Mémoire (M.Sc.)--Université du Québec à Montréal, 2000. / En tête du titre: Université du Québec à Montréal. "Mémoire présenté à l'Université du Québec à Trois-Rivières comme exigence partielle de la maîtrise en physique offerte par extension à l'Université du Québec à Montréal en vertu d'un protocole d'entente avec l'Université du Québec à Trois-Rivières".--p. de t. CaQTU CaQTU Bibliogr.: f. 92-95.

Le problème de détection et localisation d’anomalie peut être traité comme le problème du test entre des hypothèses multiples (THM) dans le cadre bayésien. Le test bayésien avec la fonction de perte 0−1 est une solution standard pour ce problème, mais les hypothèses alternatives pourraient avoir une importance tout à fait différente en pratique. La fonction de perte 0−1 ne reflète pas cette réalité tandis que la fonction de perte quadratique est plus appropriée. L’objectif de cette thèse est la conception d’un test bayésien avec la fonction de perte quadratique ainsi que son étude asymptotique. La construction de ce test est effectuée en deux étapes. Dans la première étape, un test bayésien avec la fonction de perte quadratique pour le problème du THM sans l’hypothèse de base est conçu et les bornes inférieures et supérieures des probabilités de classification erronée sont calculées. La deuxième étape construit un test bayésien pour le problème du THM avec l’hypothèse de base. Les bornes inférieures et supérieures des probabilités de fausse alarme, des probabilités de détection manquée, et des probabilités de classification erronée sont calculées. A partir de ces bornes, l’équivalence asymptotique entre le test proposé et le test standard avec la fonction de perte 0−1 est étudiée. Beaucoup d’expériences de simulation et une expérimentation acoustique ont illustré l’efficacité du nouveau test statistique / The anomaly detection and localization problem can be treated as a multiple hypotheses testing (MHT) problem in the Bayesian framework. The Bayesian test with the 0−1 loss function is a standard solution for this problem, but the alternative hypotheses have quite different importance in practice. The 0−1 loss function does not reflect this fact while the quadratic loss function is more appropriate. The objective of the thesis is the design of a Bayesian test with the quadratic loss function and its asymptotic study. The construction of the test is made in two steps. In the first step, a Bayesian test with the quadratic loss function for the MHT problem without the null hypothesis is designed and the lower and upper bounds of the misclassification probabilities are calculated. The second step constructs a Bayesian test for the MHT problem with the null hypothesis. The lower and upper bounds of the false alarm probabilities, the missed detection probabilities as well as the misclassification probabilities are calculated. From these bounds, the asymptotic equivalence between the proposed test and the standard one with the 0-1 loss function is studied. A lot of simulation and an acoustic experiment have illustrated the effectiveness of the new statistical test

In marine environments, acoustic wave propagation is determined by sound-speed variations in the water column (related to salinity, temperature and pressure) ,and seafloor properties in shallow environments. The refraction index variations and the boundary conditions guide the wave propagation so that an important amount of acoustic energy can propagate over long distances. Measurements of acoustic transmissions coupled with propagation models can be inverted to infer the water column properties (tomography) and the seafloor and subseafloor properties (geoacoustics).<p><p>In this thesis a new method for shallow water inversion based on the sequential assimilation of acoustic measurements in Kalman filters is developed. Filtering algorithms for nonlinear systems, as the ensemble Kalman filter (EnKF), enable the integration of complex acoustic propagation models in the measurement model. The inverse problem is here reformulated into a state-space model to track sequentially the parameters (temperature, receiver positions, etc.) and their uncertainty by filtering regularly new acoustic data.<p><p>Different applications are proposed to demonstrate the sequential acoustic filtering approach. First, the problem of characterizing horizontal inhomogeneities in the sound-speed field between an acoustic source and a vertical array of receivers is addressed. Starting from a range-averaged sound-speed profile, the filtering of complex multifrequency data enables the estimate and tracking of the range-dependence of the sound-speed field.<p>The second application deals with the geoacoustic inversion problem based on a mobile source-receiver setup. The filtering approach is shown to provide more stable results than conventional inversion methods with a reduced computational burden. The last application is dedicated to the tracking of specific oceanic structures affecting the sound-speed field, here thermal fronts. An original parameterization scheme which is specific to the tracked feature is developed and enables to monitor the principal characteristics of the sound-speed field by filtering multifrequency acoustic data.<p><p>This work shows that the sequential filtering approach of transmitted acoustic data can lead to environmental estimates on spatial and temporal scale of interest for regional or coastal oceanographic models and can supplement the dataset assimilated nowadays for forecasting purposes./Dans les environnements marins, la propagation des ondes acoustiques est directement conditionnée par les variations de vitesse de propagation dans l'eau (liée à la température, la salinité et la pression hydrostatique), ainsi que les propriétés du fond, lorsque le milieu est peu profond. La propagation de ces ondes, typiquement guidée par les variations d'indice de réfraction et les conditions aux limites, permet de transmettre une quantité d'énergie acoustique importante sur de longues distances. Associées à des modèles de propagation, des mesures de transmission acoustique peuvent être inversées afin de déterminer les propriétés de l'environnement sondé, que ce soit de la colonne d'eau (tomographie) ou du fond marin (géoacoustique).<p><p>Dans cette thèse, une nouvelle méthode d'inversion en milieu peu profond, basée sur l'assimilation séquentielle de mesures acoustiques dans des filtres de Kalman, est développée. Les algorithmes de filtrage développés pour les systèmes non linéaires, tel que l'ensemble Kalman filter (EnKF), permettent d'intégrer des modèles de propagation acoustique complexes au sein du modèle de mesure. Le problème inverse est reformulé de façon séquentielle, en un modèle d'espace d'états, de sorte que l'évolution des paramètres (température, positions des récepteurs, etc.) et de leur incertitude est suivie au fur et à mesure de l'assimilation de nouvelles mesures.<p><p>Différentes applications sont proposées pour démontrer les performances du filtrage séquentiel. Le premier problème abordé est celui de l'inversion et du suivi des inhomogénéités horizontales du champ de vitesse entre une source acoustique et une antenne verticale de récepteurs. A partir d'un profil de vitesse moyen sur la distance source-récepteurs, le filtrage de mesures complexes multi-fréquences permet d'estimer la dépendance horizontale du champ de vitesse et son évolution au cours du temps. La nature séquentielle de l'algorithme de filtrage motive la seconde application, dédiée à l'estimation des paramètres géoacoustiques d'un environnement à partir d'une configuration source-récepteur mobile. Les résultats démontrent que l'approche par filtrage permet d'obtenir des estimations géoacoustiques plus stables que celles obtenues par les méthodes d'inversion conventionnelles avec un coût de calcul réduit. La troisième et dernière application est dédiée au suivi de structures océaniques marquées, tels que les fronts thermiques. Une paramétrisation originale spécifique à la structure inversée est proposée et permet d'estimer et de suivre les caractéristiques principales du champ de température par filtrage de données acoustiques multi-fréquences.<p><p>Ce travail montre que l'approche séquentielle de l'inversion des données acoustiques peut mener à des estimations environnementales sur des échelles spatiales et temporelles d'intérêt pour les modèles océanographiques côtiers et régionaux, de façon à compléter les données assimilées quotidiennement pour les prédictions. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished