Deux approches de l'inversion geoacoutisque : inversion par signaux large bande et approche variationnelle

par Jean-Claude Le Gac

Thèse de doctorat en Sciences : Mécanique. Acoustique

Sous la direction de Mark Asch.


  • Résumé

    Les propriétés géoacoustiques du fond marin ont une influence majeure en acoustique sous-marine en particulier à très basses fréquences et par petits fonds. Pour les besoins du sonar, l'optimisation des prédictions de portée nécessite de disposer d'un modèle géoacoustique du fond qui rende compte des interactions du son avec le fond. Les méthodes proposées dans ce manuscrit visent à élaborer, par inversion de données acoustiques, des modèles du fond adaptés aux sonars en se calquant sur des configurations instrumentales proches des configurations d'utilisation de ceux-ci. Les modèles ainsi obtenus sont acoustiquement équivalents à la vérité terrain. La première approche exploite l'estimation de la réponse impulsionnelle du canal acoustique issue du filtrage adapté de signaux à large spectre fréquentiel émis par une source et reçus par un unique hydrophone. Elle permet d'une part d'affiner la connaissance des paramètres géométriques et d'autre part de calculer le coefficient de réflexion en onde plane du fond. Les limites de validité du modèle ainsi obtenu sont étudiées et la technique mise en oeuvre sur données acoustiques réelles. La seconde approche se fonde sur une approche variationnelle issue de la théorie du contrôle. Le champ de pression acoustique est dans ce cas "contrôlé" par la condition d'impédance au fond qui représente le modèle géoacoustique. La méthode repose sur la modélisation adjointe d'une approximation parabolique de l'équation de Helmholtz, qui permet de calculer de manière exacte le gradient des fonctions de coût définies dans l'algorithme. Les cas de conditions d'impédances locales et non locales sont étudiés. La mise en oeuvre de cette nouvelle méthode sur données simulées montre les fortes potentialités de cette approche.

  • Titre traduit

    Two approaches for geoacoustic inversion : inversion by broadland signals and variational approach


  • Résumé

    Seafloor geoacoustic properties are essential in underwater acoustics. This is particularly true for very low frequencies and shallow water environments. A geoacoustic model that is able to predict the sound propagation in an underwater environment is needed in order to optimize predictions of sonar performances. The methods for elaborating the geoacoustical models we present are based on the inversion of acoustical data. They aim to elaborate models adapted to sonars (through-the-sensor approach) by making use of instrumental configurations that are close to those of sonars. The geoacoustical models thus obtained are acoustically equivalent to ground truth models. The first approach exploits an estimation of the impulse response of the acoustical channel coming from the adapted filtering of broadband signals emitted by a source and received by a single hydrophone. This leads to a two-step method that first refine the knowledge of the geometrical parameters and then compute the seafloor plane wave reflection coefficient. The validity of the model thus obtained is examined and the technique applied to a real data set. The second approach is based on a variational approach coming from control theory. In this case, the acoustical pressure field is controlled by an impedance control function that is the geoacoustic model. The method is based on the formulation of the adjoint model of a parabolic approximation of Helmholtz's equation. The gradient of the cost functions defined in the algorithm is computed exactly. Local and non-local boundary conditions are examined. This method is potentially very promising.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (196 -[15] p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliographie p.187-196

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  • Cote : TH-SCI/2003TOUL2
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