En imagerie par résonance magnétique (IRM) interventionnelle, des interventions percutanées minimalement-invasives (biopsies, ablations de tumeurs,...) sont réalisées sous guidage IRM. Lors de l’intervention, les plans de coupe acquis sont alignés sur l’outil chirurgical et les régions anatomiques d’intérêt afin de surveiller la progression de l’outil dans le corps du patient en temps réel. Le suivi d’objets dans l’IRM facilite et accélère les interventions guidées par IRM en permettant d’aligner automatiquement les plans de coupe avec l’outil chirurgical. Dans cette thèse, un système d’alignement automatique des plans de coupe établi sur une séquence IRM clinique est développé. Celui-ci réalise automatiquement la détection et le suivi d’un marqueur passif directement dans les images IRM tout en minimisant le temps d’imagerie dédié à la détection. L’inconvénient principal de cette approche est sa dépendance au temps d’acquisition de la séquence IRM clinique utilisée. Dans un premier temps, les performances du suivi ont pu être améliorées grâce à l’estimation et la prédiction du mouvement suivi par un filtre de Kalman. Puis un capteur optique complémentaire a été ajouté pour réaliser un suivi multi-capteurs, découplant ainsi la fréquence de rafraichissement du suivi de la fréquence de rafraichissement des images IRM. La performance du système développé a été évaluée par des simulations et des expériences utilisant un banc d’essai compatible IRM. Les résultats montrent une bonne robustesse du suivi multi-capteurs pour l’alignement des plans de coupe grâce à la combinaison des qualités individuelles de chaque capteur. / Interventional magnetic resonance imaging (MRI) aims at performing minimally invasive percutaneous interventions, such as tumor ablations and biopsies, under MRI guidance. During such interventions, the acquired MR image planes are typically aligned to the surgical instrument (needle) axis and to surrounding anatomical structures of interest in order to efficiently monitor the advancement in real-time of the instrument inside the patient’s body. Object tracking inside the MRI is expected to facilitate and accelerate MR-guided interventions by allowing to automatically align the image planes to the surgical instrument. In this PhD thesis, an image-based workflow is proposed and refined for automatic image plane alignment. An automatic tracking workflow was developed, performing detection and tracking of a passive marker directly in clinical real-time images. This tracking workflow is designed for fully automated image plane alignment, with minimization of tracking-dedicated time. Its main drawback is its inherent dependence on the slow clinical MRI update rate. First, the addition of motion estimation and prediction with a Kalman filter was investigated and improved the workflow tracking performance. Second, a complementary optical sensor was used for multi-sensor tracking in order to decouple the tracking update rate from the MR image acquisition rate. Performance of the workflow was evaluated with both computer simulations and experiments using an MR compatible testbed. Results show a high robustness of the multi-sensor tracking approach for dynamic image plane alignment, due to the combination of the individual strengths of each sensor.

Le travail porte sur la problématique de l’observation des systèmes — la reconstruction de l’état complet d’un système dynamique à partir d'une mesure partielle de cet état. Nous considérons spécifiquement les systèmes non linéaires. Le filtre de Kalman étendu (EKF) est l’un des observateurs les plus utilisés à cette fin. Il souffre cependant d’une performance moindre lorsque l'état estimé n’est pas dans un voisinage de l'état réel. La convergence de l’observateur dans ce cas n’est pas prouvée. Nous proposons une solution à ce problème : l’EKF à grand gain adaptatif. La théorie de l’observabilité fait apparaître l’existence de représentations caractérisant les systèmes dit observables. C’est la forme normale d’observabilité. L’EKF à grand gain est une variante de l’EKF que l’on construit à base d’un paramètre scalaire. La convergence de cet observateur pour un système sous sa forme normale d’observabilité est démontrée pour toute erreur d’estimation initiale. Cependant, contrairement à l’EKF, cet algorithme est très sensible au bruit de mesure. Notre objectif est de combiner l’efficacit´e de l’EKF en termes de lissage du bruit, et la r´eactivit´e de l’EKF grand-gain face aux erreurs d’estimation. Afin de parvenir à ce résultat nous rendons adaptatif le paramètre central de la méthode grand gain. Ainsi est constitué l’EKF à grand gain adaptatif. Le processus d’adaptation doit être guidé par une mesure de la qualité de l’estimation. Nous proposons un tel indice et prouvons sa pertinence. Nous établissons une preuve de la convergence de notre observateur, puis nous l’illustrons à l’aide d’une série de simulations ainsi qu’une implémentation en temps réel dur. Enfin nous proposons des extensions au résultat initial : dans le cas de systèmes multi-sorties et dans le cas continu-discret. / The work concerns the “observability problem”—the reconstruction of a dynamic process’s full state from a partially measured state— for nonlinear dynamic systems. The Extended Kalman Filter (EKF) is a widely-used observer for such nonlinear systems. However it suffers from a lack of theoretical justifications and displays poor performance when the estimated state is far from the real state, e.g. due to large perturbations, a poor initial state estimate, etc. . . We propose a solution to these problems, the Adaptive High-Gain (EKF). Observability theory reveals the existence of special representations characterizing nonlinear systems having the observability property. Such representations are called observability normal forms. A EKF variant based on the usage of a single scalar parameter, combined with an observability normal form, leads to an observer, the High-Gain EKF, with improved performance when the estimated state is far from the actual state. Its convergence for any initial estimated state is proven. Unfortunately, and contrary to the EKF, this latter observer is very sensitive to measurement noise. Our observer combines the behaviors of the EKF and of the high-gain EKF. Our aim is to take advantage of both efficiency with respect to noise smoothing and reactivity to large estimation errors. In order to achieve this, the parameter that is the heart of the high-gain technique is made adaptive. Voila, the Adaptive High-Gain EKF. A measure of the quality of the estimation is needed in order to drive the adaptation. We propose such an index and prove the relevance of its usage. We provide a proof of convergence for the resulting observer, and the final algorithm is demonstrated via both simulations and a real-time implementation. Finally, extensions to multiple output and to continuous-discrete systems are given.

Dans le contexte actuel d'urgence environnementale, la consommation de carburant dans le secteur du transport routier, vu son impact négatif sur l'environnement et son rôle socioéconomique, doit évoluer dans une logique de durabilité. Nous initions notre travail de thèse par une approche comparative de 90 pays quant à leur intensité énergétique et leur intensité de CO2 dans le transport routier durant la période 1980-2010. En calculant le coefficient de Theil, nos résultats empiriques mettent en évidence l'existence d'une disparité spatiale et temporelle. En 2010, la Tunisie occupe le 48ème rang et le 38ème rang, respectivement en terme d'efficiences énergétique et environnementale. Elle a une performance énergétique moyenne tout en occupant le 34ème rang selon l'indice général de performance énergétique. Dans une deuxième partie, nous adoptions la démarche de modélisation conceptuelle dont l'objectif est la construction des indicateurs du transport routier énergétique durable. La définition d'un tel indicateur économique est confronté au problème de mesure de la valeur ajoutée réelle de ce secteur du transport. Par l'intermédiaire de l'approche de filtre de Kalman, nous pouvons conclure que la valeur ajoutée de transport informel est d'environ 61% de total de valeur ajoutée de secteur de transport durant la période 1980-2010 en Tunisie. Enfin, nous procédons à une modélisation économétrique des interactions entre les indicateurs de transport routier énergétiquement durable en Tunisie. L'étude de la dynamique des relations causales entre la consommation du carburant dans le transport routier, les émissions de CO2 dus au secteur de transport, la valeur ajoutée réelle de secteur du transport, le prix moyen du carburant, la longueur de l'infrastructure routière et le taux de motorisation se base sur la technique de cointégration de Johansen et le modèle de la Courbe Environnementale de Kuznets (CEK). Les résultats empiriques confirment, d'une part, l'hypothèse de neutralité entre la consommation de carburant et la valeur ajoutée réelle de secteur de transport et, d'autre part, l'hypothèse de CEK stipulant une relation en U-inversée entre les émissions de CO2 et la croissance économique du secteur du transport. Aussi, nous mettons en exergue une relation de causalité unidirectionnelle au sens de Granger allant de prix de carburant vers la consommation du carburant à court terme. Dans ce sens, en utilisant la technique de décomposition de prix, les résultats infirment l'hypothèse d'asymétrie de l'effet de prix sur la consommation de carburant. Avec la prise en compte de facteur technologique, nous estimons l'effet de rebond à l'ordre de 18% à court terme et 51% à long terme. En termes d'implications politiques, ce travail de thèse montre l'importance