La tomographie sismologique à l'échelle régionale peut donner des informations sur la structure profonde des continents anciens. Nous développons une méthode de tomographie en ondes de surface, puis nous l'appliquons aux ondes de Rayleigh du projet SVEKALAPKO (bouclier Balte). Cette méthode est basée sur le tracé de rais 2D, elle tient compte de la courbure des fronts d'onde incidents. Le profil moyen en vitesse des ondes S obtenu est de 4% plus rapide que des modèles de Terre standards et ne présente pas de zone à moindre vitesse. La comparaison avec des données issues de xénolithes implique une stratification chimique de la lithosphère. Le modèle 3D présente des variations latérales de +/-3% attribuées à des différences de composition des roches. La limite Archéen-Protérozoïque n'a pas de signature nette peut-être à cause d'une modification du manteau à grande échelle au cours du Protérozoïque et/ou de la structure complexe du domaine Protérozoïque, héritée de sa formation.

This thesis describes the use of a multi-amplitude minimum shift keying (MAMSK) signal in various types of wireless communication system. A MAMSK signal is a bandwidth efficient modulation scheme obtained by superimposing ℳ minimum shift keying (MSK) signals with unequal amplitudes. The overall phase of a MAMSK signal is controlled by the phase of the largest component MSK signal which allows the use of a low-complexity differential detector. A closed form expression for the average bit error rate (BER) for coherent detection of an MAMSK in AWGN is derived and is shown to achieve the same BER as that of square constellation quadrature amplitude modulation (QAM) with the same average transmit power. We describe the design and implementation of a STBC-based MIMO radio system in conjunction with MAMSK modulation. The proposed system provides high capacity data transmission by carrying information not only in the phases but also in the amplitude. Despite using a simple MAMSK differential receiver the system achieves performance within 1 dB of coherent detection. The existing MSK modems in conjunction with STBC could easily be modified to construct the proposed system. The MAMSK modulation scheme is extended to a multiuser relaying network where two nodes cooperate in a half-duplex environment to achieve diversity gain. The cooperative scheme is based on superposition modulation using a decode-and-forward (DF) strategy. In the proposed scheme, each node simultaneously transmits its own and the relayed signals by superimposing one on the other. A MAMSK signal is an excellent choice for this type of cooperative communication due its being obtained by a superposition technique. The proposed system exploits the overall phase of a MAMSK signal which allows differential detection and as a result it provides the lowest decoding complexity and memory requirements among the existing superposition based cooperation schemes. The performance of the system is evaluated by simulation, where it is shown that the MAMSK cooperative system outperforms a conventional DF scheme in terms of both power and bandwidth efficiency.

