Les travaux de recherche entrent dans le cadre de la reconfiguration de lois de commande des systèmes dynamiques présentant divers modes de fonctionnement afin d’assurer les performances désirées. Deux approches d’accommodation ont été proposées pour la commande de ces systèmes dynamiques : une approche passive qui présente un régulateur à paramètres fixes ne garantissant pas les mêmes performances pour différents modes de fonctionnement et une approche active dans laquelle les paramètres du système de commande peuvent être mis à jour selon le mode de fonctionnement détecté. C’est cette deuxième approche basée sur une représentation multi-modèles du système qui a été retenue dans nos travaux.Les erreurs de modélisation correspondant aux variations de conditions de fonctionnement, sont dans ce cas détectées par un algorithme de détection et de localisation de variations de modes de fonctionnement. Il s’en suit une reconfiguration d’une loi de commande par platitude en utilisant le principe de commutation. Cette approche garantit la régulation et la poursuite d’une trajectoire de référence. Pour sa mise en œuvre, un banc de régulateurs, conçu par platitude, a été élaboré pour les modèles discrets plats obtenus autour des divers points de fonctionnement.La détection des modes de fonctionnement est effectuée par une génération de résidus en utilisant un ensemble d’observateurs de type Luenberger dont les gains sont calculés en utilisant l’outil LMI.L'étude de la stabilité ainsi que l'introduction de dispositifs d'anti-emballement liés à la commutation entre les régulateurs, ont été considérés dans l'approche proposée / The work presented in this memory concerns the control reconfiguration of dynamical systems with variation of operating modes in order to ensure the desired performances. For the control of dynamic systems, two approaches of accommodation have been proposed. The passive approach presents a controller with fixed parameters that doesn’t ensure the same performance for different operating modes and an active approach in which the controller settings can be updated according to the variation of the detected operating mode. Our work has therefore focused on this second approach based on multi-models system representation. The modelling errors corresponding to the variations of operating conditions are detected in this case by detection and localization algorithm, consequently, a reconfiguration strategy based on flatness-based switching control is proposed. This approach guarantees the control and the tracking of a reference trajectory. In fact, we have synthesised a discrete flatness-based multi-controllers associated for each operating model obtained from different operating points. Detection of operating modes is done by a residual generation by using Luenberger observers which gains are calculated using the LMI tool. Study of the stability as well as the use of anti-windup devices related to switching between controllers; have been considered in the proposed approach

L'utilisation de systèmes GNSS (Global Navigation Satellites System) en environnement urbain s'est fortement développée, notamment avec l'apparition des puces GNSS dans les téléphones portables. Cependant, l'environnement urbain génère des difficultés dans la réception des signaux GNSS qui peuvent engendrer des erreurs en position de plusieurs dizaines de mètres. Nous avons choisi d'apporter une solution à ces problématiques grâce à l'utilisation d'un modèle 3D de ville réaliste simulant la propagation des signaux GNSS. La première partie de notre étude se porte sur la problématique des signaux Non Line Of Sight et propose une solution de navigation utilisant le modèle 3D de ville pour estimer les caractéristiques géométriques des signaux NLOS reçus par le récepteur. Dans la deuxième partie de notre travail, le modèle 3D de ville est utilisé pour estimer le biais dû aux signaux multitrajets sur la mesure de pseudodistance. Enfin, la dernière partie de notre étude propose une solution combinant les méthodes de poursuite vectorielle des signaux GNSS aux apports d'information du modèle 3D de ville afin d'aider la poursuite en contexte d'atténuation des signaux GNSS. / The use of Global Navigation Satellites System, better known by the acronym GNSS, in an urban environment has grown significantly, especially with the advent of GNSS chips in mobile phones. However, the urban environment introduces many difficulties in GNSS signal reception that can lead to position ?s errors of several tens of meters. We chose to answer these problems by using a 3D city model allowing to simulate a realistic propagation of the GNSS signal in urban environment. The first part of our work regards the Non Line Of Sight problem, where we propose a navigation solution based on a 3D city model to estimate geometrical properties of NLOS measured by the receiver. In a second part, the 3D city model is used to estimate the bias coming from the multipath on the pseudorange measurement. Finally, the last part of our study provides a solution coupling the GNSS signal vectorial tracking method to the information produced from the 3D city model in order to improve the tracking in the context of strong GNSS signal power attenuation.

