Cette thèse s'intéresse aux réseaux bayésiens, aux filtres particulaires et à leur application aux communications numériques. Tout d'abord, nous donnons une construction rigoureuse et très générale des réseaux bayésiens et nous présentons l'algorithme de propagation de croyance dans ce contexte. Puis, nous introduisons un nouveau type de filtre particulaire, appelé "filtre particulaire à échantillonnage global", et nous constatons en effectuant des simulations numériques que ce nouvel algorithme se compare favorablement à l'état de l'art. Nous utilisons ensuite le filtrage particulaire pour calculer de façon approchée certains messages de l'algorithme de propagation de croyance. Nous obtenons ainsi un nouvel algorithme, combinant propagation de croyance et filtrage particulaire, que nous avons appelé "algorithme de turbo-filtrage particulaire». Enfin, nous utilisons ces différentes techniques afin de concevoir de façon méthodique un récepteur de communications numériques.

Le développement de systèmes de communication mobile large bande demandent une connaissance des caractéristiques du canal mobile comme celles du profile de puissance, l'angle d'arrivée et la décalage Doppler des trajets multiples. Un sondeur de canal peut réaliser une caractérisation multidimensionnelle du canal à petite échelle afin de l'appliquer à la modélisation stochastique de canal où à l'évaluation des performances de systèmes de communication. Des instruments capables de réaliser un sondage de canaux de propagation SIMO à l'intérieur des bâtiments sont assemblés, notamment, le réflectomètre Cinq-port utilisé comme démodulateur homodyne de signaux RF et des techniques d'estimation à haute résolution comme MUSIC. Un système de formation de faisceaux qui peut réaliser un filtrage spatial pour de nombreuses applications est aussi implémenté utilisant la plupart de ces outils. Le réflectomètre Cinq-port réalise une conversion directe des signaux RF et utilise un troisième mixeur de redondance pour diminuer la dépendance du système au déséquilibre de phase et amplitude de l'oscillateur local. La procédure d'estimation de la réponse spatio-temporelle du canal est basée sur les algorithmes MUSIC et lissage spatial (2D-SS) sur deux dimensions. Le traitement simultané des données sur les domaines de l'espace et de la fréquence nous permet l'estimation conjointe de l'angle d'arrivée et du retard des trajets multiples même en présence des signaux corrélés. La technique de tracée de rayons est implémentée afin de comparer les paramètres du canal calculé de façon déterministe avec ceux déterminés par le sondage de canaux.

Ce travail de thèse a porté sur la propagation non linéaire sous forme de filament des impulsions laser femtosecondes ultra-intenses dans l'atmosphère. Nos résultats issus des expériences en laboratoire et en extérieure apportent de nombreux éléments de réponses dans le domaine. Nous avons démontré expérimentalement qu'il était possible de maîtriser le processus de filamentation et la formation de canaux de plasma sur de longues distances. En effet, en propageant un train de deux impulsions de focales différentes décalées de manière adéquate dans le temps, un canal de plasma unique et continu sur une grande distance peut être généré en connectant plusieurs canaux de plus courte distance. Nous avons aussi mis en évidence que le contrôle de la longueur et de la localisation des filaments pouvait s'effectuer en agissant sur la dérive en fréquence de l'impulsion laser initiale pour des puissances bien supérieures à la puissance critique. On peut ainsi maximiser soit la génération d'un continuum de fréquences, soit la présence de canaux de plasma sur des distances pouvant atteindre plus de 300 m, soit la longueur d'intenses canaux de lumière. Ces canaux de lumière intenses ont été observés jusqu'à 2350 m et leur intensité est de l'ordre de 1012 W cm-2. Enfin, nous avons montré que l'on pouvait organiser de manière déterministe la formation de figures multi-filamentaires en imposant des conditions initiales d'amplitude ou de phase au faisceau. Les structures organisées de filaments sont régulières, stables et reproductibles. Les applications atmosphériques à longue portée impliquent des propagations verticales à de très hautes altitudes. Nous avons donc étudié la filamentation pour différentes pressions de l'air. Ces études expérimentales et théoriques ont permis de démontrer que la filamentation femtoseconde subsistait à des pressions correspondant à des altitudes allant jusqu'à environ 11 km. Nous avons également poursuivi l'étude du déclenchement et du guidage de décharges haute tension à l'aide de filaments. Les expériences menées dans les installations haute tension de l'Université Technique de Berlin et du CEAT à Toulouse ont permis de mettre en évidence les mécanismes de déclenchement et de guidage de décharges haute tension sur des distances pouvant atteindre 4,50 m. Ceci constitue un record pour ce genre de décharges. Nous avons aussi démontré que malgré une pluie abondante, les canaux de plasma générés par filamentation femtoseconde subsistaient et étaient toujours capables de déclencher et de guider des décharges de haute tension. Ces résultats sont donc particulièrement prometteurs pour le déclenchement et le guidage de la foudre à l'échelle atmosphérique.

