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Au cours des deux dernières décennies, les signaux chaotiques ont été de plusen plus pris en compte dans les télécommunications, traitement du signal ou transmissionssécurisées. De nombreux articles ont été publiés qui étudient la densitéspectrale de puissance (DSP) des signaux générés par des transformations spécifiques.La concentration sur la DSP est due à l’importance de la fréquence dans lestélécommunications et la transmission sécurisée. Grâce au grand nombre de systèmessans fil, la disponibilité des fréquences de transmission et de réception est de plus enplus rare pour les communications sans fil. Aussi, les médias guidés ont des limitationsliées à la bande passante du signal. Dans cette thèse, nous étudions certainespropriétés associées à la bifurcation collision de frontière pour une transformationunidimensionnelle linéaire par morceaux avec trois pentes et deux paramètres. Nouscalculons les expressions analytiques de l’autocorrélation et de la densité spectralede puissance des signaux chaotiques générés par les transformations linéaires parmorceaux. Nous montrons l’existence d’une forte relation entre les différents typesde densité spectrale de puissance (passe-bas, passe-haut ou coupe-bande) et les paramètresde bifurcation. Nous notons également en évidence une relation entre le typede spectre et l’ordre des cycles attractifs. Le type du spectre dépend de l’existencedes orbites périodiques au-delà de la bifurcation de collision de frontière qui a donnénaissance au chaos. Nous utilisons ensuite les transformations chaotiques pour étudierla fonction d’ambiguïté. Nous combinons quelques transformations chaotiquesbien déterminées pour obtenir un spectre large bande avec une bonne fonction d’ambiguïtéqui peut être utilisée en système radar / During the two last decades, chaotic signals have been increasingly consideredin telecommunications, signal processing or secure transmissions. Many papers haveappeared which study the power spectral density (PSD) of signals issued from somespecific maps. This interest in the PSD is due to the importance of frequency in thetelecommunications and transmission security. With the large number of wirelesssystems, the availability of frequencies for transmission and reception is increasinglyuncommon for wireless communications. Also, guided media have limitations relatedto the bandwidth of a signal. In this thesis, we investigate some properties associatedto the border-collision bifurcations in a one-dimensional piecewise-linear map withthree slopes and two parameters. We derive analytical expressions for the autocorrelationsequence, power spectral density of chaotic signals generated by our piecewiselinearmap. We prove the existence of strong relation between different types of thepower spectral density (low-pass, high-pass or band-stop) and the parameters. Wealso find a relation between the type of spectrum and the order of attractive cycleswhich are located after the border collision bifurcation between chaos and cycles.We use the chaotic transformations to study the ambiguity function. We combinesome chaotic transformations well determined to obtain a broadband spectrum witha good ambiguity function that can be used in radar systems

En raison du nombre croissant des populations vivant sur les littoraux, il devient capital de caractériser ces milieux ainsi que leurs évolutions. De par sa diversité instrumentale, la télédétection spatiale présente des possibilités exceptionnelles pour analyser les caractéristiques des littoraux. Ce travail porte sur l'étude de certaines propriétés du littoral à l'aide des images de télédétection. Le trait de côte caractérise la position du rivage. Sous certaines conditions (tempêtes, raz de marée ...), ce dernier peut évoluer rapidement et dans des proportions importantes. À l'aide des radars imageurs, il est possible d'observer les littoraux dans de telles situations. Pour extraire le trait de côte, nous proposons une méthode exploitant la texture de ces images. Cette méthode est évaluée en la comparant avec d'autres méthodes sur un site étalonné, ainsi que sur d'autres sites et avec des instruments différents. Ce travail porte aussi sur l'analyse du milieu côtier à l'aide d'instruments optiques. Nous montrons que les méthodes usuelles d'analyse permettent, en général, de ne traiter qu'une seule caractéristique parmi l'ensemble. Cette façon d'opérer nous a conduit à définir une méthode plus générale pour analyser les caractéristiques optiques du milieu marin non plus séparément mais ensemble. Basée sur une modélisation du transfert radiatif dans les eaux côtières, cette méthode offre des informations sur les natures de l'eau, des fonds marins et sur la profondeur. Cette méthode est évaluée à l'aide de simulations numériques. Elle est ensuite appliquée sur des images acquises avec un spectromètre aéroporté et avec un radiomètre spatial. Ces exemples montrent que cette méthode offre des résultats prometteurs pour l'étude des eaux côtières. Cette étude montre la complémentarité des instruments spatiaux pour l'étude du littoral. Pour obtenir des cartes riches et précises, nous montrons qu'il faut tenir compte d'images acquises à des dates distinctes et avec des instruments différents.

