Identification du milieu océanique et localisation de source en Ultra Basse Fréquence (1-100 Hz)

Geoacoustical parameters estimation and source localization with Ulltra Low Frequency waves (1-100 Hz)

• Auteur / Autrice : Barbara Nicolas
• Direction : Jean-Louis Lacoume, Jérôme Mars
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Signal, image, parole, télécoms
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Grenoble INPG
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des images et des signaux (Grenoble1998-2007)

Résumé

Le travail de recherche présenté dans ce mémoire est dédié à la localisation de source sous-marine émettant des ondes acoustiques Ultra Basse Fréquence. Ces ondes, de fréquence comprise entre 1 et 100 Hz, sont émises par de nombreuses sources dans le milieu océanique : sous-marins, cétacés Nous proposons ici des méthodes d'estimation de la profondeur de ces sources, dans un environnement océanique, peu profond et inconnu. La propagation océanique petits fonds étant relativement complexe, il est nécéssaire de posséder des informations sur le milieu de propagation, avant de réaliser la localisation proporement dite. Nous présentons de nouvelles méthodes d'estimation des paramètres géoacoustiques dans le plan fréquence - nombre d'onde (f-k). Ces méthodes, permettant une identification rapide du milieu de propagation, sont appliquées sur différents jeux de données simulées et réelles. Puis nous nous intéressons à la localisation de la source. Deux approches sont proposées pour estimer la profondeur de la source. L'approche par maximum de vraisemblance dans le plan f-k se révèle particulièrement sensible à des erreurs d'estimations des paramètres géoacoustiques. Nous développons alors une approche par filtrage modal dans le plan f-k. Cette méthode, utilisant la physique de la propagation, se révèle robuste face au bruit et aux erreurs de modélisation de l'environnement. Nous la testons sur différents jeux de données réelles et propososn des améliorations.

In this research work, we propose new techniques to localize Ultra Low Frequency sources in underwater acoustics. Ultra Low Frequency waves are emitted by many underwater sources: submarines, cetaceansWe develop methods to estimate the source depth in an unknown shallow water environment. As wave propagation in shallow water is complex, it is necessar to have a knowledge of the environment to perform localization. We use signal processing tools (frequency-wavenumber transform) and properties of propagating modes to estimate geoacoustical parameters. To validate these methods, we apply them on different simulated and real data. Then, source localization is performed. Two different approachs are proposed. Maximum likelihood, in the frequency-wavenumber domain, is really sensitive to estimation errors of geoacoustical parameters (water depth, velocity). As a result, we develop a modal filter, in the frequency-wavenumber domain. This method, based on classical modal filter and on wave propagation theory, is robust against noise and against media identification errors. We apply it on different real data and suggest some improvements of the method.