<p>The wireless communications have suffered, in these last years, one of the greater technological growth within the communications via radio. The application of multiple antennas, as much in transmission as in reception has taken to an impulse of the study of different models from propagation channels.</p><p>Taking this into consideration, the different types from mentioned models are going to be studied.</p><p>The work that the ISY department at the Institute of Technology of the Linköping University has proposed is to develop to a propagation channel model, with several antennas in reception and transmission, that one first approach allows a capacity of the channel study, in absence of measures of possible scenarios, as well as the development of a small simulator that allows to analyze its benefits.</p>

Lately, there has been an increasing interest in studying the propagation of electromagnetic waves in periodic dielectric structures (photonic crystals). Like the electron propagation in semiconductors, these structures are represented by band diagrams in which gaps can be found where the electromagnetic propagation is forbidden. Much effort is dedicated to find structures that can prohibit the propagation of light in all directions. This effect could lead to light localization. / Singapore-MIT Alliance (SMA)

M.L.V. Pitteway. / "November 8, 1960." / Bibliography: p. 26. / Army Signal Corps Contract DA36-039-sc-78108. Dept. of the Army Task 3-99-20-001 and Project 3-99-00-000.

In many applications of graphical models arising in computer vision, the hidden variables of interest are most naturally specified by continuous, non-Gaussian distributions. There exist inference algorithms for discrete approximations to these continuous distributions, but for the high-dimensional variables typically of interest, discrete inference becomes infeasible. Stochastic methods such as particle filters provide an appealing alternative. However, existing techniques fail to exploit the rich structure of the graphical models describing many vision problems. Drawing on ideas from regularized particle filters and belief propagation (BP), this paper develops a nonparametric belief propagation (NBP) algorithm applicable to general graphs. Each NBP iteration uses an efficient sampling procedure to update kernel-based approximations to the true, continuous likelihoods. The algorithm can accomodate an extremely broad class of potential functions, including nonparametric representations. Thus, NBP extends particle filtering methods to the more general vision problems that graphical models can describe. We apply the NBP algorithm to infer component interrelationships in a parts-based face model, allowing location and reconstruction of occluded features.

This memo describes the initial results of a project to create a self-supervised algorithm for learning object segmentation from video data. Developmental psychology and computational experience have demonstrated that the motion segmentation of objects is a simpler, more primitive process than the detection of object boundaries by static image cues. Therefore, motion information provides a plausible supervision signal for learning the static boundary detection task and for evaluating performance on a test set. A video camera and previously developed background subtraction algorithms can automatically produce a large database of motion-segmented images for minimal cost. The purpose of this work is to use the information in such a database to learn how to detect the object boundaries in novel images using static information, such as color, texture, and shape. This work was funded in part by the Office of Naval Research contract #N00014-00-1-0298, in part by the Singapore-MIT Alliance agreement of 11/6/98, and in part by a National Science Foundation Graduate Student Fellowship.

Sound transmission through a fluctuating deep ocean environment is considered. It is assumed that the environment consists of a range-independent background, on which a small-scale perturbation, due for example to internal waves, is superimposed. The modal description of underwater sound propagation is used extensively. The temporal spread of modal group arrivals in weakly range-dependent deep ocean environments is considered. The phrase "modal group arrival" refers to the contribution to a transient wavefield corresponding to a fixed mode number. It is shown that there are three contributions to modal group time spreads which combine approximately in quadrature. These are the reciprocal bandwidth, a deterministic dispersive contribution, and a scattering-induced contribution. The latter two contributions are shown to be proportional to the waveguide invariant beta, a property of the background sound speed profile. The results presented are based mostly on asymptotic theory. Some extensions of the asymptotic modal theory are developed. These theoretical results are shown to agree well with full-wave numerical wavefield simulations and available exact mode theoretical results. Theoretical predictions of modal group time spreads are compared to estimates derived from data that was collected during the 2004 LOAPEX experiment. The effects of deficiencies in the receiving array on estimates of modal group time spreads are discussed. It is shown that in spite of array deficiencies in the LOAPEX measurements it is possible to estimate modal group time spreads for almost all propagating modes and these estimates agree well with results obtained from numerical simulations and the developed theory. The effect of ocean internal waves on sound speed fluctuations is also considered, motivated by the observation that the amount of energy being scattered along the propagation path is sometimes greater in the experimental data than predicted by numerical simulations and theory. It is shown that the usual assumption that the potential sound speed gradient is proportional to the squared buoyancy frequency is often not a good approximation.

Arterial pulse pressure is critically important to a number of diseases such as isolated systolic hypertension, coronary artery disease and heart failure. Determining the cause of increased pulse pressure has been hampered for two reasons. First, pulse pressure results from contraction of the heart and the load formed by the complex arterial tree. Pressure pulses travel from the heart to the peripheral arteries. As they reach a bifurcation or change in arterial wall properties, some of the pulses get reflected and propagate retrograde towards the heart. Second, two different modeling approaches (0-D and 1-D) describe the arterial system. The Windkessel model ascribed changes in pulse pressure to changes in total arterial compliance (Ctot) and total arterial resistance, whereas the transmission model ascribed them to changes in the magnitude, timing and sites of reflection. Our investigation has addressed both these limitations by finding that a complex arterial system degenerates into a simple 2-element Windkessel model when wavelength of the propagated pulse increases. This theoretical development has yielded three practical results. First, isolated systolic hypertension can be viewed as a manifestation of a system that has degenerated into a Windkessel, and thus increased pulse pressure is due to decreased Ctot. Second, the well-discussed Augmentation Index does not truly describe augmentation of pulse pressure by pulse reflection. Third, the simple 2-element Windkessel can be used to characterize the interaction among heart, arterial system and axial-flow left ventricular assist device analytically. The fact that arterial systems degenerate into Windkessels explains why it becomes much easier to estimate total arterial compliance in hypertension?total arterial compliance is the dominant determinant of pulsatile pressure.