Les communications mobiles sans fil ont connu un progrès très rapide pendant les dernières décennies. Ca a commencé avec les services vocaux offerts par les systèmes de la première génération en 1980, arrivant jusqu'aux systèmes de la quatrième génération avec des services internet haut débit et un nombre important d'utilisateurs, et dans quelques années les systèmes de la cinquième génération avec encore plus de débit et d'utilisateurs. En effet, les caractéristiques essentielles qui définissent les services et les qualités des services dans les systèmes de communication sans fil sont: le débit, la fiabilité de transmission et le nombre d'utilisateurs. Ces caractéristiques sont fortement dépendantes et liées entre elles, et sont soumises à la gestion des interférences entre les différents utilisateurs. Les interférences entre-utilisateurs arrivent quand plusieurs émetteurs, dans une même zone, envoient simultanément à leurs propres destinataires en partageant la même bande de fréquence. Dans cette thèse, nous nous intéressons à la gestion d'interférence entre utilisateurs, méthodes classiques et avancées, de deux côtés émission et réception. Ensuite, nous proposons des nouvelles contributions dans des différents contextes afin d'améliorer les performances. Cette thèse est divisée en plusieurs parties. Dans la première partie, une présentation concise de l'état de l'art sur des techniques de gestion et de réduction d'interférences entre utilisateurs. Ensuite, nous introduisons le concept d'une méthode dite d'Alignement d'Interférence, où nous proposons des améliorations algorithmiques dans les canaux mono-antenne afin d'augmenter le débit. Enfin, nous supposons les deux cas suivants: l'application et l'absence du schéma d'IA à l'émission, et nous proposons d'utiliser des méthodes existantes ou bien nouvelles pour la détection du côté récepteur.

L'allocation des ressources dans les systèmes OFDM, ou DMT, a été l'objet de nombreuses publications depuis la fin des années 1980. Avec le développement des communications par courant porteur, aussi bien pour les réseaux d'accès, les réseaux domestiques que les réseaux embarqués, ce thème de l'allocation des ressources dans les systèmes OFDM est toujours d'actualité. La forme d'onde résultant de l'ajout d'un précodage linéaire aux systèmes OFDM, bien connue en radiomobile sous le sigle MC-CDMA, n'était ni exploitée ni étudiée dans le cadre des communications filaires. En radiomobile, le précodage offre une flexibilité supplémentaire. Est-ce que ce précodage peut apporter un gain dans les systèmes filaires ? J'ai cherché à répondre à cette question en faisant de ce thème de l'allocation des ressources dans les systèmes à transmission orthogonale et linéairement précodés l'axe central de mes travaux de recherche.

Ces travaux de thèse se focalisent sur l'amélioration de la prise en charge des mouvements physiologiques qui dégradent la qualité du traitement du cancer par radiothérapie externe. L'erreur de localisation du volume tumoral détecté par imagerie est dépendante du repositionnement du patient par rapport à l'accélérateur linéaire de traitement. Une deuxième source d'incertitude concerne les localisations pulmonaires et des seins : le mouvement respiratoire induit un déplacement de la tumeur. Des marges sont alors ajoutées au volume détecté afin de certifier la délivrance de dose prescrite à la tumeur. L'enjeu de la réduction de ces marges est important cliniquement pour limiter les risques de cancers ultérieurs pour les tissus sains et organes à risques proches de la tumeur. Cependant, l'apparition de scanners 3D capturant les surfaces de manière dynamique sans nocivité permet le développement de systèmes optimisant la gestion de ces mouvements, c'est pourquoi ce travail de thèse a cherché à évaluer une caméra Temps-de-Vol pour sa capacité à suivre une déformation surfacique dynamiquement. En effet, la prédiction du mouvement interne dû à la respiration par l'observation et l'estimation en temps réel du mouvement surfacique externe constitue le point-clef d'une irradiation compensant la respiration. De même, le recalage et la surveillance dynamique de la surface d'un patient pendant une fraction du traitement permet d'améliorer son repositionnement inter et intra-fraction. Les capacités de la Caméra Temps-de-Vol comme scanner 3D permettant un tel suivi sont démontrées dans ce travail. La compréhension de l'influence des paramètres d'observation, la réduction du bruit de mesure ainsi que la création de systèmes bi-caméras amènent à une augmentation sensible de la précision et de la robustesse des estimations. Le développement de méthodes innovantes d'extraction de la déformation à partir des nuages de points 3D permet enfin d'obtenir une estimation précise et exhaustive d'une déformation surfacique en temps réel. Au final, les méthodologies développées montrent que l'on peut connaitre le mouvement respiratoire externe dans la direction antéro-postérieure avec une précision millimétrique à l'échelle d'un seul point en temps réel. De même, la fusion des informations 2D et 3D fournies par la caméra permet d'estimer la déformation tridimensionnelle avec une précision inférieure à deux millimètres, et ceci plusieurs fois par seconde. Enfin, une étude clinique pour le repositionnement montre la bonne capacité d'un système bi-caméras à détecter et estimer une translation et semble indiquer que l'analyse par surface ne permet pas de détecter un mauvais alignement interne.