d'adopter des politiques publiques transversales où la question énergétique du transport routier est résolue en adéquation avec l'offre infrastructurel, la politique de prix de carburant, le droit à la mobilité individuelle et la protection de l'environnement. Une combinaison optimale entre divers instruments fiscal, économique et de régulation parait la meilleure stratégie pour atteindre un tel objectif. Le rôle de la gouvernance énergétique est central pour concevoir et opérationnaliser toute politique de transport routier énergétiquement durable. / As global concern about climate increases, road transport energy consumption, given its impact on the environment and its socio-economic role, must evolve to sustainability logic. First, the present work provides an international comparison of the energy intensity and the CO2 intensity in road transport for a group of 90 countries oer the period 1980-2010. Through the calculated Theil coefficient, our empirical findings highlight the existence of spatial and temporal disparities between coustries. In 2010, Tunisia occupies the 48th and the 38th rank respectively in terms of energy and environmental efficiency.Based on a general index of energy performance in the road transport sector, it is deemed to have a medium energy performance by occupying the 34th rank. Secondly, through the adoption of conceptual modeling approach, several indicators for sustainable energy development in road transport sector are constructed. To measure the real transport value added, we used filter Kalman approach. We denote that the informal transport value added is about 61% during the period 1980-2010.Finally, this thesis studies causal mechanisms between indicators for sustainable energy development related to energy consumption from Tunisian road transport sector. The investigation is made using the Johansen cointegration technique and the environmental Kuznets curve (EKC) approach. It examines the nexus between real transport value added , road transport-related energy consumption, road infrastructure, fuel price, rate of motorization and CO2 emissions from Tunisian transport sector during the same period. Empirical results support the hypothesis of neutrality between energy and income for Tunisian road transport sector, and the hypothesis of an inverted U-shaped EKC for transport CO2 emissions. Also, there is a unidirectional Granger causality running from fuel price to road transport-related energy consumption with no feedback in the short run. In this sense, using price decomposition technique, we refute asymmetric fuel price effect hypothesis. By the introducing of the technological factor, the rebound effect is about 18% in the short run and 51% in the long run. The study shows the importance if enhancing a number of policies for the road transport system through the joint improvement of the fuel price policy, of the road infrastructure policy and of the road vehicles policy. The optimal combination of fiscal, economic and regulatory instruments is the main strategy to achieve these objectives. The energetic governance is necessary in order to maintain sustainable energy road transport.

Cette étude porte sur la mesure de la température à l’échelle microscopique par voie optique dans la gamme UV-visible par comptage de photons à l’aide d’un PMT refroidi. À partir des avantages et des inconvénients de chaque technique existante, la première partie permet de comprendre les orientations de nos travaux. Le Second Chapitre montre et insiste sur l’intérêt de travailler aux courtes longueurs d’onde (limite de diffraction, précision sur la mesure...), d’utiliser la méthode multi-spectrale pour s’affranchir de paramètres inconnus (e.g. l’émissivité) en choisissant judicieusement les longueurs d’onde de travail, ainsi que les lois statistiques classiques pour mesurer le flux photonique sachant son émission aléatoire. Le Chapitre Trois présente le banc de mesure (microscope optique, système de mesure du flux photonique...) et une attention toute particulière est portée sur la conception des éléments chauffants servant à l’étalonnage. Le Quatrième Chapitre présente les résultats en températures obtenues à l’aide des lois statistiques. Ils valident le bon fonctionnement du dispositif, la mise au point de la zone microscopique, et l’intérêt de bien modéliser les filtres monochromatiques. Enfin, des améliorations sur la précision de la mesure (réseau de diffraction, analyseur multi-canal) et pour mesurer des températures plus faibles (LIF, méthode corrélation temporelle) sont présentées dans le Cinquième Chapitre / The aim of this study is to measure microscale temperature by optical way in the UV-visible range by photons counting using a cooled PMT. From the existing techniques advantages and disadvantages, this first part allows to understand the choices of this study. The