Numéro 1

1. Introduction Julien Bonnel, Jerôme Mars, Barbara Nicolas. 07-10 Accès libre Résumé Télécharger l'article au format pdf Exporter la citation au format bibTeX

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2. Approximation tensorielle sous contrainte d’existence. Application au traitement d’antennes Souleymen Sahnoun, Pierre Comon. 11-33 Accès libre Résumé Télécharger l'article au format pdf Exporter la citation au format bibTeX

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On s’intéresse au problème de localisation et d’estimation de sources dans des conditions difficiles, à savoir lorsque les sources sont corrélées et proches dans l’espace, et les échantillons courts. L’algorithme proposé est basé sur une approximation tensorielle de rang faible sous des contraintes originales garantissant son existence. Il nécessite une antenne formée de plusieurs sous-antennes identiques se déduisant les unes des autres par translation. Les bornes de performances sont calculées en présence de bruit additif gaussien complexe non circulaire.

3. L’acoustique au service de l’écologie halieutique Jean Guillard. 113-130 Accès libre Résumé Télécharger l'article au format pdf Exporter la citation au format bibTeX

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Depuis les années 1970, la nécessité d’obtenir des informations robustes sur les densités, les abondances des peuplements de poissons, en s’affranchissant des statistiques de pêches, a été le point de départ de l’utilisation des méthodes hydroacoustiques (échosondage). Cette approche est devenue au cours de ces 40 dernières années un outil majeur de l’évaluation des stocks piscicoles et apportent des informations dans de nombreux domaines (reconnaissance de la nature des fonds, détection des plantes immergées, détection de panaches sous-marins, évaluation de densités de zooplancton, relations prédateursproies). Nous présentons ici des travaux sur i) la normalisation de ces approches avec l’impact de la fréquence d’utilisation dans le cadre des suivis de la qualité des eaux, ii) un exemple d’utilisation de l’échosondage pour l’étude de la dynamique d’une population de perches (Perca fluviatilis) dans un lac oligotrophe et iii) l’utilisation d’un sonar multifaisceau pour étudier l’architecture interne des bancs et aborder la discrimination spécifique.

4. Cartographie de la biophonie des écosystèmes côtiers Julie Lossent, Cédric Gervaise, Lucia Di Iorio, Pierre Boissery. 131-151 Accès libre Résumé Télécharger l'article au format pdf Exporter la citation au format bibTeX

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1922 segments de 10 secondes de mesures sonores ont été enregistrés dans une zone de 4 km² comprise entre le trait de côte et l’isobathe 50 m à la pointe de la Revelatta (Calvi, Corse). Nous caractérisons le paysage acoustique de cette zone complexe qui présente 4 habitats (roche, herbier, sable et coralligène) entrelacés. Le SPL calculé sur la bande biophonique [2 kHz, 40 kHz] est maximum sur la frange rocheuse et décroît vers le large en suivant la régression SPL (Sound pressure Level, dB re. 1μPa) = 147 – 14log10(r) où r est la distance à la côte. Ce modèle de régression s’appuyant sur des considérations énergétiques uniquement laisse penser que les émissions sonores de la roche sont fortes et qu’elles se propagent vers les autres habitats dont les biophonies ne seraient que des captations de celle de la roche. Pour évaluer la validité de cette hypothèse, nous avons étudié la diversité des formes spectrales mesurées. Pour cela, nous avons calculé une analyse en composantes principales (ACP) des 2 millions de spectres collectés. Les deux premières valeurs propres de l’ACP résument plus de 50 % de la variabilité totale des spectres et 80 % de la variabilité de la forme des impulsions. Les scores 1 et 2 de l’ACP forment un nuage continu que nous avons segmenté en 4 familles en fonction du quadrant du plan {score 1, score 2} auquel ils appartiennent. Ces 4 familles définissent 3 signatures spectrales de la biophonie du site étudié (les signatures des quadrants 1 et 2 étant proches) : des impulsions présentant un maximum marqué vers 3 et 4 kHz, des impulsions présentant une bosse entre 5 et 12 kHz, des impulsions présentant un maximum haute fréquence au-delà de 20 kHz. Les 4 proportions des impulsions générées par un habitat dans les quatre quadrants du plan {score 1, score 2} de l’ACP sont proposées comme descripteur de la diversité des formes spectrales de la biophonie d’un habitat. À partir de ce quadruplet de descripteurs, nous avons pu affiner la description du paysage acoustique, bâti initialement sur des considérations énergétiques. Les signatures spectrales des 4 habitats sont constituées des mêmes quatre ingrédients mais dans des proportions différentes. Le coralligène possède une biophonie spécifique différente des autres habitats et cette biophonie est créée par des impulsions hautes fréquences émises au sein du coralligène. La roche présente une production sonore forte avec une grande proportion d’impulsions basses fréquences autour de 3 à 4 KHz. L’herbier et le sable ne produisent pas ou peu d’impulsions, l’herbier écoute la production sonore de la roche alors que le sable écoute celles de la roche et du coralligène.

