Résumé:
Ces travaux de thèse concernent lamélioration des performances et robustesse de la détection de cibles ponctuelles par un sonar multifaisceaux bi-antennes en croix de Mills. Le système SEAPIX est un sondeur multifaisceaux composé de deux antennes linéaires uniformes orthogonales, réversibles en émission/réception et orientables électroniquement. Nous expérimentons une configuration « forward looking » dans laquelle le SEAPIX est installé sur un drone de surface, la face active orientée vers « lavant », pour une détection et identification prédictive de cibles sous-marines. Nous montrons dabord que les signaux sonar sont parfaitement propices au formalisme de la détection adaptative multivariée. Par la suite, nous considérons plus spécifiquement la géométrie de réception originale à deux antennes linéaires orthogonales partiellement corrélées. Ces dernières permettent une observation de lenvironnement acoustique selon des angles dazimuts et/ou délévations. Nous déduisons un nouvel estimateur de matrice de covariance généralisant, au cas bi-antennes, le M-estimateur de Tyler. En nous basant sur les approches en deux étapes du rapport de vraisemblance généralisé et de Rao, nous dérivons deux nouveaux détecteurs robustes à des bruits impulsifs, à des écarts damplitude de la cible, à des inconnues de facteurs déchelle sur les covariances des antennes et à la contamination des données dentraînement. Les résultats expérimentaux montrent que les performances peuvent être jusquà 3 dB supérieures aux approches conventionnelles en environnement non-gaussien hétérogène. Nous abordons ensuite la détection adaptative multi-pings de cibles quasi-statiques par un système SEAPIX en déplacement. Les avancées du sonar au cours des pings impliquent un mouvement apparent de la scène insonifiée. Les données doivent donc être préalablement repositionnées à laide dune procédure de recalage des amplitudes et phases, permettant une compensation des mouvements induits par les déplacements du porteur. Le résultat est une pile de données dans laquelle les observations de la cible sont remises en cohérence et la matrice de covariance du fouillis possède naturellement des structures sous-jacentes. Nous montrons alors quun détecteur multi-pings de rang 1, considérant les structures inhérentes de la matrice de covariance et sous hypothèse de réalignement parfait des phases de la cible, est plus performant quun détecteur mono-ping conventionnel de près de 7 dB. Mais si la détection multi-pings de rang 1 fonctionne très bien pour des signaux idéalement alignés en phase, ce nest pas toujours le cas dans les applications pratiques. Nous démontrons alors que dans des situations de désalignement de phases, les taux de détection chutent. Dans ces conditions dégradées, une détection multi-pings structurée avec sous-espace interférométrique apporte une grande robustesse aux déphasages tout en conservant un gain de près de 5,5 dB comparativement à son équivalent mono-ping. Nous concluons notre étude par de possibles perfectionnements et de nouvelles perspectives de recherches apportées par ces travaux.
Thèse soutenue publiquement le mardi 17 décembre 2024 à 9h30
Lieu : LISTIC, Polytech Annecy-Chambéry, 5 chemin de bellevue, Annecy-le-vieux, 74940 Annecy
Composition du jury proposé
M. Guillaume GINOLHAC Université de Savoie Mont-Blanc Directeur de thèse
M. Ammar MIAN Université de Savoie Mont-Blanc Co-directeur de thèse
M. JEAN-PHILIPPE OVARLEZ Université Paris-Saclay Co-directeur de thèse
M. Philippe FORSTER Université Paris Nanterre Rapporteur
M. Eric CHAUMETTE ISAE-SUPAERO Rapporteur
Mme Angélique DREMEAU ENSTA Bretagne Examinatrice
M. Nicolas LE BIHAN Université Grenoble Alpes Examinateur