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ETRE
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Fre
(5)
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DANS
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Est-a
(3)
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Tre
(3)
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Tir
(1)
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Fof
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Sys
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Appa
(1)
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Gnal
(1)
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Har
(1)
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Molecule
(3/ 19)
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water
(13)
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DES
(5)
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minee
(1)
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Physical
(11/ 12)
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2-cl
(2)
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10 m
(1)
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1 l
(1)
[25][_]
300 m/s
(1)
[26][_]
90 m/s
(1)
[27][_]
40 km/h
(1)
[28][_]
de 100 Hz
(1)
[29][_]
106,5 Hz
(1)
[30][_]
40 km/h.
(1)
[31][_]
22 cl
(1)
[32][_]
11,2 d
(1)
[33][_]
Disease
(2/ 12)
[34][_]
Tic
(9)
[35][_]
Bruits
(3)
[36][_]
Generic
(1/ 5)
[37][_]
cations
(5)
[38][_]
Organism
(1/ 1)
[39][_]
mule
(1)
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2521307A1
Family ID 2058891
Probable Assignee Krupp Gmbh
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title PROCEDE PASSIF D'ACQUISITION DE DONNEES RELATIVES A UNE CIBLE
QUI EST UNE SOURCE ACOUSTIQUE DE PREFERENCE MOBILE
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'water PAR RAPPORT A UN
POINT DE MESURE OU SONT INSTALLES LES TRANSDUCTEURS
ELECTROACOUSTIQUES.
Description
_________________________________________________________________
La presente invention porte sur un procede passif d'acquisition de
donnees
relatives a une cible qui est une source acoustique de preference
mobile qui se trouve dans un milieu non solide, comme l'air ou
l'water, avec utilisation d'un capteur acoustique eloigne
de la source acoustique.
Par "donnees relatives a une cible", on entend des grandeurs
caracteristiques qui decrivent l'etat de la source acoustique, par
exemple sa distance, sa vitesse et eventuellement sa position, et/ou
le genre de source acoustique, par exemple le spectre de frequences
qu'elle emet. L'invention a pour but de fournir un procede
de ce genre, qui soit en mesure, avec des moyens techni-
ques relativement modestes, d'acquerir avec une fiabilite et une
reproductibilite suffisantes des caracteristiques de sources
acoustiques immobiles et/ou se deplacant sur terre ou dans les airs,
ce procede pouvant etre mis en oeuvre par un systeme automatique Par
"moyens techniques modestes", on entend aussi bien les exigences
concernant la qualite et la sensibilite du capteur acoustique que le
volume des travaux preparatoires a la mise en oeuvre du
procede dans des zones surveillees.
Ce but est atteint, selon l'invention, avec un procede du genre
indique ci-dessus qui est caracterise
en ce qu'on utilise, comme ca Dteur acoustique, deux trans-
ducteurs electroacoustiques realises et disposes de telle
facon qu'ils detectent chacun l'une de deux ondes acous-
tic qui se propagent a des vitesses differentes entre la source
acoustique et les transducteurs, et en ce que,
pour obtenir les donnees relatives a la cible, on deter-
mine les frequences des signaux recus par les deux trans-
ducteurs et/ou la difference de temps separant la recep-
tion des signaux.
Avec le procede de l'invention, on tire parti du fait que l'energie
des ondes emises par une source acoustique est transmise a des
vitesses differentes 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 differentes d'un milieu ayant des
caracteristiques de propagation differentes, soit
dans des milieux differents ayant des proprietes de pro-
pagation differentes, soit dans un milieu dans lequel se constituent
des ondes acoustiques de differents types comme, par exemple, dans les
milieux solides, les ondes longitudinales, transversales ou de
Rayleigh On obtient
de cette maniere, par au moins deux canaux de transmis-
sion, des donnees de mesure differentes a partir de la meme source
acoustique, donnees a partir desquelles on peut etablir, selon des
regles mathematiques, des donnees
relatives a une cible.
Selon une autre caracteristique de l'invention, les transducteurs ont
une caracteristique de dipole, sont de preference des geophones 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 orientes de telle manie-
re que les directions de reception des transducteurs soient
perpendiculaires l'une a l'autre et qu'une de ces direc-
tions soit a peu pres verticale Par cette caracteristique, on met a
profit le fait que l'energie des ondes emise par la source acoustique
dans le milieu non solide est couplee dans le milieu solide voisin
qu'est le sol Les couches proches de la surface, jusqu'a 10 m de
profondeur environ,
constituent le milieu de propagation de l'energie des on-
des Comme le milieu solide est capable de transmettre egalement des
tensions de cisaillement, outre les ondes
longitudinales qui existent aussi dans le milieu non so-
lide, il apparait ici des ondes transversales grace aux-
quelles les particules n'oscillent pas dans le sens de la propagation
mais perpendiculairement a ce sens En outre,
on trouve a la surface des ondes dites ondes de Rayleigh.
Les differents types d'ondes ont differentes vitesses.
Dans le sol, la vitesse de propagation des ondes longitu-
dinales est environ double de celle des ondes transver-
sales Grace a la constitution, a la mise en place et a l'orientation,
conformes a l'invention, des transducteurs electroacoustiques, ils
detectent une onde acoustique
declenchee par l'evenement acoustique couple dans le sol.
