Le positionnement d'un engin sous-marin s'appuie sur des systèmes dits "acoustiques". Ces derniers renseignent la position relative de l'engin immergé par rapport au navire support. Les performances de ces systèmes sont définies en termes de limite de portée et de précision. Le principe de ces systèmes repose sur les notions de distance-métrie et de goniométrie, qui s'appuient toutes deux sur l'estimation du temps de propagation et donc de la date d'arrivée du signal utile. Cela est classiquement réalisé par une opération de Compression d'Impulsion. Cette technique qui est largement utilisée dans les domaines du SONAR, RADAR et imagerie bio-médicale, repose sur une application sous-optimale du Filtrage Adapté. En effet, le Filtrage Adapté est une technique d’estimation ou de détection optimale lorsque le bruit et blanc et gaussien et lorsque le signal utile est déterministe, c’est-à-dire que le signal reçu est bien connu. Cependant, il est bien connu que dans le monde sous-marin, le bruit n’est pas blanc, et pas toujours gaussien. Aussi, le signal utile étant déformé soit par le milieu de propagation soit par des phénomènes physiques tels que l’effet Doppler, celui-ci n’est pas déterministe. On peut alors considérer que le bruit est coloré et que le signal utile est une réalisation d’un processus aléatoire. Ainsi, en vue d’étendre les hypothèse d’application de la Compression d’Impulsion classique, nous proposons de construire une nouvelle forme de Compression d’Impulsion basée sur l’utilisation du Filtrage Adapté Stochastique. En effet, ce dernier est une extension naturelle du Filtrage Adapté pour des bruits colorés et des signaux déterministes. Toutefois, le Filtrage Adapté Stochastique suppose que les signaux sont stationnaires au second ordre. Or, cela n’est pas toujours le cas pour le bruit en milieu marin, et cela n’est jamais le cas pour un signal modulé en fréquence tel que ceux utilisés par les systèmes de positionnement acoustiques. Ainsi, nous proposons une nouvelle technique de Compression d’Impulsion alliant les qualités du Filtrage Adapté Stochastique et celle des techniques Temps-Fréquence. Ces dernières, et en particulier la transformée de Wigner-Ville, permettent de contourner l’hypothèse de stationnarité imposée par le Filtrage Adapté Stochastique. D’autre part, en vue de contrer l’apparition d’interférences générées par ces techniques, nous développons ici une approche par « décomposition atomique » sur une base de DCT. Ainsi donc, ces trois années de thèse, ont donné naissance à de nouvelles méthodes de Compression d'Impulsion qui permettent d'améliorer les performances des systèmes de positionnement sous-marin. / The underwater vehicules positioning is based on acoustic systems. These systems provide us the relative position of the immersed submarine to the carrier ship. The systems performances are defined in terms of precision and slant range. The positioning systems use concepts like distance measurement and goniometry, both based on the Time Of Arrival estimation of the useful signal, which is classically performed by a Pulse Compression. This technique, widely applied on SONAR, RADAR and bio-medical imaging, is a sub-optimal application of the Matched Filtering. After these three years of work, we had obtained new methods of Pulse Compression that allow to improve the performances of the acoustic positioning systems. These new techniques are based on an expension of the application assumptions of the Pulse Compression to reach, as well as possible, the optimality.

