Thèse doctorat : Traitement du signal et télécommmunications : Rennes 1 : 2006. / Bibliogr. p. 145-154.

Pour les êtres humains, le son n'a d'importance que pour son contenu. La voie est un langage parlé, la musique une intention artistique. Le processus physiologique est hautement développé, tout comme notre capacité à comprendre les processus sous-jacent. C'est un défi de faire exécuter la même tâche à un ordinateur: ses capacités n'égalent pas celles des humains lorsqu'il s'agit de comprendre le contenu d'un son composé de paroles et/ou d'instruments de musique. Dans la première partie nos recherches portent sur la séparation aveugle de source en n'utilisant qu'un seul microphone. Le problème de séparation de source audio apparaît dès que plusieurs sources audio sont présentes au même moment, mélangées puis acquises par des capteurs, un unique microphone dans notre cas. Dans ce genre de situation il est naturel pour un être humain de séparer et de reconnaître plusieurs locuteurs. Ce problème, connu sous le nom de Cocktail Problem à reçu beaucoup d'attention mais est toujours ouvert. Comme nous ne travaillons qu'avec une seule observation nous ne pouvons pas utiliser d'indice lié à la spatialisation et nous sommes dans l'obligation de modéliser les sources. La deuxième partie traite du traitement musical et est composée de plusieurs annexes. La tâche analysée est liée au traitement automatique de la musique, qui a pour but de comprendre un contenu musical afin d'en générer la partition. Cependant la musique ne peut pas être réduite à une succession de notes et un bon transcripteur devrait être capable de détecter les effets d'interprétations et la qualité de jeu du musicien.

Le concept de radar passif aéroporté repose sur l'utilisation de plusieurs antennes réseau, disposées sur une plateforme en vue de couvrir un angle solide large de détection, en s'appuyant sur l'utilisation de signaux d'opportunité provenant d'émetteurs au sol. La détection aéroportée à partir de signaux d'opportunité est intéressante, notamment pour assurer l'autoprotection d'un avion ou d'un hélicoptère ; en revanche elle constitue un défi technique notamment en raison du niveau des signaux interférents, en provenance de l'émetteur et des trajets multiples indirects (le fouillis), bien supérieur au niveau de signal utile diffusé par la cible à détecter. D'autres effets, tels que la structure arbitraire des signaux (forme d'onde non-radar) et sa conséquence sur les lobes secondaires en distance, contribuent à la complexité du traitement à mettre en œuvre.Le point de départ des recherches se situe à l'intersection des techniques de radar passif (utilisant la corrélation entre un signal de référence non connu a priori et les signaux diffus renvoyés par l'environnement) et les techniques de type STAP (Space Time Adaptive Processing) utilisées pour la détection des cibles mobiles par les radars aéroportés conventionnels. Dans ce contexte, les travaux de thèse permettent d'étendre d'une part la caractérisation et la qualification des signaux " radar passif " à une configuration aéroportée, d'autre part les techniques STAP à une configuration bistatique et à des signaux de forme arbitraire et non structurés comme des signaux radar. Les recherches mettent en évidence l'importance primordiale du trajet direct et des premiers échos de fouillis qui parasitent la caractérisation spatio-temporelle des échos reçus dans la case distance de la cible sous test. La caractéristique du fouillis, habituellement tracée dans le plan Doppler-angle, se trouve affectée par ces interférences qu'il faut éliminer au préalable. Pour cela, un premier filtre à réponse finie est mis en œuvre sur chaque capteur, puis le traitement STAP est appliqué à l'ensemble du réseau d'antennes.Les traitements proposés sont simulés et les performances en détection sont analysées. Une expérimentation est conduite, à l'aide d'un réseau de 4 antennes mobiles au sol. Les conditions sont réunies pour collecter des signaux de fouillis étalés en Doppler et analyser l'effet d'une forme d'onde non-radar. Les traitements d'élimination des interférences sont mis en œuvre et ainsi qualifiés expérimentalement.

