Les astéroïdes Cérès et Vesta ont motivé la mission spatiale Dawn parce qu'ils représentent deux embryons planétaires différents restés relativement intacts depuis leur formation. Vesta est large- ment considéré comme le corps parent des météorites HED témoins d'une activité magmatique probablement due à la présence de l'isotope radioactif 26Al qui était suffisamment abondant pour permettre la fusion interne des corps rocheux primitifs. La composition d'une surface planétaire peut être mesurée grâce à l'analyse des rayons gammas qu'elle produit. Pour la sonde Dawn cela est rendu possible par l'instrument GRaND et la scintillation d'un cristal de BGO. Cette thèse présente l'analyse des spectres gammas de Vesta par deux outils de séparation aveugle de source: l'analyse en composantes indépendantes (ICA) et la factorisation en matrice non-négative (NMF). Ces méthodes sont aussi appliquées à un jeu de données lunaire comparable et déjà bien interprété. Des spectres synthétiques lunaires permettent de tester ICA et NMF. La séparation de spectres élémentaires s'avère délicate même si on peut distinguer les éléments K, Th et Fe en raison des propriétés statistiques de leur signaux sources plus favorables. On mesure la sensibilité d'ICA-NMF à la variabilité chimique de la surface pour des Lunes artificielles, ce qui permet d'expliquer l'absence de séparation d'un signal élémentaire clair dans le cas de Vesta. Malgré les observations de la sonde Dawn et le nombre important d'informations fournies par les HED, il n'y a pas de consensus sur la formation des HED. On met souvent en avant l'existence d'un océan magmatique global sur Vesta, alors que la migration de la principale source chaleur, contenue dans le premier minéral fondu, le plagioclase, ne permet pas la fusion totale. On met en oeuvre un modèle de migration des magmas, basé sur les équations de la compaction. On adapte ce modèle en utilisant un diagramme d'équilibre de phase olivine-anorthite-quartz. Cela permet de calculer l'évolution de la minéralogie en fonction du temps et de la profondeur. Les résultats montrent que les eucrites et les diogénites pourraient être une caractéristique commune des gros corps accrétés tôt dans l'histoire du système solaire. / Asteroids Vesta and Ceres motivated the space mission Dawn because they represent two different planetary embryos that remained relatively intact since their formation. Vesta is broadly considered as the parent body of the HED meteorites suite that are witnesses of a magmatic activity probably due to the presence of the radioactive isotope 26 Al which was present in significant amount to cause internal melting of primitive rocky bodies. The composition of a planetary surface can be quantified through the analysis of the gamma rays it produces. This is made possible for the Dawn spacecraft by the instrument GRaND and the scintillation of a BGO crystal. This thesis presents the analysis of gamma ray spectra from Vesta by two blind source separation methods: the independent component analysis and the non negative matrix factorization. These methods are also applied to an equivalent lunar dataset already well interpreted. Lunar synthetic spectra are used to test ICA and NMF. The separation of elementary spectra is delicate although K, Th and Fe can be discriminated due to the more favorable statistical properties of their source signals. The sensitivity of separation to the chemical variability is assessed based on artificial lunar spectra, which allows to explain the lack of separation of a clear elemental signal in the case of Vesta. Despite the observations of Dawn and the important collection of HED data, there is no consensus on the conditions of the vestan magmatism. A global magma ocean is often put forward, whereas the migration of the heat source, contained in the easiest mineral to melt, plagioclase, does not allow it. A model of melt migration is implemented, based on two-phase flow equations. This model is combined with the olivine-anorthite-quartz equilibrium phase diagram. This allows to predict the mineralogy as a function of depth and time. Results obtained show that eucrites and diogenites may be a common feature of large bodies accreted early in solar system history.

