Impact des signaux modulés sur la précision des mesures bathymétriques issues de sondeurs multifaisceaux

par Pauline Vincent

Thèse de doctorat en Traitement du signal et télécommunications

Sous la direction de Jacques Garello.


  • Résumé

    La nouvelle génération de sondeurs multifaisceaux (SMF) utilise des signaux modulés en fréquence (FM) afin d'accroître l'énergie émise dans le milieu (via la durée des impulsions) tout en gardant une bonne résolution grâce à la compression d'impulsion (filtrage adapté). Ceci permet d'accroitre le rapport signal à bruit et la portée des systèmes. Cependant, les niveaux de performance atteints ne sont pas ceux espérés, et la mesure bathymétrique apparait même paradoxalement plus bruitée. Cette observation a été faite sur plusieurs systèmes de constructeurs différents (ResonTM Seabat 7150, KongsbergTM EM 122, 302 and 710). Les travaux entrepris dans cette thèse ont donc pour objectif d'examiner différentes causes d'incertitude de mesure lors de l'utilisation de signaux modulés. La première interprétation émise est liée à la présence de l'effet Doppler (causé par le mouvement des antennes fixées sur le porteur subissant les mouvements de roulis, tangage, lacet et pilonnement). Une étude de cet effet a donc été menée selon deux aspects : biais et statistique de mesures, s'appuyant sur modèles et simulations. Il a été conclu cependant que l'effet Doppler ne permet pas d'expliquer de manière satisfaisante les baisses de performance observées (les biais de mesures étant déjà pris en compte et corrigé, et les baisses de performance en terme de variance insuffisantes). Une seconde interprétation est basée sur la présence de lobes secondaires lors de la compression d'impulsion qui contribuent comme un bruit, et décorrèle les signaux interférométriques (baseline decorrelation-décorrélation angulaire). Cette dernière a été démontrée comme étant la cause principale de dégradation de la mesure bathymétrique lors de l'utilisation de signaux modulés. Enfin le travail a permis de proposer différentes solutions réalistes en terme de forme de signal émis ou de filtrage afin de réduire les impacts des lobes secondaires (modèle théorique, simulations et mises en oeuvre et testées in situ pour certaines).

  • Titre traduit

    Modulated Signal Impact on Multibeam Echosounder Bathymetry


  • Résumé

    The latest generation of Multibeam Echo Sounders (MBES) uses Frequency Modulated signals (FM) in order to increase the transmitted energy (via the pulse duration increase) while keeping a high resolution thanks to pulse compression (matched filtering). It enables to increase the signal to noise ratio and thus the swath of these systems. However, the expected performance levels are not reached in practise, and bathymetric measurements are paradoxically noisier. This observation has been done on several systems from different manufacturers (ResonTM Seabat 7150, KongsbergTM EM 122, 302, and 710). The work conducted on this thesis aims at investigating the different causes of measurement uncertainties with the use of modulated signals. The first hypothesis is linked to the Doppler effect (caused by the motion of the arrays following the plateform motion: heave, roll, pitch. . . ). A study based on model and simulations of this effect has been conducted towards two aspects: measurement bias and statistics. Nevertheless, it has concluded that the Doppler effect cannot explain the observed performance losses satisfyingly (the measurement biases being already taken into account and corrected, and the loss in term of statistics being insignificant). A second explanation is based on the presence of sidelobes on the pulse compression which contribute as a noise in decorrelating the interferometric signals (baseline decorrelation). The latter has been shown to be the main cause of degradation on bathymetric measurement with the use of modulated signals. Finally, some realistic solutions have been proposed on the filtering or signal shape designs reducing the impact of the sidelobes (theoretical model, simulation and tested on field data for some of them).

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Informations

  • Détails : 1 vol. (188 p.)
  • Notes : Reproduction autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. Index

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  • Bibliothèque : IMT Atlantique campus de Rennes. Documentation.
  • Disponible sous forme de reproduction pour le PEB
  • Cote : 3.5132 VINC
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