Le concept de radar passif aéroporté repose sur l’utilisation de plusieurs antennes réseau, disposées sur une plateforme en vue de couvrir un angle solide large de détection, en s’appuyant sur l’utilisation de signaux d’opportunité provenant d’émetteurs au sol. La détection aéroportée à partir de signaux d’opportunité est intéressante, notamment pour assurer l’autoprotection d’un avion ou d’un hélicoptère ; en revanche elle constitue un défi technique notamment en raison du niveau des signaux interférents, en provenance de l’émetteur et des trajets multiples indirects (le fouillis), bien supérieur au niveau de signal utile diffusé par la cible à détecter. D’autres effets, tels que la structure arbitraire des signaux (forme d’onde non-radar) et sa conséquence sur les lobes secondaires en distance, contribuent à la complexité du traitement à mettre en œuvre.Le point de départ des recherches se situe à l’intersection des techniques de radar passif (utilisant la corrélation entre un signal de référence non connu a priori et les signaux diffus renvoyés par l’environnement) et les techniques de type STAP (Space Time Adaptive Processing) utilisées pour la détection des cibles mobiles par les radars aéroportés conventionnels. Dans ce contexte, les travaux de thèse permettent d’étendre d’une part la caractérisation et la qualification des signaux « radar passif » à une configuration aéroportée, d’autre part les techniques STAP à une configuration bistatique et à des signaux de forme arbitraire et non structurés comme des signaux radar. Les recherches mettent en évidence l’importance primordiale du trajet direct et des premiers échos de fouillis qui parasitent la caractérisation spatio-temporelle des échos reçus dans la case distance de la cible sous test. La caractéristique du fouillis, habituellement tracée dans le plan Doppler-angle, se trouve affectée par ces interférences qu’il faut éliminer au préalable. Pour cela, un premier filtre à réponse finie est mis en œuvre sur chaque capteur, puis le traitement STAP est appliqué à l’ensemble du réseau d’antennes.Les traitements proposés sont simulés et les performances en détection sont analysées. Une expérimentation est conduite, à l’aide d’un réseau de 4 antennes mobiles au sol. Les conditions sont réunies pour collecter des signaux de fouillis étalés en Doppler et analyser l’effet d’une forme d’onde non-radar. Les traitements d’élimination des interférences sont mis en œuvre et ainsi qualifiés expérimentalement. / The novel concept for the airborne passive radar is to have multiple passive receiving arrays covering a 4 steradian angle around the platform which makes use of the ground-based stationary transmitter as the illuminator of opportunity. This challenging passive radar configuration would well find application for localized covert surveillance on an airborne platform such as an unmanned aerial vehicle, helicopter, etc. For the airborne passive radar, during moving target detections, it encounters the effects of strong interfering signal returns against the weak target returns where this severe interfering environment is usually characterized by the high levels of direct path and clutter against the thermal noise background. Due to the continuous wave, random and aperiodic nature of the passive signal and given the strong direct path and clutter signals, their random range sidelobes couplings into further range cells will seriously exacerbate the background interference, making target detections a big challenge. Moreover, owing to the platform motion, the clutter received by the airborne passive radar is not only extended in both range and angle, it is also spread over a region in Doppler frequency which further complicates the problem.This research work is focused on identifying and analyzing the critical issues faced by the airborne passive radar on moving target detections and to develop effective signal processing schemes for improved performance. As a first step, it is important to accurately derive the model for the received passive signals and consequently, efficient signal processing schemes can be studied to mitigate and to improve detections performance. The signal processing schemes for the airborne passive radar can be segregated into a two-step interference cancellation process where the direct path and strong clutter coupling components (and their corresponding random range sidelobes) present in the received signal at each antenna element can first be effectively suppressed by the adaptive interference cancellation algorithm prior to matched filter processing. Further cancellation on the residual random range sidelobes couplings and on the spatial-Doppler dependent clutter can be achieved using reduced-dimension STAP. Trials based on the ground-based moving passive radar experiments are conducted as the final part of this research work to validate and evaluate the signal processing schemes which is a major progress towards implementing an operational airborne passive radar.

Dans cette thèse, on s'intéresse à des méthodes qui permettent de varier localement la résolution temps-fréquence pour l'analyse et la re-synthèse du son. En Analyse Temps-Fréquence, l'adaptativité est la possibilité de concevoir de représentations et opérateurs avec des caractéristiques qui peuvent être modifiées en fonction des objets à analyser: le premier objectif de ce travail est la définition formelle d'un cadre mathématique qui puisse engendrer des méthodes adaptatives pour l'analyse du son. Le deuxième est de rendre l'adaptation automatique; on établit des critères pour définir localement la meilleure résolution temps-fréquence, en optimisant des mesures de parcimonie appropriées. Afin d'exploiter l'adaptativité dans le traitement spectral du son, on introduit des méthodes de reconstruction efficaces, basées sur des analyses à résolution variable, conçues pour préserver et améliorer les techniques actuelles de manipulation du son. L'idée principale est que les algorithmes adaptatifs puissent contribuer à la simplification de l'utilisation de méthodes de traitement du son qui nécessitent aujourd'hui un haut niveau d'expertise. En particulier, la nécessité d'une configuration manuelle détaillée constitue une limitation majeure dans les applications grand public de traitement du son de haute qualité (par exemple: transposition, compression/dilatation temporelle). Nous montrons des exemples où la gestion automatique de la résolution temps-fréquence permet non seulement de réduire significativement les paramètres à régler, mais aussi d'améliorer la qualité des traitements.