Cette thèse a été préparée à l'IMT atlantique dans le contexte du projet FITNESS. Ce projet Européen vise à moderniser les radios PMR (Professional Mobile Radio), utilisées par les services de sûretés. L'objectif est de développer un nouveau récepteur compatible avec les 4 normes européennes, tout en ajoutant de nouvelles fonctionnalités. Les contributions de cette thèse à FITNESS concernent la rétrocompatibilité du nouveau récepteur avec les standards actuels. Un filtre de sélection de canal de fréquence centrale reconfigurable a été utilisé pour gérer cette interopérabilité. Toutefois on notera que sa bande passante est trop large et que plusieurs canaux de communications insuffisamment atténués serons présents au niveau des convertisseurs. Pour relâcher les contraintes de linéarité et les marges de numérisation, nous proposons de rendre le récepteur conscient de son environnement spectral.L'intérêt de cette méthode a été développé dans une première partie de la thèse. Une méthode de détection aveugle basée sur les propriétés cyclostationnaires du signal de communication a été proposée. Nous utilisons ensuite cet outil pour détecter la présence d'harmoniques indésirables créés lors d'un fonctionnement en régime non linéaire du récepteur. Nous montrons qu'il est ainsi possible de détecter très tôt le mode de fonctionnement du récepteur. Enfin, basé sur les deux études précédentes nous proposons une méthode permettant d'adapter automatiquement les paramètres de la chaine analogique. Cette preuve de concept basé sur une boucle de rétroaction permet une amélioration significative du taux d'erreur binaire tout en relâchant les contraintes au niveau analogique. / This thesis was prepared at IMT Atlantique, in the context of the FITNESS project. This European project aims to modernize PMR (Professional Mobile Radio) radios, used by security services. The objective is to develop a new receiver compatible with the 4 European standards, while adding new features. The contributions of this thesis to FITNESS concern the backwards compatibility of the new receiver with current standards. A reconfigurable central frequency channel selection filter was used to manage this interoperability. However, it should be noted that its bandwidth is too large and that several insufficiently attenuated communication channels are present at the A/D converters input. To relax linearity constraints and digitization margins, we propose to make the receiver aware of its spectral environment.The interest of this method has been developed in a first part of this document. A method for blind detection based on the cyclostationary properties of the communication signal has been proposed. We then use this tool to detect the presence of unwanted harmonics created during non-linear operation of the receiver. We show that it is possible to detect the operating mode of the receiver before the useful signal degradation. Finally, based on the two previous studies, we propose a method to automatically adapt the parameters of the analog receiver. This proof of concept based on a feedback loop allows a significant improvement in the bit error rate while relaxing constraints at the analog level.

Mes activités de recherche sont les fruits de plus de douze ans du travail principalement dans trois différents établissements, à savoir : TIRF à l'INPG, BMC au RIKEN et E3I2 à l'ENSIETA. Mes activités de recherche s'articulent autour de 3 axes principaux:<br /><br />1- Séparation de sources<br /><br />Nos contributions à la séparation de sources peuvent être résumées principalement par:<br /><br />A- Approches par blocs: Nous avons montré que ce système peut se ramener aux solutions des équations du second degré ou du 4ème degré. La séparation proprement dite est immédiate obtenue par une simple inversion de la matrice mélange. Nous avons publié cette approche dans IEEE Trans. on Signal Processing (Vol 44, n°3, 1996).<br /><br />B- Approches adaptatives: Dans cette approche, nous avons proposé une fonction de coût, basée sur un cumulant du 4ème ordre, dont la minimisation par un algorithme de gradient nous conduit à la séparation de deux sources, étude publiée à IEEE Trans. on Signal Processing (Vol 43, n°. 8, 1995). Plus tard et en utilisant une méthode de minimisation dite méthode de Levenberg-Marquardt, nous avons proposé une autre étude pour un nombre quelconque de sources, étude publiée à IEEE Trans. on Signal Processing (Vol 47, n°. 11, 1999).<br /><br />C- Approches géométriques: Nous avons proposé plusieurs algorithmes pour faire la séparation de plusieurs sources, étude publiée dans Signal Processing (Vol 82, 2002). En utilisant un réseau de neurones pour l'estimation des densités de probabilité, on a proposé une autre méthode de séparation publiée dans la revue IEICE Trans on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences en 2001. Cette dernière étude a été complétée par une approche basée sur le principe de "Simulated Annealing" et un réseau de "Competitive Learning" et a été publiée dans NeuroComputing (Vol 49, 2002).<br /><br />D- Approches algébriques: En collaboration avec l'université de Marne la vallée, nous avons suggéré des méthodes de type sous-espace pour séparer un mélange convolutif. Nous avons montré que le mélange convolutif peut être réduit à un mélange instantané en utilisant seulement les statistiques de second ordre. Cette étude a été publiée dans IEEE Trans. on Signal Processing (Vol 48, 2000). Plus tard, nous avons proposé d'autres fonctions de coût dont la minimisation conduit à une estimation plus rapide des paramètres de mélange, Signal Processing (Vol 81, 2001).<br /><br />E- Algorithmes simplifiés: Pour certaines applications, les<br />signaux originaux (sources) inconnus sont caractérisés par des propriétés qui sont eux bien connues. Pour "la capacité auditive" d'un robot qui imite le comportement des humains, seuls les signaux audibles et intelligibles sont à traiter. En utilisant certaines propriétés de ces derniers signaux, nous avons proposé plusieurs approches qui ont été présentées dans plusieurs conférences internationales et une autre approche basée sur l'inégalité de Hadamard a été publiée dans IEICE volJ82-1999.<br /><br /><br />2- Développements statistiques La grande majorité de méthodes dites aveugles exploitent certaines propriétés statistiques de signaux. Nos contributions dans ce domaine se limitent à deux axes:<br /><br />A- Théorique: En étudiant certaines propriétés de l'auto-cumulant d'ordre quatre normalisé, i.e. l'aplatissement (mieux connu sous le terme anglais "Kurtosis").<br /><br />B-Pratique: En faisant une étude comparative entre différents estimateurs et en proposant plus tard certains estimateurs pour les statistiques d'ordre quatre (moments et cumulants).<br /><br />3- Guerre électronique: Lorsqu'on parle de la guerre électronique, on vise principalement l'interception de signaux électromagnétiques dont la totalité de paramètres sont mal-connus ou inconnus.<br /><br />A- "COMmunication INTelligence" & "ELectronique INTelligence": Mes contributions dans ce domaine étaient les fruits de deux collaborations avec deux chercheurs de notre laboratoire D. Le Guen et L. Collin dans le cadre d'un projet industriel, l'encadrement de la thèse de M. Pedzisz et de stages de DEA.<br /><br />B- Tomographie passive est utilisée dans certaines applications militaires dans le cadre de la surveillance maritime ou la guerre électronique dans une façon plus large. Dans cette étude, nous avons modifié et adapté les algorithmes existants en séparation aveugle de sources pour parvenir à faire la séparation de signaux acoustiques de diverses natures et origines (bruits de bateaux ou de crevettes, vocalise de baleine ou de mammifère marin, etc). En 2ème temps, nous avons optimisé les algorithmes ainsi développés pour les adapter à un canal acoustique sous-marin.