Cette étude s’inscrit dans les travaux de recherche visant à expliquer au moyen de l’utilisation de l’analyse spectrale, les mécanismes physiologiques qui sous-tendent la variabilité cardiaque. Dans une première étude, nous avons observé les caractéristiques de la variabilité cardiaque chez des sujets âgés de 11 à 59 ans au cours de leur sommeil. Ces enregistrements nous ont permis d’identifier les phases de sommeil lent profond et de mesurer la variabilité cardiaque dans des conditions spontanées reproductibles. Les résultats de cette étude nous ont conduits à nous interroger sur la possibilité d’obtenir une estimation de la fréquence cardiaque intrinsèque (FCI) à partir d’une analyse spectrale des périodes RR mesurées au cours d’un test d’effort incrémenté. Cette estimation serait le moyen de s’extraire des outils pharmacologiques nécessaires actuellement pour mesurer la FCI. Lors d’un exercice physique le contrôle autonome cardiaque est modifié afin de permettre l’augmentation de la FC (retrait vagal dans un premier temps puis activation sympathique). La composante spectrale en hautes fréquences est un indicateur de l’activation du nœud sinusal par le système nerveux parasympathique. La chute brutale de cette composante permet de visualiser le moment d’occurrence du retrait vagal complet. L’identification de ce moment précis nous a été rendue possible par l’utilisation de la méthode temps fréquence de «Pseudo Wigner Ville Lissée» à partir des programmes mis au point par l’INRIA. Cette méthode donne une valeur instantanée de la puissance spectrale en HF. Nous nous sommes alors attachés à mettre au point un protocole d’exercices visant à identifier la fréquence cardiaque au moment où la variabilité cardiaque en haute fréquence est la plus basse (FC@HFmin pour fréquence cardiaque à la puissance spectrale minimale en haute fréquence). Cette composante représente le moment où le cœur est soumis au minimum d’influences du système nerveux autonome. Elle peut par conséquent représenter une estimation plausible de la FCI. C’est sur ergocycle qu’il est apparu le plus facile de déterminer FC@HFmin. Dans deux études, nous avons ensuite constaté que la différence FC@HFmin – FC de repos est corrélée à la composante spectrale en HF. FC@HFmin diminue aussi avec l’âge et est proche des valeurs de la FCI publiées dans la littérature. Enfin, dans une dernière étude, nous avons observé que suite à trois mois d’entrainement de «rugby à toucher», FC@HFmin diminue chez une population identifiée comme sédentaire au début de l’expérimentation. En conclusion, nous pouvons avancer que l’exercice physique incrémenté combiné à une analyse spectrale instantanée des périodes RR permet d’accéder à une estimation FCI. / This study is part of works about understanding of cardiovascular autonomic control mechanisms using heart rate variability (HRV) analysis. In a first study, we observed HRV from a whole overnight RR periods recordings in order to compare subject from eleven to fifty-nine years old. These recordings allowed to identify Slow Wave Sleep and to compute HRV during spontaneous and reproducible conditions. To explain our results, we estimated the intrinsic heart rate (IHR) from time frequency analysis of RR periods during an incremental exercise test. This method allows avoiding classical pharmacological use to measure IHR. During an incremental exercise test, cardiac autonomic control changes with vagal withdrawal at the beginning and next, sympathetic activation. High Frequency instantaneous spectral component (HF) is linked to vagal withdrawal from the sinus node. The drop of this component at the beginning of exercise allows us to visualize the moment of maximal vagal withdrawal. The Smooth Pseudo Wigner Ville time – frequency analysis (INRIA, France) was used to compute the instantaneous HF power of HRV. Our works aimed to build an exercise test to identify the heart rate at minimal HF power (HR@HFmin). At this rate, the heart is under minimal autonomic control: complete vagal withdrawal combined with a weak sympathetic control. Therefore, it might provide an estimation of IHR. After the identification of this parameter, we observed that the difference between HR@HFmin and resting heart rate was correlated to HF component of HRV. Moreover, HR@HFmin decreased with aging and was close to IHR values found in previous publications. In a last study, we found that HR@HFmin decreased in a sedentary population after three month of “Touch-Rugby” training. To conclude, time frequency analysis of RR recordings obtained during an incremental exercise test seems to provide IHR detection.

