Cette thèse, réalisée en coopération avec l'Institut Pascal et Renault, s'inscrit dans le domaine des applications d'aide à la conduite, la plupart de ces systèmes visant à améliorer la sécurité des passagers du véhicule. La fusion de différents capteurs permet de rendre plus fiable la prise de décision. L'objectif des travaux de cette thèse a été de développer un système de fusion entre un radar et une caméra intelligente pour la détection des obstacles frontaux au véhicule. Nous avons proposé une architecture modulaire de fusion temps réel utilisant des données asynchrones provenant des capteurs sans a priori applicatif. Notre système de fusion de capteurs est basé sur des méthodes de suivi de plusieurs cibles. Des méthodes probabilistes de suivi de cibles ont été envisagées et une méthode particulière, basée sur la modélisation des obstacles par un ensemble fini de variables aléatoires a été choisie et testée en temps réel. Cette méthode, appelée CPHD (Cardinalized Probability Hypothesis Density) permet de gérer les différents défauts des capteurs (non détections, fausses alarmes, imprécision de positions et de vitesses mesurées) et les incertitudes liées à l’environnement (nombre inconnu d'obstacles à détecter). Ce système a été amélioré par la gestion de différents types d'obstacles : piéton, voiture, camion, vélo. Nous avons proposé aussi une méthode permettant de résoudre le problème des occultations avec une caméra de manière explicite par une méthode probabiliste en prenant en compte les imprécisions de ce capteur. L'utilisation de capteurs intelligents a introduit un problème de corrélation des mesures (dues à un prétraitement des données) que nous avons réussi à gérer grâce à une analyse de l'estimation des performances de détection de ces capteurs. Afin de compléter ce système de fusion, nous avons mis en place un outil permettant de déterminer rapidement les paramètres de fusion à utiliser pour les différents capteurs. Notre système a été testé en situation réelle lors de nombreuses expérimentations. Nous avons ainsi validé chacune des contributions de manière qualitative et quantitative. / This PhD work, carried out in collaboration with Institut Pascal and Renault, is in the field of the Advanced Driving Assisted Systems, most of these systems aiming to improve passenger security. Sensors fusion makes the system decision more reliable. The goal of this PhD work was to develop a fusion system between a radar and a smart camera, improving obstacles detection in front of the vehicle. Our approach proposes a real-time flexible fusion architecture system using asynchronous data from the sensors without any prior knowledge about the application. Our fusion system is based on a multi targets tracking method. Probabilistic multi target tracking was considered, and one based on random finite sets (modelling targets) was selected and tested in real-time computation. The filter, named CPHD (Cardinalized Probability Hypothesis Density), succeed in taking into account and correcting all sensor defaults (non detections, false alarms and imprecision on position and speed estimated by sensors) and uncertainty about the environment (unknown number of targets). This system was improved by introducing the management of the type of the target: pedestrian, car, truck and bicycle. A new system was proposed, solving explicitly camera occlusions issues by a probabilistic method taking into account this sensor imprecision. Smart sensors use induces data correlation (due to pre-processed data). This issue was solved by correcting the estimation of sensor detection performance. A new tool was set up to complete fusion system: it allows the estimation of all sensors parameters used by fusion filter. Our system was tested in real situations with several experimentations. Every contribution was qualitatively and quantitatively validated.

