Localisation de cible en sonar actif

Target localization in active sonar

• Auteur / Autrice : Alexis Mours
• Direction : Jérôme Mars, Cornel-Eugen Ioana, Nicolas Josso
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Océan, atmosphère, hydrologie
• Date : Soutenance le 20/01/2017
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre, de l’environnement et des planètes (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Grenoble Images parole signal automatique (2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Roux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dominique Fattaccioli
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pascal Larzabal, Barbara Nicolas

Mots clés

Mots clés contrôlés

Traitement du signal

Acoustique sous-marine

Génie acoustique

Mots clés libres

Sonar actif

Localisation de cible

Bornes de Cramer-Rao

Inversion géoacoustique

Active sonar

Target localization

Cramer-Rao bounds

Geoacoustic inversion

Résumé

La connaissance de l'environnement marin est nécessaire pour un grand nombre d'applications dans le domaine de l'acoustique sous-marine comme la communication, la localisation et détection sonar et la surveillance des mammifères marins. Il constitue le moyen principal pour éviter les interférences néfastes entre le milieu naturel et les actions industriels et militaires conduites en zones côtières.Notre travail de thèse se place dans un contexte de sonar actif avec des fréquences allant de 1 kHz à 10 kHz pour des distances de propagations allant de 1 km à plusieurs dizaines de kilomètres. Nous nous intéressons particulièrement aux environnements de propagation grands fonds, à l'utilisation des antennes industrielles comme les antennes de flancs, les antennes cylindriques et les antennes linéaires remorquées, et à l'utilisation de signaux large bande afin de travailler avec des résolutions en distance et en vitesse très élevées. Le travail de recherche présenté dans ce mémoire est dédié à la recherche de nouveaux paramètres discriminants pour la classification de cible sous-marine en sonar actif et notamment à l'estimation de l'immersion instantanée.Cette étude présente : (1) les calculs de nouvelles bornes de Cramer-Rao pour la position d'une cible en distance en et en profondeur, (2) l'estimation conjointe de la distance et de l'immersion d'une cible à partir de la mesure des temps d'arrivées et des angles d'élévations sur une antenne surfacique et (3) l'estimation conjointe de la distance, de l'immersion et du gisement d'une cible à partir de la mesure des temps d'arrivées et des pseudo-gisements sur une antenne linéaire remorquée.Les méthodes développées lors de cette étude ont été validées sur des simulations, des données expérimentales à petite échelle et des données réelles en mer.

The knowledge of the marine environment is required for many underwater applications such as communications, sonar localization and detection, and marine mammals monitoring. It enables preventing harmful interference between the natural environment and industrial and military actions in coastal areas.This thesis work concentrates upton the context of active sonar with frequencies from 1 kHz to 10 kHz and long propagation ranges from 1 km to several tens of kilometers. We also concentrates upon deep water environment, the use of industrial arrays such as cylindrical arrays, flank arrays and linear towed arrays, and the use of large time-bandwidth signals in order to obtain high distance and speed resolutions. This research work is dedicated to the research of new features for the underwater target classification in active sonar, and specifically to the instantaneous target-depth estimation.This thesis presents: (1) calculations of new Cramer-Rao bounds for the target-position in range and in depth, (2) the joint estimation of the target-depth and the target-range from the arrival time and elevation angle measures with a surface array, (3) the joint estimation of the target-depth, the target-range and the target-bearing from the arrival time and pseudo-bearing angle measures with a linear towed array.The methods presented in this manuscript have been benchmarked on simulation, on reduced-scale experimental data and real marine data.