Durant la dernière décennie, les systèmes de navigation par satellites ont obtenu une place majeure dans le développement d’application de navigation urbaine et les services associés. L’environnement urbain pose plusieurs défis à la réception des signaux GNSS, comprenant les multi-trajets et le phénomène de blocage des signaux directs, qui peuvent se traduire dans le domaine de la position, par une diminution de la précision de la solution de navigation voire par une indisponibilité de la position. Dans cette situation, la poursuite vectorielle constitue une approche intéressante capable de contrecarrer les effets propres à un environnement urbain tels que les multi-trajets, les réceptions de signaux non directs et les interruptions de signal. Cette thèse s’intéresse particulièrement à la proposition et au design d’une architecture double constellation GPS + Galileo, mono-fréquence L1/E1 VDFLL pour les véhicules routiers en milieu urbain. Concernant la navigation, le VDFLL représente une application concrète de la fusion d’information dû au fait que tous les canaux de poursuite sont contrôlés par le même filtre de navigation sous la forme d’un Filtre de Kalman Étendu (EKF). Le choix de l’architecture double constellation mono-fréquence a pour but d’augmenter le nombre de mesures et garantit une faisabilité bas coût du récepteur mobile. De plus, l’utilisation des signaux de mono-fréquence L1 implique la prise en compte des perturbations causées par la ionosphère. Malgré l’application des modèles de corrections ionosphérique, un résidu d’erreur ionosphérique reste toujours présent. L’originalité de ce travail repose sur l’implémentation d’une architecture VDFLL double constellation capable d’estimer le résidu d’erreurs ionosphériques présent sur les observations reçues. Ce doctorat analyse les avantages apportés par la solution proposée par rapport à la poursuite scalaire au regard de performances de positionnement et de robustesse de poursuite dans le cadre d’une trajectoire de véhicule en milieu urbain et en présence de multi-trajets et de résidus d’erreur ionosphérique. / In the last decade, Global Navigation Satellites Systems (GNSS) have gained a significant position in the development of urban navigation applications and associated services. The urban environment presents several challenges to GNSS signal reception, such as multipath and GNSS Line-of-Sight (LOS) blockage, which are translated in the positioning domain in a decreased navigation solution accuracy up to the lack of an available position. For this matter, Vector Tracking (VT) constitutes a promising approach able to cope with the urban environment-induced effects including multipath, NLOS reception and signal outages. This thesis is particularly focused on the proposal and design of a dual constellation GPS + Galileo single frequency L1/E1 Vector Delay Frequency Lock Loop (VDFLL) architecture for the automotive usage in urban environment. From the navigation point of view, VDFLL represents a concrete application of information fusion, since all the satellite tracking channels are jointly tracked and controlled by the common navigation Extended Kalman filter (EKF). The choice of the dual-constellation single frequency vector tracking architecture ensures an increased number of observations and at the same time allowing the conservation of the low-cost feasibility criteria of the mobile user’s receiver. Moreover, the use of single frequency L1 band signals implies the necessity of taking into account the ionospheric error effect. In fact, even after the application of the ionosphere error correction models, a resultant ionospheric residual error still remains in the received observations. The originality of this work relies on the implementation of a dual-constellation VDFLL architecture, capable of estimating the ionosphere residual error present in the received observations. This dissertation investigates the VDFLL superiority w.r.t the scalar tracking receiver in terms of positioning performance and tracking robustness for a real car trajectory in urban area in the presence of multipath and ionosphere residual error.