Traditional wireless networks are regulated by a fixed spectrum assignment policy. This results in situations where most of the allocated radio spectrum is not utilized. In order to address this spectrum underutilization, cognitive radio (CR) has emerged as a promising solution. Spectrum sensing is an essential component in CR networks to discover spectrum opportunities. The most common spectrum sensing techniques are energy detection, matched filtering or cyclostationary feature detection, which aim to maximize the probability of detection subject to a certain false alarm rate. Besides probability of detection, detection delay is also a crucial criterion in spectrum sensing. In an interweave CR network, quick detection of the absence of primary user (PU), which is the owner of the licensed spectrum, allows good utilization of unused spectrum, while quick detection of PU transmission is important to avoid any harmful interference. This thesis consider quickest spectrum sensing, where the aim is to detect the PU with minimal detection delay subject to a certain false alarm rate. In the earlier chapters of this thesis, a single antenna cognitive user (CU) is considered and we study quickest spectrum sensing performance in Gaussian channel and classical fading channel models, including Rayleigh, Rician, Nakagami-m and a long-tailed channel. We prove that the power of the complex received signal is a sufficient statistic and derive the probability density function (pdf) of the received signal amplitude for all of the fading cases. The novel derivation of the pdfs of the amplitude of the received signal for the Rayleigh, Rician and Nakagami-m channels uses an approach which avoids numerical integration. We also consider the event of a mis-matched channel, where the cumulative sum (CUSUM) detector is designed for a specific channel, but a different channel is experienced. This scenario could occur in CR network as the channel may not be known and hence the CUSUM detector may be experiencing a different channel. Simulations results illustrate that the average detection delay depends greatly on the channel but very little on the nature of the detector. Hence, the simplest time-invariant detector can be employed with minimal performance loss. Theoretical expressions for the distribution of detection delay for the time-invariant CUSUM detector, with single antenna CU are developed. These are useful for a more detailed analysis of the quickest spectrum sensing performance. We present several techniques to approximate the distribution of detection delay, including deriving a novel closed-form expression for the detection delay distribution when the received signal experiences a Gaussian channel. We also derive novel approximations for the distribution of detection delay for the general case due to the absence of a general framework. Most of the techniques are general and can be applied to any independent and identically distributed (i.i.d) channel. Results show that different signal-to-noise ratio (SNR) and detection delay conditions require different methods in order to achieve good approximations of the detection delay distributions. The remarkably simple Brownian motion approach gives the best approximation for longer detection delays. In addition, results show that the type of fading channel has very little impact on long detection delays. In later chapters of this thesis, we employ multiple receive antennas at the CU. In particular, we study the performance of multi-antenna quickest spectrum sensing when the received signal experiences Gaussian, independent and correlated Rayleigh and Rician channels. The pdfs of the received signals required to form the CUSUM detector are derived for each of the scenarios. The extension into multiple antennas allows us to gain some insight into the reduction in detection delay that multiple antennas can provide. Results show that the sensing performance increases with an increasing Rician K-factor. In addition, channel correlation has little impact on the sensing performance at high SNR, whereas at low SNR, increasing correlation between channels improves the quickest spectrum sensing performance. We also consider mis-matched channel conditions and show that the quickest spectrum sensing performance at a particular correlation coefficient or Rician K-factor depends heavily on the true channel irrespective of the number of antennas at the CU and is relatively insensitive to the channel used to design the CUSUM detector. Hence, a simple multi-antenna time-invariant detector can be employed. Based on the results obtained in the earlier chapters, we derive theoretical expressions for the detection delay distribution when multiple receive antennas are employed at the CU. In particular, the approximation of the detection delay distribution is based on the Brownian motion approach.

No description available.

Approved for public release, distribution is unlimited / The Free Electron Laser has the potential to become a revolutionary weapon system. Deep magazines, low cost-per-shot, pinpoint accuracy, and speed of light delivery give this developing weapon system significant advantages over conventional systems. One limiting factor in high energy laser implementation is thermal blooming, a lensing effect which is caused by the quick heating of the atmosphere, so that the laser beam does not focus on the desired spot, thereby degrading the effectiveness of the laser on target. The use of multiple beam directors focusing on a target from a single platform may mitigate thermal blooming by allowing half of the laser's energy to travel through a given volume of air, so that they only overlap very near the target. Less energy traveling through a given volume of space means less heating, and therefore lessens the effects of thermal blooming. Also, simulations of FEL's were conducted modifying parameters such as the number of undulator periods, electron beam focus, the normalized Rayleigh length, and mirror output coupling, in order to determine optimum design parameters. New parameters for the next proposed FEL were simulated to examine the effect of mirror tilt on laser power and extraction as well. / Lieutenant, United States Navy

[pt] Um dos grandes desafios da computação gráfica é conseguir representar ambientes virtuais que assemelham-se aos ambientes reais observados pelos seres humanos em seu dia-a-dia. A fim de alcançar essa representação, diversos estudos foram realizados na área de renderização fotorealística e, principalmente, na que diz respeito à modelagem física e representação de fenômenos naturais. Esse estudo propõe explicar e analisar técnicas que representam o fenômeno de dispersão atmosférica; responsável por definir a cor da atmosfera/céu. Para alcançar esse objetivo, serão apresentadas duas técnicas: uma técnica baseada em um modelo físico e outra baseada em um modelo analítico e de aproximações. Esse estudo apresenta os detalhes de cada uma das técnicas e apresenta um comparativo para auxiliar na escolha da técnica de acordo com a necessidade e os requisitos da aplicação que irá representar o fenômeno de dispersão atmosférica. / [en] One of the greatest challenges of computer graphics is to represent virtual environments that resemble real environments observed by humans in their day-to-day. In order to achieve this representation, several studies have been conducted in the area of photorealistic rendering, and especially in regards to physical modelling and representation of natural phenomena. This study aims to explain and analyze techniques that represent the phenomenon of atmospheric scattering; responsible for setting the color of atmosphere/sky. To achieve this goal, two techniques are presented: one based on a physical model and the other based on an analytical model and approximations. This study presents the details of each technique and a comparative to help in choosing the technique according to the need and requirements of the application that will represent the phenomenon of atmospheric scattering.