5. Estimation modale large bande avec une petite antenne horizontale Florent Le Courtois, Julien Bonnel. 35-51 Accès libre Résumé Télécharger l'article au format pdf Exporter la citation au format bibTeX

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L’estimation des nombres d’onde acoustiques présente un grand intérêt pour l’inversion environnementale en milieu petit fond. Avec une antenne horizontale, les nombres d’onde sont calculés par estimation spectrale dans la dimension spatiale. La représentation fréquencenombre d’onde (f-k) est obtenue en concaténant les spectres des nombres d’onde sur plusieurs fréquences. Le plan f-k est particulièrement utile pour la caractérisation des milieux dispersifs. Une méthode d’Acquisition Comprimée (CS pour Compressed Sensing) est proposée pour l’amélioration des performances de l’estimation spectrale spatiale. Le CS est adapté en contexte de propagation modale car le champ acoustique est décrit par un petit nombre de modes propagatifs. Cependant, aux plus hautes fréquences le nombre de modes augmente, la séparation des nombres d’onde devient plus difficile, en particulier lorsque l’antenne est petite. Cet article présente l’utilisation d’une méthode de filtrage particulaire (FP) pour séparer les nombres d’onde sur une large plage de fréquences. La méthode repose sur la physique dispersive, vraie pour tous les guides d’onde, pour suivre les courbes de dispersion avec les fréquences. L’utilisation successive du CS et du FP permet alors la représentation f-k pour des données ne respectant pas les dimensions usuelles pour l’analyse spectrale spatiale. La méthode est appliquée avec succès sur les mesures de l’antenne SHARK (32 capteurs) de la campagne SW06.

6. Utilisation de warping temporel pour étendre le domaine de fonctionnement d’un procédé d’inversion géoacoustique passive Amélie Barazzutti, Cédric Gervaise, Jérôme I. Mars. 53-72 Accès libre Résumé Télécharger l'article au format pdf Exporter la citation au format bibTeX

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Cet article introduit de nouveaux outils pour le traitement de signal dans le cadre d’un schéma d’inversion géoacoustique passive s’appuyant sur des modulations de fréquence de mammifères marins captés sur un unique hydrophone. La méthode se base sur l’utilisation de la propagation multitrajet pour extraire l’information nécessaire à l’estimation du coefficient de réflexion du sédiment superficiel. Jusqu’à présent, l’utilisation d’outils de traitement du signal basés sur le spectrogramme limitait la portée et les signaux candidats à l’inversion, ceux-ci devant présenter des échos résolus dans le plan temps-fréquence au regard des outils mis en oeuvre. Ce papier propose l’ajout d’une nouvelle étape de traitement basée sur des opérateurs de déformation temporelle (warping) permettant la séparation haute résolution des échos. Les échos sont transformés en composantes de fréquences pures par application d’un opérateur de déformation avec pour loi de déformation, la loi de fréquence instantanée du signal. En contexte passif, cette loi est estimée à partir du premier écho reçu. L’application de l’opérateur de déformation sur une fenêtre temporelle glissante permet d’obtenir la réponse impulsionnelle (RI) du canal. Celle-ci est ensuite utilisée pour estimer la position de la source, l’angle de rasance et les pertes de transmission. Le warping conservant l’énergie, le niveau de chaque écho peut être alors estimé sur le signal déformé sans devoir revenir dans l’espace temporel initial. A l’instar de la méthode d’inversion de base, le traitement d’une série d’émissions fournit une courbe estimée du coefficient de réflexion en fonction des angles de rasance. Cette courbe sert d’observable à l’algorithme d’inversion. Le résultat important de cette étude est que ces nouveaux outils permettent d’augmenter la portée et la diversité des signaux candidats à la méthode d’inversion. Les performances et la validité du schéma d’inversion étendu ont été évaluées sur données synthétiques puis confrontées avec succès aux émissions réelles dans le golfe du Lion sur lesquelles la méthode d’origine avait été précédemment évaluée. La portée a été triplée et la durée d’enregistrement utile multipliée par un facteur 2,5 grâce aux nouveaux outils. Avec ces nouveaux outils, nous avons accès à un ensemble de paramètres géoacoustiques permettant de mieux décrire les caractéristiques du fond marin.