second part shows and underlines the interest in working in short wavelengths (diffraction limit, measurement accuracy), in using the multi-spectral method to get rid of unknown parameters (e.g. emissivity) by choosing judicious working wavelengths, as well as the statistic laws to measure the photonic flux knowing its random emission. The third chapter presents the optical bench (optical microscope, photonic flux measurement facility…). A particularly attention is given to the design of the heated elements, which allow to calibrate the facility. The fourth part exposes the temperature results obtained through statistic laws. They validate the well-running of the facility, the microscopic area focusing, and the interest to model correctly the filters. Finally, measurement accuracy improvements (diffraction grating, multi-channel analyzer) and lower temperature measurement techniques (LIF, time-correlated method) are presented in the fifth part

L'imagerie par résonance magnétique (IRM) est une modalité qui offre de bons contrastes et une bonne résolution spatiale, mais qui souffre d'un important problème de sensibilité. Pour répondre à cette problématique, le paradigme actuel est d'accroitre le champ magnétique des aimants d'IRM. Ceci mène toutefois à une explosion des coûts et à des contraintes accrues vis-à-vis des patients. L'approche que nous présentons est radicalement différente~: il s'agit de travailler à champ faible. Les antennes classiques n'étant pas assez sensibles pour recueillir le signal, l'idée est d'utiliser des SQIF. Ces derniers sont une nouvelle technologie d'antennes supraconductrices ultra-sensibles basées sur les réseaux de SQUID. Le projet vise à optimiser les capteurs SQIF et à les adapter pour la première fois à la RMN afin de mesurer un signal sur un aimant à 0.2~T.Pour ce faire, nous avons développé et étudié les performances de nouvelles architectures d'antennes SQIF afin de définir la géométrie la plus adaptée à la RMN. Nous avons également cherché à mieux comprendre comment le contexte d'utilisation de ces nouvelles antennes pouvait influencer leurs performances. Le jeu d'antennes le plus performant réalisé avait un facteur de transfert de 8.4~kVperT et un seuil de détection de 190~fTperHz. Il fut également observé que la présence d'un champ magnétique pendant le refroidissement de ces capteurs supraconducteurs dégradait leur réponse, phénomène à prendre en compte en RMN.Un Démonstrateur Super-QIF intégrant un SQIF dans l'IRM à 0.2~T fut conçu en tenant compte des contraintes géométriques et de l'environnement magnétique. Après sa fabrication, la température du cryostat était de 50~K, donc suffisante pour le bon fonctionnement des SQIF. Les premiers tests ont montrés que la présence du système ne perturbait pas le signal de RMN.Le démonstrateur est toujours en cours de développement et devrait permettre de mesurer un de RMN dans les mois à venir. À long terme, ces travaux pavent la voie à des applications des SQIF en IRM à champ terrestre. / Magnetic resonance imaging (MRI) is a modality that offers good contrasts and good spatial resolution, but suffers from a significant sensitivity problem. To address this issue, the current paradigm is to increase the magnetic field of MRI magnets. However, this leads to an explosion of costs and to increased constraints on patients. The approach we present is radically different: it involves working in a weak field. As conventional antennas are not sensitive enough to collect the signal, the idea is to use SQIF. These are a new ultra sensitive superconducting antenna technology based on SQUID networks. The project aims to optimize SQIF technology and adapt it to measure an NMR signal in a 0.2~T magnet.To do this, we developed and studied the performance of new SQIF antenna architectures in order to define the geometry most suitable for NMR. We also sought to better understand how the context of use of these new antennas could influence their performance. The best performing antennas set had a transfer factor of 8.4~kVperT and a detection threshold of 190~fTperHz. It was also observed that the presence of a magnetic field during the cooling of these superconducting sensors degraded their response, a phenomenon to be accounted for in NMR.The Super-QIF Demonstrator incorporating a SQIF in the 0.2~T MRI was designed considering the geometric constraints and the magnetic environment. After its assembly, the temperature of the cryostat was 50~K, therefore sufficient for the proper operation of SQIF. The first tests showed that the system presence did not disturb the NMR signal.The demonstrator is still under development and is expected to measure an NMR signal in the forthcoming months. In the long term, this work paves the way for applications of SQIF in Earth's field MRI.

No description available.

No description available.

