque, pendant cette permutation, le déplacement subjectif de l'image sonore sera nul.

Cette observation directe n'est pas toujours possible.

C'est le cas en particulier lorsque, pour des raisons autres, le sonar a un balayage automatique sur lequel on ne peut pas agir.

C'est aussi le cas lorsque l'on reçoit un bruit impulsif qui ne se prolonge pas et que l'on souhaite examiner plus longuement.

Dans ce cas l'opérateur, à l'aide de la commande 18, provoque le rebouclage des mémoires et le figeage dans celles-ci du signal reçu et il passe sur l'écoute au casque 16.

La fraction de signal mise ainsi en mémoire est donc appllquée de manière répétitive au casque 16 et l'opérateur peut agir sur differents paramètres pour l'analyser.

Le paramètre le plus important est le retard T appliqué à la lecture de l'une des mémoires. En effet en modifiant ce retard on obtient le même resultant qu'en orientant électroniquement les deux antennes 11 et 12. Dans ces conditions il suffit à l'opérateur d'ajuster ce retard T de telle manière qu'il entende le son comme sil lui arrivait d'en face, pour obtenir le dépointage de la source de bruit par rapport à la direction de l'antenne lors de la mise en mémoire de ce bruit.

Pour cela ltoperateur dispose par exemple d'une commande manuelle 180.

Pour obtenir cet ajustement l'opérateur effectue avantageusement une lecture répétitive des mémoires 121, 122 en écoute différée. L'angle e entre la direction de cette source de bruit et la direction de pointage de ltantenne à cet instant est donné par la formule sin e = cT/d dans laquelle d est la distance entre les centres de phase des antennes 11 et 12 et c la vitesse du son dans le milieu consideré, l'eau généralement.

En faisant varier également la fréquence Fate de commande des convertisseurs numérique/analogique 131 et 132, ainsi que les fréquences de coupure haute et basse des filtres 141 et 142, l'opérateur peut effectuer dlvers traitements sur le signal reçu afin de faciliter les mesures.

C'est ainsi qu'il peut isoler dans une certaine mesure le bruit à recevoir du bruit ambiant, afin de pouvoir améliorer la précision du centrage.

De même s'il s'aperçoit que la bande passante du bruit ainsi détecté est très étroite, il sera averti que la détermination de la direction est sujette à caution puisque, de manière connue, il y a une ambiguïté dans la détection lorsque la distance d est plus grande que la longueur d'onde. A titre de variante de l'invention, on peut alors utiliser une paire d'antennes faiblement espacées qui donneront une mesure grossière mais non ambiguë de 1R direction, et lever ainsi l'ambiguïté qui concerne les autres paires d'antennes plus espacées, qui donnent une mesure plus fine mais ambiguë.

Comme les performances du dispositif dépendent de l'écart de sensibilité entre les deux oreillers, on peut prévoir de corriger cet écart en procédant À un étalonnage préalable au moyen de deux atténuateurs montés en balance et d'un générateur de bruit à large bande dont on injecte le signal à l'entrée des deux voies.

En outre, si on peut disposer de deux dispositifs distincts correspondant chacun à une paire d'antennes distinctes de la paire d'antennes de l'autre dispositif, on peut déterminer la position de la source de bruits par triangulation, comme représenté sur la figure 3. Ce système comprend deux dispositifs 31 et 32 semblables à celui de la figure 1 et reliés, le premier à deux antennes 111 et 112, et le deuxième à deux antennes 211 et 212. Ces deux systèmes d'antennes sont suffisamment éloignés pour permettre des mesures ayant une certaine précision et sont grossièrement orlentés vers la source de bruit.

Une commande unique 33 permet de mémoriser simultanément les signaux reçus dans les dispositifs 31 et 32, et de faire varier séparément les retards de lecture par l'intermédiaire de deux circuits 34 et 35. On obtient ainsi les retard t 1 et T 2 correspondant aux angles 61 et 92 de dépointage de la source de bruit par rapport aux directions des deux systèmes d'antennes. La connaissance de ces angles 91 et 92 permet alors par simple triangulation, d'obtenir la position de la source de bruit aussi bien en direction qu'en distance.

Claims (8)

REVENDICATIONS

1. Procédé de localisation d'une source de bruit acoustique par écoute audiophonique, notamment pour sonar, caractérisé en ce que l'on reçoit les signaux émis par la source séparément à l'aide de deux antennes (11,12) orientées dans une même direction et ayant des centres de phase décalés, que l'on écoute ces signaux de manière stéréophonique (17) en affectant l'un des signaux à une voies droite et l'autre à une vole gauche, et que l'on oriente les 2 antennes pour obtenir une image sonore centrée ; l'orientation de l'antenne étant alors celle de la source acoustique.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on mémorise (121,122) les signaux reçus par les antennes et qu'on les écoute (16) en différé de manière répétitive en introduisant un retard variable (t) entre eux pour obtenir une image sonore centrée ; ce retard variable procurant une orientation électronique complémentaire des antennes.

3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, pour corriger le biais des mesures, on permute (15) successivement les voies droite et gauche en orientant l'antenne jusqu'à ce que cette permutation n'amène plus de mouvement de l'image sonore.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on procède à un étalonnage préalable aux mesures en alimentant simultanément les deux voies à l'aide d'un générateur de bruit à large bande et en réglant le gain de ces voies pour obtenir une image sonore centrée.

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'on filtre (141, 142) les signaux réecoutés avec une fréquence de coupure haute et/ou une fréquence de coupure basse variable.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que l'on effectue la mémorisation (121,122) des signaux sur une durée de quelques secondes.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que cette durée de mémorisation est de l'ordre de 5 secondes.

8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'on effectue la localisation avec deux paires (111,112, 211,212) d'antennes séparées et que l'on calcule la distance de la source (S) de bruit par triangulation.