Le problème de séparation de sources est un problème relativement récent en traitement du signal, qui consiste à séparer des sources, statistiquement indépendantes, observées par un réseau de capteurs. Dans cette thèse, plusieurs approches ont été étudiées : <br /> <br />Deux approches directes, valables uniquement pour le mélange linéaire instantané, ont été proposées. La première, analytique, est basée sur les statistiques de signaux observés, l'autre géométrique, est basée sur les distributions de ces signaux, dont la densité de probabilité est supposée à support borné. <br /> <br />Pour les signaux de même signe de kurtosis, on a proposé un algorithme adaptatif basé uniquement sur les cumulants croisés (2x2). Ce critère est valable pour les mélanges instantanés, aussi bien pour les mélanges<br /> convolutifs. <br /> <br />L'hypothèse concernant le signe de kurtosis est assez fréquente dans la littérature sur la séparation de sources. Des études sur cette hypothèse, et sur sa relation avec la nature de sources, sont présentées dans cette thèse. <br /> <br />Finalement, en s'inspirant des méthodes d'identification aveugles et à l'aide de deux paramètrisations différentes de la matrice de Sylvester, on montre la possibilité de séparer un mélange convolutif ou le transformer en un mélange instantané, en utilisant les statistiques de second ordre. Dans ce cadre, trois algorithmes de sous-espaces sont proposés.

Cette thèse traite de méthodes statistiques appliquées au traitement du signal. Afin de résoudre le problème de séparation aveugle de sources à l'aide de la méthode d'analyse en composantes indépendantes, nous introduisons deux mesures de dépendance, l'une bien connue l'information mutuelle, et l'autre que nous appelons la mesure de dépendance quadratique. Nous montrons le lien de cette dernière avec les fonctions caractéristiques et en proposons une estimation simple, dont les propriétés asymptotiques sont obtenues grâce aux U-statistiques. Les choix du noyau et de la taille de fenêtre sont ainsi analysés. Enfin, la minimisation des mesures de dépendance permet de résoudre le problème de séparation de sources dans le cadre de mélanges post non linéaires. Plusieurs approches sont proposées, dont une non paramétrique basée sur les dérivées des non linéarités. Nous illustrons les obstacles à la minimisation par des graphes des fonctions objectifs.