L'indexation de documents numérisés manuscrits pose le problème de la segmentation en lignes qui, si elle échoue, handicape les étapes suivantes d'extraction et de reconnaissance de mots. Dans les documents arabes anciens, s'ajoute à ce problème, la présence dans les marges, d'annotations souvent composées de lignes obliques. La détection de ces lignes est nécessaire et constitue un défi important pour l'indexation de ces documents. Ainsi, la segmentation visée dans ce travail de thèse concerne l'extraction de lignes multi-orientées. Pour ce problème, la bibliographie ne présente que des techniques rudimentaires basées essentiellement sur une projection directe de l'image du document suivant une seule direction et donc non applicable à du texte multi-orienté. Devant ce manque, nous avons proposé une approche adaptative permettant de localiser d'abord les zones d'orientation différentes, puis de s'appuyer sur chaque orientation locale pour extraire les lignes. Pendant ma thèse, j'ai développé les points suivants : - Application d'un maillage automatique en utilisant le modèle de contour actif (snake). - Préparation du signal de profil de projection en supprimant tous les pixels qui ne sont pas nécessaires dans le calcul de l'orientation. Ensuite, application de toutes les distributions d'énergie de la classe de Cohen sur le profil de projection pour trouver la meilleure distribution qui donne l'orientation. - Application de quelques règles d'extension pour trouver les zones. - Extraction des lignes en se basant sur un algorithme de suivi des composantes connexes. - Séparation de lignes se chevauchant et se connectant en utilisant la morphologie des lettres terminales arabes. / The indexing of handwritten scanned documents poses the problem of lines segmentation, if it fails, disabling the following steps of words extraction and recognition. In addition, the ancient Arabic documents contain annotations in the margins, often composed of lines obliquely oriented. The detection of these lines is important as the rest and is a major challenge for the indexing of these documents. Thus, the segmentation described in this thesis involves the extraction of multi-oriented lines. For this problem, the bibliography has only rudimentary techniques based essentially on the projection of the document image along one direction, which be failed in the case of multi-oriented documents. Given this lack, we have proposed an adaptive approach that first locates the different orientation zones, then based on each local orientation to extract the lines. During my thesis, i particularly invested on the following points : - Applying an automatic paving using the active contour model (snake). - Preparation the signal of the projection profile by removing all pixels that are not needed in the orientation estimation. Then, implementation of all energy distributions of Cohen's class on the projection profile to find the best distribution that gives the orientation. - Applying some extension rules to find the oriented zones. - Extraction of lines by using an connected components follow-up algorithm. - Separation of overlapped and touched lines using the morphology of Arabic terminal letters.

Le positionnement d'un engin sous-marin s'appuie sur des systèmes dits "acoustiques". Ces derniers renseignent la position relative de l'engin immergé par rapport au navire support. Les performances de ces systèmes sont définies en termes de limite de portée et de précision. Le principe de ces systèmes repose sur les notions de distance-métrie et de goniométrie, qui s'appuient toutes deux sur l'estimation du temps de propagation et donc de la date d'arrivée du signal utile. Cela est classiquement réalisé par une opération de Compression d'Impulsion. Cette technique qui est largement utilisée dans les domaines du SONAR, RADAR et imagerie bio-médicale, repose sur une application sous-optimale du Filtrage Adapté. En effet, le Filtrage Adapté est une technique d'estimation ou de détection optimale lorsque le bruit et blanc et gaussien et lorsque le signal utile est déterministe, c'est-à-dire que le signal reçu est bien connu. Cependant, il est bien connu que dans le monde sous-marin, le bruit n'est pas blanc, et pas toujours gaussien. Aussi, le signal utile étant déformé soit par le milieu de propagation soit par des phénomènes physiques tels que l'effet Doppler, celui-ci n'est pas déterministe. On peut alors considérer que le bruit est coloré et que le signal utile est une réalisation d'un processus aléatoire. Ainsi, en vue d'étendre les hypothèse d'application de la Compression d'Impulsion classique, nous proposons de construire une nouvelle forme de Compression d'Impulsion basée sur l'utilisation du Filtrage Adapté Stochastique. En effet, ce dernier est une extension naturelle du Filtrage Adapté pour des bruits colorés et des signaux déterministes. Toutefois, le Filtrage Adapté Stochastique suppose que les signaux sont stationnaires au second ordre. Or, cela n'est pas toujours le cas pour le bruit en milieu marin, et cela n'est jamais le cas pour un signal modulé en fréquence tel que ceux utilisés par les systèmes de positionnement acoustiques. Ainsi, nous proposons une nouvelle technique de Compression d'Impulsion alliant les qualités du Filtrage Adapté Stochastique et celle des techniques Temps-Fréquence. Ces dernières, et en particulier la transformée de Wigner-Ville, permettent de contourner l'hypothèse de stationnarité imposée par le Filtrage Adapté Stochastique. D'autre part, en vue de contrer l'apparition d'interférences générées par ces techniques, nous développons ici une approche par " décomposition atomique " sur une base de DCT. Ainsi donc, ces trois années de thèse, ont donné naissance à de nouvelles méthodes de Compression d'Impulsion qui permettent d'améliorer les performances des systèmes de positionnement sous-marin.