The motivation of this thesis is to propose a robust control technique for a laser beam system with target estimation. The laser beam is meant to track and fall on a particular portion of the target until the operation is accomplished. There are many applications of such a system. For example, laser range finder uses laser beam to determine the distance of the target from the source. Recently, unmanned aerial drones have been developed that run on laser power. Drone batteries can be recharged with power sup-ply from laser source on the ground. Laser is also used in high energy laser weapon for defence applications. However, laser beams travelling long distances deviate from the desired location on the target due to continually changing atmospheric parameters (jitter effect) such as pressure, temperature, humidity and wind speed. This deviation error is controlled precisely using a lightweight fast steering mirror (FSM) for fine correction. Furthermore, for a moving target, minimizing the deviation of the beam is not sufficient. Hence, in coarse correction, the target has to be tracked by determining its position and assigning the corresponding azimuth and elevation angles to the laser sources. Once these firing angles are settled within an accuracy of +3 mrad, the effort for minimizing the beam deviation (fine correction) takes place to improve the accu-racy to +10 rad. The beam deviation due to jitter effect is measured by a narrow field of view (NFOV) camera at a high frame rate (1000 frames per second), which takes one frame to com-pute this error information. As a result, controller receives error information witha delay from NFOV. This data cannot be modelled for prediction and hence, a few promising data driven techniques have been implemented for one step ahead prediction of the beam deviation. The predictions are performed over a set of sliding window data online after rejecting the outliers through least square approximated straight line. In time domain, methods like auto-regressive least square, polynomial extrapolation (zeroth, first and second order), Chebyshev polynomial extrapolation, spline curve extrapolation are implemented. Further, a convex combination of zeroth order hold and spline extrapolation is implemented. In frequency domain, Fourier series-Fourier transform and L-point Discrete Fourier Transform stretching are implemented where the frequency component of the signal are analysed properly and propagated for one step ahead prediction. After one step ahead prediction, three nominal controllers (PID, DI and DLQR) are designed such that the output of FSM tracks the predicted beam deviation and the performances of these controllers are compared. Since the FSM is excited by high frequency signals, its performance degrades, which leads to parameter degradation in the mathematical model. Hence, three adaptive controllers have been implemented, namely, model reference adaptive control (MRAC), model reference adaptive sliding mode control (MRASMC) and model following neuro-adaptive control (MFNAC). The parameters of the FSM model are degraded up to 20% and the model is augmented with cross coupling terms because the same mirror is used for horizontal and vertical beam deviation. With this condition, the tracking performance and control rate energy consumption of the implemented adaptive controllers are analysed to choose the best among them. For a moving target, in coarse correction, two tracking radars are placed to measure the position of the target. However, this information is assumed to be noisy, for which an extended Kalman filter is implemented. Once the position of the target is known, the desired firing angles of the laser sources are determined. Given the laser source steering mathematical model, a controller is designed such that it tracks the desired firing angle. Once the residual error of the coarse correction settles inside 3 mrad, fine correction takes part to reduce the residual error to 10 rad. The residual error magnitude of the proposed mechanization was analysed for a moving target by perturbing the FSM model by 20% and zeroth order hold predictor with different combinations of angle tolerance and frame tolerance.