7. Détection et classification automatique de signaux acoustiques de baleines à bec Odile Gérard, Craig Carthel, Stefano Coraluppi. 73-94 Accès libre Résumé Télécharger l'article au format pdf Exporter la citation au format bibTeX

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Les baleines à bec sont difficiles à observer et font partie des espèces les plus sensibles au bruit anthropique. L’acoustique passive est donc un outil privilégié pour étudier ces espèces et minimiser l’impact du bruit. Cet article présente une méthode de reconnaissance automatique de signaux de baleines à bec, qui se décompose en trois étapes : la détection de transitoires, la classification individuelle d’un clic, et enfin l’association de clics en trains de clics, grâce à un tracker. L’association en trains de clics permet de renforcer la classification car un clic n’est pas émis seul. De plus les trains de clics ont des caractéristiques qui peuvent être typiques de l’espèce (l’intervalle entre les clics par exemple). Les résultats sur trois espèces de baleines à bec sont présentés : le mésoplodon de Blainville, la baleine à bec de Cuvier et le mésoplodon de Gervais. Les résultats obtenus sont très encourageants.

8. Utilisation d’une source laser pulsée à haute energie comme source acoustique large bande en milieu liquide Jean-Pierre Sessarego, Régine Guillermin, Amélie Jarnac, Aurélien Houard, Yohann Brelet, Jérôme Carbonnel, Yves-Bernard André, André Mysyrowicz, Dominique Fattaccioli. 95-111 Accès libre Résumé Télécharger l'article au format pdf Exporter la citation au format bibTeX

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Ce travail est relatif à l’étude expérimentale d’un problème d’opto-acoustique non linéaire, consistant à générer un signal acoustique dans l’eau à partir d’un laser pulsé térawatt (TW). La source acoustique obtenue a pu être reliée au phénomène de filamentation qui produit une contraction du faisceau initial, accompagnée de la formation d’un plasma. Des travaux relativement récents ont montré que les lasers de ce type pouvaient être utilisés pour produire des sources acoustiques déportées, avec des applications intéressantes pour l’acoustique sous-marine. Le spectre de la source acoustique obtenue a été étudié à l’aide de plusieurs hydrophones couvrant une très large bande de fréquence, et le diagramme de directivité a été mesuré dans deux plans (plan du filament et plan perpendiculaire au filament). Le niveau acoustique de la source en fonction de l’énergie, de la durée, et de la longueur d’onde de l’impulsion laser, a également été étudié.

Numéro 2

1. Introduction Romain Couillet. 159-160 Accès libre Résumé Télécharger l'article au format pdf Exporter la citation au format bibTeX

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2. Introduction à la théorie des grandes matrices aléatoires Jamal Najim. 161-222 Accès libre Résumé Télécharger l'article au format pdf Exporter la citation au format bibTeX

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Cet article est une introduction à la théorie des grandes matrices aléatoires, à destination d’un public non spécialiste. On y énonce et démontre en détail le théorème de Marˇcenko- Pastur qui décrit le spectre asymptotique d’une grande matrice de covariance. On introduit la transformée de Stieltjes et les techniques de calcul associées, ainsi que quelques techniques de calcul gaussien qui nous permettent d’aborder rapidement le théorème de Marˇcenko-Pastur isotrope. On aborde également les grandes matrices de covariance plus générales et les modèles à petites perturbations. Enfin, on évoque une application de la théorie aux communications numériques.