Les radars à synthèse d'ouverture (Synthetic Aperture Radar ou SAR) permettent de fournir des images à très haute résolution de la surface de la Terre. Les algorithmes de classification traditionnels se basent sur une hypothèse de bruit gaussien comme modèle de signal, qui est rapidement mise en défaut lorsque l'environnement devient inhomogène ou impulsionnel, comme c'est particulièrement le cas dans les images SAR polarimétriques haute résolution, notamment au niveau des zones urbaines. L'utilisation d'un modèle de bruit composé, appelé modèle SIRV, permet de mieux prendre en compte ces phénomènes et de représenter la réalité de manière plus adéquate. Cette thèse s'emploie alors à étudier l'application et l'impact de ce modèle pour la classification des images SAR polarimétriques afin d'améliorer l'interprétation des classifications au sens de la polarimétrie et à proposer des outils adaptés à ce nouveau modèle. En effet, il apparaît rapidement que les techniques classiques utilisent en réalité beaucoup plus l'information relative à la puissance de chaque pixel plutôt qu'à la polarimétrie pour la classification. Par ailleurs, les techniques de classification traditionnelles font régulièrement appel à la moyenne de matrices de covariance, calculée comme une moyenne arithmétique. Cependant, étant donnée la nature riemannienne de l'espace des matrices de covariance, cette définition n'est pas applicable et il est nécessaire d'employer une définition plus adaptée à cette structure riemannienne. Nous mettons en évidence l'intérêt d'utiliser un modèle de bruit non gaussien sur des données réelles et nous proposons plusieurs approches pour tirer parti de l'information polarimétrique qu'il apporte. L'apport de la géométrie de l'information pour le calcul de la moyenne est de même étudié, sur des données simulées mais également sur des données réelles acquises par l'ONERA. Enfin, une étude préliminaire d'une extension de ces travaux au cas de l'imagerie hyperspectrale est proposée, de par la proximité de ce type de données avec les données SAR polarimétriques.

Le thème général de ma recherche est la caractérisation des problèmes conjoints détection-estimation les plus fréquemment rencontrés en écoute active ou passive (radar, télécoms, sonar, ...) : l'estimation des paramètres déterministes (non aléatoires) d'un signal d'intérêt intermittent en présence d'un environnement permanent. Ce problème peut être modélisé par un test d'hypothèses binaires : H0 (environnement seul) et H1 (environnement et signal d'intérêt). L'intérêt premier pour l'estimation des paramètres déterministes provient de mon domaine d'application professionnel : le radar actif où l'approche à paramètres déterministe est privilégiée. Dans le cadre de paramètres déterministes, cette recherche peut s'aborder graduellement (en terme de difficulté théorique et calculatoire) sous deux axes : * l'étude des performances en estimation non conditionnelle (sans test de détection préalable) par le biais des bornes de performance en estimation. Dans ce cas il n'y a qu'un seul modèle d'observation H1. * l'étude des performances en estimation conditionnelle (avec test de détection préalable), c'est à dire la caractérisation des problèmes conjoints détection-estimation. Cette étude est réalisée par le biais des bornes de performance conditionnelle appliquées à deux modèles d'observation particuliers (l'antenne monopulse et le modèle d'observation gaussien déterministe) pour lesquels certains calculs analytiques sont accessibles.

This thesis is concerned with the modelling of Global Positioning System (GPS) phase multipath. GPS is increasingly used for very high precision (centimetre level) engineering surveying applications such as setting out on construction sites and the control of major civil engineering plant (e.g. bulldozers, graders and pavement layers). In such applications the phase of the carrier signal is the basic observable and the dominant error source is multipath (electromagnetic reflections of the carrier waves from surfaces in the surroundings of the antennas). The work contained in the thesis has been carried out in collaboration with the LCPC (Laboratoire Central des Ponts et Chaussées) in Nantes, France, which made available its test facility and Leica Geosystems, Heerbrugg, Switzerland, a GPS manufacturer, which funded the work and which made available modified equipment for testing. The specific subject of the research is the assessment and improvement of the capabilities of a Phase Multipath Mitigation Window correlator (PMMW) to model GPS multipath phase errors. The phase window correlator is a new sampling technique dedicated to the estimation of multipath errors in phase measurements. The thesis contains background material on GPS multipath mitigation and on several existing patents related to the PMMW technique. The main contribution of the work relates to : - The rigorous mathematical modelling of multipath, starting from the physics of the phenomenon, right through to the phase measurement process itself, particularly that based on the PMMW correlator ; - The design of a general testing methodology in a controlled environment to assess the efficacy of multipath mitigation techniques ; - The carrying out of full-scale experiments at the LCPC in both static and kinematic modes and the assessment of the performances and limitations of the PMMW correlator ; - Initial investigations into the design of a new real-time correction strategy for phase multipath phase errors based on a combination of multipath observables including the signal-to-noise ratio, the output from the PMMW correlator and an estimation of the code multipath errors from dual frequency phase data. A key feature of the new strategy is its ability to overcome the major limitation of the PMMW technique, i.e. its insensitivity to multipath caused by very close reflectors. It enables the multipath corrupted phase measurements to be improved by 10 % in average in this case, whereas the PMMW corrections on their own had almost no effect.

Dans cette thèse, nous nous intéressons à la détection de concepts sémantiques dans des films "Hollywoodiens" à l'aide de concepts audio et vidéos, dans le cadre applicatif de la détection de violence. Nos travaux se portent sur deux axes : la détection de concepts audio violents, tels que les coups de feu et les explosions, puis la détection de violence, dans un premier temps uniquement fondée sur l'audio, et dans un deuxième temps fondée sur l'audio et la vidéo. Dans le cadre de la détection de concepts audio, nous mettons tout d'abord un problème de généralisation en lumière, et nous montrons que ce problème est probablement dû à une divergence statistique entre les attributs audio extraits des films. Nous proposons pour résoudre ce problème d'utiliser le concept des mots audio, de façon à réduire cette variabilité en groupant les échantillons par similarité, associé à des réseaux Bayésiens contextuels. Les résultats obtenus sont très encourageants, et une comparaison avec un état de l'art obtenu sur les même données montre que les résultats sont équivalents. Le système obtenu peut être soit très robuste vis-à-vis du seuil appliqué en utilisant la fusion précoce des attributs, soit proposer une grande variété de points de fonctionnement. Nous proposons enfin une adaptation de l'analyse factorielle développée dans le cadre de la reconnaissance du locuteur, et montrons que son intégration dans notre système améliore les résultats obtenus. Dans le cadre de la détection de violence, nous présentons la campagne d'évaluation MediaEval Affect Task 2012, dont l'objectif est de regrouper les équipes travaillant sur le sujet de la détection de violence. Nous proposons ensuite trois systèmes pour détecter la violence, deux fondés uniquement sur l'audio, le premier utilisant une description TF-IDF, et le second étant une intégration du système de détection de concepts audio dans le cadre de la détection violence, et un système multimodal utilisant l'apprentissage de structures de graphe dans des réseaux bayésiens. Les performances obtenues dans le cadre des différents systèmes, et une comparaison avec les systèmes développés dans le cadre de MediaEval, montrent que nous sommes au niveau de l'état de l'art, et révèlent la complexité de tels systèmes.