La thèse considère la classification aveugle de modulations linéaires en communication numérique sur des canaux sélectifs en fréquence (et en temps). Nous utilisons l'approche de maximum de vraisemblance et nous développons plusieurs estimateurs de modèle

Il est bien connu que les réseaux d'antennes peuvent améliorer la performance et/ou le débit des systèmes de communication sans fil dans un environnement à évanouissement. Les réseaux d'antennes peuvent être employés du côté de l'émetteur et/ou du côté du récepteur , créant de la diversité en transmission et/ou en réception. L'objectif de cette thèse est d'étudier, de développer et de combiner des techniques de traitement du signal et/ou de codage afin d'exploiter la diversité en transmission et/ou en réception dans des canaux à évanouissement. Dans la première partie de thèse, consacrée au côté émetteur, nous traiterons particulièrement les aspects du codage spatio-temporel dans le système MIMO (multi-entrées multi-sorties) et nous fournirons une nouvelle architecture spatio-temporelle adaptée au contexte CDMA. Nous examinerons jusqu'où nous pourrons aller en termes de performance, quand nous utiliserons ces schémas de codage. Dans la seconde partie de notre thèse, qui concerne le côté récepteur, nous nous intéresserons aux techniques d'identification aveugle, et en particulier aux méthodes sous-espace. Dans cette partie, nous considérerons les principaux inconvénients des algorithmes d'identification de type sous-espace, tels que le coût de calcul élevé et le manque de robustesse par rapport à la surestimation d'ordre du canal de propagation. Dans ce cadre, nous présenterons plusieurs algorithmes, qui pallient aux limites de cette technique. Tous les algorithmes proposés ont été validés par des simulations.

Bien que de nombreux travaux de recherche aient été menés au cours des deux dernières décennies pour résoudre le problème de la synchronisation de la porteuse, il constitue aujourd'hui une thématique de recherche d'une grande importance pour divers systèmes récents de la radiocommunication comme les technologies émergentes de la Radio Logicielle Restreinte (RLR) et de la Radio Intelligente (RI). En effet, les systèmes de la RLR sont multi-fonctionnels et flexibles, dans le sens où ils peuvent traiter une variété de standards et de services tout en offrant des solutions à faible coût. Quant à la technologie RI, c'est une vision futuriste d'une radio visant la conception de dispositifs sans fil dotés de capacités d'apprentissage, d'adaptation, et de reconfiguration. Dans ce contexte, les solutions existantes du problème de synchronisation doivent être adaptées à ces nouvelles générations de technologies radio en vu d'obtenir les meilleures performances. De nombreuses contributions au problème de la synchronisation de phase de la porteuse sont présentées dans cette thèse. Dans la première partie du travail, nous avons effectué une analyse théorique rigoureuse et complète du détecteur de phase DD. En se basant sur les résultats de cette étude, nous avons proposé une boucle de synchronisation optimisée pour la modulation 16-QAM ainsi qu'un nouveau détecteur de verrouillage de phase pour les modulations de type QAM. Par ailleurs, nous avons proposé une structure de synchronisation de phase adaptée aux applications de la RI, qui est capable de récupérer la phase de façon aveugle vis à vis du type de modulation du signal reçu. L'idée consiste à utiliser une mesure dite "fiabilité", extraite du détecteur de phase de la boucle de synchronisation et qui fournit une information sur la modulation du signal entrant. Enfin, nous avons discuté d'une vision SIMO du problème de synchronisation de phase, exploitant les possibilités offertes par une architecture de réception RLR.

Mes travaux s'articulent autour de trois thématiques. <br />La première thèmatique porte sur la résolution via l'approche minimax de divers problèmes d'estimation et de tests d'hypothèses dans un cadre non-paramétrique. <br />En statistique Bayésienne non-paramétrique, je me suis intéressée à un problème d'estimation d'ensembles à niveau. Les résultats obtenus résultent de l'étude des propriétés asymptotiques d'estimation Bayésienne d'ensembles à niveau. Ce sont des résultats généraux au sens où la consistance et la vitesse de convergence de l'estimateur Bayésien sont établies pour une large classe de lois a priori. <br />La troisième thématique concerne un problème d'estimation paramétrique dans un modèle de déconvolution aveugle bruitée : il s'agit de restituer la loi du signal entrant. La consistance ainsi que la distribution asymptotique d'une nouvelle procédure d'estimation sont établies.

Cette thèse aborde les problèmes liés à la formation des images numériques. L'étape d'échantillonnage nécessaire à la formation d'une image discrète à partir d'une image continue peut introduire différents types d'artefacts qui constituent des dégradations majeures de la qualité de l'image. La motivation principale de cette thèse a été l'étude de ces artefacts que sont le flou, le ringing et l'aliasing. Dans la première partie, nous rappelons tout d'abord le processus de formation des images numériques puis nous proposons des définitions de ces artefacts. Dans la deuxième partie, nous définissons une mesure conjointe du flou et du ringing dans le cadre d'un filtrage passe bas précédant l'échantillonnage. La troisième partie est dédiée à la détection automatique de ces artefacts dans les images. Enfin, en quatrième partie, la détection automatique est testée dans des applications concrètes de la restauration d'images: la déconvolution aveugle et le débruitage.