L'objectif principal de la thèse est d'étudier le problème d'inférence bayésienne dans les réseaux de capteurs distribués avec un accent particulier sur le compromis entre la précision de l'estimation et la consommation de l'énergie. Nous avons proposé des algorithmes de traitement distribué du signal avec des mesures de capteurs quantifiées. En particulier, cette thèse porte sur l'application des méthodes variationnelles pour résoudre les problèmes de suivi de cibles sous les contraintes d'énergie dans les RCSFs. Le travail a abouti à la résolution de trois problèmes en RCSFs: la quantification intelligente des données des capteurs, la gestion des clusters et l'application de l'optimisation multi-objectifs pour s'accommoder des contraintes énergétiques d'un réseau de capteurs. Les contributions de cette thèse concernent les points suivant: -Estimation des positions de cibles basée sur des mesures quantifiées utilisant des méthodes variationnelles. -Estimation de canal entre les capteurs candidats et le chef de cluster. -Un régime de quantification adaptative sous contraintes de puissance de transmission constante et variable. -Sélection de meilleurs capteurs qui peuvent participer à la collecte de données. -Agrégation sécurisée de données dans le RCSF. -Sélection de chemins de communication optimaux entre les capteurs. -Méthode d'optimisation multi-objectifs dans le RCSF. -Application de la méthode d'agrégation multicritères des données basée sur le systéme multi-agents pour la gestion de crise dans le RCSF.

En environnements hostiles, les signaux GNSS (Global Navigation Satellite System)peuvent être soumis à des risques de brouillages intentionnels. Basées sur un réseau d'antennes adaptatif, les solutions spatio-temporelles (STAP) ont déjà montré de bonnes performances de réjection des interférences. Toutefois, lorsque le module GNSS est placé sous les pales d'un hélicoptère, des effets non-stationnaires, appelés Rotor Blade Modulation (RBM), créés par les multiples réflexions du signal sur les pales du rotor, peuvent dégrader les techniques usuelles d’antibrouillage. Le signal utile GNSS n’est alors plus accessible. Le travail de la thèse consiste donc à élaborer un système de protection des signaux GNSS adapté à la RBM. Pour cela, un modèle innovant de multitrajets, adapté à ce type de phénomène, a été développé. La comparaison de simulations électromagnétiques représentatives et de mesures expérimentales sur hélicoptère EC-120 a permis de valider ce modèle. Celui-ci permet d'estimer, par maximum de vraisemblance, les paramètres de la contribution non-stationnaire du signal reçu. Enfin, l'association d'un algorithme de filtrage des multitrajets par projection oblique et d'un traitement STAP permet d'éliminer la contribution dynamique puis statique de l'interférence. Les simulations montrent que le signal utile GNSS est alors de nouveau exploitable. / In hostile environments, Global Navigation Satellite System (GNSS) can be disturbed by intentional jamming. Using antenna arrays, space-time adaptive algorithm (STAP) isone of the most efficient methods to deal with these threats. However, when a GNSS receiver is placed near rotating bodies, non-stationary effects called Rotor Blade Modulation (RBM) are created by the multipaths on the blades of the helicopter. They can degrade significantly the anti-jamming system and the signal of interest could belost. The work of the thesis is, consequently, to develop a GNSS protection system adapted to the RBM. In this way, an innovative multipath model, adapted to this phenomenon, has been developed. The model is then confirmed by comparison with a symptotic electromagnetic simulations and experiments conducted on an EC-120helicopter. Using a Maximum Likelihood algorithm, the parameters of the non-stationary part of the received signal have been estimated. And finally, the RBM anti-jamming solution, combining oblique projection algorithm and academic STAP, can mitigate dynamic and static contributions of interferences. In the end, the navigation information is available again.

Cette thèse traite de la séparation aveugle de sources dans les systèmes de communication multiantennes à l'émission et à la réception MIMO. Nous nous intéressons au cas de signaux sources indépendants traversant un canal MIMO linéaire, instantané ou convolutif, et invariant dans le temps. Au début, nous exposons quelques outils associés à la séparation aveugle de sources. Ensuite nous considérons le cas d'un canal MIMO instantané. Nous commençons par proposer un nouvel algorithme CMA basé sur les rotations de Givens complexes. Nous proposons aussi une extension de la classe des algorithmes à nome constante CNA au cas MIMO, où à partir du critère général nous dérivons trois autres algorithmes. Enfin nous considérons le cas d'un canal MIMO convolutif. Nous proposons un nouvel algorithme permettant de contrôler le retard avec lequel les signaux sources seront récupérés. L'étude des points stationnaires du critère est également proposée.