Localisation sonore par retournement temporel

Acoustic indoor localization based on time-reversal

• Auteur / Autrice : Nadia Aloui
• Direction : Kosai Raoof, Ammar Bouallegue
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Signal, image, parole, télécoms
• Date : Soutenance le 19/12/2014
• Etablissement(s) : Grenoble en cotutelle avec École nationale d'ingénieurs de Tunis (Tunisie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Grenoble Images parole signal automatique - Laboratoire de recherche Systèmes de Communications / Sys’Com
• Jury : Président / Présidente : Emil Novakov
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Kosai Raoof, Ammar Bouallegue, Jean-Hugu Thomas, Mihammad-Ali Khalighi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ridha Bouallegue, Rodolphe Vauzelle

Mots clés

Mots clés contrôlés

Traitement du signal

Retournement temporel (acoustique)

Mots clés libres

Localisation en intérieur

Méthode des signatures

Méthode de noyau

Méthode d'accès multiple à répartition par code

Méthode d'accès multiple à répartition dans le temps

Trilatération

Retournement temporel

Psycho-acoustique

Aspect multi-échelle

Aspect multi-sources

Indoor localization

Fingerprinting technique

Nonparametric kernel regression

Code-division multiple-access operation

Time-division multiple-access operation, lateration

Time reversal

Psycho-acoustic model

Different precisions

Simultaneous location

Résumé

L'objectif général de cette thèse était de proposer une solution de localisation en intérieur à la fois simple et capable de surmonter les défis de la propagation dans les environnements en intérieur. Pour ce faire, un système de localisation basé sur la méthode des signatures et adoptant le temps d'arrivée du signal de l'émetteur au récepteur comme signature, a été proposé. Le système présente deux architectures différentes, une première orientée privée utilisant la méthode d'accès multiple à répartition par code et une deuxième centralisée basée sur la méthode d'accès multiple à répartition dans le temps. Le système calcule la position de l'objet d'intérêt par la méthode de noyau. Une comparaison expérimentale entre le système à architecture orientée privée et un système de localisation sonore déjà existant et basé sur la méthode de trilatération, a permis de confirmer les résultats trouvés dans le cas de la localisation par ondes radiofréquences. Cependant, nos expérimentations étaient les premières à montrer l'effet de la réverbération sur les approches de la localisation acoustique. Dans un second lieu, un système de localisation basé sur la technique de retournement temporel, permettant une localisation simultanée de sources avec différentes précisions, a été testé par simulations en faisant varier le nombre de sources. Ce système a été ensuite validé par expérimentations. Dans la dernière partie de notre étude, nous nous sommes intéressés à la réduction de l'audibilité du signal utile à la localisation par recours à la psycho-acoustique. Un filtre défini à partir du seuil d'audition absolu a été appliqué au signal de localisation. Nos résultats ont montré une amélioration de la précision de localisation comparé au système de localisation sans modèle psycho-acoustique et ce grâce à l'utilisation d'un filtre adapté au modèle psycho-acoustique à la réception. Par ailleurs, l'écoute du signal après application du modèle psycho-acoustique a montré une réduction significative de son audibilité comparée à celle du signal original.

The objective of this PhD is to propose a location solution that should be simple and robust to multipath that characterizes the indoor environments. First, a location system that exploits the time domain of channel parameters has been proposed. The system adopts the time of arrival of the path of maximum amplitude as a signature and estimates the target position through nonparametric kernel regression. The system was evaluated in experiments for two main configurations: a privacy-oriented configuration with code-division multiple-access operation and a centralized configuration with time-division multiple-access operation. A comparison between our privacy-oriented system and another acoustic location system based on code-division multiple-access operation and lateration method confirms the results found in radiofrequency-based localization. However, our experiments are the first to demonstrate the detrimental effect that reverberation has on acoustic localization approaches. Second, a location system based on time reversal technique and able to localize simultaneously sources with different location precisions has been tested through simulations for different values of the number of sources. The system has then been validated by experiments. Finally, we have been interested in reducing the audibility of the localization signal through psycho-acoustics. A filter, set from the absolute threshold of hearing, is then applied to the signal. Our results showed an improvement in precision, when compared to the location system without psychoacoustic model, thanks to the use of matched filter at the receiver. Moreover, we have noticed a significant reduction in the audibility of the filtered signal compared to that of the original signal.