Traitements d'antenne pour signaux non-circulaires et/ou non-gaussiens : applications à l'écoute passive et à la détection

par Audrey Blin

Thèse de doctorat en Automatique, traitement du signal et de l'image

Sous la direction de Pascal Chevalier.


  • Résumé

    Cette thèse est consacrée à l’exploitation de la non-circularité au second-ordre et de la non-gaussiannité potentielles des signaux bruités en traitement d’antenne. Une partie de cette thèse se déroule dans un contexte d’écoute passive, alors qu’une autre concerne la détection. Pour des observations non-stationnaires, potentiellement non-circulaires (NC) au second ordre, les filtres complexes optimaux au second-ordre sont variants dans le temps (VT) et, sous certaines conditions de non-circularité, linéaires au sens large (LSL). En outre pour des applications telles que le contrôle du spectre ou l’écoute passive, les formes d’onde des sources sont inconnues et aucune séquence d’apprentissage ni code d’étalement ne sont a priori disponibles. C’est dans ce contexte que cette thèse introduit le récepteur à éponse sans distortion et à minimum de variance (ou Minimum variance distortionless response, MVDR) invariant dans le temps (IT) et LSL pour la réception optimale d’un signal inconnu, i. E. Dont la forme d’onde est inconnue mais dont le vecteur directeur est connu, ce signal est en outre corrompu par des interférences potentiellement non-circulaires. Un chapitre de la thèse est donc consacré à l’étude des propriétés, performances ainsi qu’à l’implémentation adaptative d’un tel récepteur dans des contextes non-circulaires. Après analyse, il se trouve que, pour des interférences non-circulaires, ce récepteur optimal améliore toujours, en régime stable, les performances du récepteur de Capon pour des interférences non-circulaires. En outre, il est montré que ce récepteur optimal permet de traiter jusqu’à2(N −1) interférences rectilinéaires issues d’un réseau de N capteurs. Finalement, àla fin de ce chapitre, une version qui varie avec le temps, le MVDR LSL VT, est proposée afin de traiter les interférences non-circulaires au second-ordre ayant un résidu de porteuse non-nul ou un offset en fréquence. Pour des observations non-gaussiennes, les filtres optimaux complexes sont non-linéaires. Toujours dans un contexte d’écoute passive, un nouveau chapitre de la thèse introduit un récepteur MVDR de Volterra invariant dans le temps, qui possède une structure de type Global Sidelobe Canceller de Volterra et dont le but est la réception d’un signal inconnu de forme d’onde inconnue mais dont le vecteur directeur est connu, et qui serait corrompu par des interférences potentiellement non-gaussiennes, omniprésentes dans des situations d’intérêt pratique. Les propriétés, performances ainsi que l’implémentation adaptative de ce récepteur en présence d’interférences non-gaussiennes sont analysées dans ce chapitre. Par la suite, il est même montré que ce nouveau récepteur améliore toujours, en régime stable, les performances du célèbre récepteur MVDR de Capon pour des interférences non-gaussiennes. Enfin, une extension dite“complète”prenant en compte à la fois la non-circularité et la non-gaussiannité des interférences est introduite. La détection d’un signal connu, de paramètres (i. E. L’amplitude, la phase, le vecteur directeur) inconnus, perturbé par des interférences inconnues (i. E. Statistiques de second ordre inconnues) est un problème qui a reçu beaucoup d’attention ces dernières décennies. Les applications concernées sont les radars, la localisation par satellite ou l’acquisition temporelle en radiocommunications. Toutefois, la plupart des détecteurs actuellement disponible supposent les interférences circulaires au second ordre. Ils deviennent complètement sous-optimaux en présence d’interférences non-circulaires au second-ordre, omniprésentes en pratique. Les rares récepteurs disponibles qui prennent en compte la non-circularité potentielle au second-ordre du bruit total ont été développés sous la condition restrictive que le signal est entièrement connu ou sous l’hypothèse d’un signal aléatoire. Pour cette raison, en suivant une approche de type Test du Rapport de Vraisemblance Généralisé (TRVG), l’objectif de ce dernier chapitre est d’introduire et d’analyser les performances de plusieurs récepteurs pour la détection d’un signal connu, de paramètres inconnus, perturbé par des interférences inconnues et noncirculaires au second-ordre. Afin de simplifier cette étude, cette analyse se limite aux signaux rectilinéaires connus, pour lesquels la représentation en bande de base est réelle. Cette hypothèse n’est pas si restrictive dans la mesure o`u les signaux rectilinéaires, et notamment les signaux binaires, sont couramment utilisés dans un grand nombre d’applications telles que les réseaux de radiocommunications DS-CDMA, les systèmes GPS, certains systèmes d’identification Ami-Ennemi ou certains systèmes radars qui utilisent des signaux codés binairement. Ces différents récepteurs sont associés à différents jeux de paramètres inconnus. Des gains en performance importants par rapport aux détecteurs conventionnels sont mis en évidence.