Les systèmes de surveillance modernes doivent coordonner leurs stratégies d’observation pour améliorer l’information obtenue lors de leurs futures mesures afin d’estimer avec précision les états des objets d’intérêt (emplacement, vitesse, apparence, etc.). Par conséquent, la gestion adaptative des capteurs consiste à déterminer les stratégies de mesure des capteurs exploitant les informations a priori afin de déterminer les actions de détection actuelles. L’une des applications la plus connue de la gestion des capteurs est le suivi multi-objet, qui fait référence au problème de l’estimation conjointe du nombre d’objets et de leurs états ou trajectoires à partir de mesures bruyantes. Cette thèse porte sur les stratégies de gestion des capteurs en temps réel afin de résoudre le problème du suivi multi-objet dans le cadre de l’approche RFS labélisée. La première contribution est la formulation théorique rigoureuse du filtre mono-capteur LPHD avec son implémentation Gaussienne. La seconde contribution est l’extension du filtre LPHD pour le cas multi-capteurs. La troisième contribution est le développement de la méthode de gestion de capteurs basée sur la minimisation du risque Bayes et formulée dans les cadres POMDP et LRFS. En outre, des analyses et des simulations des approches de gestion de capteurs existantes pour le suivi multi-objets sont fournies / Modern surveillance systems must coordinate their observation strategies to enhance the information obtained by their future measurements in order to accurately estimate the states of objects of interest (location, velocity, appearance, etc). Therefore, adaptive sensor management consists of determining sensor measurement strategies that exploit a priori information in order to determine current sensing actions. One of the most challenging applications of sensor management is the multi-object tracking, which refers to the problem of jointly estimating the number of objects and their states or trajectories from noisy sensor measurements. This thesis focuses on real-time sensor management strategies formulated in the POMDP framework to address the multi-object tracking problem within the LRFS approach. The first key contribution is the rigorous theoretical formulation of the mono-sensor LPHD filter with its Gaussian-mixture implementation. The second contribution is the extension of the mono-sensor LPHD filter for superpositional sensors, resulting in the theoretical formulation of the multi-sensor LPHD filter. The third contribution is the development of the Expected Risk Reduction (ERR) sensor management method based on the minimization of the Bayes risk and formulated in the POMDP and LRFS framework. Additionally, analyses and simulations of the existing sensor management approaches for multi-object tracking, such as Task-based, Information-theoretic, and Risk-based sensor management, are provided.

L'objectif de ce mémoire est de développer et d'étudier un nouveau type de filtre particulaire appelé le filtre de Kalman-particulaire à noyaux (KPKF). Le KPKF modélise la densité conditionnelle de l'état comme un mélange de gaussiennes centrées sur les particules et ayant des matrices de covariance de norme petite. L'algorithme du KPKF utilise une correction de l'état de type Kalman et une correction de type particulaire modifiant les poids des particules. Un nouveau type de ré-échantillonnage permet de préserver la structure de cette mixture. Le KPKF combine les avantages du filtre particulaire régularisé en terme de robustesse et du filtre de Kalman étendu en terme de précision. Cette nouvelle méthode de filtrage a été appliquée au recalage de navigation inertielle d'un aéronef disposant d'un radio altimètre. Les résultats obtenus montrent que le KPKF fonctionne pour de grandes zones d'incertitude initiale de position.

Cette thèse, réalisée en coopération avec l'Onera, s'inscrit dans le domaine de la surveillance du champ de bataille. L'objectif des travaux est d'étudier et de développer une technique qui fusionne différentes sources d'informations, afin d'évaluer la situation tactique sur une large zone d'observation, ceci de manière semi-automatique en temps quasi-réel. Cette évaluation est réalisée en deux étapes. La première réalise une évaluation globale de la situation en utilisant une nouvelle technique de trajectographie (ou pistage) multicible par hybridation du filtre GM-CPHD et du MHT sous contrainte routière à partir des données GMTI (Ground Moving Target Indicator). Ce nouvel algorithme est adapté au pistage de cibles proches. Ensuite, la deuxième étape réalise une évaluation plus fine de la situation en détectant des objets dit d'intérêt tels que des convois par l'intégration d'autres types de données (SAR, vidéo). La détection se base sur l'utilisation des réseaux bayésiens ainsi que leur version crédibiliste.

