Objective - evaluate horses with acute airway obstruction using three treatment regimens: tapering doses of dexamethasone (DEX), environmental modification (ENV), and a combination of both treatments (DEX + ENV) by analyzing clinical parameters, pulmonary function testing, bronchoalveolar lavage fluid (BALF) cytology and BALF cell expression of the cytokines IFN-? and IL-4 Animals - 6 horses with recurrent airway obstruction (RAO) Procedures - Clinical examination, pulmonary function test, and collection of BALF prior to treatment and during 22 day treatment period Hypothesis - Alterations in clinical parameters, pulmonary function and airway inflammation in acute equine RAO will return to remission values by treating with DEX, ENV or DEX + ENV Results - All horses demonstrated clinical disease, reduced pulmonary dynamic compliance (Cdyn) and an increased maximum change in pleural pressures (?Pplmax) when in a challenge environment. All treatments improved clinical parameters, ?Pplmax and Cdyn. BALF cytology during an RAO crisis demonstrated neutrophilic inflammation. ENV or DEX + ENV resulted in a significant decrease in airway neutrophilia that was maintained throughout the treatment period. In contrast, treatment with DEX caused a reduction in airway neutrophilia initially followed by a rebound neutrophilia as the period between administrations of dexamethasone (0.05mg/kg) was increased to 72 hours. The rebound neutrophilia was not accompanied by equivalent deterioration in clinical parameters or pulmonary function. Conclusions - Environmental modification is important in the management of RAO horses. Treatment of clinical RAO with a decreasing dosage protocol of corticosteroids in the absence of environmental modification results in the persistence of airway inflammation without recrudescence of clinical disease. / Master of Science

This project is associated with statistical methods to find the unknown parameters of a model. It is the statistical investigation of the algorithm with respect to accuracy (the Cramer-Rao bound and L-curve technique) and optimization of the algorithmic parameters. This project aims to estimate the true temperature (final temperature) of a certain liquid in a container by using initial measurements (readings) from a temperature probe with a known time constant. Basically, the final temperature of the liquid was estimated, before the probe reached its final reading. The probe obeys a simple first-order differential equation model. Based on the model of the probe and the measurement data the estimate was calculated of the ’true’ temperature in the container by using a maximum likelihood approach to parameter estimation.  The initial temperature was also investigated. Modelling, analysis, calculations, and simulations of this problem were explored.

Les premières recherches en détection, localisation et séparation de signaux remontent au début du 20ème siècle. Ces recherches sont d’actualité encore aujourd’hui, notamment du fait de la croissance rapide des systèmes de communications constatée ces deux dernières décennies. Par ailleurs, la littérature du domaine consacre très peu d’études relatives à certains contextes jugés difficiles dont certains sont traités dans cette thèse. Ce travail porte sur la localisation de signaux par détection des temps d’arrivée ou estimation des directions d’arrivée et sur la séparation de sources dépendantes ou à module constant. L’idée principale est de tirer profit de certaines informations a priori disponibles sur les signaux sources telles que la parcimonie, la cyclostationarité, la non-circularité, le module constant, la structure autoregressive et les séquences pilote dans un contexte coopératif. Une première partie détaille trois contributions : (i) un nouveau détecteur pour l’estimation des temps d’arrivée basé sur la minimisation de la probabilité d’erreur ; (ii) une estimation améliorée de la puissance du bruit, basée sur les statistiques d’ordre ; (iii) une quantification de la précision et de la résolution de l’estimation des directions d’arrivée au regard de certains a priori considérés sur les sources. Une deuxième partie est consacrée à la séparation de sources exploitant différentes informations sur celles-ci : (i) la séparation de signaux de communication à module constant ; (ii) la séparation de sources dépendantes connaissant la nature de la dépendance et (iii) la séparation de sources autorégressives dépendantes connaissant la structure autorégressive. / Signal detection, localization, and separation problems date back to the beginning of the twentieth century. Nowadays, this subject is still a hot topic receiving more and more attention, notably with the rapid growth of wireless communication systems that arose in the last two decades and it turns out that many challenging aspects remain poorly addressed by the available literature relative to this subject. This thesis deals with signal detection, localization using temporal or directional measurements, and separation of dependent source signals. The main objective is to make use of some available priors about the source signals such as sparsity, cyclo-stationarity, non-circularity, constant modulus, autoregressive structure or training sequences in a cooperative framework. The first part is devoted to the analysis of (i) signal’s time-of-arrival estimation using a new minimum error rate based detector, (ii) noise power estimation using an improved order-statistics estimator and (iii) side information impact on direction-of-arrival estimation accuracy and resolution. In the second part, the source separation problem is investigated at the light of different priors about the original sources. Three kinds of prior have been considered : (i) separation of constant modulus communication signals, (ii) separation of dependent source signals knowing their dependency structure and (iii) separation of dependent autoregressive sources knowing their autoregressive structure.