Le transducteur dont la direction de reception est prin-
cipalement verticale detecte les ondes longitudinales;
le transducteur dont la direction de reception est per-
pendiculaire a la precedente detecte les ondes transver-
sales Les transducteurs ont une caracteristique de di-
pole, c'est-a-dire que leur caracteristique de reception
est celle d'un dipole et que c'est donc un diagramme di-
rectionnel en forme de huit Avec cette caracteristique
de dipole des transducteurs, on appelle "direction de re-
ception" la direction de sensibilite maximale L'aligne-
ment des directions de reception s'obtient en disposant les
transducteurs perpendiculairement l'un a l'autre et
en disposant un geophone verticalement.
Selon une autre caracteristique de l'invention,
l'un des transducteurs est place 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 pre-
ference, le transducteur place dans le milieu non solide
presente une caracteristique de reception omnidirection-
nelle est de preference un microphone, et le transducteur
place dans le milieu solide a une caracteristique de di-
pole et se presente de preference sous la forme d'un geophone Grace a
cette caracteristique, on tire aussi parti du fait que l'energie des
ondes qu'emet la source acoustique est couple au milieu solide voisin
qu'est le
sol Le milieu non solide, comme l'air ou l'water, consti-
tue l'un des canaux de transmission, le milieu solide
252130 ?'
qu'est le sol constitue l'autre canal, de la source au recepteur
acoustique Les proprietes de transmission
sont differentes en ce qui concerne la vitesse acousti-
que dans les deux canaux Le transducteur destine a etre installe dans
le milieu non solide est de preference un
microphone ayant une caracteristique de sensibilite omni-
directionnelle, le transducteur devant etre installe dans le milieu
solide etant un geophone a caracteristique de dipole. Selon une autre
caracteristique de l'invention, qui concerne un mode de realisation
avantageux, l'un des
transducteurs est place dans un milieu non solide, l'au-
tre etant place dans un autre milieu non solide adjacent au premier et
o la vitesse acoustique est differente de ce qu'elle est dans le
premiermilieu,et en o-qe depreference
chaque transducteur presente une caracteristique de re-
ception omnidirectionnelle, et, l'un des transducteurs
etant de preference 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-
tic, et d'autre part l'water, milieu dans lequel l'ener-
gie des ondes est couplee On met a profit la difference de vitesse de
propagation acoustique dans l'water et dans l'air pour obtenir des
donnees relatives"a la cible Ce
procede permet par exemple d'acquerir des donnees a par-
tir d'un bateau, au sujet d'un avion volant a basse alti-
tude.
Le procede de l'invention permet aussi d'utili-
ser des couches ayant differentes proprietes de transmis-
sion, dans un meme milieu, comme canaux de propagation,
afin d'obtenir les donnees relatives a une cible consti-
tuee par une source acoustique Il peut s'agir, par exem-
ple, de l'water de mer presentant des couches de tempera-
tures nettement differentes Du fait de ces differences, les couches
d'water donnent aussi differentes vitesses de
252130;
propagation acoustique Dans ce cas, pour obtenir des donnees sur une
source acoustique qui se trouve dans l'water, on pourrait placer un
hydrophone respectivement dans deux couches ayant des temperatures
differentes, etdont les vitesses acoustiques sont differentes. Selon
une autre caracteristique de l'invention, les deux transducteurs sont
places a un seul poste de
mesure fixe, limite dans l'espace Grace a cette carac-
teristique, on obtient deux avantages Tout d'abord, la realisation et
la mise en place du capteur acoustique sont fortement simplifiees et
facilitees En outre, etant
donne que la distance entre les deux transducteurs elec-
troacoustiques est relativement faible, elle peut etre negligee lors
de la determination des donnees relatives a la cible Mais, en
principe, il est possible de placer les transducteurs
electroacoustiques plus loin l'un de
l'autre, par exemple a deux postes de mesure distincts.
Toutefois, il faut alors tenir compte, lors de la deter-
mination des donnees, des particularites geometriques
resultant de cette disposition.
Selon une autre caracteristique de l'invention, pour des sources
acoustiques telles que des vehicules, mobiles selon des trajectoires
imposees, comme les routes ou voies analogues, le poste de mesure est
place pres de cette trajectoire, a une certaine distance laterale de
celle-ci Grace a 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 resultats de mesure.
Selon une autre caracteristique de l'invention, les transducteurs sont
places, au poste de mesure, au
voisinage immediat de l'interface entre les deux milieux.
Les oscillations mecaniques (son transmis par le sol) induites par la
source acoustique se propagent tres bien dans les couches du milieu
solide qu'est le sol proches de la surface, de sorte que, avec la
disposition des transducteurs conforme a l'invention, on peut
s'attendre
a ce que les resultats soient bons.
Selon une autre caracteristique de l'invention, a partir de la
difference de temps separant la reception des signaux par les deux
transducteurs et des vitesses de propagation, qui sont connues, des
ondes acoustiques
detectees, on determine la distance entre la source acous-
tic et le poste de mesure La distance R entre la source acoustique et
le point de mesure est calculee a partir de
la difference de temps At entre les instants de la recep-
tion du signal par les deux transducteurs, selon la for-
mule: R =_ t-( C 1 etant superieur a c 2 et cl, c 2 etant les vitesses
de propagation des ondes acoustiques recues Dans le cas o on utilise
des geophones dans le sol en les disposant perpendiculairement l'un a
l'autre, il faut porter dans la formule les differentes vitesses
acoustiques des types d'ondes qui se propagent dans le sol et qui sont
recues
par les differents transducteurs Ces vitesses de propa-
gation sont connues, ou bien on peut les determiner au point de
mesure, au moyen d'une source acoustique d'essai dont toutes les
proprietes 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 caracteristique de l'invention, a
partir des frequences des signaux recus par les deux transducteurs et
des vitesses de propagation, qui sont connues, des ondes acoustiques
detectees, on determine la composante radiale de vitesse de la source
acoustique dirigee vers le poste de mesure, et/ou la frequence, ou le
spectre de frequences, emise ou emis par la source
acoustique Grace a cette caracteristique, 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
frequence f O de la source par la formule fof 2 2 1 2 3 o 1 c, fl cl f
1 et f 2 etant les frequences, donnees par l'effet Doppler,
des signaux recus par les deux transducteurs, vr la compo-
sante radiale dirigee 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 realisation avantageux du
procede de l'invention, pour determiner la frequence fo et la
composante radiale de la vitesse, vr, de la source, on forme les
spectres de frequence des signaux recus par les deux transducteurs et
l'on determine les frequences
de raies spectrales qui sont associees l'une a l'autre.