Nous avons expliqué comment le système visuel intègre les informations de mouvement en manipulant la distribution de vitesse locale à l'aide d'une classe bien contrôlée de stimuli de texture aléatoires à large bande appelée Motion Clouds (TM), avec des spectres de fréquence spatio-temporels naturalistes continus. Nos résultats montrent que le gain et la précision des poursuites se détériorent à mesure que la variabilité de la fréquence de stimulation augmente. Dans l'expérience de discrimination de vitesse perceptuelle, nous avons constaté que les MC ayant une largeur de bande légèrement supérieure à la vitesse étaient perçus comme se déplaçant plus rapidement. Cependant, au-delà d'une bande passante critique, la perception d'une vitesse constante a été perdue. Dans une troisième expérience de discrimination, nous avons constaté que pour les contrôleurs multimédias à large bande passante, les participants ne pouvaient plus discriminer la direction du mouvement. Ces résultats suggèrent que lorsqu’on augmente la bande passante de petites à grandes vitesses, l’observateur expérimente différents régimes de perception. Nous avons finalement réalisé une expérience d’échelle de différence de vraisemblance maximale avec nos stimuli MC afin d’étudier ces différents régimes de perception possibles. Nous avons identifié trois régimes dans la plage des valeurs de différence de vitesse testées qui correspondraient à la cohérence de mouvement, à la transparence de mouvement et à l'incohérence complète. / It is still not fully understood how the visual system integrates motion information across different spatial and temporal frequencies, in order to build a coherent percept of the global motion under complex, noisy naturalistic conditions. We addressed this question by manipulating local speed distribution (i.e. speed bandwidth Bv) using a well-controlled class of broadband random-texture stimuli called Motion Clouds (MCs), with continuous naturalistic spatiotemporal frequency spectra (Sanz-Leon et al., 2012,; Simoncini et al., 2012).Our results show that pursuit gain and precision deteriorate as stimulus speed variability increases. In the perceptual speed discrimination experiment, we found that MCs with moderately larger speed bandwidth were perceived as moving faster. However, beyond a critical bandwidth (Bv > 0.5 °/s), the perception of a coherent speed was lost. In a third direction discrimination experiment, we found that for large bandwidth MCs participants could no longer discriminate motion direction. These results suggest that when increasing speed bandwidth from a small to a large range, the observer experiences different perceptual regimes. We finally ran a Maximum Likelihood Difference Scaling (Knoblauch & Maloney, 2008) experiment with our MC stimuli to investigate these different possible perceptual regimes. We identified three regimes across the range of tested values of velocity difference, that would correspond to motion coherency (and speed integration), motion transparency and complete incoherency.

Cette thèse porte sur l'application des techniques de filtrage statistiques au radar passif. L'objectif de cette thèse est d'adapter les méthodes à somme de gaussiennes et les méthodes particulaires pour la détection et/ou la poursuite dans un contexte multi-cible. Nous nous intéressons aux problématiques liées à des cibles fortement manoeuvrantes à rapport signal sur bruit pouvant être très faible. En guise d'application, la radio FM et la télévision numérique DVB-T seront exploitées comme sources d'opportunité par le système de localisation passive. Dans un premier temps, cette thèse récapitule l'état de l'art dans le domaine du radar passif, du filtrage statistique et des approches conventionnelles de pistage radar à base de données seuillées. Dans un deuxième temps, cette thèse explore l'apport du filtrage particulaire en radar passif. Avec une modélisation convenable du problème de poursuite d'une cible sous la forme d'un système dynamique non-linéaire, nous montrons comment le filtrage particulaire, appliqué sur les sorties bruitées (non-seuillées) du corrélateur, améliore les performances en terme de poursuite par rapport aux approches conventionnelles. Une extension au cas multi-cible est également traitée. L'ingrédient essentiel de l'algorithme proposé est l'intégration d'un système de synchronisation de l'instant d'échantillonnage du corrélateur (et le cas échéant de la fréquence de corrélation) qui permet à l'algorithme particulaire de compenser automatiquement la dynamique des cibles. Dans un troisième temps, nous exposons un nouveau système de détection/poursuite multi cible basé sur le filtrage bayésien avec la méthodologie "track-before-detect". Ce système est implémenté par une approximation à base de somme de gaussiennes ou une approximation à base de filtrage particulaire. Nous proposons également une technique d'annulation successive d'interférence qui permet de gérer la présence de lobes secondaires importants. Des simulations utilisant un signal radio FM, ont permis de confirmer le potentiel du système de détection/poursuite proposé. / The subject of this thesis is the application of statistical filtering techniques to passive radar. The objective of this thesis is to adapt Gaussian sum filtering and particle filtering methods to the detection and/or tracking in a multi-target context. Highly manoeuvring targets, at potentially very low signal-to-noise ratios, will be of particular interest. As an application, FM radio and terrestrial digital video broadcasting (DVB-T) will be exploited as illuminators of opportunity by the passive localization system. First, this thesis recapitulates the state-of-the-art in the domain of passive radar, statistical filtering and conventional radar tracking approaches based on the thresholded data. Second, this thesis explores the benefits of particle filtering in passive radar. With an appropriate modeling of the problem of target tracking as a non-linear dynamical system, we show how particle filtering, fed with the noisy unthresholded matched filter outputs, outperforms conventional tracking approaches. An extension to the multi-target case is also treated. The essential ingredient of the proposed algorithm is the inbuilt synchronization system of the correlator sampling instants (and potentially also of the correlation frequency), which allows the particle filter to compensate the dynamics of the targets automatically. Third, we present a new multi-target detection/tracking system, based on Bayesian filtering, using the track-before-detect methodology. This system is implemented with an approximation based on Gaussian sum filtering or an approximation based on particle filtering. We also propose a successive interference cancellation technique, which allows to handle the presence of large sidelobes. Simulations using FM radio confirmed the potential of the proposed detection/tracking system.