L'objectif d'un générateur de nombres aléatoires (RNG) est de produire une séquence binaire aléatoire indépendante, imprédictible et uniformément répartie. Les RNG sont nécessaires dans toutes sortes d'applications telles que la cryptographie, les télécommunications, les simulations numériques, le test de circuits VLSI ou encore les algorithmes probabilistes. Ainsi, le nombre d'applications embarquées nécessitant des RNG matériels augmente constamment, spécialement au sein des circuits reconfigurables. En vue de la conception matérielle d'un RNG, la solution est d'utiliser un générateur hybride composé d'un générateur vraiment aléatoire (TRNG) et d'un générateur pseudo-aléatoire (PRNG). Prouver mathématiquement qu'un générateur est aléatoire est généralement difficile, voire impossible. Les RNG sont souvent évalués via des tests statistiques. L'évaluation d'un TRNG est beaucoup plus complexe que celle d'un PRNG car la qualité d'un TRNG est fonction de la source de bruit utilisée, de l'environnement extérieur et de la qualité d'im- plantation au sein du circuit ciblé. Fischer et al. [FD03] ont proposé l'un des premiers TRNG totalement implantable au sein d'un circuit FPGA. Depuis, un grand nombre générateurs a été présenté dans la littérature. Un des objectifs de cette thèse a été de proposer une méthodologie objective analysant la qualité des TRNG sélectionnés au sein de circuits reconfigurables. La méthode d'évaluation, rapide et efficace est basée sur l'utilisation de tests statistiques matériels proposés par l'AIS 31 [AIS01]. L'intérêt de la méthode est d'évaluer les TRNG au sein du même circuit FPGA afin d'analyser ceux-ci dans des conditions similaires d'uti- lisation. La version matérielle de l'AIS 31 permet d'évaluer des TRNG présentant un débit maximal de 84.2 Mbits/s. Le coût matériel de celle-ci est de 4042 LUT, soit environ 10% d'un FPGA Xilinx Virtex 5 SX50. La méthode proposée permet de trouver facilement le débit optimal des TRNG au sein d'un circuit reconfigurable. Ainsi, l'intérêt d'une pré-caractérisation du fonctionnement d'un TRNG est prouvé. À partir de l'étude précédente, un TRNG est sélectionné pour ses propriétés statistiques. Une architecture de générateur hybride permettant de produire des nombres aléatoires uniformes à très haut débit est ensuite proposée. Cependant, malgré la qualité du générateur sélectionné, l'aléa en sortie du TRNG peut varier au cours du temps à cause d'attaques externes possibles sur le circuit, de la variation des conditions extérieures ou encore du vieillissement des composants. La qualité aléatoire de la séquence de germes produite par un TRNG est primordiale pour assurer l'imprédictibilité d'un PRNG. Afin d'améliorer la robustesse d'un TRNG, des mécanismes de tests statistiques en ligne doivent être mis en oeuvre. Ainsi, une évaluation en temps réel du comportement du générateur est réalisée et les séquences défaillances générées par celui-ci sont évitées. Cette étude propose d'utiliser une implantation efficace de la batterie du FIPS 140-2. La surface négligeable du circuit au sein des FPGA actuels et les performances obtenues par le composant permettent de contrôler la qualité du TRNG sélectionné en temps réel. Un RNG hybride à très aut débit implanté sur une cible reconfigurable et au sein d'un circuit VLSI est proposé. L'étude menée sur le RNG hybride a débouché sur un partenariat industriel et un transfert de technologie vers une société spécialisée dans le domaine de de la sécurité. Dans certaines applications, il est parfois nécessaire de générer des nombres aléatoires suivant une distribution de probabilité différente d'une loi uniforme. À partir de l'utilisation du RNG hybride proposé, l'implantation d'un générateur de nombres aléatoires gaussiens à très haut débit est présenté. Par ailleurs, le circuit implanté permet de générer efficacement des nombres aléatoires suivant une loi de Rayleigh. Après sélection d'un excellent TRNG, un PRNG à débit très élevé est recherché. La structure parallèle des automates cellulaires fait de ces PRNG une architecture très intéressante en vue d'une implantation matérielle. La seconde partie de la thèse est consacrée à la recherche de la règle optimale d'un automate cellulaire à cinq voisins. Le chapitre étudie, entre autres, le coût matériel engendré par l'implantation de tests statistiques très performants.