  • Titre traduit

    Antenna beamforming for noncircular and/or nongaussian signals : applications to passive listenning and dectection contexts


  • Résumé

    This document is dedicated to the study of the potential second-order non-circularity and non-gaussiannity of noisy signals in array beamforming. One part of this thesis takes place in a passive listenning context whereas another one deals with detection issues. For non-stationary observations, potentially second order noncircular, the second order optimal complex filters are time variant (TV) and, under some conditions of noncircularity, widely linear (WL). Moreover, for applications such as spectrum monitoring or passive listening, the sources’ waveforms are unknown and no training sequence or spreading code is a priori available. In this context, one chapter aims at introducing the Time Invariant (TI) WL Minimum Variance Distortionless Response (MVDR) beamformer for the optimal reception of an unknown signal, whose waveform is unknown but whose steering vector is known, corrupted by potentially noncircular interferences. Its properties, performance and adaptive implementation in non-circular contexts are analyzed in this chapter. This optimal beamformer is shown to always improve, in the steady state, the performance of the well-known Capon’s beamformer for non-circular interferences. Moreover it should be noticed that this optimal beamformer allows the processing of up to 2(N −1) rectilinear interferences from an array of N sensors. Finally, at the end of this chapter, a TV extension of this TI WL MVDR beamformer is presented to process second-order non-circular interferences having a non-null carrier residue or frequency offset. For nongaussian observations the optimal complex filters are nonlinear. Moreover, for applications such as spectrum monitoring or passive listening, the sources’ waveforms are unknown and no training sequence nor spreading code is a priori available. In this context, this new chapter aims at introducing a Time Invariant Volterra MVDR beamformer, which may be implemented through a Volterra Generalized Sidelobe Canceller structure, for the reception of an unknown signal, whose waveform is unknown but whose steering vector is known, corrupted by potentially nongaussian interferences, omnipresent in practical situations. Its properties, performance and adaptive implementation in the presence of nongaussian interferences are analyzed in this chapter. This new beamformer is shown to always improve, in the steady state, the performance of the well-known Capon’s beamformer for non-gaussian interferences. Finally, it is proved that this new beamformer may allow the processing of a number of nongaussian interferences greater than or equal to the number of sensors. The detection of a known signal with unknown parameters in the presence of noise plus interferences (called total noise) whose covariance matrix is unknown is an important problem which has received much attention these last decades for applications such as radar, satellite ocalization or time acquisition in radio communications. However, most of the available receivers assume a second order circular total noise and become suboptimal in the presence of second order non-circular interferences, omnipresent in the previous applications. The scarce available receivers which take into account the potential SO non-circularity of the total noise hve been developed under the restrictive condition of a kown signal with known parameters or under the assumption of a random signal. For this reason, following a Generalized Likelihood Ratio Test approach, the purpose of this last chapter is to introduce and to analyze the performance of different array receivers for the detection of a known signal, with different sets of unknown parameters, corrupted by an unknown non-circular total noise. To simplify the study, we limit the analysis to rectilinear known useful signals for which the baseband signal is real. This assumption is not so restrictive since rectilinear signals, and binary signal in particular, are currently used in large number of practical applications such as DS-CDMA radio communications networks, GPS system, some Identification Friends and Foes systems or some radar systems which use binary coding signals.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (iv-162 f.)
  • Annexes : Bibliogr. f. 149-155. Résumés en français et en anglais

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Nice Sophia Antipolis. Service commun de la documentation. Section Sciences.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : 08NICE4068
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.