Phased array weather radar antennas with beam steering capabilities are suitable alternatives to weather radars with mechanically scanning reflector antennas. Dual-polarized phased-array weather radar antennas, however, demand careful assessment of the x-polar characteristics. The low x-pol radiation of polarimetric weather radar antennas is of significant importance for the proper classification and qualitative estimation of hydrometeors in illuminate volumes. Unfortunately, array antennas display changing x-pol contributions during the electronical beam steering process. Typically, the x-pol radiation will be substantially increased in the co-polar main beam direction but also in other angular directions. Consequently, it is a vital challenge to design arrays with low x-pol contribution during beam steering. In this dissertation a new phased-array weather radar concept is developed. The phased array system configuration can be used to substitute state-of-the-art weather radars with reflector antennas. Furthermore, a dense network of these phased-array radars can be used to substitute a network of high power weather radars, which are used nowadays. The research focus of this work is the development of a dual-polarized microstrip patch antenna with phased-array capability and very high polarization purity. In this regard, new graphical techniques are developed to investigate the causes and the reduction of the x-pol radiation of isolated (stand-alone) microstrip patch antennas. To further reduce the x-pol contribution of antennas, optimization methods have been investigated, evaluated and developed. For the first time in literature, differential-feed antenna arrays are compared to excitation optimized single-feed antenna arrays in their x-pol contribution in the boresight direction and during beam steering. In particular, two dual-polarized 4x8 antenna arrays have been developed and simulated by CST MWS, produced as multilayer PCB and verified at the compact antenna test range at RWTH Aachen. The results show that the x-pol contributions of arrays are significantly reduced for differentially-feed antenna arrays, even when beam steering is performed. During the azimuth scan of 120_ a record setting x-pol suppression of -45 dB and -36 dB could be measured for the horizontal and vertical polarization channels, respectively. / Wetterradarsysteme mit phasengesteuerten Antennen stellen eine echte Alternative zu Wetterradarsystemen mit mechanisch drehenden Reflektorantennen dar. Dual-polarisierte phasengesteuerte Antennen müssen jedoch sehr genau in ihrem Kreuzpolarisationsverhalten verifiziert werden, um für den Wetterradarbereich von Nutzen zu sein. Die Unterdrückung der kreuzpolaren Anteile von Radarantennen ist von fundamentaler Bedeutung, um Hydrometeore mit Hilfe von polarimetrischen Wetterradarsystemen klassifizieren und qualitativ bestimmen zu können. Die hohe Anforderung an Polarisationsreinheit ist mit aktuell erhältlichen Arraydesigns nur schwierig zu realisieren, da sich die Kreuzpolarisationsunterdrückung während des elektronischen Schwenks der Hauptkeule signifikant verschlechtert. Diese Dissertation stellt ein Wetterradar Systemkonzept mit phasengesteuerter Gruppenantenne vor, welches die aktuell genutzten Wetterradare mit Reflektorantennen ablösen könnte. Der Fokus der Arbeit wurde auf die Entwicklung einer Dual-polarimetrischen, polarisationsreinen und phasengesteuerten Mikrostreifenleiterantennen gelegt. Hierbei wurden neue grafische Verfahren entwickelt, die es ermöglichen, die Generierung der kreuzpolaren Anteile von isolierten Patchantennen (Einzelpatche) zu erklären und zu minimieren. Um die kreuzpolaren Anteile weiter herabzusetzen wurden Optimierungsverfahren für Arrayantennen erforscht, bewertet und neu entwickelt. Zum ersten Mal wurden differentiell gespeiste mit einzeln gespeisten Antennenarrays in ihrem Kreuzpolarisationsverhalten während des elektronischen Schwenks der Hauptkeule verglichen. Zwei Dual- polarimetrische 4x8 Antennenarrays (differentiell gespeist und mit optimierter Phasenansteuerung) wurden zu diesem Zweck mittels CST MWS entworfen, simuliert, als Multilagenplatine gefertigt und an der Antennentestanlage der RWTH Aachen vermessen. Die Resultate zeigen, dass die Kreuzpolarisationsanteile bei differentiell gespeisten Mikrostreifenleiterantennen in Gruppenkonfiguration, selbst beim elektronischen Schwenk der Hauptkeule, signifikant minimiert werden konnten. Für einen azimutalen Scanbereich von 120_ konnte eine exzellente Kreuzpolarisationsunterdrückung zwischen -45 dB und -36 dB messtechnisch für den horizontalen und vertikalen Polarisationskanal nachgewiesen werden.