les insectes saproxylophages forment une part importante de la biodiversité des forêts tempérées et jouent un rôle biogéochimique fondamental en participant à la dégradation du bois mort. Le complexe saproxylique européen est aujourd'hui perturbé par les modifications anthropiques des forêts. De nombreuses espèces de ce complexe sont menacées de disparition et leur conservation nécessite de connaître les causes de leur vulnérabilité. Nous avons étudié l'écologie d'un coléoptère saproxylophage cavicole, Osmoderma eremita, espèce qui se raréfie à l'échelle de son aire de distribution et présente de faibles capacités de dispersion. Nous avons suivi ses populations par capture-recapture et pistage-radio. Des mesures complémentaires ont été réalisées au laboratoire (manège de vol). Nos objectifs étaient d'expliquer la distribution de l'espèce dans un bocage, d'étudier ses capacités de dispersion et d'analyser ses autres caractéristiques démographiques. Nous avons révélé l'influence de l'ouverture du paysage et de la densité de microhabitats sur la présence de l'espèce, avec une préférence pour les zones ayant subi la plus faible perte d'habitat en 60 ans. Nous avons mesuré des capacités de dispersion trois fois supérieures à celles alors relevées in natura. Les capacités des femelles étaient liées à leur condition. Les analyses démographiques ont révélé des sex-ratios biaisées en fonction de la population et de l'année. Nous avons démontré le rôle du sexe dans la démographie de l'espèce, facteur qui devrait intervenir dans les analyses de viabilité. De telles analyses permettent de proposer des mesures de conservation d'O. eremita adaptables à d'autres espèces saproxylophages.

Les nouvelles générations de radars sont confrontées à des cibles de plus en plus menaçantes. Ces radars doivent effectuer plusieurs tâches en parallèle, dont la veille et la poursuite. Pour cela, ils peuvent être équipés de panneaux fixes, pour éviter les contraintes liées à la rotation de l'antenne. Le pistage du radar doit donc être renouvelé pour répondre à la double difficulté posée par le pistage des cibles très manoeuvrantes et la gestion des ressources. Dans ce contexte, cette thèse étudie de nouvelles méthodes de pistage pour les cibles hyper-manoeuvrantes. Un nouveau modèle de cible, en coordonnées intrinsèques, est proposé. Ce modèle est exprimé directement dans le repère de la cible, afin de décrire au mieux des manoeuvres fortes avec des accélérations normales bien supérieures à la gravité terrestre. Un algorithme de filtrage utilisant la formulation intrinsèque du modèle est développé. Cet algorithme ayant la même structure qu'une filtre de Kalman étendu, il a été testé sur de vraies données. La comparaison avec d'autres algorithmes de filtrage a montré de réelles améliorations sur un ensemble important de trajectoires. Une nouvelle méthode d'estimation, reposant sur la formulation en termes de moindres carrés de l'approche de lissage, et permettant de tenir compte de sauts dans la trajectoire est également proposée, et les bénéfices sur des méthodes plus classiques de sauts entre modèles sont montrés. Indépendamment, le problème de cadence adaptative est également traité. Un algorithme très général permettant d'optimiser la cadence de mesure pour ménager le budget temps du radar pour la surveillance est présenté. / The new generation of radars is facing increasingly threatening targets. These radars are asked to perform several tasks in parallel, including surveillance and tracking. To this aim, they can be equipped with staring antennas, so they overcome the constraints induced by the rotation of the antenna. The tracking function of the radar has thus to be upgraded to respond to the double issue of tracking highly manoeuvring targets and managing the resources to balance time between tasks. In this context, this thesis investigates new means of tracking highly manoeuvring targets. A new target model based on intrinsic coordinates to perform target tracking is proposed. This new target model is expressed in the frame of the target itself, and uses the Frenet-Serret frame, which is well suited to the description of highly dynamic manoeuvres involving normal accelerations that are much larger than earth gravity. A filtering algorithm using the special intrinsic formulation of the target model is developed. This filtering algorithm is very similar in terms of implementation to an Extended Kalman filter, and was implemented using real data. The comparison with standard target models and filtering algorithms show improvements over simple models and algorithms on a large set of trajectories. A new estimation method, relying on the least squares formulation of the smoothing approach, and taking into account kinematic jumps in the trajectory is also developed. This method also shows improvements over a set of common algorithms based on standard manoeuvre detection. And independently, we investigate the issue of update rate adaptation for radar measurements. A very general update rate adaptation algorithm is derived to optimise the time of revisit of each target, allowing to preserve the radar time budget for other tasks simultaneously performed, such as surveillance.

