Invariant océanique grand-fond et discrimination en immersion de sources UBF (1-300 Hz) sur une antenne horizontale

par Rémi Emmetiere

Thèse de doctorat en Signal, Image, Vision

Sous la direction de Thierry Chonavel et de Julien Bonnel.

Le président du jury était Emanuel Radoi.

Le jury était composé de Thierry Chonavel, Julien Bonnel, Barbara Nicolas, Philippe Roux, Marie Géhant.

Les rapporteurs étaient Barbara Nicolas, Philippe Roux.


  • Résumé

    En milieu océanique grand-fond (profondeur >1000 m), la propagation d'ondes acoustiques UltraBasse Fréquences (UBF, 1-300 Hz) est caractérisée par une forte influence des propriétés géo-acoustiquede l'environnement marin. Classiquement, des méthodes de localisation du type matched field processing sont mises en place pour intégrer cet aspect lors de l'inversion. Cependant, ces méthodes sont connues pour être très sensibles à de petites erreurs de modélisation de l'environnement, qui sont en pratique inévitables. C'est pourquoi il convient mieux de se tourner vers d’autres méthodes d’inversion plus robustes à la méconnaissance de l'environnement. Dans ce manuscrit on choisit d'étudier une quantité, appelée invariant océanique. Elle est associée à la formation d’interférence et montre des propriétés intéressantes de robustesse à de petites variations des propriétés géo-acoustique du milieu. En adoptant une approche ondulatoire de la propagation, on s’intéresse particulièrement à deux phénomènes responsables de sa dépendance à la configuration source récepteur (la prédominance du champ acoustique par des groupes de modes et le comportement différencié des ondes montante et descendante constituant un mode). Cette approche permet une prédiction précise et une compréhension profonde du phénomène d'interférence en milieu grand-fond. En couplant cette théoriede l'invariant océanique avec le concept d'énergie piégée, une méthode de localisation est ensuite proposée. Elle prend la forme d'une discrimination en immersion utilisant comme entrée l'intensité acoustique d'un signal large bande reçu sur une antenne horizontale.

  • Titre traduit

    Deep-water waveguide invariant and depth discrimination for very low frequency (1-300Hz) sources recorded by a horizontal line array


  • Résumé

    Within the deep-water ocean (depth >1000 m), low frequencies (1-300 Hz) acoustic waves are characterized by very long range propagation. In this context, the propagation is largely impacted by the oceanic environment. Thus, localization methods based on classical plane wave models do not perform well. Matched field processing has been proposed to include better environmental models, but it is known to perform poorly as soon as the environment is not perfectly known. Given that the ocean is a dynamic system, it changes quickly over time and space making this method inapplicable in an operational context. To circumvent this issue, a better way is to consider methods that do not require detailed knowledge about the environment.In this manuscript I consider a quantity called the Waveguide Invariant (WI) which is known to be robust to small environment variations. In particular, I investigate two phenomenons responsible for its dependence to the source-receiver configuration: the dominance of the acoustic field by groups of modes and the frequency dependence of the Eigenmodes. Using a ray-mode approach, these two features are integrated in a WI derivation which provides a thorough way to predict and understand the striation patterns in deep-water context. Then, using this underlying physics driving the propagation along with the concept of mode trapping, a depth localization method is proposed. The input data for the algorithm is a range-frequency intensity, as measured on a horizontal line array. This idea is explored and extended to propose a source depth discrimination which is performed as a binary classification problem.


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