Séquences binaires et traitements du signal

• Auteur / Autrice : Khalid Minaoui
• Direction : Thierry Chonavel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Télécom Bretagne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, télécommunications, informatique, signal, systèmes, électronique (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Rennes 1 (1969-2022) - Université européenne de Bretagne (2007-2016)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Radar

Traitement du signal

Résumé

Le développement des radars ("RAdio Detection and Ranging"), dispositifs dont les principales tâches sont la détection de cibles et la détermination de leur distance au radar émetteur, est un sujet qui fait l'objet de nombreux développements académiques et industriels. Ces développements concernent en particulier les radars embarqués dont la diffusion touche maintenant les applications grand publique. Cette diffusion a été rendue possible par les progrès de l'électronique, de l'informatique et du traitement des signaux. Cette thèse vise à contribuer au traitement du signal radar, en particulier pour des applications relatives à l'aide à la conduite automobile et s'est développée selon deux axes principaux. D'une part, nous avons contribué ici à l'étude des formes d'onde radar constituées par des séquences pseudo-aléatoires. Dans ce contexte, nous avons étudié les séquences présentées dans la littérature en rappelant leurs performances en termes de facteur de mérite, défini comme le rapport entre l'énergie du pic principal de corrélation et celle des lobes secondaire de la fonction d'autocorrélation. Compte tenu de la difficulté de construire des formes d'onde constituées de séquences contigües de symboles modulées en phase performantes, nous avons proposé l'utilisation de paires, et plus généralement d'ensembles de Golay, qui possèdent un facteur de mérite infini lorsqu'ils sont séparés par des intervalles de garde. Plus généralement, on a mis en évidence les bonnes propriétés de leur fonction d'ambiguïté. En particulier, nous avons vérifié que l'émission multipulse de séquences de Golay permet une bonne réjection de ses lobes secondaires, ainsi qu'une très bonne estimation des paramètres de distance et de vitesse des autres véhicules. Le deuxième axe développé dans la thèse concerne le calcul rapide de la fonction d'inter-ambiguïté entre une onde émise et les échos renvoyés au radar; ce calcul permet en effet de localiser simultanément un ensemble de cibles dans le plan temps-fréquence. Dans ce contexte, nous nous sommes intéressés aux techniques d'intégration numérique de type Gauss-Legendre et Clenshaw-Curtis, pour lesquelles nous avons étudié analytiquement les perturbations sur la quadrature introduites par le fait qu'on ne dispose que de versions échantillonnées des signaux mis en jeux. Afin de réduire la complexité du calcul des fonctions d'ambiguïté, nous avons ensuite envisagé l'utilisation des transformées en nombres entiers et en particulier les transformées en nombres de Fermat pour lesquelles les multiplications deviennent de simples décalages de bits, permettant ainsi des gains importants du coût de calcul.

The main task of radars (Radio Detection and Ranging) is to detect targets and to determine their distance from the radar transmitter. They have been studied in numerous academic and industrial developments. These developments concern in particular onboard radars that are now being developed for several applications in consumer electronic devices. Recent developments in radar systems have been made possible thanks to advances in electronics, computing and signals processing. This thesis aims to contribute to the radar signal processing and particularly for applications related to collision avoidance systems. This work was developed along two main axes. On one hand, we have contributed to the study of radar waveforms constituted by pseudo-random sequences. In this context, we first examined the sequences presented in the literature by recalling their performance in terms of the merit factor, defined as the ratio between the energy of the main peak and the correlation of secondary lobes of the autocorrelation function. Given the difficulty of building very efficient waveforms constituted by sequences of contiguous symbols, we have considered then the use of Golay pairs, and more generally Golay sets, which have an infinite merit factor when they are separated by guard intervals. More generally, we have highlighted the good properties of their ambiguity functions. In particular, we have checked that the multipulse emission of Golay sequences allows good rejection of the ambiguity function side lobes, and very good estimation of the parameters of distance and relative speed of other vehicles. The second theme developed in this thesis concerns the rapid calculation of the cross-ambiguity function between a sent wave and the received echoes. This calculation makes it possible to simultaneously locate a set of targets in the time-frequency plane. In this context, we have studied Gauss-Legendre and Clenshaw-Curtis quadrature techniques, for which we have studied analytically the disturbances on the quadrature introduced by the fact that they must be calculated from sampled signals. In addition, with a view to reduce the computational complexity of the calculation of ambiguity functions, we have considered number theoretic transforms, and in particular Fermat number transforms, for which multiplications simply amount to bit shifts, leading thus to significant computational burden reduction.