Suivre du regard un objet qui se déplace dans le champ visuel constitue un défi facilement relevé par le système nerveux central. Ce suivi consiste en une succession de mouvements rapides (saccades) et lents (poursuites) des yeux. La précision spatiotemporelle implique une annulation du délai entre l'activité rétinienne et la contraction des muscles extra-oculaires, et nécessite que la trajectoire de la cible soit connue et mémorisée. La question de l'élaboration de cette mémoire a été longtemps négligée, et les substrats neuronaux sous-jacents largement méconnus. L'objectif de mon travail était de mieux comprendre comment la trajectoire d'un objet est mémorisée et restituée lors du suivi oculaire d'une cible mobile. Il s'agissait en effet de caractériser comment s'opère la synergie entre les deux composantes oculaires (saccade et poursuite). Un premier versant comportemental, renseigne sur la mémorisation d'une trajectoire spatiotemporelle. Un second versant neurophysiologique, révèle le rôle du cervelet dans la restitution de cette trace mnésique. Au-delà de leur intérêt fondamental pour la neurologie, mes travaux apportent les prérequis pour accroître nos connaissances sur la mémorisation d'un évènement spatialement dynamique et pose les bases pour une compréhension neurophysiologique de la présence visuomotrice. / To track an object that moves in the visual field is a challenge easily executed by the central nervous system. This tracking consists of a succession of rapid (saccades) and slow (pursuit) eye movements. Spatiotemporal accuracy involves a cancellation of the delay between retinal activity and contraction of the extraocular muscles and requires that the trajectory of the target has been known and memorized. However, very few studies tried to explain how this memory was constructed, and the underlying neuronal substrates are largely unknown. The objective of my work was to better understand how the trajectory of an object is memorized and restored during the tracking of a moving target. The aim was to characterize the synergy between the two ocular components (saccade and pursuit). The first behavioral part of this work informs on the memorization of a spatiotemporal trajectory. The second neurophysiological part reveals the role of the cerebellum in the restitution of this memory. Beyond their fundamental interests in neurology, my work provides the prerequisites to increase our knowledge on the memorization of a spatially dynamic event.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Cette thèse explore la localisation et la poursuite de véhicules à partir d'une caméra. Pour réaliser cela, nous avons convenu d'utiliser les classificateurs en cascade pour localiser les véhicules et les filtres à particules pour la poursuite. Les classificateurs en cascade nous permet d'analyser toute l'image en un temps acceptable. Cette approche est expérimentée avec différentes caractéristiques ainsi qu'avec des données artificielles générées spécifiquement pour améliorer la performance de notre classificateur. Il convient de préciser qu'avec les filtres à particules, nous pouvons exploiter la continuité des vidéos. Pour cela, il convient d'utiliser les véhicules que nous avons déjà identifiés, pour localiser les véhicules présents dans les frames suivants. Nous avons proposé une technique pour adapter notre filtre à particules à la séquence vidéo sous analyse. Notre modèle est évalué sur trois séquences vidéo différentes. Les tests ont été répétés plusieurs fois en faisant varier différents paramètres et caractéristiques. / This thesis explores vehicle localization and tracking from a dashboard camera. To achieve that, we use cascading classifiers to find the vehicles within each frame and particle filters to track them across the video. Cascading classifiers allow us to analyze the whole image in a short amount of time while maintaining accuracy. We experiment this approach using different features as well as using artificially generated training data to boost the classifier's performance. With particle filters we are able to exploit the continuity in the video. To do that, we use the identified vehicles in previous frames to locate the ones in future frames. Since the conditions can vary from video to video, we propose a technique to adapt our particle filter to each video sequence. We present our results over three different video sequences testing our approach multiple times for different parameters and features.

