Détection et caractérisation de variations dans des signaux non stationnaires : application à des signaux SONAR

par Céline Theys

Thèse de doctorat en Sciences de l'ingénieur

Sous la direction de Gérard Alengrin et de Jean Ménez.

Soutenue en 1993

à Nice .

mots clés

• Traitement du signal
• Sonar
• Rupture (statistique)
• Modulation de fréquence
• Modulation de phase

Résumé

Le sujet de ce mémoire s'inscrit dans le cadre de l'étude des signaux non stationnaires. A partir d'un problème réel qui est la détection de trajets multiples dans des signaux résultant d'une émission SONAR dans la direction d'une cible, plusieurs facettes du traitement du signal sont examinées. Après une première étape préalable de localisation du signal utile dans la récurrence totale, plusieurs méthodes de traitement des signaux non stationnaires sont développées dans le but de suivre la fréquence instantanée du signal puis de détecter et de caractériser les non stationnarités rapides dues à l'arrivée des trajets multiples. On étudie, dans un premier temps, des méthodes paramétriques dédiées au suivi des variations lentes dans le but d'estimer en ligne la fréquence instantanée du signal. Cette étude mettant en évidence des non stationnarités plus rapides, nous nous sommes orientés vers des méthodes séquentielles de détection de rupture, ce qui constitue la partie la plus développée et la plus novatrice de ce mémoire. En particulier, on propose deux solutions spécifiques pour détecter un saut dans les caractéristiques d'un signal sinunoi͏̈dal. La première solution proposée est originale par la mise en équations d'état d'un signal subissant un saut de phase et/ou d'amplitude. A partir de ce modèle du signal perburbé, on peut soit appliquer l'algorithme GLR de Willsky à partir des innovations du filtre de Kalman associé, soit simplifier ce test en le calculant directement à partir des observations. Cette solution étant, cependant, très lourde en calculs, une seconde solution est développée et calculée à partir de l'approche locale permettant de détecter un saut d'amplitude, de phase initiale ou de fréquence. Cette solution d'écriture complexe est très intéressante car on montre que l'expression du détecteur est simplifiable si l'on connait le type de saut, ce qui permet d'estimer l'amplitude du changement. Des simulations sur des signaux synthétiques permettent d'étudier les performances de ces différents algorithmes. Enfin, ils ont été appliqués à la détection de trajets multiples dans le signal réel sous-marin

Titre traduit

Detection and characterization of changes in non-stationary signals : application to sonar signals

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