Nous nous intéressons aux méthodes de contrôle de vibrations de modèles réduits de structures à n degrés de liberté, sismiquement isolées au niveau de la base par des systèmes d'isolation mixte.Le mouvement provoqué par une sollicitation sismique horizontale a lieu dans le plan vertical.Nous avons construit un problème de contrôle semi-actif de systèmes incertains soumis à des perturbations inconnues, mais bornées. Dans le langage de l'automatique, il s'agit d'un problème d'atténuation de perturbations.Le résultat principal de cette thèse porte sur la construction d'une version modifiée des résultats de Leitmann et de ses collaborateurs sur la stabilisation de systèmes non linéaires incertains. Le théorème proposé repose sur une loi de commande par retour d'état qui assure en boucle fermée les propriétés de "uniform boundedness" et "uniform ultimate boundedness".En particulier, il peut être appliqué à la résolution de problèmes de contrôle semi-actif, qui sont actuellement traités en génie parasismique.L'objectif du contrôle est d'améliorer le comportement (i.e. la réponse) de structures isolées pour faire face aux perturbations externes, c'est-à-dire les séismes. Plusieurs points différencient notre problème de la majorité que l'on trouve dans la littérature: (i) on ne s'intéresse pas seulement à la protection de la structure isolée, mais aussi aux équipements situés à l'intérieur de la structure, et (ii) au lieu d'utiliser des indicateurs de performance habituels exprimés en termes de déplacement relatif de la base versus des accélérations absolues des planchers, nous utilisons uniquement le spectre de plancher en pseudo-accélération, comme il a été proposé dans des travaux précédents par Politopoulos et Pham. Ce travail est une tentative d'utiliser explicitement les spectres de plancher comme critère de performance.Concernant la procédure d'application, plusieurs étapes intermédiaires ont été détaillées:(i) modélisation de signaux sismiques;(ii) réglage des paramètres de la loi de commande utilisant la théorie des vibrations;(iii) validation et test du comportement en boucle fermée à travers des simulations numériques: pour des raisons de simplicité, on se limite au cas n=2.Cette procédure peut être utilisée sur des structures en industrie nucléaire, mais aussi en génie civil.D'autres sujets traités incluent une tentative d'utiliser les outils temps-fréquence, et en particulier la distribution de Wigner-Ville, pour la synthèse de lois de commande, en espérant pouvoir mieux contrôler les composants transitoires des signaux de perturbation (les entrées) et des variables d'état (les sorties). / Vibration attenuation control designs are proposed for reduced plant models consisting of n-degree-of-freedom base seismically-isolated structures (i.e., a specific type of earthquake-resistant design), modeled by uncertain nonlinear systems and subjected to one-dimensional horizontal ground acceleration (i.e. the earthquake signal), treated as unknown disturbance but assumed to be bounded.In control systems literature, this is a perturbation attenuation problem.The main result of this PhD is the development of a modified version of Leitmann and co-authors' classical result on the stabilization of uncertain nonlinear systems. The proposed theorem consists of a bounded nonlinear feedback control law that is capable of ensuring uniform boundedness and uniform ultimate boundedness in closed-loop. In particular, it can be applied to solving semi-active control design problems, which are currently dealt with in earthquake engineering.The control objective is to improve the behavior (i.e. response) of mixed base-isolated structures to external disturbance, namely earthquakes. What differentiates our problem from the majority to be found in the literature is that: (i) attention is being paid to the protection of equipment placed inside the structure an not only to the structure itself; (ii) instead of using regular performance indicators expressed in terms of relative base displacement versus floors accelerations, we use solely the pseudo-acceleration floor response spectra, as it was proposed in previous recent works by Politopoulos and Pham.Actually, this work is an attempt to explicitly use floor response spectra as performance criterion.Concerning the application procedure, some of the topics that were detailed are:(i) modeling of earthquake signals;(ii) tuning of control law parameters based on vibration theory;(iii) validation and testing of the closed-loop behavior using numerical simulations: for simplicity reasons, we take n=2.This procedure can be used on structures of both nuclear industry as well as civil engineering.Other topics include an attempt to using time-frequency concepts and in particular the Wigner-Ville distribution to the control law design procedure, in order to better control transitory components of both perturbation (the input) and state variables signals (the output).

