Acoustic Goniometry:
A Spatio-Temporal Approach
ERIC VAN LANCKER
Version abrégée
La demande croissante en systèmes de localisation acoustique est la motivation première de ce travail. Le large éventail de systèmes de localisation qui ont été réalisés durant la thèse, a permis de mener à bien la localisation d'avalanches, de tirs d'artillerie et d'avions supersoniques dans le domaine infrasonore, la localisation d'hélicoptères, d'avions civils, de locuteurs et de réflexions dans le domaine audio et enfin la localisation de rampes en fréquence dans le domaine aquatique ultrasonore.
Le «goniomètre» est un instrument qui mesure les angles. Par extension, un «goniomètre acoustique» est un système qui mesure la direction d'arrivée (DOA) des sons, et estime ainsi la direction de source. Le goniomètre se compose d'une antenne, constituée de plusieurs capteurs disposés dans une géométrie donnée, et d'un algorithme de calcul.
Les réalisations successives ont été développées autour d'un support commun, basé sur un processus spatio-temporel implémenté en deux étapes. L'étape temporelle traite le problème de l'estimation des différences de temps de propagation entre capteurs, tandis que la deuxième étape estime la direction d'arrivée en utilisant les propriétés spatiales de l'antenne. Un module de détection permet de gérer plusieurs sources en même temps, ainsi que de rejeter les observations aberrantes. Il utilise pour cela les propriétés temporelles et spatiales de l'antenne ainsi que du modèle de propagation.
Les performances de l'estimation des délais et de la localisation sont étudiées en fonction de chacun des paramètres significatifs, afin de déterminer l'antenne optimale couplée à l'algorithme proposé. Les règles de conception de l'antenne concernent sa géométrie, sa taille et son orientation.
Les résultats présentés dans le chapitre des applications donnent une idée réaliste des capacités de la goniométrie. Ses performances sont très concurrentielles par rapport aux autres techniques. Jusqu'ici, les goniomètres, développés pendant ce travail, ont toujours rempli leurs cahiers des charges.
Dans bien des cas, il est apparu que la goniométrie était en avance sur les autres technologies qui l'accompagnent, telles que la prise de son et l'implémentation des algorithmes et par rapport aux contraintes d'installation.
La démarche à suivre lors de la conception d'une nouvelle antenne, consiste premièrement, à bien visualiser les propriétés spatiales et temporelles des ondes de propagation et des perturbations, et deuxièmement, de les comparer aux caractéristiques du goniomètre.
Ce travail a démontré que la goniométrie offrait des performances optimales dans le cas de la localisation d'une seule source compacte, immobile, émettant des sons passe-bas large-bandes, dans un milieu homogène, sans bruit ni vent, au moyen d'une antenne symétrique, de grande dimension et orientée en configuration Broad-side.