Les applications des techniques radar au milieu urbain constituent un domaine émergent. Une des difficultés principales est liée à la complexité du milieu de propagation induit par les bâtiments présents dans la scène. En effet, la présence de ces bâtiments génère d’une part des zones d’ombre à l’intérieur desquelles une cible n’est pas en visibilité directe, et d’autre part de nombreux multi-trajets produits par les possibles réflexions et diffractions sur les surfaces environnantes. Ces multi-trajets sont souvent vus comme une gêne, limitant les capacités de détection en radar. Or ils peuvent aussi être exploités à l’avantage du radar afin de détecter et localiser des cibles situées dans les zones d’ombre (cible en NLOS). L’objectif de ce travail de thèse est donc la mise en place de méthodes de traitement du signal permettant la détection et la localisation d’une cible en NLOS en milieu urbain et l’application de ces techniques pour détecter et localiser une cible en NLOS à partir de signaux réels. Pour cela, nous avons proposé dans un premier temps deux solutions pour la détection et la localisation de la cible en exploitant les multi-trajets. Dans un deuxième temps, nous avons développé deux filtres particulaires pour pister une cible en milieu urbain en présence de multi-trajets. Ces algorithmes ont été appliqués aux données réelles issues d’une expérimentation et ont montré des résultats prometteurs : même avec une connaissance approximative de la géométrie de la scène, il a été possible de détecter, localiser et suivre une cible en exploitant uniquement l’information fournie par les retards des multi-trajets. / The applications of radar techniques to the urban environment constitute an emerging subject. One of the main difficulties is related to the complexity of the propagation environment induced by the buildings present in the scene. Indeed, the presence of these buildings generates on the one hand shadow areas within which a target is not in line of sight, and on the other hand, many multipaths produced by reflections and diffractions on the surrounding surfaces. Classically, these multipaths are often seen as an inconvenience, limiting radar detection capabilities. However, these multipaths can also be exploited to the advantage of the radar to detect and locate targets located in the shadow areas (target in NLOS). The objective of this thesis work is therefore to develop signal processing methods allowing the detection and localization of a target located in shadow areas in urban environment and to apply these techniques for detecting and locating a target in NLOS from realistic or even real signals. For this, we first proposed two solutions for detection and localization of a target by exploiting multipath information. In a second step, we developed two particle filters to track a target in urban environment in the presence of multipaths. These algorithms have been applied to real data and showed promising results: even with an approximate knowledge of the geometry of the scene, it has been possible to detect, locate and track a target by exploiting only the information on multipath delays.