Les activités de plein air, reconnues pour leurs bénéfices physiques et psychologiques en matière de santé et de bien-être, figurent parmi les activités les plus pratiquées par les jeunes Québécois d’âge scolaire (Pronovost, 2010). Ce type d’activité pourrait ainsi contribuer à la promotion des saines habitudes de vie en milieu scolaire. Toutefois, afin d’atteindre les retombées souhaitées par l’implantation d’un programme de plein air, ce dernier doit être bien implanté dans les milieux et poursuivre son implantation sur une longue période de temps (Chen, 2005; Wiltsey Stirman et al., 2012). Cette étude a pour but d’identifier et de décrire les facteurs influençant la poursuite de l’implantation d’un programme de plein air dans deux écoles secondaires québécoises. Les écoles à l’étude poursuivent actuellement l’implantation du programme Santé globale. Ce programme vise à faire la promotion des saines habitudes de vie en milieu scolaire en utilisant le plein air comme principal moyen d’intervention. Des documents organisationnels et pédagogiques ont été colligés et des entrevues individuelles ont été menées auprès de membres du personnel actuellement concernés par la poursuite de l’implantation du Programme Santé globale dans les deux milieux à l’étude. Les données recueillies ont fait l’objet d’une analyse de contenu qualitative utilisant une approche mixte (L’Écuyer, 1990). Les résultats ont permis de dégager des précisions quant à cinq catégories de facteurs influençant la poursuite de l’implantation d’un programme de plein air : 1) de programme; 2) organisationnels; 3) individuels; 4) processuels; 5) extérieurs. Cette recherche constitue une première initiative au Québec pour mieux comprendre les facteurs qui influencent la poursuite de l’implantation des programmes de plein air en milieu scolaire. Les résultats de cette recherche permettront de soutenir d’autres milieux scolaires qui désirent implanter ou poursuivre l’implantation d’initiatives similaires visant à promouvoir les saines habitudes de vie.

Cette thèse se compose de deux parties, concernant deux études expérimentales sur les mouvements oculaires de poursuite lente d'un stimulus visuel en mouvement (barre inclinée). La première étude aborde l'intégration dynamique de signaux locaux de mouvement visuel provenant de la rétine, tandis que la seconde porte sur l'influence de signaux extra-rétiniens sur l'intégration du mouvement. Un cadre théorique plus général est également proposé, sur la base d'un modèle bayésien récurrent et hiérarchique pour la poursuite lente. Pour la première étude, l'intégration dynamique de mouvement a été analysée en variant le contraste et la vitesse de la barre inclinée. Les résultats montrent que des vitesses plus élevées et des valeurs plus basses de contraste produisent un plus fort biais dans la direction initiale de poursuite et que successivement la dynamique d'intégration de mouvement est plus lente pour les contrastes faibles. Une version en boucle ouverte d'un modèle bayésien est proposée, où un réseau bayésien récurrent est connecté en cascade avec un modèle du système oculomoteur pour générer des réponses de poursuite lente. Les réponses du modèle reproduisent qualitativement les différentes dynamiques observées dans les réponses de poursuite à la barre inclinée en fonction des vitesses et des contrastes différents. La deuxième étude a enquêté sur les interactions dynamiques entre les signaux rétiniens et extra-rétiniens dans l'intégration dynamique de mouvement pour la poursuite lente par le moyen d'une suppression transitoire de la cible à différents moments de la poursuite, et notamment au cours de la phase de boucle ouverte et pendant l'état d'équilibre. / This thesis addresses two studies by studying smooth pursuit eye movements for a translating tilted bar stimulus. First, the dynamic integration of local visual motion signals originating from retina and second, the influence of extra-retinal signals on motion integration. It also proposes a more generalized, hierarchical recurrent bayesian framework for smooth pursuit. The first study involved investigating dynamic motion integration for varying contrasts and speeds using a tilted bar stimuli. Results show that higher speeds and lower contrasts result in higher initial direction bias and subsequent dynamics of motion integration is slower for lower contrasts. It proposes an open-loop version of a recurrent bayesian model where a recurrent bayesian network is cascaded with an oculomotor plant to generate smooth pursuit responses. The model responses qualitatively account for the different dynamics observed in smooth pursuit responses to tilted bar stimulus at different speeds and contrasts. The second study investigated the dynamic interactions between retinal and extra-retinal signals in dynamic motion integration for smooth pursuit by transiently blanking the target at different moments during open-loop and steady-state phases of pursuit. The results suggest that weights to retinal and extra-retinal signals are dynamic in nature and extra-retinal signals dominate retinal signals on target reappearance after a blank introduced during open-loop of pursuit when compared to a blank introduced during steady-state of pursuit. The previous version of the model is updated to a closed-loop version and extended to a hierarchical recurrent bayesian model.