Une vidéo est une source particulièrement riche en informations. Parmi tous les objets que nous pouvons y trouver, les visages humains sont assurément les plus saillants, ceux qui attirent le plus l’attention des spectateurs. Considérons une séquence vidéo dont chaque trame contient un ou plusieurs visages en mouvement. Ils peuvent appartenir à des personnes connues ou qui apparaissent de manière récurrente dans la vidéo Cette thèse a pour but de créer une méthodologie afin d’extraire une ou plusieurs images de visage en vue d’appliquer, par la suite, un algorithme de reconnaissance du visage. La principale hypothèse de cette thèse réside dans le fait que certains exemplaires d’un visage sont meilleurs que d’autres en vue de sa reconnaissance. Un visage est un objet 3D non rigide projeté sur un plan pour obtenir une image. Ainsi, en fonction de la position relative de l’objectif par rapport au visage, l’apparence de ce dernier change. Considérant les études sur la reconnaissance de visages, on peut supposer que les exemplaires d’un visage, les mieux reconnus sont ceux de face. Afin d’extraire les exemplaires les plus frontaux possibles, nous devons d’une part estimer la pose de ce visage. D’autre part, il est essentiel de pouvoir suivre le visage tout au long de la séquence. Faute de quoi, extraire des exemplaires représentatifs d’un visage perd tout son sens. Les travaux de cette thèse présentent trois parties majeures. Dans un premier temps, lorsqu’un visage est détecté dans une séquence, nous cherchons à extraire position et taille des yeux, du nez et de la bouche. Notre approche se base sur la création de cartes d’énergie locale principalement à direction horizontale. Dans un second temps, nous estimons la pose du visage en utilisant notamment les positions relatives des éléments que nous avons extraits. Un visage 3D a trois degrés de liberté : le roulis, le lacet et le tangage. Le roulis est estimé grâce à la maximisation d’une fonction d’énergie horizontale globale au visage. Il correspond à la rotation qui s’effectue parallèlement au plan de l’image. Il est donc possible de le corriger pour qu’il soit nul, contrairement aux autres rotations. Enfin, nous proposons un algorithme de suivi de visage basé sur le suivi des yeux dans une séquence vidéo. Ce suivi repose sur la maximisation de la corrélation des cartes d’énergie binarisées ainsi que sur le suivi des éléments connexes de cette carte binaire. L’ensemble de ces trois méthodes permet alors tout d’abord d’évaluer la pose d’un visage qui se trouve dans une trame donnée puis de lier tous les visages d’une même personne dans une séquence vidéo, pour finalement extraire plusieurs exemplaires de ce visage afin de les soumettre à un algorithme de reconnaissance du visage. / The aim of this thesis is to create a methodology in order to extract one or a few representative face images of a video sequence with a view to apply a face recognition algorithm. A video is a media particularly rich. Among all the objects present in the video, human faces are, for sure, the most salient objects. Let us consider a video sequence where each frame contains a face of the same person. The primary assumption of this thesis is that some samples of this face are better than the others in terms of face recognition. A face is a non-rigid 3D object that is projected on a plan to form an image. Hence, the face appearance changes according to the relative positions of the camera and the face. Many works in the field of face recognition require faces as frontal as possible. To extract the most frontal face samples, on the one hand, we have to estimate the head pose. On the other hand, tracking the face is also essential. Otherwise, extraction representative face samples are senseless. This thesis contains three main parts. First, once a face has been detected in a sequence, we try to extract the positions and sizes of the eyes, the nose and the mouth. Our approach is based on local energy maps mainly with a horizontal direction. In the second part, we estimate the head pose using the relative positions and sizes of the salient elements detected in the first part. A 3D face has 3 degrees of freedom: the roll, the yaw and the pitch. The roll is estimated by the maximization of a global energy function computed on the whole face. Since this roll corresponds to the rotation which is parallel to the image plan, it is possible to correct it to have a null roll value face, contrary to other rotations. In the last part, we propose a face tracking algorithm based on the tracking of the region containing both eyes. This tracking is based on the maximization of a similarity measure between two consecutive frames. Therefore, we are able to estimate the pose of the face present in a video frame, then we are also able to link all the faces of the same person in a video sequence. Finally, we can extract several samples of this face in order to apply a face recognition algorithm on them.

