Analyse des signaux non-stationnaires en milieux dispersifs : apport des techniques compressive sensing pour la gestion des interférences

par Isidora Stankovic

Projet de thèse en Signal image parole telecoms

Sous la direction de Cornel-Eugen Ioana et de Gabriel Vasile.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes en cotutelle avec l'University of Montenegro , dans le cadre de École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble) , en partenariat avec Grenoble Images Parole Signal Automatique (laboratoire) depuis le 01-06-2016 .


  • Résumé

    Les milieux dispersifs présentent un intérêt majeur dans des applications comme la mesure des paramètres par des techniques acoustiques qui emploient des signaux à large bande. Dans le contexte des signaux à fort produit bande-durée, les phénomènes de dispersion conduisent à des signaux reçus composés de plusieurs composantes caractérisées par des contenus temps-fréquence différentes et avec des temps d'arrivées très proches qui peuvent conduire à des interférences de phase destructives et, implicitement, par une perte d'énergie dans le plan temps-fréquence. Dans ce contexte, l'apport de la thèse vise à introduire et à étudier des méthodes de compensation des pertes d'énergie dues à ces interférences. Ces méthodes s'inscrivent dans la grande classe des techniques « Compressive Sensing » (CS) qui auront pour but principal de reconstruire les parties des composantes du signal reçu, à partir de la propriété de l'occupation sparse du domaine tempo-spectrale de ces composantes. La contribution centrale de la thèse portera sur l'adaptation des outils CS aux composantes non-stationnaires via l'utilisation conjointe des techniques de déformation (warping) et la compressive sensing. Les opérateurs warping, définis initialement à partir des considérations physiques disponibles quant à l'environnement étudié, seront affinés par la minimisation locale qui sera défini dans le domaine de la transformée basée sur CS. Les paramètres optimaux des opérateurs warping permettront de stationnariser les composantes en vue de leur extraction, indépendamment de leur amplitudes, modifiées en raison des interférences entre les plusieurs arrivées du signal. Sur le plan théorique, les contributions de la thèse porteront sur deux aspects. Dans le domaine de l'analyse temps-fréquence des composantes non-linéaires, la technique CS permettra d'affiner la construction des opérateurs warping and contribuera ainsi à une meilleure caractérisation de signaux à contenu temps-fréquence non-linéaire, notamment en présence de plusieurs composantes. Dans le domaine de l'analyse par C-S, la thèse contribuera à étendre les concepts actuels aux signaux à des composantes temps-fréquence non-linéaires, rencontrer dans des diverses applications. Des extensions aux signaux multidimensionnels seront également envisagées, notamment pour le cas des images. Les contributions théoriques seront validées dans des contextes applicatifs liés à la propagation des ondes acoustiques dans des milieux dispersifs. Ainsi, le premier volet applicatif qui sera investigué est celui du contrôle non-destructif avec des signaux à large bande. La caractérisation des milieux dispersifs immergés constituera également le deuxième volet applicatif envisagé. Enfin, des extensions à des signaux multidimensionnels, type multimédia, constituera un troisième volet applicatif. Cette thèse sera effectuée en contexte collaboratif, en étroite liaison avec l'Université de Monténégro. Des résultats communs actuels, obtenus dans le cadre du projet ICT, constituent le point de départ de cette proposition de thèse.

  • Titre traduit

    Analysis of non-stationary signals in dispersive media: contribution of compressive sensing techniques for interference management


  • Résumé

    Dispersive media are of major interest in applications such as parameter measurement by acoustic techniques employing broadband signals. In the context of high-band-duration signals, the dispersion phenomena lead to received signals composed of several components characterized by different time-frequency contents and with very close arrival times which can lead to phase interference Destructive and, implicitly, by a loss of energy in the time-frequency plane. In this context, the contribution of the thesis aims at introducing and studying methods of compensating for the losses of energy due to these interferences. These methods are part of the great class of "Compressive Sensing" (CS) techniques whose main purpose is to reconstruct the parts of the components of the received signal, based on the occupancy property sparse of the tempo-spectral domain of these Components. The central contribution of the thesis will be the adaptation of CS tools to non-stationary components through the use of warping techniques and compressive sensing. Warping operators, initially defined on the basis of the physical considerations available for the environment studied, will be refined by the local minimization which will be defined in the domain of the CS-based transform. The optimal parameters of the warping operators will make it possible to stationarize the components for their extraction, independently of their amplitudes, modified due to the interferences between the several arrivals of the signal. At the theoretical level, the contributions of the thesis will focus on two aspects. In the field of time-frequency analysis of non-linear components, the CS technique will allow to refine the construction of the warping operators and will thus contribute to a better characterization of signals with non-linear time-frequency content, in particular in the presence of Several components. In the field of C-S analysis, the thesis will help to extend current concepts to signals to non-linear time-frequency components, encounter in various applications. Extensions to multidimensional signals will also be considered, especially for the case of images. The theoretical contributions will be validated in application contexts related to the propagation of acoustic waves in dispersive media. Thus, the first application component that will be investigated is that of non-destructive testing with broadband signals. Characterization of the submerged dispersive media will also constitute the second application component envisaged. Finally, extensions to multidimensional signals, multimedia type, will constitute a third strand of application. This thesis will be carried out in a collaborative context, in close liaison with the University of Montenegro. Current results, obtained within the framework of the ICT project, constitute the starting point of this thesis proposal.