Suivi individualisé du déplacement d'insectes pollinisateurs et d'animaux d'élevage à l'aide de RADARs microondes à modulation de fréquence

Individualized tracking of pollinating insects and farm animals using frequency-modulated microwave RADARs

• Auteur / Autrice : Alexandre Dore
• Direction : Hervé Aubert, Mathieu Lihoreau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electromagnétisme et Systèmes Haute Fréquence
• Date : Soutenance le 10/03/2021
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Génie électrique, électronique, télécommunications et santé : du système au nanosystème (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes (Toulouse ; 1968-....)
• Jury : Président / Présidente : Christophe Gaquière
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hervé Aubert, Mathieu Lihoreau, Christophe Gaquière, Franck Ruffier, Catherine Larzul, Edmond Ricard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurent Ferro-Famil, Jean-Yves Dauvignac

Mots clés

Mots clés contrôlés

Éthologie

Détection du signal

Radar

Mots clés libres

Radar

Ethologie

Détection

Ethology

Tracking

Radar

Résumé

Le but de cette thèse est de montrer la capacité des radars à modulation de fréquence (FMCW) à estimer des caractéristiques du comportement animal et ce pour différentes espèces, porcs, ovins et insectes volant. Il a été utilisé et testé différents types de radar et à différentes fréquences en fonction de la taille et du comportement à estimer. Premièrement en utilisant deux radar FMCW ayant un faible angle d’ouverture il est possible d’estimer la posture d’une truie confinée dans des cages de maternité, cage utilisée pour limiter le mouvement de la truie pendant l’allaitement et ainsi limité la mortalité des porcelets. Cette méthode nécessite l’utilisation d’un model statistique utilisant des réseaux de neurones ou des forêts aléatoires pour estimer la posture de la truie. Il a aussi été utilisé des radars FMCW pour estimer la position d’un mouton lors d’un test de comportement. Ceci a permis d’extraire des paramètres de comportements et ainsi reconnaitre les moutons les plus dociles et sociaux sans utilisé de mesures manuelles. Pour finir la détection des insectes volant il a été nécessaire de développer un nouveau système permettant de suivre plusieurs bourdons en même temps en 3D et ce sans utiliser de tags, qui peuvent modifier le déplacement du bourdon. Cette méthode cependant a encore des limites, la portée n’est que de quelques mètres et la taille des données à récupérer est important (1Go la minute). L’avantage du radar est le fait de pouvoir estimer des paramètres de comportements au cours du temps sans entrer en contact avec l’animal. De plus contrairement à des méthodes par caméra il n’est pas nécessaire d’avoir une source de lumière externe et il est aussi possible d’avoir des obstacles opaques entre le radar et la cible. Et dans le cas de la détection de bourdons et de moutons la portée est plus importante et ce dans un environnement non contrôlé

The aim of this thesis is to show the capability of radar with modulation of frequency (FMCW) to estimate animal behavioural characteristics for the following purposes different species, pigs, sheep and flying insects. It has been used and tested different types of radar and at different frequencies depending on the size and behaviour to be estimated. Firstly by using two FMCW radars with a small aperture angle it is possible to estimate the posture of a sow confined in maternity cages, a cage used to Limit sow movement during lactation and thus limit piglets mortality. This method requires the use of a statistical model using neurals network or random forests to estimate sow posture. It has also been used FMCW radars to estimate the position of a sheep during a behaviour test. This allowed to extract behavioral parameters and thus to recognize the sheep the most docile and social without the use of manual measures. Lastly to detect flying insects it was necessary to develop a new system to track several bumblebees at the same time in 3D and this without using tags, which can modify the displacement of the bumblebee. This method, however, still has limits, the range is only a few meters and the size of the data to be recovered is important (1GB per minute). The advantage of the radar is the fact of being able to estimate parameters of behaviors at the time without coming into contact with the animal. Moreover, unlike methods by camera it is not necessary to have an external light source and it is also possible to have opaque obstacles between the radar and the target. And in the case of the detection of bumblebees and sheep the range is greater in a uncontrolled environment.