Conception optimisée d’antenne pour de la localisation passive de sources acoustiques

Optimized array design for passive acoustic source location

• Auteur / Autrice : Milan Courcoux-Caro
• Direction : Alexandre Baussard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Signal, Image, Vision
• Date : Soutenance le 04/04/2022
• Etablissement(s) : Brest, École nationale supérieure de techniques avancées Bretagne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire en sciences et techniques de l'information, de la communication et de la connaissance (Brest ; 2012-....) - Laboratoire des sciences et techniques de l'information, de la communication et de la connaissance
• Jury : Président / Présidente : Emanuel Rădoi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mai-Quyen Pham, Dominique Fattaccioli, Manuel Melon, Charles Vanwynsberghe, Cédric Herzet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Régis Marchiano, Pascal Larzabal

Mots clés

Mots clés contrôlés

Statistique bayésienne

Estimation, Théorie de l'

acoustique - antenne

Sodars

Détection du signal

Ondes sonores

Acoustique sous-marine

Sons

Mots clés libres

Localisation de sources acoustiques

Aérien

Sous-marin

Conception d’antenne

Données expérimentales

Sélection séquentielle

Approches bayésiennes

Acoustic source location

Airborne

Underwater

Antenna design

Real data

Sequential selection

Bayesian approaches

Résumé

L’objectif de ces travaux de thèse est de proposer une approche de conception d’antenne pour de la localisation de sources acoustiques aériennes ou sous-marines. Dans un premier temps, nous verrons comment décrire la propagation des ondes émises par les sources. Puis nous dresserons les différentes méthodes permettant d’estimer les positions des sources à partir des mesures acquises par les capteurs et du modèle de propagation. Le travail bibliographique sur le domaine de la localisation de sources acoustiques mettra en évidence l’importance des positions des capteurs dans les performances des estimateurs de positions de sources. Cela amènera donc à un second travail bibliographique sur la conception d’antenne, et plus précisément sur la sélection de positions de capteurs. L’état de l’art sur les méthodes de conception d’antenne nous permettra de proposer la méthode suivante : une sélection séquentielle bayésienne orientée par les données. Cette approche prend en compte l’information contenue dans les mesures acquises précédemment dans l’antenne pré-conçue, afin de sélectionner les futurs capteurs. L’application de cette approche est innovante dans un contexte de localisation de sources acoustiques. Dans un deuxième temps, des premiers résultats réalisés sur données synthétiques s’avèrent prometteurs quant à l’application de cette approche dans un cadre de localisation de sources acoustiques sous-marines. Les analyses fournies dans ce manuscrit permettront de juger la pertinence de cette approche dans le contexte testé, ainsi que d’évaluer et de comparer la performance de cette conception d’antenne par rapport à la littérature. Pour finir, nous appliquerons cette approche sur des données réelles provenant d’une expérience mise en place lors de la thèse. Le milieu de propagation sera aérien dans une salle fermée réverbérante avec un grand nombre de capteurs disponibles. Acquérir des données réelles permettront, en plus de l’évaluation des performances de notre approche, de fournir une nouvelle conception d’antenne. Celle-ci est conçue à partir de données synthétiques et est appliquée ensuite sur les données réelles.

The objective of this thesis work is to propose an approach of array design for the localization of aerial or underwater acoustic sources. First, we will see how to describe the propagation of waves emitted by the sources. Then we will draw up the different methods allowing to estimate the positions of the sources from the measurements acquired by the sensors and from the propagation model. The bibliographic work on the field of acoustic source localization will highlight the importance of the sensors’ positions in the performance of the source position estimators. This will lead to a second bibliographic work on antenna design, and more precisely on the selection of sensor positions. The state of the art on antenna design methods will allow us to propose the following method: a sequential Bayesian data-driven selection. This approach takes into account the information contained in the measurements previously acquired in the pre-designed antenna, in order to select the future sensors. The application of this approach is innovative in the context of acoustic source localization. In a second step, first results realized on synthetic data prove to be promising for the application of this approach in an underwater acoustic source localization context. The analyses provided in this manuscript will allow to judge the relevance of this approach in the tested context, as well as to evaluate and compare the performance of this antenna design with the literature. Finally, we will apply this approach on real data from an experiment set up during the thesis. The propagation environment will be aerial in a closed reverberant room with a large number of available sensors. Acquiring real data will allow, in addition to evaluating the performance of our approach, to provide a new antenna design. This is designed from synthetic data and then applied to real data.