Le récepteur SAIC/MAIC introduit récemment est capable de séparer jusqu'à 2N utilisateurs synchronisés avec N antennes pour les réseaux de radiocommunications utilisant des modulations rectilignes ou quasi-rectilignes. Un tel récepteur, opérationnel dans les téléphones GSM depuis 2006, exploite la non-circularité du second ordre des signaux et met en œuvre un filtre optimal linéaire au sens large (widely linéaire WL). Il s'est montré performant pour les utilisateurs synchrones en absence de résidu de porteuse (l'effet doppler par exemple), mais son comportement en présence d'utilisateurs asynchrones ayant des résidus de porteuse potentiellement non nuls, omniprésents dans de nombreuses applications radio, n'a pas encore fait l'objet d'études théoriques, ce qui ne permet pas d'en connaître les dégradations. Le but de la 1e partie de ce travail consiste à présenter une analyse des performances du SAIC/MAIC, implanté via une approche MMSE avec séquence d'apprentissage, en présence de deux utilisateurs non nécessairement synchronisés et ayant des dérives de fréquence. Pour simplifier, nous avons limité l'analyse théorique à quelques cas particuliers avec des modulations rectilignes. Ainsi des expressions analytiques simples et interprétables ont été données et analysées. Nous avons prouvé que les performances sont moins dégradées dans le cas d'une dérive sur l'utile qu'en présence d'une dérive sur le brouilleur. En outre, la dégradation augmente avec la désynchronisation des deux signaux. Afin de préciser le domaine de validité des approximations analytiques, des illustrations numériques ont été réalisées en prenant comme paramètres ceux du standard GSM dans le but d'appliquer cette étude à ce standard et aux réseaux cellulaires. L'extension de l'analyse aux modulations quasi-rectilignes a nécessité la mise en œuvre d'un filtrage spatio-temporel. Nous avons ainsi étudié l'impact de la taille du filtre spatio-temporel sur les performances du MMSE SAIC/MAIC pour des modulations quasi-rectilignes (MSK et GMSK) en présence de résidus de porteuse. L'étude révèle qu'avec des résidus de porteuse standards, ce récepteur reste relativement robuste et ne nécessite pas de compensation. La 2e partie de ce travail considère des canaux sélectifs en fréquence et consiste à développer un SIMO MLSE pour un signal utile à modulation linéaire quelconque en présence de bruit additif gaussien centré stationnaire coloré temporellement et spatialement et potentiellement non circulaire, en partant d'un problème général de détection d'une forme d'onde. Nous avons démontré que le SIMO MLSE est constitué d'un filtre WL, d'un échantillonneur au rythme symbole et d'une minimisation récursive d'une métrique qui peut se mettre en oeuvre par l'algorithme de Viterbi. Le cas des modulations quasi rectilignes a aussi été considéré. Dans ce cadre, nous avons démontré que le SIMO MLSE a la même structure moyennant un prétraitement de dérotation. Tous ces filtres WL sont interprétés comme des filtres WL adaptés multidimensionnels (WL MMF) au sens où ils maximisent le rapport SNR sur le symbole courant en sortie. Nous avons ensuite étendu la structure du MLSE développée au cas d'un bruit gaussien non circulaire mais cyclostationnaire, de manière à se rapprocher des applications cellulaires. Nous appelons ce nouveau récepteur "pseudo-MLSE" car sa structure a été imposée. En conjecturant que les performances en probabilité d'erreur par symbole sont directement reliées au SNR sur le symbole courant, des expressions générales de celui-ci ont été données pour des MLSE et pseudo-MLSE dans le cadre d'interférences stationnaires et cyclostationnaires potentiellement non circulaires. Des formules interprétables de ces SNR ont été données dans des cas particuliers et des simulations numériques ont été présentées pour montrer les gains en performance des récepteurs introduits par rapport aux MLSE classiques dérivés sous hypothèse de bruit stationnaire circulaire / The SAIC/MAIC (Single/Multiple Antenna Interference Cancellation) receiver, recently introduced, is able to separate up to 2N synchronous users with N antennas for the radiocommunications networks using rectilinear or quasi-rectilinear modulations. A such receiver, operational in GSM handsets since 2006, exploits the second order non-circularity of signals and gives rise to an optimal widely linear (WL) filter. This receiver has been shown to be powerful for synchronous users without any frequency offsets (for example Doppler shift), but its behaviour in the presence of asynchronous users having potentially non zero carrier residues, omnipresent in many radio applications, has not yet been the subject of theoretical studies, which doesn't allow us to know their damage. For this reason, the purpose of the first part of this work is to present an analysis of SAIC/MAIC receiver performances, implemented via an MMSE approach with training sequence, with two users not necessarily synchronized with frequency shifts. To simplify the analytical