Par "raies spectrales qui sont associees l'une a l'autre", il faut
entendre des raies spectrales dans les spectres de frequence des deux
signaux recus, provenant de la meme frequence spectrale de la source
mais modifiees par la -requence Doppler correspondante La
determination de raies spectrales qui se correspondent se fait en
placant
une fenetre commune de frequence sur les spectres de fre-
quences des deux signaux recus et en la decalant succes-
sivement Cette fenetre de frequences presente une lar-
geur relative donnee fr, rapportee a la frequence me-
diane f', et qui est soit estimee, soit calculee a l'aide de la
formule: Af f; avec l f' v x l i v etant 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 etre de-
termine a partir de la distance R si le sens de deplace-
ment de la source est connu (une route) et que la dis-
tance R soit tres grande par rapport a la distance d Si la distance R
est faible, il faut tenir compte d'un angle de relevement du poste de
mesure a 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 etre detecte Les raies spectrales sont alors'reconnues
comme allant ensemble si leurs frequences
f 1 et f 2 se trouvent a l'interieur de la largeur de fe-
netre Af, largeur qui augmente quand la frequence mediane
f' croit.
Selon un autre mode de realisation avantageux,
la vitesse reelle de la source dans son sens de deplace-
ment peut etre determinee par un relevement supplementai-
re, pour lequel il faut simplement un transducteur de plus.
Le procede de l'invention fournit des particu-
larites de niveau et de frequence a l'aide desquelles on
peut distinguer entre differents genres de sources acous-
tic en mouvement, par exemple les vehicules a roues et les vehicules a
chenilles Cela permet de les classer et
de les identifier Avec un autre mode de realisation avan-
tageux de l'invention, pour eliminer l'influence de la
votesse de deplacement sur le spectre typique de la sour-
ce, le spectre de frequence qui a ete determine est eta-
lonne au moyen de la vitesse reelle de la source, et l'on se sert du
spectre ainsi etalonne pour classer la source
ou pour l'identifier, ou les deux.
Par exemple, on distingue entre les vehicules
a roues et les vehicules a chenilles, selon un developpe-
ment du procede de l'invention, en examinant les spectres de
frequences pour y detecter les series d'harmoniques eventuelles S'il y
a au moins deux series d'harmoniques nettement marquees, cela permet
de conclure qu'il y a des vehicules a chenilles En effet, avec
ceux-ci, outre la serie d'harmoniques produite par le cycle d'allumage
du moteur, et qui est aussi commun aux vehicules a roues,
une autre serie d'harmoniques nettement marquee est pro-
duite par les chocs des maillons de chenilles Pour ren- forcer cette
differenciation, on peut faire appel au
niveau des signaux recus.
Avec un autre mode de realisation avantageux du procede selon
l'invention, on peut meme identifier differents types de vehicules a
chenilles A partir de la frequence produite par les maillons des
chenilles, on peut calculer la longueur de ces maillons, qui est
elle-meme caracteristique de certains vehicules a che-
nilles. Comme, en particulier dans le sol, la vitesse de propagation
des differents types d'ondes acoustiques
peut varier tres fortement en raison des donnees geolo-
giques, comme la constitution du sol, les couches de ter-
rain, etc, dans differentes parties de la zone surveillee o l'on doit
prevoir des points de mesure, on a interet a determiner par des
mesures les differentes vitesses acoustiques ou a eliminer celles qui
sont inconnues, lors
du calcul des donnees relatives a la cible Avec un deu-
xieme poste de mesure qui se trouve a une distance connue du premier
et qui lui est identique, on obtient deux fois
des valeurs mesurees pour differents trajets de propaga-
tion Lors de l'acquisition d'une source acoustique mo-
bile,-on peut determiner les frequences des signaux recus par les
quatre transducteurs disposes en deux points de mesure et en deduire,
a l'aide des equations indiquees
plus haut, les vitesses acoustiques c 1 et c 2, ou direc-
tement les donnees voulues.
Compte tenu de l'equation
* 252130
1 2 21
f,2) f ( 6) o12 d on obtient, si la distance entre la source et le
point de mesure est tres grande, donc si le rapport x/d est tres x
grand, et donc si 1, un systeme de quatre equations a quatre
inconnues, qui peut etre resolu Si
la distance est faible, en revanche, on obtient un sys-
teme de six equations a six inconnues, qui peut etre resolu Les
differents symboles ont la meme signification que dans l'equation (
5), fo etant la frequence emise par
la source et vr la composante radiale de sa vitesse.