Les modulations multiporteuses apparaissent aujourd'hui comme une technologie éprouvée pour la transmission de données à haut-débits sur des canaux pouvant être très perturbés. L'OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) a d'ailleurs été choisie dans plusieurs normes de télécommunications (ADSL, Wi-Max, IEEE 802.11a/g/n, LTE, DVB,...). Cependant un des inconvénients de ce type de modulation est la forte variation de la puissance instantanée à transmettre. Cette propriété rend ces modulations très sensibles aux non-linéarités des composants analogiques, en particulier celles de l'amplificateur de puissance à l'émission. Or l'amplificateur de puissance est un élément déterminant dans une chaîne de communication dans la mesure où il a une influence prépondérante sur le bilan global de la transmission en termes de puissance, de rendement et de distorsion. Plus l'on souhaite que l'impact de ses non linéarités soit faible et plus son rendement est faible, et inversement. Il est donc nécessaire d'effectuer un compromis linéarité/rendement.L'objectif de la thèse est d'éviter cette détérioration du rendement tout en conservant de bonnes performances de linéarité, de surcroit pour des signaux OFDM. Pour ce faire nous proposons d'utiliser conjointement des méthodes de linéarisation (prédistorsion numérique en bande de base) et d'amélioration du rendement (envelope tracking) de l'amplificateur de puissance ainsi qu'une méthode de réduction de la dynamique du signal (active constellation extension). La prédistorsion numérique classique échouant aux fortes puissances, nous proposons une méthode d'amélioration de cette technique à ces puissances. Nos résultats sont validés par des mesures sur un amplificateur de puissance 50W. Nous proposons également une association des méthodes permettant d'améliorer simultanément les performances en terme de linéarité hors bande et de rendement en minimisant les dégradations des performances de taux d'erreur binaire.

Les Interfaces Cerveau Machine (ICM) sont des dispositifs d'un type nouveau permettant la communication directe entre le cerveau d'un utilisateur et une machine. De tels dispositifs peuvent être réalisés grâce à la mesure non-invasive d'informations provenant du cortex par électroencéphalographie (EEG). Un des enjeux principaux du domaine est de réussir à extraire en temps réel, à partir d'une source d'information très limitée et bruitée, un signal de commande robuste et suffisamment complexe pour permettre le contrôle d'un programme ou d'un effecteur. Dans cette thèse nous avons contribué à l'amélioration des ICM sur trois points. Tout d'abord, nous avons exploré la possibilité d'augmenter la résolution spatiale de l'EEG en utilisant des méthodes permettant de construire l'activité corticale en temps réel. D'autre part, inspirés par une ICM utilisant l'imagination motrice des pieds pour envoyer une commande unique, nous nous sommes intéressés aux signaux produits par l'imagination de mouvements brefs. Cela nous a permis de développer un nouveau type d'ICM appelé bouton commandé par la pensée. Une telle ICM permet à l'utilisateur d'envoyer, de façon asynchrone, plusieurs commandes en imaginant différents mouvements. Finalement, nous avons développé une méthode, basée sur la théorie des bandits stochastiques, pour sélectionner automatiquement et efficacement le mouvement imaginé le plus discernable de l'état de repos et permettant ainsi le meilleur contrôle de l'ICM. En parallèle, nous avons développé une boîte à outils Matlab qui automatise l'ajustement des paramètres et la comparaison des différentes méthodes utilisées pour réaliser une ICM.

Cette thèse est consacrée à l'étude des distributions énergétiques temps-fréquence et temps-échelle, qui sont deux types de représentations conjointes bilinéaires de signaux. Bien que leurs vocations respectives diffèrent, on montre dans une première partie qu'il est possible d'unifier le cadre de leur étude en les présentant comme des représentations unitaires dans un espace de Hilbert, de groupes algébriques munis de règes opératorielles particulières. Ainsi, la classe de Cohen, représentation unitaire du groupe de Weyl-Heisenberg, est attachée à des propriétés naturelles de covariance par translation en temps et en fréquence. Les distributions temps-échelle de la classe affine étant, quant à elles, des représentations du groupe affine, sont précisément les distributions covariantes par translation en temps et changement d'échelle. Ce faisant, il est ensuite possible d'élargir le champ des distributions covariantes par un couple spécifique d'opérateurs en faisant usage d'équivalences unitaires entre classe de représentations. Un autre aspect de ces représentations bilinéaires, qui est abordé dans la deuxième partie de la thèse, est lié aux formes quadratiques qui les sous-tendent. Celles-ci sont notamment responsables de l'existence d'interférences obéissant à des règles de construction géométriques en lien avec la nature des opérateurs mis en jeu. Ces règles de construction sont formalisées dans le cas de certaines distributions affines localisées, et les prédictions théoriques sont confrontées à des résultats de simulation. Enfin dans une dernière partie, nous abordons certaines situations pour lesquelles les caractérisations temps-échelle sont d'un recours avantageux face aux analyses temps-fréquence. Parmi les problématiques soulevées (qui incluent la tolérance à l'effet Doppler et l'estimation spectrale de bruits en « 1/f »), l'estimation de singularités du type hölderienne occupe une place importante dans la mesure où ces dernières développent une structuration en loi d'échelle que les représentations affines permettent de révéler.