Les entraînements électriques à base de machine asynchrone sont largement utilisés dans les applications industrielles en raison de leur faible coût, de leurs performances et de leur robustesse. Cependant, des modes de fonctionnement dégradés peuvent apparaître durant la vie de la machine. L'une des raisons principales de ces défaillances reste les défauts de roulements à billes. Afin d'améliorer la sûreté de fonctionnement des entraînements, des schémas de surveillance peuvent être mis en place afin d'assurer une maintenance préventive. Ce travail de thèse traite de la détection et du diagnostic des défauts mécaniques et plus particulièrement des défauts de roulements dans une machine asynchrone. Généralement, une surveillance vibratoire peut être mise en place. Cette méthode de surveillance est cependant souvent chère du fait de la chaîne de mesure. Une approche, basée sur l'analyse et le traitement des courants statoriques, est alors proposée, afin de suppléer à l'analyse vibratoire. L'étude est basée sur l'existence et la caractérisation des effets des oscillations du couple de charge sur les courants d'alimentation. Un schéma de détection est alors introduit pour détecter différents types de défauts de roulements. De plus, des variables mécaniques, telles que la vitesse ou le couple, sont également reconstruites afin de fournir une indication sur la présence de défauts de roulements. Par ailleurs, un diagnostic des modulations des courants statoriques est proposé, en régime permanent et en régime transitoire, quel que soit le rapport entre les fréquences porteuse et modulante. Les méthodes étudiées sont la transformée de Hilbert, la transformée de Concordia, l'amplitude et la fréquence instantanées ainsi que la distribution de Wigner-Ville. / Asynchronous drives are widely used in many industrial applications because of their low cost, high performance and robustness. However, faulty operations may appear during the lifetime of the system. The most frequently encountered faults in asynchronous drives come from rolling bearings. To improve the availability and reliability of the drives, a condition monitoring may be implemented to favor the predictive maintenance. This Ph.D. thesis deals with detection and diagnosis of mechanical faults, particularly rolling bearings defects in induction motors. Traditionally, bearing monitoring is supervised using vibration analysis. Measuring such quantities is often expensive due to the measurement system. An other approach, based on stator current analysis, is then proposed. The characterization of load torque oscillation effects on stator currents is studied. A detection scheme is then proposed to detect several types of bearing faults. Moreover, mechanical variables, such as rotating speed or torque, are estimated in order to detect bearings defects. In addition, a diagnosis of stator currents modulations is proposed, in steady and transient state, whatever the career and modulation frequencies. Hilbert transform, Concordia transform, instantaneous amplitude and frequency are studied. The Wigner-Ville distribution is used in transient state.

The doctoral thesis focuses on signal representation in the time-frequency domain with constant resolution. In theoretical introduction the possibilities of displaying a signal in time and frequency are summarized. Attention is concentrated on comparison of short-time Fourier Transform (STFT) and Wigner-Ville Distribution (WVD). The latter achieves a significantly better resolution, especially for a linearly modulated signal. The disadvantage of WVD, which is the presence of interferences resulting from the calculation of the instantaneous autocorrelation function, is described in detail. These interferences are due to the presence of multiple components in the signal or its non-linear modulation. Subsequently, several methods are discussed, which can suppress these interferences, but at the cost of resolution loss. One of the interference suppression methods is smoothed pseudo Wigner-Ville distribution. It is further used in this thesis for the analysis of interference suppression when various filtrations in the time-frequency plane are applied. Several signals with multiple components or various non-linear modulations are used. Based on the analysis, a method using a set of variously smoothed pseudo Wigner-Ville distributions is designed to estimate the time-frequency representation with high resolution and minimal interferences. To compare the results to other methods, the quantitative metrics used in the literature are compared. To select the appropriate one a new metric is suggested. It is applicable to simulated signals and uses mean square error. Based on the comparison, the Stankovi\' measure is selected as the most appropriate for comparing results. The selected metric is used to determine the appropriate minimal number of differently smoothed pseudo Wigner-Ville distributions. Using the selected metric, the proposed method is compared with other methods. These are STFT with optimized window length, S-method with optimized parameter and optimization method using radial Gaussian kernel (RGK). These methods are compared based on the set of signals previously used for interference suppression analysis. In addition, noises are added to the signals. Finally, the methods are also compared based on the real bat echo signal. In conclusion, the proposed method outperforms the compared methods in suppressing interference and resolution.