Le procede de l'invention a l'avantage qu'il permet, depuis un poste
de mesure unique, limite dans l'espace, de determiner une source
acoustique, qu'elle soit immobile ou qu'elle se deplace par rapport au
point de mesure, et ce avec une fiabilite suffisante en ce qui
concerne la distance, la position, la vitesse, la fre-
quence acoustique emise, le spectre de frequence, etc. Le grand nombre
de donnees acquises sur la cible permet de faire des deductions sur la
source acoustique, ce qui permet de la classer et de l'identifier Le
procede de l'invention peut etre utilise avec des moyens techniques
relativement peu importants Les travaux preparatoires
a la mise en place du capteur acoustique sont tres re-
duits Cela assure une grande mobilite Apres la mise en place du
capteur, le systeme de surveillance fonctionnant selon le procede est
pret a 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 donnees, on peut surveiller d'une facon sim-
ple un nombre illimite de secteurs pour y reperer les sources
acoustiques et les evenements acoustiques qui y
existent ou qui Dourraient y apparaitre.
Le procede de l'invention permet par exemple de surveiller la
circulation routiere en ce qui concerne la quantite de vehicules, la
densite, etc, sans que cela
necessite d'importants preparatifs Les capteurs acous-
tic s'installent simplement, ou sont enterres, a une certaine distance
de la rue ou route a surveiller Il
n'est pas necessaire d'effectuer d'autres travaux prepa-
ratoires En comparaison avec des procedes connus de surveillance de la
circulation, cela supprime des travaux importants, comme la pose de
boucles a induction sous la
chaussee ou la mise en place de barrieres lumineuses.
Le procede de l'invention permet aussi de sur-
veiller les mouvements de troupes de l'adversaire derrie-
re le front, en particulier sur les voies de ravitaille-
ment, et d'obtenir ainsi des renseignements precieux pour la
reconnaissance concernant le champ de bataille Comme les mouvements de
troupes se font surtout par des voies pourvues d'un revetement en dur,
comme les routes, les
capteurs acoustiques seront places de preference au voi-
sinage des voies de ravitaillement Il est difficile de decouvrir ces
capteurs et leur consommation d'energie est
faible, si bien qu'ils peuvent etre utilises pendant long-
temps L'acquisition des donnees par les postes de mesure se fait par
radio, depuis un poste central d'acquisition et de regroupement des
informations, protege des actions
de l'ennemi, et o les donnees sont egalement exploitees.
Le procede de l'invention permet non seulement
de detecter les vehicules isoles et les colonnes de vehi-
cules, mais aussi de determiner leur nombre et leur type, ce qui
permet de connaitre l'importance des mouvements
de l'adversaire.
Le procede 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 a tres grande distance, et
de determiner leur position avec une precision suffisante Par exemple,
a partir de deux postes de mesure, on peut determiner la
distance d'une source acoustique et trouver son emplace-
ment grace a des relations geometriques connues Il suf-
fit d'un seul poste de mesure si l'on y fait aussi un relevement. Le
procede convient aussi pour la detection des avions volant a basse
altitude, et ce aussi bien depuis la terre ferme que sur l'water, par
exemple a partir
d'un bateau.
Le procede de l'invention convient pour deter-
miner non seulement les sources acoustiques qui se de-
placent a la surface de la terre, mais aussi celles qui se deplacent
pres du fond de la mer et dont les bruits
sont couples dans le sol Un emploi preferentiel du-pro-
cede de l'invention peut etre la protection des cotes dans les water
peu profondes, par exemple pour localiser les sous-marins-qui se
deplacent en plongee dans les chenaux, les passes sous-marines, etc.
D'autres caracteristiques de l'invention appa-
raitront au cours de la description qui va suivre Aux
dessins annexes, donnes uniquement a titre d'exemple les figures 1 A
et 1 B sont respectivement une vue en elevation et une vue en plan de
la disposition d'un poste de mesure dans une zone surveillee la figure
2 est une vue en perspective d'un capteur acoustique devant etre place
au poste de mesure de la figure 1; les figures 3 A et 3 B montrent un
autre exemple
de realisation d'un poste de mesure dans une zone sur-
veillee, represente comme aux figures IA et l B; la figure 4 est un
schema synoptique d'un circuit d'interpretation des signaux recus par
le capteur acoustique. Les figures 1 A et 1 B montrent schematiquement
la disposition des differents elements lors de la sur-
veillance d'une route 10 au moyen du procede d'acquisi-
tion de donnees relatives a une cible dans le cas de sources
acoustiques mobiles, ici des vehicules 11 Par "donnees relatives a la
cible", on entend ici des donnees qui decrivent la nature et l'etat de
la source acoustique et qui dans la mesure o elles sont
caracteristiques de
cette source servent a la classer et a l'identifier.
1.5 Des donnees typiques relatives a la cible sont la vitesse
de la source acoustique, aussi bien dans le sens du de-
placement que dans le sens radial dirige vers le poste de mesure, la
frequence ou le spectre de frequences qu'emet la source, la distance
qui la separe du poste de mesure, et qui est interessante en
particulier pour les mesures
concernant des sources acoustiques essentiellement immo-.
biles et, le cas echeant, l'angle de relevement de la
source, au poste de mesure.
