Influence de la turbulence de la basse atmosphère sur la localisation d'une source acoustique
Institution:
Ecully, Ecole centrale de LyonDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
This report is part of the study of the effect of atmospheric turbulence on sound propagation in the low atmosphere and of its influence (impact) on the localization of vehicles. In the course of experiments, the average and fluctuating meteorological magnitudes of the low atmosphere have been measured in order to have a better knowledge of the stability state and of the rates of thermal and kinematics fluctuation of the atmosphere. To this end, a thermal collector has been developed, capable of measuring the relative variations of temperature inferior to the tenth of degree and with a frequency below a hundred Hertz. This collector is composed of a thermocouple of type S developed by the IGE of Belfort and associated to an amplifier with a gain of 500 000 developed at ISL. The localization antenna is made up of two overlapping linear antenna, each composed of 8 microphones. The whole acoustic and meteorological data have been measured and recorded in situ. From this information, an average value analysis has allowed to lay out the vertical speed profiles of the wind and temperature by means of the Monin-Obukhov theory of similarity. In three different cases of wave refraction, these profiles have been used for a model of propagation based on the method of rays in order to calculate the sound paths and for a calculation code of the acoustic level (PE) allowing to know the propagation conditions of the wave between the source and the antenna. Then, the localization results have been analysed together with thermal and cinematic fluctuations results of the low atmosphere. A narrow relationship between the precision of the localization results and eigenvalues of the correlation matrix of acoustic signals has been established. The degradation of these eigenvalues is a direct consequence of the thermal and the kinematic fluctuation rate of the low atmosphere.
Abstract FR:
Ce présent rapport s'inscrit dans le cadre de l'étude de l'effet de la turbulence atmosphérique sur la propagation du son dans la basse atmosphère et de son influence (impact) sur la localisation de véhicules. Au cours d'expériences, les grandeurs météorologiques moyennes et fluctuantes de la basse atmosphère ont été relevées afin de mieux connaître l'état de stabilité et les taux de fluctuation thermique et cinématique de l'atmosphère. Pour cela, on a développé un capteur thermique capable de mesurer les variations relatives de température inférieure au dixième de degré et de fréquence inférieure à une centaine de Hertz. Ce capteur est constitué d'un thermocouple de type S développé à l'IGE de Belfort et associé à un amplificateur de gain 500000 développé à l'ISL. L'antenne de localisation est constituée de deux antennes linéaires imbriquées composées chacune de 8 microphones. L'ensemble des données météorologiques et acoustiques a été mesuré et enregistré in-situ. A partir de ces informations, une analyse des valeurs moyennes a permis de tracer les profils verticaux de vitesse du vent et de température avec la théorie de similitude de Monin-Obukhov. Sur trois différents cas de réfraction de l'onde, ces profils ont été utilisés dans un modèle de propagation basé sur la méthode des rayons pour calculer les trajets sonores et dans un code de calcul du niveau acoustique (PE) pour connaître les conditions de propagation de l'onde entre la source et l'antenne. Ensuite, les résultats de localisation ont été analysés conjointement avec les résultats des fluctuations thermiques et cinématiques de la basse atmosphère. Une relation étroite entre la précision des résultats de localisation et les valeurs propres de la matrice de corrélation des signaux acoustiques a pu être mise en évidence. La dégradation de ces valeurs propres est une conséquence directe du taux de fluctuation thermique et cinématique de la basse atmosphère.