Architectures dédiées à l'acquisition en temps réel de signaux acoustiques d'échosondage large bande

par Henry Carron

Thèse de doctorat en Conception de circuits microélectroniques et microsystèmes

Sous la direction de Jean-Louis Boizard.

Soutenue en 2004

à Toulouse 3 .

mots clés

• Filtres RIF
• Circuits FPGA
• Vhdl
• Echosondage
• Diagramme de directivité
• Antennes acoustiques
• Large bande.
• Ondes sonores -- Diffusion
• Ondes -- Propagation
• Traitement du signal -- Techniques numériques -- Appareils et matériel
• Antennes (électronique)

Résumé

Ce travail réalisé dans le cadre de recherches menées au LAMI (Laboratoire d'Acoustique de Métrologie et d'Instrumentation) propose une méthode d'optimisation en temps réel du diagramme de directivité d'antennes acoustiques circulaires et linéaires large bande. Après avoir mis en évidence la variation du diagramme de directivité des antennes acoustiques avec la fréquence, l'efficacité d'un filtrage associé à chaque capteur est démontrée. Les caractéristiques de ces filtres (réponse en fréquence et phase) sont déterminées en minimisant l'erreur au sens des moindres carrés entre le diagramme réel et le diagramme désiré sur tout l'intervalle des fréquences et angles d'incidence de l'onde acoustique. Ces filtres sont par la suite approximés par des filtres numériques à réponse impulsionnelle finie (FIR) puis décrits en langage VHDL pour l'implantation dans un circuit FPGA. Après avoir présenté différents types d'architectures matérielles avec leurs performances en terme de vitesse de traitement et de ressources consommées, nous présentons quelques résultats expérimentaux qui montrent les effets de la compensation du diagramme de directivité sur trois octaves de fréquence.

Titre traduit

Architectures dedicated to the real time processing of wide band circular echosounding acoustic signals

Résumé

This work carried out in the framework of research undertaken at the LAMI (Laboratoire d'Acoustique de Métrologie et d'Instrumentation) proposes a method of real time optimization of the directivity diagram of wide band circular and linear acoustic antennas. The effectiveness of a filtering method associated with each sensor is shown after highlighting the variation of the directivity diagram of the acoustic antennas with the frequency. The characteristics of these filters (frequency and phase response) are given by minimizing the least mean squares error between the real and the desired diagrams over the whole interval of the acoustic wave frequencies and angles. These filters are approximated thereafter by Finite Impulse Response (FIR) filters and then described in VHDL language for the implementation in a FPGA circuit. After the presentation of various types of hardware architectures with their performances in terms of processing time and devices resources used, we present in this work some experimental results which show the effects of directivity diagram compensation over a frequency band of three octaves.