Pour obtenir, depuis un poste de mesure 12, les donnees relatives au
vehicule 11 qui se deplace 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 a une distance de deux a trois metres de
la route 10, un capteur acoustique 13
place dans une enveloppe 19 On l'enterre a faible pro-
fondeur, de sorte qu'il est proche de la surface 15 du sol Celui que
la figure 2 represente en detail possede
trois transducteurs electroacoustiques orientes perpen-
diculairement les uns par rapport aux autres Il s'agit ici de
geophones 16, 17 et 18 Les geophones se distinguent
par le fait qu'ils ont une caracteristique dite de di-
pale, c'est-a-dire que leur diagramme de directivite 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 sensibilite
maximale representent un systeme de coordonnees dans l'es-
pace L'enveloppe 19 qui contient les geophones 16 a 18 peut recevoir
aussi une partie du circuit de traitement, decrit plus loin, des
signaux recus par les geophones 16 a 18 Au poste de mesure 12,
l'enveloppe 19 est placee dans le sol 14 de telle maniere que le
geophone 16 soit a peu pres oriente verticalement Les geophones 17 et
18 sont alors perpendiculaires l'un a l'autre, dans un plan
horizontal Par l'intermediaire d'une antenne 21 qui tra-
verse la surface du sol 15, des donnees intermediaires
de determination des donnees relatives a la cible et ti-
rees des signaux recus par les geophones 16 a 18, ou ces dernieres
donnees elles-memes, peuvent etre explorees par
* radio depuis un poste de collecte des donnees (non repre-
sente).
Des que le vehicule 11 qui se deplace sur la route 10 penetre dans la
zone de reception du capteur
acoustique 13, les geophones 16 a 18 recoivent des signaux.
Le circuit de traitement 20 determine alors, d'une part, les
frequences des signaux recus par les geophones 16 a 18, et il en
deduit, d'une facon qui sera indiquee plus loin, la vitesse et la
frequence d'emission acoustique du vehicule 11 et, d'autre part, il
determine le decalage de temps dans la reception des signaux par les
geophones 16 et 17 et il en deduit la distance entre le vehicule 11 et
le poste de mesure 12 Le troisieme geophone 18 sert, en liaison avec
le geophone 17 qui est place dans le meme
plan horizontal et qui lui est perpendiculaire, au rele-
vement de la position instantanee du vehicule 11.
Le circuit de traitement 20 est represente schematiquement a la figure
4 Les sorties des geophones
16 et 17 sont reliees, le cas echeant par l'intermediai-
re d'un amplificateur, chacune a une unite de traitement 22 qui
effectue une transformation rapide de Fourier (FFT) Les spectres de
frequences des signaux recus dis- ponibles aux sorties des unites de
traitement FFT 22 sont transmis respectivement, par un detecteur de
seuil 23 qui supprime le bruit de fond, a un detecteur de raies 24 qui
determine une fenetre de frequences Dans le detecteur 24, on compare
en permanence des raies spectrales de l'un
des signaux recus a des raies spectrales de l'autre si-
gnal, en ce qui concerne la frequence, et les frequences de raies
spectrales associees l'une a l'autre sont deli-
vrees separement Le critere de comparaison est fourni par la fonction
de fenetre du detecteur de raies 24 Une
fenetre, dont la largeur est donnee par une vitesse maxi-
male de vehicule fixee a l'avance, est deplacee le long des spectres
de frequences Des raies spectrales sont reconnues comme etant
associees l'une a l'autre, si la raie spectrale consideree se trouve a
l'interieur de la
fenetre de frequences pour les deux spectres de frequence.
La largeur Af de la fenetre de frequences est
fonction de la frequence Sa largeur relative af/f' rap-
portee a la frequence mediane f' est estimee pour une vitesse maximale
supposee v max du vehicule 11 a detecter, ou elle est calculee d'apres
la formule ft fi f 1 l 2-1 avec fn v Id
252130 ?
d etant la distance entre le poste de mesure 12 et le point o le
vehicule 11 est le plus proche du poste de mesure (figure 1), x la
distance entre le vehicule 11 et ce point de plus grande proximite a
l'instant o les
S signaux sont detectes, et c 1 et c 2 les vitesses acous-
tic 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 fenetre fi egale a 0,13 Si la frequence
mediane f' est par exemple de 100 Hz, les raies spectrales ne sont
reconnues comme etant associees l'une a l'autre et leurs frequences f
1 et f 2 ne sont delivrees a la sortie du detecteur 24 que
si ces frequences sont comprises entre 93,5 et 106,5 Hz.
Toutefois, dans cet exemple, les vehicules 11 ne sont
detectes correctement que si leur vitesse n'est pas net-
tement superieure a 40 km/h.
La distance x peut etre calculee a partir de la distance R entre le
poste de mesure 12 et le vehicule 11 a l'instant de la reception des
signaux, distance R qui est calculee de la maniere indiquee plus loin,
et de l'angle de relevement If du vehicule 11 vu du poste de mesure 12
au meme instant, angle qui est lui aussi obtenu
d'une facon indiquee plus loin Si la distance R est im-
portante, cet angle peut etre neglige en premiere appro-
ximation.
Les frequences f 1 et f 2, delivrees aux sorties
du detecteur, de raies spectrales associees l'une a l'au-
tre, sont envoyees a un calculateur 25, qui a partir de
ces frequences, calcule la composante radiale, c'est-a-
dire dirigee vers le poste de mesure 12, de la vitesse ir du vehicule,
et la frequence f O que celui-ci emet, selon les equations 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 echeant, on peut les determiner, a l'emplacement du poste
de mesure 12, au moyen d'une source acoustique d'essai Ces donnees
sont injectees
dans le calculateur 25 en tant que constantes.
Pour lamesure de l'ecart de temps dans la reception des signaux par
les deux geophones 16 et 17,
ceux-ci sont relies a un correlateur 26 Celui-ci deter-
mine, d'une maniere qui est connue, la difference de
temps At entre les signaux recus, qui resulte de la dif-
ference entre les vitesses de propagation, et il fournit At a un
calculateur de distance 27 Ce dernier calcule la distance R entre le
vehicule 11 et le poste de mesure 12 grace a 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 injectees, en tant que constantes, dans le
calculateur de distance 27.
