Les systèmes de localisation acoustique existent depuis le début du XXème siècle. Battlefield acoustics sensing systems have been used since the early 20th century for detection and localization of threats.
METRAVIB DEFENCE, marque d’ACOEM, a développé des systèmes qui détectent, localisent précisément et en temps réel les tirs à partir des ondes sonores générées. En plus de 40 ans, METRAVIB DEFENCE a acquis une maîtrise unique des phénomènes vibratoires et acoustiques ainsi qu’une connaissance approfondie du domaine militaire. Partout dans le monde, METRAVIB DEFENCE fournit aux acteurs de la défense et de la sécurité civile des solutions performantes de surveillance, de détection et de localisation des menaces.
Les tirs d’armes à feu émettent des ondes de forte amplitude (de bouche au départ du coup, balistique générée par un projectile supersonique, éventuellement d’impact) qui se propagent à grande distance. Artillery and gun shots emit loud sounds (muzzle blast upon firing, ballistic wave emitted by the supersonic projectile, possible impact burst) which propagate at long ranges.
Les capteurs acoustiques pour mesurer ces ondes sont passifs, omnidirectionnels, fonctionnels par tout temps et de faible coût. These sounds may be recorded at low-cost, passive, all-weather, omnidirectional sensors, usually distributed over the monitored area. Distribués dans une zone d’intérêt, ils extraient temps d’arrivée (TOAs) ou caractéristiques fréquentielles, qui permettent de remonter à une position de source via des algorithmes de localisation et des modèles de propagation. Sensor data are then fused, using localization algorithms and propagation models to relate observed features, e.g. times of arrival (TOAs) or spectra, to a plausible source position.
En pratique, les TOAs d’une onde sur un jeu de capteurs distribués et synchrones suffisent. In practice, TOAs of signals at synchronous, distributed sensors are sufficient for localization of e.g., sniper shots in urban areas.
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La méthode Matching de l’équipe se démarque par l’inclusion de la physique de la propagation dans la localisation : vent, température, obstacles... The originality of the team’s approach, through the Matching method, consists in factoring in the physics of propagation: wind and temperature effects, obstacles...
Les mesures à un jeu de capteurs sont comparées à des simulations numériques de propagation depuis des sources virtuelles. A database of virtual sources acoustic features is numerically predicted at a set of sensors. Celle donnant le meilleur accord est assimilée à la source du son mesuré. Upon detection of an event, observed features are evaluated against the database. The estimated sound source position is that of the closest match.
La base de données est simulable à l’avance, tandis que la phase de Matching est quasi - temps réel. The database may be generated in advance, while the Matching is potentially real-time. La localisation est peu sensible au bruit, à la calibration ou aux erreurs de positionnement de capteurs. Localization is robust to noise, sensor positioning, calibration, or environment data errors.
L’objectif de cette thèse est de concevoir un outil de modélisation qui englobe l’acquisition de données atmosphériques et de terrain, la balistique des tirs et la propagation acoustique, afin de calculer les TOAs associés aux tirs supersoniques de manière physiquement cohérente et réaliste. The rationale of the present work is to develop a modeling suite, from procurement of terrain and atmosphere data, to shot ballistics and acoustic propagation, to compute TOAs of the acoustic emissions of supersonic shots in a consistent and physics-based fashion.
Pour ce faire, un modèle de propagation acoustique de type Fast-Marching, baptisé IFM, est proposé. More specifically, a Fast-Marching acoustic propagation model is derived and implemented (IFM). IFM conserve la généralité physique des méthodes 3D+temps, mais gagne en temps de calcul en ne calculant que les TOAs. IFM retains the physical generality of 3D+time solvers, while computing only TOAs and thus being much faster. Un modèle balistique, incluant les impacts de balle dans les bâtiments ou le sol et les effets aérodynamiques 3D pour les projectiles de gros calibre, est couplé à IFM la simulation des ondes balistique et d’impact. Coupling to a ballistic model accounts for sound emissions of supersonic shots. Enfin, un couplage à des modèles de mécanique des fluides numérique et de prévision numérique du temps méso-échelle est réalisé pour la détermination de données atmosphériques pertinentes, en complément ou remplacement de mesures in-situ. IFM is then coupled to computational fluid dynamics or meso-scale numerical weather prediction models to determine relevant atmospheric inputs in support or replacement of on-site measurements.
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L’approche est évaluée en environnement urbain via deux campagnes de mesures, avec tirs supersoniques à balles réelles. Two measurement campaigns were conducted for evaluation of the approach in built-up areas, including supersonic weapons and actual live ammunition.
Les performances de localisation de sources ponctuelles sont excellentes avec 4 capteurs ou plus. Point source localization performance is state-of-the-art with down to 4 sensors. La localisation de sniper est précise avec 6 capteurs distribués, sans visibilité directe sur le tir, ce qui est à notre connaissance une première pour du sniper. Sniper localization performs well with down to 6 sensors, including fully non-line-of-sight sensors configurations - which is to our knowledge a first for countersniper systems.
Une démonstration de l’approche en artillerie est effectuée en utilisant les arrivées multiples extraites de signaux mesurés. Localization of artillery shots is demonstrated on the multiple arrivals of measured artillery signals, from a small baseline array, with little influence of the array geometry on the sensing performance, thanks to the accuracy of the predicted muzzle blast, ballistic wave and impact burst TOAs. Grâce à la précision des simulations des TOAs des ondes de bouche, balistique et d’impact, la localisation est possible depuis des capteurs faiblement espacés, sans influence notable de la géométrie de déploiement sur la performance. Again, this is to our knowledge a first.
| Système | Application Principale |
|---|---|
| SLATE | Protection des blindés |
| PILAR V INTÉGRÉ | Véhicules blindés |
| PILAR VERSION SOL | Protection de sites sensibles |
| PILAR VERSION HÉLICOPTÈRE | Protection des hélicoptères |
| METRAVIB DEFENCE SFVI | Protection des VIP et forces de l'ordre |
| PEARL | Localisation de tirs (armes petit et moyen calibre) |
| SURICATE | Surveillance en milieux urbains |
| PACOPAC | Protection auditive et détection de menaces pour fantassins |
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