Le domaine lié à ce travail est appelé « désagrégation d’énergie », où la principale préoccupation est de décomposer, ou désagréger, la consommation globale d’énergie électrique (par exemple, la consommation de tout un ménage) en une consommation détaillée donnée comme information de consommation par usage (par exemple, par appareil). Cette dernière permet d’avoir un retour sur la consommation pour les consommateurs ainsi que pour les fournisseurs et est utile pour permettre des économies d’énergie. Dans ce domaine de désagrégation d’énergie, il existe trois grandes questions auxquelles il faut répondre : qui consomme ? quand ? et combien ? Les recherches menées dans cette thèse se concentrent sur l’identification des appareils électriques, c’est-à-dire la réponse à la première question, en considérant particulièrement des appareils ménagers. À cet effet, nous utilisons le courant transitoire de mise en marche que nous modélisons en utilisant un nouveau modèle que nous avons proposé. De plus, nous utilisons les paramètres estimés de ce dernier pour la tâche d’identification. / The related field to this work is called “energy disaggregation" where the main concern is to break down, or disaggregate, the global electrical energy consumption (e.g. wholehouse consumption) into a detailed consumption given as end-use (e.g. appliance-level) consumption information. This latter gives consumption feedback to consumers and electricity providers and is helpful for energy savings. Three main questions have to be answered in the energy disaggregation field : who is consuming ? when ? and how much ? The research conducted in this thesis focuses on electrical appliances identification, i.e. the who question, considering particularly home appliances. For this purpose, we use the turn-on transient current signal which we model using a new model we proposed and use its estimated model parameters for the identification task.

L'un des enjeux majeurs pour les systèmes d'imagerie par diffraction acoustique et micro-onde, est l'amélioration des performances obtenues au moment de la reconstruction des objets étudiés. Cette amélioration peut s'effectuer par la recherche d'algorithmes d'imagerie plus performants d'une part et par la recherche d'une meilleure configuration de mesures d'autre part. La première approche (recherche d'algorithmes) permet d'améliorer le processus d'extraction de l'information présente dans un échantillon de mesures donné. Néanmoins, la qualité des résultats d'imagerie reste limitée par la quantité d'information initialement disponible. La seconde approche consiste à choisir la configuration de mesures de manière à augmenter la quantité d'information disponible dans les données. Pour cette approche, il est nécessaire de quantifier la quantité d'information dans les données. En théorie de l'estimation, ceci équivaut à quantifier la performance du système. Dans cette thèse, nous utilisons la Borne de Cramer Rao comme mesure de performance, car elle permet d'analyser la performance des systèmes de mesures sans être influencé par le choix de la méthode d'inversion utilisée. Deux analyses sont proposées dans ce manuscrit. La première consiste en l'évaluation de l'influence des facteurs expérimentaux sur la performance d'inversion. Cette analyse a été effectuée pour différents objets le tout sous une hypothèse de configuration bidimensionnelle. La seconde analyse consiste à comparer les performances de l'estimateur obtenu avec l'approximation de Born aux valeurs de la borne de Cramer Rao (BCR); l'objectif étant d'illustrer d'autres applications possibles de la BCR. / Improving the performance of diffraction based imaging systems constitutes a major issue in both acoustic and electromagnetic scattering. To solve this problem, two main approaches can be explored. The first one consists in improving the inversion algorithms used in diffraction based imaging. However, while this approach generally leads to a significant improvement of the performance of the imaging system, it remains limited by the initial amount of information available within the measurements. The second one consists in improving the measurement system in order to maximize the amount of information within the experimental data. This approach does require a quantitative mean of measuring the amount of information available. In estimation problems, the {appraisal of the} performance of the system is often used for that purpose. In this Ph.D. thesis, we use the Cramer Rao bound to assess the performance of the imaging system. In fact, this quantity has the advantage of providing an assessment which is independent from the inversion algorithm used. Two main analysis are discussed in this thesis. The first analysis explores the influence on the system's performance, of several experimental conditions such as the antennas positions, the radiation pattern of the source, the properties of the background medium, etc. Two classes of objects are considered: 2D homogeneous circular cylindrical objects and 2D cylindrical objects with defect. The second analysis studies the performance of an estimator based on Born approximation with the Cramer Rao Bound as reference. The aim of this second analysis is to showcase other possible applications for the Cramer Rao Bound.