Les sorties des geophones 17 et 18 sont reliees
a un calculateur d'angle 28 qui calcule, a partir des am-
Dlitudes-des signaux recus par les deux geophones 17 et
18 qui se trouvent dans le plan horizontal, perpendicu-
laires l'un a l'autre, l'angle de relevement Y dans un
systeme de coordonnees donne par l'orientation des geo-
phones 17 et 18; ce calcul se fait d'apres la formule ' = arc tg A 1
Par une orientation appropriee du capteur acous-
tic 13, le systeme de coordonnees est choisi de telle facon qu'un axe
de coordonnees soit perpendiculaire a la route 10 et qu'un autre lui
soit parallele 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
reliees a un calculateur de vitesse 29 qui, d'apres l'angle If et la
composante radiale vr de la vitesse du vehicule, calcule la vitesse du
vehicule dans le sens du deplacement selon la formule vr Vr
La vitesse reelle du vehicule, v, est disponi-
ble a la sortie du calculateur de vitesse 29 A present, la vitesse du
vehicule peut etre utilisee pour etalonner
le snectre de frequences emis par le vehicule et dispo-
nible a la sortie du calculateur 25, ce qui permet d'eli-
miner l'influence sur le spectre, qui produit une forte dispersion, de
la vitesse du vehicule 11 Le spectre de frequences ainsi etalonne
permet de tirer des conclusions, par comparaison avec des spectres
connus et conserves comme echantillons, sur le genre de vehicule dont
il s'agit. Pour identifier les vehicules a chenilles, on
utilise en outre les unites representees en trait inter-
rompu a la figure 4 Le spectre des vehicules a chenilles se
caracterise par une serie d'harmoniques comportant des
raies spectrales tres marquees et de grande amplitude.
Cette serie 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 serie d'har-
moniques produite par la succession d'allumages du moteur, et qui
figure aussi dans le spectre de frequences des
vehicules a roues.
Pour identifier les vehicules a chenilles sur la base de la frequence
dite frequence des maillons de chenilles f KG' un detecteur de maximum
30 est intercale entre chacun des detecteurs de seuil 23 et le
detecteur de raies 24; il elimine les raies spectrales avant la
plus grande amplitude Grace a ce detecteur 30, le calcu-
lateur 25 recoit les frequences f 1 et f 2 correspondant chacune a la
premiere harmonique, ayant subi l'effet
Doppler, de la frequence f KG des maillons de chenilles.
Dans ce cas, c'est cette frequence qui est delivree a la sortie du
calculateur 25 Cette frequence et la vitesse v prelevee a la sortie du
calculateur de vitesse 29 sont envoyees a un diviseur 31 a la sortie
duquel la longueur des maillons de chenilles, 1, est disponible en
tant que quotient de la vitesse v par la frequence f KG des maillons
de chenilles La longueur 1 des maillons est caracteris-
tic du genre de vehicule a chenilles dont il s'agit.
Ainsi, elle permet d'identifier celui qui a ete acquis
par le poste de mesure 12.
Avec le procede decrit ci-dessus et le systeme
qui lui est necessaire, on peut utiliser-au poste de me-
sure t 2, a la place du capteur acoustique 13 enterre dans le sol 14
(figure 2), un transducteur electroacoustique a
caracteristique de dipole, qui est, ici, egalement un geo-
phone 32, et un transducteur omnidirectionnel, ici un
microphone 33 Tandis que le geophone 32 est encore en-
terre juste au-dessous de la surface 15 du sol 14, cette fois avec une
orientation quelconque, le microphone 33 est place juste au-dessus de
la surface 15, de sorte que ces deux transducteurs 32 et 33 se
trouvent dans des mi- lieux differents, a 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 entierement ou partiellement loge dans un
boitier 35 et les donnees relatives a la cible, ou des valeurs
intermediaires, sont transmises en passant par l'antenne 21 Si, dans
le cas present aussi, on veut determiner l'emplacement de la source
acoustique en procedant en outre a un relevement, il faut installer
aussi, de la facon deja decrite, le geophone 18 supple-
mentaire, qui est alors dans le meme plan horizontal que le geophone
32 et doit etre dispose perpendiculairement
a ce dernier Le circuit de traitement 20 reste inchange.
Il faut seulement relier l'une de ses entrees au micro-
phone 33 a la place du geophone 16, et l'autre entree au
geophone 32 au lieu du geophone 17.
Ainsi que le montrent schematiquement les fi-
gures 3 A et 3 B, le procede decrit permet de determiner l'emplacement
d'une source acoustique, par exemple dans le cas de la detonation au
depart d'un coup de canon tire par un char 11 ', par mesure de
distance a partir de deux postes de mesure 12 et 12 ' places a une
certaine distance l'un de l'autre On peut utiliser ici aussi bien le
systeme des figures 3 A et 3 B, comprenant un geophone 32 et un
microphone 33, que le capteur acoustique 13 des
figures 1 A, 1 B et 2, constitue par les geophones 16 et 17.
La dis'tance R de la source acoustique ou du bruit est me-
suree a chacun des postes de mesure 12 et 12 ' Leurs po-
sitions etant connues, on peut determiner, grace a des relations
geometriques simples, l'emplacement de la source
acoustique.