L'avancement des communications sans-fil permet l'obtention de nouveaux services bases sur l'habileté des fournisseurs de services sans-fil à déterminer avec précision, et avec l'utilisation de technologies de pistage, la localisation et position géographiquement d'appareils sans-fil Cette habileté permet d'offrir aux utilisateurs de sans-fil de nouveaux services bases sur la localisation et la position géographique de leur appareil. Le développement des services basés sur la localisation des utilisateurs de sans-fil soulevé certains problèmes relatifs à la protection de la vie privée qui doivent être considérés. En effet, l'appareil sans-fil qui suit et enregistre les mouvements de I 'utilisateur permet un système qui enregistre et entrepose tous les mouvements et activités d'un tel utilisateur ou encore qui permet l'envoi de messages non anticipes à ce dernier. Pour ce motif et afin de protéger la vie privée des utilisateurs de sans-fil, une compagnie désirant développer ou déployer une technologie permettant d'offrir ce genre de services personnalisés devra analyser l'encadrement légal touchant la protection des données personnelles--lequel est dans certains cas vague et non approprié à ce nouveau contexte--ainsi que la position de l'industrie dans ce domaine, et ce, afin d'être en mesure de traduire cet encadrement en pratiques commerciales. Cette analyse permettra d'éclairer le fournisseur de ces services sur la façon d'établir son modèle d'affaires et sur le type de technologie à développer afin d'être en mesure de remédier aux nouveaux problèmes touchant la vie privée tout en offrant ces nouveaux services aux utilisateurs de sans-fil. / The proliferation of mobile communications is leading to new services based on the ability of service providers to determine, with increasing precision and through the use of location determination technologies, the geographic location of wireless devices and allow their users to receive services based on such location. The development of location-based services introduces new privacy risks for consumers that must be addressed. The portability of wireless devices coupled with their ability to pinpoint the location of wireless users and reveal it to others could produce a system where the everyday activities and movements of these users are tracked and recorded, and where wireless users receive unanticipated messages on their device. For this reason and in order to preserve the privacy of wireless users, a company looking to deploy a technology related to the providing of personalized location-based services ("LBS Provider") will have to analyze the privacy legal framework, coming either from legal sources--that may be in some case vague and not specific to this new context--or from the industry, and translate such framework into business practices. Such analysis may help in establishing what kind of business model and technology should be adopted and developed by LBS Providers in order to ensure the privacy of wireless users while providing this new type of service.

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L'avancement des communications sans-fil permet l'obtention de nouveaux services bases sur l'habileté des fournisseurs de services sans-fil à déterminer avec précision, et avec l'utilisation de technologies de pistage, la localisation et position géographiquement d'appareils sans-fil Cette habileté permet d'offrir aux utilisateurs de sans-fil de nouveaux services bases sur la localisation et la position géographique de leur appareil. Le développement des services basés sur la localisation des utilisateurs de sans-fil soulevé certains problèmes relatifs à la protection de la vie privée qui doivent être considérés. En effet, l'appareil sans-fil qui suit et enregistre les mouvements de I 'utilisateur permet un système qui enregistre et entrepose tous les mouvements et activités d'un tel utilisateur ou encore qui permet l'envoi de messages non anticipes à ce dernier. Pour ce motif et afin de protéger la vie privée des utilisateurs de sans-fil, une compagnie désirant développer ou déployer une technologie permettant d'offrir ce genre de services personnalisés devra analyser l'encadrement légal touchant la protection des données personnelles--lequel est dans certains cas vague et non approprié à ce nouveau contexte--ainsi que la position de l'industrie dans ce domaine, et ce, afin d'être en mesure de traduire cet encadrement en pratiques commerciales. Cette analyse permettra d'éclairer le fournisseur de ces services sur la façon d'établir son modèle d'affaires et sur le type de technologie à développer afin d'être en mesure de remédier aux nouveaux problèmes touchant la vie privée tout en offrant ces nouveaux services aux utilisateurs de sans-fil. / The proliferation of mobile communications is leading to new services based on the ability of service providers to determine, with increasing precision and through the use of location determination technologies, the geographic location of wireless devices and allow their users to receive services based on such location. The development of location-based services introduces new privacy risks for consumers that must be addressed. The portability of wireless devices coupled with their ability to pinpoint the location of wireless users and reveal it to others could produce a system where the everyday activities and movements of these users are tracked and recorded, and where wireless users receive unanticipated messages on their device. For this reason and in order to preserve the privacy of wireless users, a company looking to deploy a technology related to the providing of personalized location-based services ("LBS Provider") will have to analyze the privacy legal framework, coming either from legal sources--that may be in some case vague and not specific to this new context--or from the industry, and translate such framework into business practices. Such analysis may help in establishing what kind of business model and technology should be adopted and developed by LBS Providers in order to ensure the privacy of wireless users while providing this new type of service.