Cette thèse porte sur l'étude des performances d'estimateurs en traitement du signal, et s'attache en particulier à étudier les bornes inférieures de l'erreur quadratique moyenne (EQM) pour l'estimation de points de rupture, afin de caractériser le comportement d'estimateurs, tels que celui du maximum de vraisemblance (dans le contexte fréquentiste), mais surtout du maximum a posteriori ou de la moyenne conditionnelle (dans le contexte bayésien). La difficulté majeure provient du fait que, pour un signal échantillonné, les paramètres d'intérêt (à savoir les points de rupture) appartiennent à un espace discret. En conséquence, les résultats asymptotiques classiques (comme la normalité asymptotique du maximum de vraisemblance) ou la borne de Cramér-Rao ne s'appliquent plus. Quelques résultats sur la distribution asymptotique du maximum de vraisemblance provenant de la communauté mathématique sont actuellement disponibles, mais leur applicabilité à des problèmes pratiques de traitement du signal n'est pas immédiate. Si l'on décide de concentrer nos efforts sur l'EQM des estimateurs comme indicateur de performance, un travail important autour des bornes inférieures de l'EQM a été réalisé ces dernières années. Plusieurs études ont ainsi permis de proposer des inégalités plus précises que la borne de Cramér-Rao. Ces dernières jouissent en outre de conditions de régularité plus faibles, et ce, même en régime non asymptotique, permettant ainsi de délimiter la plage de fonctionnement optimal des estimateurs. Le but de cette thèse est, d'une part, de compléter la caractérisation de la zone asymptotique (en particulier lorsque le rapport signal sur bruit est élevé et/ou pour un nombre d'observations infini) dans un contexte d'estimation de points de rupture. D'autre part, le but est de donner les limites fondamentales de l'EQM d'un estimateur dans la plage non asymptotique. Les outils utilisés ici sont les bornes inférieures de l’EQM de la famille Weiss-Weinstein qui est déjà connue pour être plus précise que la borne de Cramér-Rao dans les contextes, entre autres, de l’analyse spectrale et du traitement d’antenne. Nous fournissons une forme compacte de cette famille dans le cas d’un seul et de plusieurs points de ruptures puis, nous étendons notre analyse aux cas où les paramètres des distributions sont inconnus. Nous fournissons également une analyse de la robustesse de cette famille vis-à-vis des lois a priori utilisées dans nos modèles. Enfin, nous appliquons ces bornes à plusieurs problèmes pratiques : données gaussiennes, poissonniennes et processus exponentiels. / This thesis deals with the study of estimators' performance in signal processing. The focus is the analysis of the lower bounds on the Mean Square Error (MSE) for abrupt change-point estimation. Such tools will help to characterize performance of maximum likelihood estimator in the frequentist context but also maximum a posteriori and conditional mean estimators in the Bayesian context. The main difficulty comes from the fact that, when dealing with sampled signals, the parameters of interest (i.e., the change points) lie on a discrete space. Consequently, the classical large sample theory results (e.g., asymptotic normality of the maximum likelihood estimator) or the Cramér-Rao bound do not apply. Some results concerning the asymptotic distribution of the maximum likelihood only are available in the mathematics literature but are currently of limited interest for practical signal processing problems. When the MSE of estimators is chosen as performance criterion, an important amount of work has been provided concerning lower bounds on the MSE in the last years. Then, several studies have proposed new inequalities leading to tighter lower bounds in comparison with the Cramér-Rao bound. These new lower bounds have less regularity conditions and are able to handle estimators’ MSE behavior in both asymptotic and non-asymptotic areas. The goal of this thesis is to complete previous results on lower bounds in the asymptotic area (i.e. when the number of samples and/or the signal-to-noise ratio is high) for change-point estimation but, also, to provide an analysis in the non-asymptotic region. The tools used here will be the lower bounds of the Weiss-Weinstein family which are already known in signal processing to outperform the Cramér-Rao bound for applications such as spectral analysis or array processing. A closed-form expression of this family is provided for a single and multiple change points and some extensions are given when the parameters of the distributions on each segment are unknown. An analysis in terms of robustness with respect to the prior influence on our models is also provided. Finally, we apply our results to specific problems such as: Gaussian data, Poisson data and exponentially distributed data.