Si l'on utilise deux transducteurs places dans des milieux differents
14 et 34, comme le microphone 33 et le geophone 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-
tic dans l'air 34 et dans le sol 14 Les symboles cor-
respondants c 1 et c 2, dans les equations figurant plus
haut, correspondent a ces vitesses Ici aussi, ces der-
nieres peuvent etre determinees empiriquement en utili-
sant une source acoustique d'essai dont la position est connue.
Comme, en particulier, les vitesses de propaga-
tion des differents types d'ondes peuvent differer forte-
ment pour des raisons d'ordre geologique et que la deter-
mination empirique au moyen de sources d'essai demande parfois trop de
temps, la vitesse acoustique, pour les
ondes etudiees, peut etre determinee d'une autre maniere.
Pour cela, on installe, ainsi que le montrent schemati-
quement les figures 1 A et 1 B, un poste de mesure supple-
mentaire 12 ' a une distance connue du premier, 12 La constitution et
la disposition des capteurs 13 aux deux postes de mesure 12 et 12 '
sont les memes En ces deux points, on determine les frequences f 1 et
f 2 des signaux recus Ces frequences sont differentes en raison de la
difference des positions des postes de mesure 12 et 12 ' et de la
difference de decalage de la frequence par effet Doppler, qui en
resulte Avec les equations figurant plus
haut et concernant les donnees relatives au but que cons-
titue la source acoustique, et avec l'equation suivante
-
fo livr x l C 11,2 d 252130 i
on obtient, compte tenu des frequences f 1 et f 2 determi-
nees au poste de mesure 12 et des frequences f' 11 et f'2 determinees
au poste de mesure 12 ', un systeme de six
equations a six inconnues, syst eme qui peut etre resolu.
r V Y sont les composantes radiales, dirigees vers les postes de
mesure 12 et 12 ', de la vitesse du vehicule 11; d et d' sont les
distances respectives entre les postes de mesure et le point de plus
grand rapprochement
(point CPA) du vehicule 11; x et x' designent la dis-
tance instantanee entre le vehicule 11 et ce point CPA.
Si les distances x et x' entre le vehicule 11 et les postes de mesure
12 et 12 ' sont tres superieures aux distances d et d' entre ces
derniers et le point CPA, le membre tend vers 1 et l'on obtient un
systeme de quatre equations a quatre inconnues, qui peut etre resolu
Dans les deux cas, le systeme d'equations permet de calculer les
grandeurs inconnues que sont les vitesses acoustiques pour les ondes
acoustiques recues, ou de les eliminer du calcul direct des donnees
relatives
a la cible.
L'invention ne se limite pas aux exemples de realisation decrits
cidessus Ainsi, par exemple, le capteur 13 peut etre constitue par un
microphone et un
hydrophone Le microphone est place dans l'air, l'hydro-
phone dans l'water Ces deux transducteurs electroacousti-
ques sont omnidirectionnels Applique ainsi, le procede permet de
determiner depuis un bateau par exemple les
donnees relatives a un avion volant a basse altitude.
Le circuit de traitement est identique a celui decrit a propos de la
figure 4 Le geophone 16 doit seulement etre remplace par un
microphone, les geophones 17 et 18 par des hydrophones, ou l'inverse
Si l'on renonce au
relevement, le deuxieme hydrophone ou le deuxieme micro-
phone est supprime Le capteur 13 peut aussi etre consti-
tue par deux hydrophones places dans des couches d'water presentant
une difference de temperature marquee Du -fait de cette difference de
temperature, ces couches ont des vitesses de propagation acoustique
differentes Par rapport aux figures 3 A et 3 B, le circuit de
traitement
ne doit etre modifie que dans la mesure o tous les geo-
phones 16 a 18 doivent etre remplaces par des hydrophones.
Le capteur 13 peut aussi bien comprendre deux
microphones places dans des couches d'air dont les pro-
prietes de propagation acoustique sont differentes Les geophones 16 a
18 du circuit de traitement 20 doivent
alors etre remplaces par des microphones.
Claims
_________________________________________________________________
REVENDICATIONS
1 Procede passif d'acquisition de donnees re-
latives a une cible constituee par une source acoustique
de preference mobile, se trouvant dans un milieu non so-
lide, comme l'air ou l'water, avec utilisation d'un capteur acoustique
eloigne de la source acoustique, caracterise
en ce qu'on utilise, comme capteur acoustique, deux trans-
ducteurs electroacoustiques ( 16, 17; 32, 33) realises et disposes de
telle facon qu'ils detectent chacun l'une de deux ondes acoustiques
qui se propagent a des vitesses differentes entre la source acoustique
( 11; 11 ') et les
transducteurs ( 16, 17; 32, 33), et en ce que, pour obte-
nir les donnees relatives a la cible, on determine les
frequences (fl, f 2) des signaux recus par les deux trans-
ducteurs ( 16, 17; 32, 33) et/ou la difference de temps
(At) separant la reception des signaux.
2 Procede selon la revendication 1, caracteri-
se en ce que les transducteurs ( 16, 17) ont une caracte-
ristique de dipole, sont de preference des geophones 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 orientes de telle maniere que les di-
rections de reception des transducteurs ( 16, 17) soient
perpendiculaires l'une a l'autre et qu'une de ces direc-
tions soit a peu pres verticale.
3 Procede selon la revendication 1, caracteri-
se en ce que l'un des transducteurs ( 33) est place 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 preference le transduc-
teur ( 33) place dans le milieu non solide ( 34) presente une
caracteristique de reception omnidirectionnelle et
est de preference un microphone, et en ce que le transduc-
teur ( 32) place dans le milieu solide ( 14) a une caracte-
ristique de dipole et se presente de preference sous la
forme d'un geophone.
