This study will discuss each of Shirley Jackson's six novels. The discussions will concentrate on plot, setting, theme, characterization, and style.

In this dissertation, methods utilizing matched illumination theory to optimally design waveforms for enhanced target detection and identification in the context of through-the-wall radar (TWR) are explored. The accuracy of assumptions made in the waveform design process is evaluated through simulation. Additionally, the moisture profile of an adobe wall is investigated, and it is shown that the moisture profile of the wall will introduce significant variations in the matched illumination waveforms and subsequently, affect the resulting ability of the radar system to correctly identify and detect a target behind the wall. Experimental measurements of adobe wall moisture and corresponding dielectric properties confirms the need for accurate moisture profile information when designing radar waveforms which enhance signal-to-interference-plus-noise ratio (SINR) through use of matched illumination waveforms on the wall/target scenario. Furthermore, an evaluation of the ability to produce an optimal, matched illumination waveform for transmission using simple, common radar systems is undertaken and radar performance is evaluated.

The feasibility of Ultra Wide Band (UWB) through the wall surveillance system is studied in this thesis. The transmitter and receiver architectures are discussed and an experimental set-up is constructed to verify the theory of UWB sensing. The constructed system has 80 mW peak, 6 uW average transmit power and 500 kHz PRF and a range resolution better than 1 cm. Using the experimental set-up, two problems are examined. The first problem is the respiration rate detection problem. It has been shown that the respiration rate can be accurately estimated and the signs of vital activity can be determined behind the wall. The second problem studied in this thesis is the through the wall imaging problem. The imaging system is based on the construction of a synthetic aperture by sliding the transmit-receive antenna pair along the cross range direction. The cross range resolution is improved by applying a migration algorithm to the collected data. It has been shown that imaging of a scene 8 meters in range, behind a wall of 20 cm thickness is possible with the available power.

Through-the-wall Imaging (TWI) is crucial for various applications such as law enforcement, rescue missions and defense. TWI methods aim to provide detailed information of spaces that cannot be seen directly. Current state-of-the-art TWI systems utilise ultra-wideband (UWB) signals to simultaneously achieve wall penetration and high resolution. These TWI systems transmit signals and mathematically back-project the reflected signals received to image the scenario of interest. However, these systems are diffraction-limited and encounter problems due to multipath signals in the presence of multiple scatterers. Time reversal (TR) methods have become popular for remote sensing because they can take advantage of multipath signals to achieve superresolution (resolution that beats the diffraction limit). The Decomposition Of the Time-Reversal Operator (DORT in its French acronym) and MUltiple SIgnal Classification (MUSIC) methods are both TR techniques which involve taking the Singular Value Decomposition (SVD) of the Multistatic Data Matrix (MDM) which contains the signals received from the target(s) to be located. The DORT and MUSIC imaging methods have generated a lot of interests due to their robustness and ability to locate multiple targets. However these TR-based methods encounter problems when the targets are behind an obstruction, particularly when the properties of the obstruction is unknown as is often the case in TWI applications. This dissertation introduces a novel total sub-MDM algorithm that uses the highly acclaimed MUSIC method to image targets hidden behind an obstruction and achieve superresolution. The algorithm utilises spatio-temporal windows to divide the full-MDM into sub-MDMs. The summation of all images obtained from each sub-MDM give a clearer image of a scenario than we can obtain using the full-MDM. Furthermore, we propose a total sub-differential MDM algorithm that uses the MUSIC method to obtain images of moving targets that are hiddenbehind an obstructing material.

Le cadre de cette thèse est centré sur l'étude d'un radar ultra large bande (ULB) en mode impulsionnel, pour la « vision » à travers les murs (VAM), qui présente de nombreuses applications tant dans le domaine militaire (lors des assauts, des prises d’otages, …) que dans le secteur de la sécurité civile (recherche de personnes dans des décombres, dans un incendie, ...). Pour ces utilisations, l’image réelle de la scène observée n’est pas nécessaire, seules certaines informations pertinentes suffisent : nombre de personnes, position, vitesse de déplacement, etc. C'est dans ce contexte que nous avons développé un dispositif expérimental de détection et des techniques de localisation de cibles derrière un mur. Le radar développé est constitué d’un émetteur impulsionnel couvrant la gamme de fréquence de 3 GHz à 6 GHz, et de trois récepteurs indépendants, associés à des algorithmes de localisation et de reconstruction d'image.Le premier algorithme repose sur une technique de trilatération. Une fois, le modèle théorique présenté, plusieurs méthodes de résolution sont étudiées pour l'estimation de la mesure de la distance de propagation du signal. La méthode de Brent-Dekker a été retenue pour sa rapidité de convergence et son faible nombre d’itérations. Bien que cette technique soit précise, elle ne permet pas d’obtenir une image de la scène, mais juste de localiser les cibles, sans apporter des informations sur ses dimensions. C’est pourquoi une seconde approche, basée sur une « formation de faisceau », a été étudiée, afin d'obtenir une représentation 2D de la scène. Nous avons choisi de développer une méthode de rétroprojection non cohérente, technique la plus simple qui ne nécessite pas de contrainte forte sur la phase du signal ni sur le positionnement des antennes. Différentes variantes de rétroprojection ont été proposées : la rétroprojection avec cross corrélation, la rétroprojection cross corrélation améliorée et la rétroprojection bicross corrélée. Ces trois méthodes reposent sur une fusion d'informations capturées par l'antenne réceptrice avec celles obtenues sur des antennes dites de référence. Cette fusion a permis d'améliorer progressivement le rendu des images.Pour conclure ses travaux, une perspective est ébauchée afin de minimiser le taux de fausse détection, elle s'appuie sur la collaboration de la technique de trilatération avec la technique de rétroprojection bicross corrélée. Cette collaboration permet de mettre en correspondance les détections estimées par la technique de trilatération et celles utilisant la rétroprojection bicross corrélée. Les cibles non appariées sont alors supprimées selon des critères spécifiques à chacune des deux approches. / The content of this thesis is focused on the study of an UWB pulse radar for through the wall vision which has many applications in the military domain (assaults, hostage rescue,…) and in the civil security domain (people search in the rubble, in a fire).For these uses, the real observed scene image is not necessary, only some relevant information is enough: number of persons, position, velocity of movement, etc. It’s in this context where we have developed an experimental detection device and some through the wall targets localization techniques. The developed radar consists of a pulse transmitter covering the frequency range from 3GHz to 6GHz, and three independent receivers, combined with some localization algorithms and image reconstruction.The first algorithm is based on a technique of trilateration. Once the theoretical model is presented, many resolutions methods are studied for estimation of the signal propagation distance measurement. The Brent-Dekker method has been chosen for its fast convergence and low number of iterations. Although the trilateration technique is accurate, it does not allow obtaining a scene image, but just locate the targets, without providing their dimensions. Therefore a second approach, based on a “beam forming”, has been studied, in order to obtain a 2D scene representation. We have chosen to develop a non-coherent backprojection method, it is the most simple technique which does not require a strong constraint on the signal phase nor on the antenna positions. Different backprojection methods have been proposed: the backprojection with cross correlation, the improved backprojection with cross correlation and bi-cross correlated backprojection. These three methods are based on a fusion of captured information by the receiving antennas and with the obtained information on the “referenced” antennas. This fusion allows improving the image quality progressively.To conclude this work, a perspective is initiated in order to minimize the false detection rate, it is based on the cooperation of the trilateration technique and bi-cross correlated backprojection. This cooperation allows matching the estimated detection by the trilateration technique and the bi-cross correlated backprojection technique. The mismatched targets are removed according to some specific criterias to each approach.