developments, we limited the theoretical analysis to some particular cases with rectilinear modulations. Hence, simple and interpretable analytical expressions were given and analyzed. We proved in particular that the performance is less degraded in the case of a shift on the useful than in the presence of a drift on the jammer. Furthermore, the degradation increases with desynchronization of the two signals. To precise the range of validity of analytical approximations, numerical illustrations were made using as parameters those of the GSM standard in order to apply this study to this standard in particular and cellular networks in general. Extending the analysis to quasi-rectilinear modulations had required the implementation of a spatio-temporal filtering. We have studied the impact of the size of the spatio-temporal filter on the performance of MMSE SAIC/MAIC receiver for quasi-rectilinear modulations (GMSK and MSK) in the presence of residual frequencies. The study reveals that with standard carrier residues, this receiver remains relatively robust and doesn't require a compensation. The second part of this work considers frequency-selective channels and is developing a SIMO MLSE receiver for a useful signal with any linear modulation in the presence of an additive Gaussian centered stationary temporally and spatially colored and potentially non-circular noise, starting from a general problem of detection of a waveform. We have shown that SIMO MLSE receiver consists of a WL filter, a sampler at the symbol rate and a recursive minimization of a metric that can be solved by the Viterbi algorithm. The case of quasi-rectilinear modulations is also considered. Within this framework, we had proved that the SIMO MLSE receiver has the same structure through a postreatment derotation. All these filters are interpreted as WL multidimensional matched filters (WL MMF) in the sense that they maximize the SNR of the current symbol at output. Then, we extended the MLSE receiver structure developed in case of a noncircular gaussian noise but this time cyclostationary, so as to approximate radio cellular applications. We call this new receiver "pseudo-MLSE" because its structure was imposed. By conjecturing that the performances by per symbol error probability are directly related to the SNR of the current symbol, general expressions of this SNR are given for MLSE and pseudo MLSE receivers with stationary and cyclostationary potentially noncircular interferences. Interpretable formulas of these SNR were given in special cases and numerical simulations were presented to show performance gains of the receivers we have introduced relative to conventional MLSE receivers derived under the assumption of circular stationary noise

Beaucoup de services vitaux de la vie quotidienne dépendent de systèmes d'ingénierie hautement complexes et interconnectés; Ces systèmes sont constitués d'un grand nombre de capteurs interconnectés, d'actionneurs et de composants du système. L'étude des systèmes interconnectés joue un rôle important dans l'étude de la fiabilité des systèmes dynamiques; car elle permet d'étudier les propriétés d'un système interconnecté en analysant ses sous-composants moins complexes. Le diagnostic des pannes est essentiel pour assurer des opérations sûres et fiables des systèmes de contrôle interconnectés. Dans toutes les situations, le système global et / ou chaque sous-système peuvent être analysés à différents niveaux pour déterminer la fiabilité du système global. Dans certains cas, il est important de déterminer les informations anormales des variables internes du sous-système local, car ce sont les causes qui contribuent au fonctionnement anormal du processus global. Cette thèse porte sur les défis de l'application de la théorie inverse du système et des techniques FDD basées sur des modèles pour traiter le problème articulaire du diagnostic des fautes et de l'analyse des causes racines (FD et RCA). Nous étudions ensuite le problème de l'inversibilité de la gauche, de l'observabilité et de la diagnosticabilité des fauts du système interconnecté, formant un algorithme FD et RCA multi-niveaux basé sur un modèle. Ce système de diagnostic permet aux composants individuels de surveiller la dynamique interne localement afin d'améliorer l'efficacité du système et de diagnostiquer des ressources de fautes potentielles pour localiser un dysfonctionnement lorsque les performances du système global se dégradent. Par conséquent, un moyen d'une combinaison d'intelligence locale avec une capacité de diagnostic plus avancée pour effectuer des fonctions FDD à différents niveaux du système est fourni. En conséquence, on peut s'attendre à une amélioration de la localisation des fauts et à de meilleurs moyens de maintenance prédictive. La nouvelle structure du système, ainsi que l'algorithme de diagnostic des fautes, met l'accent sur l'importance de la RCA de défaut des dispositifs de terrain, ainsi que sur l'influence de la dynamique interne locale sur la dynamique globale. Les