4 Procede selon la revendication 1, caracteri-
se en ce que l'un des transducteurs ( 33) est place dans un milieu non
solide ( 34), l'autre etant place dans un
S autre milieu non solide adjacent au premier et o la vi-
tesse acoustique est differente de ce qu'elle est dans le premier
milieu ( 34), et en ce que de preference chaque
transducteur ( 33) presente une caracteristique de recep-
tion omnidirectionnelle, et l'un des transducteurs ( 33)
etant de preference un microphone, l'autre un hydrophone.
Procede selon l'une quelconque des revendi-
cations 1 a 4, caracterise en ce que les deux transduc-
teurs ( 16, 17; 32, 33) sont places a un seul poste de
mesure ( 12) fixe, limite dans l'espace.
6 Procede selon la revendication 5, pour des sources acoustiques
telles que des vehicules, mobiles selon des trajectoires imposees,
comme les routes ou
voies analogues, caracterise en ce que le poste de me-
sure ( 12) est place pres de cette trajectoire ( 10), A
une certaine distance laterale (d) de celle-ci.
7 Procede selon l'une quelconque des revendi-
cations 2 a 6, caracterise en ce que les transducteurs ( 16, 17; 32,
33) sont places, au poste de mesure ( 12), au voisinage immediat de
l'interface ( 15) entre les deux
milieux ( 14, 34).
8 Procede selon l'une quelconque des revendi-
cations 1 a 7, caracterise en ce que, a partir de la dif-
ference de temps ( 6 t) separant la reception 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 detectees, on determine la distance (R) entre la source
acoustique ( 11; 11 ') et le poste
de mesure ( 12).
9 Procede selon l'une quelconque des revendi-
cations 1 a 8, caracterise en ce que, a partir des fre-
quences (fi, f 2) des signaux recus par les deux trans-
ducteurs ( 16, 17; 32, 33) et des vitesses de propaga-
tion (cl, c 2), qui sont connues, des ondes acoustiques detectees, on
determine la composante radiale de vitesse (vr) de la source
acoustique ( 11; 11 ') dirigee vers le
poste de mesure ( 12) et/ou la frequence (fo), ou le spec-
tre de frequences, emise ou emis par la source acoustique
( 11; 11 ').
Procede selon l'une quelconque des reven-
dications 1 a 9, caracterise en ce qu'on forme les spec-
tres de frequences des signaux recus par les deux trans-
ducteurs ( 16, 17; 32, 33), en ce qu'on determine les
frequences (f 1, f 2) des signaux recus en tant que fre-
quences de raies spectrales associees l'une a l'autre, et en ce que
les raies spectrales sont ensuite reconnues comme etant associees
l'une a l'autre si leurs frequences se trouvent a l'interieur d'une
fenetre de frequences, avec une largeur relative (Af/f') donnee,
rapportee a
la frequence mediane (f').
11 Procede selon l'une quelconque des revendi-
cations 9 et 10, caracterise en ce qu'on effectue un re-
levement de la source acoustique ( 11, 11 ') depuis le pos-
te de mesure ( 12) et en ce que la vitesse reelle (v) de la source
acoustique ( 11; 11 ') est determinee a partir de l'angle de
relevement (f) et de la composante radiale
(vr) de vitesse qui a ete determinee -
12 Procede selon la revendication 11, caracte-
rise en ce que, pour faire le relevement, on place un
autre transducteur electroacoustique ( 18) a caracteristi-
que de di 6 nole, de preference un geophone, dans le milieu
non solide voisin ( 14), de telle maniere qu'il soit es-
sentiellement dans le meme plan horizontal qu'un trans-
ducteur ( 17) a caracteristique de dipole, de preference un qeophone
qui se trouve dans ce milieu, le transducteur
supplementaire etant perpendiculaire a ce dernier.
13 Procede selon l'une quelconque des reven-
dications il et 12, caracterise en ce que le spectre de
frequences de la source acoustique ( 11; 11 ') est rap-
porte a la vitesse reelle (v) de cette source et en ce que celle-ci
est classee et/ou identifiee, au moyen du
spectre de frequences ainsi rapporte.
14 Procede selon la revendication 13, carac-
terise en ce que la source acoustique ( 11 ') est classee comme
vehicule a chenilles si les spectres de frequences des signaux recus
par les deux transducteurs ( 16, 17
32, 33) presentent chacun deux series d'harmoniques mar-
quees.
Procede selon la revendication 14, carac-
terise en ce que, lors de la determination de la fre-
quence du vehicule a chenilles a partir des spectres de frequences des
signaux recus par les deux transducteurs
( 16, 17; 32, 33), on se sert de celles des raies s Dec-
trales associees l'une a l'autre qui ont la plus grande amplitude, et
en ce que, en divisant la vitesse calculee
(v) du vehicule a chenilles par la frequence (f) deter-
minee de cette maniere, on calcule la longueur des mail-
lons de chenilles ( 1) et on identifie le vehicule a l'ai-
de de cette longueur.
16 Procede selon l'une quelconque des reven-
dications 5 a 15, caracterise en' ce qu'un poste de mesure
supplementaire ( 12 ', 12 ") identique au premier est place
a une certaine distance de celui-ci ( 12).
17 Procede selon la revendication 16, caracte-
rise en te que les vitesses de propagation (c 1, c 2) des ondes
acoustiques detectees sont determinees au moven
des frequences (f 1, f 2) des signaux recus par les trans-
ducteurs ( 16 ', 17 '; 32 ', 33 ') etablies au poste de me-
sure supplementaire ( 12 ', 12 ").
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