The Cross Ambiguity Function (CAF) is often used for passive geolocation of an emitter based on the time difference of arrival (TDOA) and frequency difference of arrival (FDOA) of the received signals. CAF performance has been thoroughly investigated in regards to traditional single-input single-output (SISO) signals. Little is known about how the CAF will respond to signals from multiple-input multiple-output (MIMO) systems which utilize multiple antennas. This thesis focuses on characterizing the CAF's magnitude distribution in order to determine the probability of correctly determining the correct TDOA/FDOA bin, and the resulting impact on geolocation. The received signals are studied in the presence of additive white Gaussian noise (AWGN) as well as multi-channel propagation effects such as phase ambiguities and offsets due to multi-antenna transmission. Two and four transmit antennas using either a form of spatial multiplexing or space-time block coding are the focus of this work because they are mostly commonly found in currently deployed communication systems. The effects of these transmit schemes are studied with respect to TDOA/FDOA error and the resulting position error. The analysis is performed using a detection theory framework as opposed to estimation theory in order to empha- size the impact of MIMO transmission on determining the correct TDOA/FDOA bin. A simple method using the CAF magnitude as a decision statistic is also presented so that TDOA/FDOA errors can be detected and filtered in an attempt to improve positioning estimates. / Master of Science

L’étude traite de la détection de cibles mobiles dans un contexte de radar passif bistatique utilisant les émetteursde télévision numérique TNT (DVB-T) comme émetteurs d’opportunité. Outre leur présence généralisée sur leterritoire, l’intérêt de ces émissions réside dans leur relative largeur de bande permettant une bonne précisiond’estimation. Le principal inconvénient de ce type d’approche réside dans l’éblouissement par le signal en trajetdirect, des échos de très faible intensité des cibles d’intérêt. Après un rappel du principe du radar bistatique etde la norme OFDM utilisée par les signaux TNT, une première étude donne une construction originale du signalde référence dans le cas multi-capteurs : le signal de référence est construit par un traitement d’antenne de typeCAPON où le balayage des paramètres optimaux est remplacé par la connaissance de signaux pilotes inséré dansles symboles OFDM. Ensuite le rapport se focalise sur l’estimation d’un filtre de canal multitrajet à partir dela connaissance de la modulation OFDM utilisée. Ce filtre, d’abord étudié comme réjecteur de fouillis originalavant détection par la fonction d’ambiguïté, donne des résultats semblables aux méthodes classiques de réjectionde fouillis standard. Étendu à toutes les fréquences Doppler, son module au carré est utilisé comme un nouveaudétecteur présentant un très faible niveau de clutter, surpassant ainsi la fonction d’ambiguïté. Une interprétationen terme de traitement d’antennes du nouveau détecteur ouvre la voie à des variantes haute-résolution de celui-ci.La validité du nouveau détecteur est illustrée par des résultats sur données réelles. / The study focuses on moving target detection from passive bistatic radar with DVB-T transmitters used asopportunity transmitters. In addition to their widespread geographical coverage, they allow a good estimationaccuracy due to their quite large bandpass. Nevertheless the continuous powerful direct path masks the verylow intensity echoes of targets of interest. The passive bistatic radar principle and the CP-OFDM standardused by DVB-T are briefly reminded, then, a new first study of reference signal retrieving in multiple sensorsconfiguration is given : the reference signal is built using a Capon receptor where the parameters scan is replacedby the knowledge of pilot signals inserted in the OFDM symbols. Next, the report addresses the multipath channelestimate by using the OFDM signal structure. This channel is firstly studied for clutter rejection before detectionfrom the cross ambiguity function (CAF). We obtain similar results than those of the classical rejection methods.This channel is extended to the whole Doppler shift, and its squared modulus acts as a new low clutter detectorthat outperforms classical CAF. A virtual beamforming interpretation of the channel estimation opens a new pathtowards high resolution array processing. Results given on real data illustrate the validity of this new channeldetector (CHAD).

This thesis focuses on detection algorithms of radar targets, namely on group of techniques for removing of disturbing reflections from static objects - clutter and for suppression of distortion products caused by the phase noise of the transmitter and receiver. Methods for distortion suppression in received signal are designed for implementation in the developed active multistatic radar, which operates in the code division multiplex of several transmitters on single frequency. The aim of the doctoral thesis is to design, implement in tool for technical computing MATLAB and analyze the effectiveness and computational complexity of these techniques on simulated and real data.

Divers radars sont développés pour des besoins d’aide à la conduite automobile de sécurité mais aussi de confort. Ils ont pour but de détecter la présence d’obstacles routiers afin d’éviter d’éventuelles collisions. La demande actuelle en termes de capteurs radars pour l’automobile connaît une croissance importante et les technologies employées doivent garantir de bonnes performances dans un environnement dégradé par les signaux interférents des autres utilisateurs. Dans cette thèse, nous nous intéressons au développement d’un système radar performant en tout lieu et en particulier dans un contexte multi-utilisateurs. A ce propos, nous proposons de nouvelles formes d’ondes qui se basent sur la combinaison des codes fréquentiels de Costas et d’autres techniques de compression d’impulsion en exploitant les signaux de Costas modifiés. La conception adoptée permet, grâce à la diversité introduite, de synthétiser un nombre important de formes d’ondes. Nous avons, ensuite, exploité deux approches d’estimation des paramètres des cibles. La première, plutôt classique, se base sur le traitement Doppler dans un train d’impulsions cohérent. La deuxième, récente dans le domaine automobile, se base sur la technique dite de « Compressed Sensing ». Une adaptation de ces algorithmes pour les signaux proposés a été discutée dans des environnements bruités et multi-cibles. L’ensemble de ces travaux contribue à explorer de nouvelles formes d’ondes, autres que celles utilisées dans les radars actuels et à proposer un traitement innovant en réception, adapté aux radars en général et à l’automobile en particulier. / Several driver assistance radars are developed for security and comfort requirements. Their goal is among others to detect the presence of obstacles for collision avoidance. The current demand in terms of automotive radar sensors experience a significant growth and the technologies being employed must ensure good performances especially in an environment degraded by interfering signals of other users. In this thesis, we are interested in developing a radar system which is effective in all situations especially in a multi-user context. For this purpose, we propose novel radar waveforms based on the combination of frequency hopping Costas codes and other pulse compression techniques, using modified Costas signals. The design approach allows to synthesize a significant number of waveforms, thanks to the high diversity introduced. Afterwards, we have exploited two estimation of target parameters approaches. The first one, quite classic, is based on Doppler processing in a coherent pulse train. The second one, recent in the automotive field , is based on the Compressed sensing techniques. An adaptation of these algorithms to proposed signals is discussed in noisy and multi-target environments. All these works contribute in one hand to explore novel radar waveforms, complement to those currently used in automotive radars and in another hand to propose an innovative processing at the receiver level, suited to radar applications in general and automotive ones in particular.