L’objectif de cette thèse a consisté en l’étude des apports d’une architecture radar MIMO pour la détection d’êtres humains à l’intérieur des bâtiments. Pour ce faire, il a tout d’abord été mis en évidence sur un point théorique la supériorité d’une architecture radar MIMO comparée au SIMO, en terme de robustesse et de pouvoir discriminant de cibles rapprochées. Ensuite, les effets de la traversée du mur sur le signal radar furent décrits et une caractérisation quantitative de la transmission à travers un mur fut réalisée sur mesures expérimentales. Différents simulateurs de scénarii de détection à travers les murs ont été produits : un simulateur réaliste FDTD ainsi qu’un simulateur «comportemental» simplifié.La méthode de détection et de localisation retenue est l’imagerie radar.Ainsi, différents algorithmes d’imagerie radar pour une architecture MIMO furent développés. Des traitements incohérents (migration, multilatération),cohérents (filtrage adapté) et haute résolution (MVDR, MUSIC Time Reversal) furent détaillés. Enfin des considérations techniques (bilan de liaison, temps d’observation de la scène) ont été discutées et deux architectures radar MIMO ultra-large bande furent proposées. Une architecture radar MIMO avec 2GHz de bande et un multiplexage temporel pour l’adressage des antennes d’émission a été réalisée par le personnel du laboratoire. Des mesures expérimentales ont conduites permettant de réaliser la détection à travers les murs à l’aide du dispositif réalisé. / This thesis focused on the study of the contributions of MIMO radar systemfor human beings detection inside buildings. First, on a theoretical point, it was highlighted the superiority of MIMO systems compared with the SIMO, in term of robustness and discrimination abilities of close targets. Then, through the wall propagation effects were described and a quantitative characterization of the transmission through a wall wasrealised based on experimental measures. Various simulators of scenarios of detection through walls were produced : a full-wave FDTD simulator and a simplified «behavioral» one. The method of detection and localisation is the radar imaging. So, differents algorithms of radar imaging for MIMO system were developed. Among them, incoherent processings (migration,multi-lateration), coherent (matched filtering) and high resolution(MVDR, MUSIC Time Reversal) were detailed. Finally, technical considerations(link budget, observation time of the scene) were discussed and two ultrawide band MIMO radar architectures were proposed. A experimental bench of MIMO radar with 2GHz bandwidth and a temporal multiplexing was realized in the laboratory. Experimental measures allow to realize the detection through walls with the realized MIMO radar.

Nous nous intéressons dans cette thèse à la vision à travers les murs (VTM) par radar ULB, avec comme objectif la mise au point d’une chaîne de traitement de l’information (CTI) complète pouvant être utilisée par différents types de radar imageur VTM. Pour ce faire, nous souhaitons prendre en compte le moins possible d’information a priori, ni sur les cibles, ni sur leur contexte environnemental. De plus, la CTI doit répondre à des critères d’adaptabilité et de modularité pour pouvoir traiter les informations issues de deux types de radar, notamment, le pulsé et le FMCW, développés dans deux projets dans lesquels s’inscrivent les travaux de cette thèse. L’imagerie radar est un point important dans ce contexte, nous l’abordons par la combinaison des algorithmes de rétroprojection et trilatération, et montrons l’amélioration apportée avec l’utilisation d’un détecteur TFAC prenant en compte la forme des signatures des cibles. La mise au point de la CTI est notre principale contribution. Le flux d’images radar obtenu est scindé en deux parties. La première séquence dynamique contient les cibles mobiles qui sont ensuite suivies par une approche multihypothèse. La seconde séquence statique contient les cibles stationnaires ainsi que les murs intérieurs qui sont détectés par une méthode s’appuyant sur la transformée de Radon. Nous avons produit un simulateur VTM fonctionnant dans le domaine temporel et fréquentiel pour mettre au point les algorithmes de la CTI et tester leur robustesse. Plusieurs scénarios de simulation ainsi que de mesures expérimentales, montrent que la CTI construite est pertinente et robuste. Elle est ainsi validée pour les deux systèmes radar. / This report is focused on Through-the-wall surveillance (TTS) using UWB radar, with the objective of developing a complete information processing pipeline (IPP) which can be used by different types of imaging radar. To do this, we want to take into account any a priori information, nor on the target, or their environmental context. In addition, the IPP must meet criteria of adaptability and modularity to process information from two types of radar, including pulsed and FMCW developed in two projects that are part of the work of this thesis. Radar imaging is an important point in this context ; we approach it by combining backprojection and trilateration algorithms and show the improvement with the use of a CFAR detector taking into account the shape of the targets signatures.The development of the IPP is our main contribution. The flow of radar images obtained is divided into two parts. The first dynamic sequence contains moving targets are tracked by a multiple hypothesis approach. The second static sequence contains stationary targets and interior walls that are highlighted by Radon transformbases approach. We developed a simulator operating in time and frequency domain to design the algorithms of the IPP and test their robustness. Several simulated scenarios and experimental measurements show that our IPP is relevant and robust. It is thus validated for both radar systems.