Cette thèse est consacrée à l'étude de la convection turbulente pour des nombres de Rayleigh (Ra) pouvant atteindre 10^14 grâce à l'utilisation de l'hélium cryogénique. Nous nous intéressons plus particulièrement au régime de convection apparaissant pour Ra≈10^12. Ce régime a été observé et interprété à Grenoble il y a une dizaine d'années, comme la transition vers le Régime Ultime de la convection prédit par R. Kraichnan en 1962. Deux signatures de ce régime avaient alors été observées : une augmentation du nombre de Nusselt (Nu) ainsi qu'un changement qualitatif sur les fluctuations de température dans le cœur de la cellule, cette dernière signature ayant été contestée en invoquant un effet de taille de capteurs. Dans un premier temps, nous confirmons la transition déjà observée sur les mesures locales de température, à partir de mesures réalisées avec un thermomètre dix fois plus petit. Ce résultat est complété par une étude de l'influence de la taille des thermomètres sur les mesures. Des thermomètres dont la taille varie de 17 microns à 2 mm ont été fabriqués dans ce but. Ensuite, nous observons indirectement une instabilité de la couche limite thermique, en accord avec les prédictions sur le Régime Ultime. Cette observation est réalisée à partir de mesures des fluctuations de température de la plaque inférieure de la cellule. Cette transition et celle sur Nu interviennent pour le même Ra. Enfin, nous écartons l'hypothèse selon laquelle la transition observée sur le transfert thermique serait associée à une transition de l'écoulement à grande échelle dans la cellule, grâce à une caractérisation de cet écoulement avant et après la transition.

L'optique non linéaire est un puissant moyen d'investigation des interfaces. Nous nous plaçons dans la configuration de Kretschmann pour réaliser de nouvelles expériences en régime picoseconde.<br />On décrit l'observation de conjugaison de phase dans deux configurations différentes: l'une dans laquelle toutes les ondes sont des plasmons de surface et l'autre dans laquelle les pompes sont des plasmons tandis que la sonde est une onde de volume. Ici, l'essentiel des processus non linéaires est d'origine thermique.<br />Dans une expérience analogue, nous réalisons le couplage d'une onde de volume au plasmon de surface correspondant par l'intermédiaire d'un réseau induit. A cette occasion, nous mettons en évidence l'excitation d'ondes acoustiques de surface.

Nous simulons numériquement les équations de Boussinesq pour la convection de Rayleigh-Bénard en récipient cylindrique. Dans la première partie, pour un rapport d'aspect d'environ 1.5, le nombre de Prandtl 1 et parois verticales isolantes, une transition d'un écoulement stationnaire axisymétrique vers des écoulements non-stationnaires est étudiée, par moyens de simulations non-linéaires, analyse de stabilité linéaire et théorie de bifurcations. Pour un nombre de Rayleigh d'environ $25\,000$, l'état axisymétrique devient instable vers les ondes azimutales stationnaires ou progressives. Les ondes stationnaires sont légèrement instables vers les ondes progressives. Ce scénario est identifié comme une bifurcation de Hopf dans un système avec une symétrie $O(2)$. Dans la deuxième partie nous étudions le phénomène de coexistence d'états stables pour le rapport d'aspect 2, le nombre de Prandtl 6.7 et les parois verticales soit parfaitement isolantes, soit parfaitement conductrices. En faisant varier le nombre de Rayleigh et les conditions initiales, nous obtenons une grande variété de motifs convectifs pour le même nombre de Rayleigh. Nous donnons un diagramme de bifurcations préliminaire, montrant les branches stables. Les résultats pour les parois verticales parfaitement isolantes sont en bon accord avec les expériences.