contributions de cette thèse sont les suivantes: Tout d'abord, nous proposons une structure de système non linéaire interconnecté inversible qui garantit le fauts dans le sous-système de périphérique de terrain affecte la sortie mesurée du système global de manière unique et distincte. Une condition nécessaire et suffisante est développée pour assurer l'inversibilité du système interconnecté qui nécessite l'inversibilité de sous-systèmes individuels. Deuxièmement, un observateur interconnecté à deux niveaux est développé; Il se compose de deux estimateurs d'état, vise à fournir des estimations précises des états de chaque sous-système, ainsi que l'interconnexion inconnue. En outre, il fournira également une condition initiale pour le reconstructeur de données et le filtre de fauts local une fois que la procédure FD et RCA est déclenchée par tout fauts. D'une part, la mesure utilisée dans l'estimateur de l'ancien sous-système est supposée non accessible; La solution est de la remplacer par l'estimation fournie par l'estimateur de ce dernier sous-système. / Many of the vital services of everyday life depend on highly complex and interconnected engineering systems; these systems consist of large number of interconnected sensors, actuators and system components. The study of interconnected systems plays a significant role in the study of reliability theory of dynamic systems, as it allows one to investigate the properties of an interconnected system by analyzing its less complicated subcomponents. Fault diagnosis is crucial in achieving safe and reliable operations of interconnected control systems. In all situations, the global system and/or each subsystem can be analyzed at different levels in investigating the reliability of the overall system; where different levels mean from system level down to the subcomponent level. In some cases, it is important to determine the abnormal information of the internal variables of local subsystem, in order to isolate the causes that contribute to the anomalous operation of the overall process. For example, if a certain fault appears in an actuator, the origin of that malfunction can have different causes: zero deviation, leakage, clogging etc. These origins can be represented as root cause of an actuator fault. This thesis concerns with the challenges of applying system inverse theory and model based FDD techniques to handle the joint problem of fault diagnosis & root cause analysis (FD & RCA) locally and performance monitoring globally. By considering actuator as individual dynamic subsystem connected with process dynamic subsystem in cascade, we propose an interconnected nonlinear system structure. We then investigate the problem of left invertibility, fault observability and fault diagnosability of the interconnected system, forming a novel model based multilevel FD & RCA algorithm. This diagnostic algorithm enables individual component to monitor internal dynamics locally to improve plant efficiency and diagnose potential fault resources to locate malfunction when operation performance of global system degrades. Hence, a means of acombination of local intelligence with a more advanceddiagnostic capability (combining fault monitoring anddiagnosis at both local and global levels) to performFDDfunctions on different levels of the plantis provided. As a result, improved fault localization and better predictive maintenance aids can be expected. The new system structure, together with the fault diagnosis algorithm, is the first to emphasize the importance of fault RCA of field devices, as well as the influences of local internal dynamics on the global dynamics. The developed model based multi-level FD & RCA algorithm is then a first effort to combine the strength of the system level model based fault diagnosis with the component level model based fault diagnosis. The contributions of this thesis include the following: Firstly, we propose a left invertible interconnected nonlinear system structure which guarantees that fault occurred in field device subsystem will affect the measured output of the global system uniquely and distinguishably. A necessary and sufficient condition is developed to ensure invertibility of the interconnected system which requires invertibility of individual subsystems. Second, a two level interconnected observer is developed which consists of two state estimators, aims at providing accurately estimates of states of each subsystem, as well as the unknown interconnection. In addition, it will also provide initial condition for the input reconstructor and local fault filter once FD & RCA procedure is triggered by any fault. Two underlyingissues are worth to be highlighted: for one hand, the measurement used in the estimator of the former subsystem is assumed not accessible; the solution is to replace it by the estimate provided by the estimator of the latter subsystem. In fact, this unknown output is the unknown interconnection of the interconnected system, and also the input of the latter subsystem.