在統計學上我們經常會遭遇到如下的問題： minimze subject to 其中 和Ｃ都是已知。 上述非線性規劃（NONLINEAR PROGRAMING）問題的最佳解，是相當複雜的，以致於我 們無法用簡單的式子，將其解明確的表示出來。 RAO-GHANGURDE （１９７２）在“從有限母體抽樣的貝氏最佳解”這一篇文章中，對 這種非線性規劃問題，提出一個反覆演算的解法，來解決這類問題，由於，我們無法 看出其演算法的立論根據何在，收斂結果的精確性有多高，於是，本文在ｋ＝２及ｋ ＝３的情形下，由直覺的幾何觀點，提出了另一個求最佳解的方法，來驗證RAO-GHAN GURED 反覆演算法的類確性。 最後，本論文將上述非線性規劃問題的解法，應用到下面兩個例子上： （ａ）在 COCHRAN的“抽樣技巧”（ SAMPLING TECHNIQUES）這一本書裡，有關雙重 抽樣（DOUBLE SAMPLING ）的理論中，也遭遇到要解決這一類問題，但由他的公式， 所計算出來的解，並不一定會萬足所需要的限制條件。 （ｂ）在SMITH-SEDRASK （１９８２）的“推估魚群年齡成份的貝氏最佳解“和JINN -SMITH-SEDRASK（１９８７）的“推估魚群年齡成份的貝氏最佳雙重抽樣”這兩篇的 文章中，同樣的也遭遇到這一類的問題。

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Cognitive radio is a recent novel approach for the realization of intelligent and sophisticated wireless systems. Although the research and development on cognitive radio is still in the stage of infancy, there are significant interests and efforts towards realization of cognitive radio. Cognitive radio systems are envisioned to support context awareness and related systems. The context can be spectrum, environment, location, waveform, power and other radio resources. Significant amount of the studies related to cognitive radio in the literature focuses on the spectrum awareness since it is one of the most crucial features of cognitive radio systems. However, the rest of the features of cognitive radio such as location and environment awareness have not been investigated thoroughly. For instance, location aware systems are widespread and the demand for more advanced ones are growing. Therefore, the main objective of this dissertation is to develop an underlying location awareness architecture for cognitive radio systems, which is described as location awareness engine, in order to support goal driven and autonomous location aware systems. A cognitive radio conceptual model with location awareness engine and cycle is developed by inspiring from the location awareness features of human being and bat echolocation systems. Additionally, the functionalities of the engine are identified and presented. Upon providing the functionalities of location awareness engine, the focus is given to the development of cognitive positioning systems. Furthermore, range accuracy adaptation, which is a cognitive behavior of bats, is developed for cognitive positioning systems. In what follows, two main approaches are investigated in order to improve the performance of range accuracy adaptation method. The first approach is based on idea of improving the spectrum availability through hybrid underlay and overlay dynamic spectrum access method. On the other hand, the second approach emphasizes on spectrum utilization, where we study performance of range accuracy adaptation from both theoretical and practical perspectives considering whole spectrum utilization approach. Furthermore, we introduced a new spectrum utilization technique that is referred as dispersed spectrum utilization. The performance analysis of dispersed spectrum utilization approach is studied considering time delay estimation problem in cognitive positioning systems. Afterward, the performance of whole and dispersed spectrum utilization approaches are compared in the context of cognitive positioning systems. Finally, some representative advanced location aware systems for cognitive radio networks are presented in order to demonstrate some potential applications of the proposed location awareness engine in cognitive radio systems.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre des systèmes radiocommunications numériques pour des récepteurs mobiles basés sur la modulation multi-porteuse OFDM. L'objectif est de proposer des algorithmes d'estimation de canal et de suppression d'IEP pour les <br />récepteurs OFDM à grande mobilité en liaison descendante. Notre démarche est d'estimer les paramètres de propagation du canal physique tels que les retards et les variations temporelles des gains complexes du canal à trajet multiples, au lieu du canal discret équivalent. Nous avons développé une approximation à base de polynôme pour l'évolution des gains complexes d'un canal multi-trajet de type Rayleigh avec un spectre de Jakes. En se basant sur cette modélisation polynomiale, nous avons présenté une étude théorique sur les Bornes de Cramér-Rao Bayésiennes (BCRBs) pour l'estimation des gains complexes du canal, en supposant les délais des trajets connus. Enfin, nous avons développé et analysé trois algorithmes itératifs d'estimation des variations temporelles des gains complexes (à l'intérieur d'un symbole OFDM) et de suppression d'IEP pour des récepteurs à grande mobilité. Les deux premiers sont basés sur l'interpolation (passe-bas ou polynomiale) des valeurs moyennes estimées et sur un égaliseur SSI. Ils ont montré de bonnes performances pour des récepteurs à vitesses modérées (i.e., fd.T <= 0.1). Le troisième algorithme est basé sur une modélisation AR et un filtre de Kalman pour estimer les coefficients polynomiaux des gains complexes, et sur un égaliseur QR. Il a fait preuve de bonnes performances pour des récepteurs à vitesses très élevées (i.e. , fd.T> 0.1).