Le travail présenté dans cette thèse concerne la Séparation<br />Aveugle de Sources (SAS). La SAS consiste à estimer n signaux<br />inconnus (les sources) d'après la seule connaissance de m<br />mélanges de ces signaux (les observations).<br /><br />Nous étudions dans un premier temps l'identifiabilité des sources<br />dans le problème de la séparation aveugle de mélanges linéaires<br />instantanés (sur)déterminés (m >= n). Plusieurs modèles de<br />sources identifiables sont examinés. En particulier, il est montré<br />que si les sources possèdent une diversité temporelle et/ou<br />fréquentielle, leur indépendance mutuelle à l'ordre 2 suffit à<br />garantir leur identifiabilité.<br /><br />Nous décrivons dans un deuxième temps quelques méthodes de SAS<br />construites sur les hypothèses des modèles identifiables examinés.<br />Ces méthodes ont en commun d'être basées sur une procédure de<br />diagonalisation simultanée de matrices. Nous nous intéressons plus<br />particulièrement à une méthode adaptée aux sources<br />non-stationnaires, basée sur la diagonalisation simultanée de<br />matrices extraites du Spectre de Wigner-Ville Spatial (SWVS) des<br />observations à certains points du plan temps-fréquence (et après<br />blanchiment spatial). Nous proposons une approche théorique dans<br />un contexte stochastique qui justifie l'approximation en pratique<br />du SWVS par des Représentations Temps-Fréquence Spatiales de la<br />classe de Cohen. Les performances de la méthode dépendent dans une<br />large mesure de la sélection des points temps-fréquence et nous<br />proposons un critère de sélection robuste basé sur la détection<br />d'auto-termes simples des sources. Une étude statistique des<br />performances des méthodes exposées est réalisée sur des signaux<br />synthétiques non-stationnaires de type TVARMA. Une série de<br />critères d'évaluation originaux est proposée.<br /><br />Enfin, dans un troisième temps, nous montrons comment les méthodes <br />de SAS présentées dans le cas de mélanges linéaires instantanés <br />peuvent être généralisées à la séparation de mélanges convolutifs à <br />Réponse Impulsionnelle Finie en utilisant une procédure de <br />bloc-diagonalisation simultanée. Quelques résultats sur des <br />mélanges synthétiques de signaux audio sont présentés.

In this thesis work, time-frequency filtering of nonstationary signals in noise using Wigner-Ville Distribution is investigated. Continuous-time, discrete-time and discrete Wigner Ville Distribution definitions, their relations, and properties are given. Time-Frequency Peak Filtering Method is presented. The effects of different parameters on the performance of the method are investigated, and the results are presented. Time-Varying Wiener Filter is presented. Using simulations it is shown that the performance of the filter is good at SNR levels down to -5 dB. It is proposed and shown that the performance of the filter improves by using Support Vector Machines. The presented time-frequency filtering techniques are applied on test signals and on a real world signal. The results obtained by the two methods and also by classical zero-phase low-pass filtering are compared. It is observed that for low sampling rates Time-Varying Wiener Filter, and for high sampling rates Time-Frequency Peak Filter performs better.

Multiple Signal Classification (MUSIC) Algorithm based and Wigner Distribution-Principal Component Analysis (WD-PCA) based classification techniques are very recently suggested resonance region approaches for electromagnetic target classification. In this thesis, performances of these two techniques will be compared concerning their robustness for noise and their capacity to handle large number of candidate targets. In this context, classifier design simulations will be demonstrated for target libraries containing conducting and dielectric spheres and for dielectric coated conducting spheres. Small scale aircraft targets modeled by thin conducting wires will also be used in classifier design demonstrations.