3. Tutoriel sur les matrices aléatoires - Introduction aux équivalents déterministes Axel Müller, Mérouane Debbah. 223-248 Accès libre Résumé Télécharger l'article au format pdf Exporter la citation au format bibTeX

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Dans cet article, nous décrivons une approche analytique des Matrices Aléatoires avec des applications en Télécommunications. L’approche en question utilise les équivalents déterministes et permet le design des réseaux du futur quand le nombre d’utilisateurs, le nombre de stations de base et le nombre d’antennes augmente au même rythme. Nous étudions un exemple particulier de détermination de débit dans les réseaux sans fils pour lequel l’équivalent déterministe est calculé étape par étape. Nous décrivons également l’ensemble des concepts, lemmes et outils de base issus des matrices aléatoires nécessaires à la bonne compréhension de la théorie.

4. Une méthode MUSIC adaptée aux grands réseaux de capteurs Pascal Vallet, Philippe Loubaton, Xavier Mestre. 249-272 Accès libre Résumé Télécharger l'article au format pdf Exporter la citation au format bibTeX

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Dans le cadre de l’estimation d’angles d’arrivée en traitement d’antenne, nous synthétisons quelques travaux récents portant sur un estimateur MUSIC amélioré (appelé G-MUSIC), développé dans un contexte où le nombre d’observations collectées N est grand, et du même ordre de grandeur que le nombre de capteursM composant l’antenne. Tirant profit de résultats en théorie des matrices aléatoires, nous donnons une analyse des performances statistiques de l’estimateur G-MUSIC, en termes de consistance, d’erreur quadratique moyenne, et de normalité asymptotique, dans le contexte de signaux sources déterministes inconnus. Une comparaison avec l’estimateur MUSIC traditionnel est obtenue dans un premier scénario à « angles sources éloignés », puis dans un second scénario à « angles sources proches » .

5. Estimation robuste et matrices aléatoires Romain Couillet. 273-320 Accès libre Résumé Télécharger l'article au format pdf Exporter la citation au format bibTeX

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Cet article propose une revue de littérature des récentes avancées en estimation robuste de matrices de dispersion vue sous l’angle de la théorie des grandes matrices aléatoires. Une exposition des résultats théoriques sera effectuée avant de proposer des applications aux domaines des statistiques et du traitement du signal. Les résultats théoriques montrent qu’alors que les estimateurs robustes de matrices de dispersion prennent une forme implicite et ainsi difficile à analyser, dans le régime des grandes matrices aléatoires où la grande taille des échantillons est commensurable à leur nombre, ces estimateurs tendent à se comporter de manière similaire à des modèles matriciels aléaoires simples. Cette observation se traduit par l’apparition de nombreuses propriétés statistiques liées à ces estimateurs. En termes applicatifs, les estimateurs robustes de matrices de dispersion ont une longue histoire en tant qu’éléments structurants permettant d’appréhender des données à queues lourdes ou contenant des observations aberrantes. Cette gestion des impulsivités des données est mieux comprise ici sous l’angle des grandes matrices aléatoires et permet d’introduire des méthodes d’estimation robustes en traitement d’antennes, optimisation de portefeuilles, etc.

6. Théorie des matrices aléatoires robustes et applications à la détection radar Frédéric Pascal, Abla Kammoun. 321-349 Accès libre Résumé Télécharger l'article au format pdf Exporter la citation au format bibTeX

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Cet article présente de récents résultats issus de la combinaison entre la théorie des matrices aléatoires et la théorie de l’estimation robuste appliquées à des problèmes de détection en radar. Plus précisément, afin de pallier les problèmes de grande dimension des données, nous nous intéressons à une version régularisée de l’estimateur de matrice de covariance de Tyler (Tyler, 1987 ; Pascal, Chitour et al., 2008). Nous montrons ainsi grâce à l’analyse statistique de ce dernier, i.e. l’étude de son comportement au premier et second ordre en régime de grande dimension (N=n ! c 2 (0; 1] quand N; n ! 1), qu’un détecteur optimal (au sens de la maximisation des performances de détection et/ou de régulation de fausses alarmes) peut être construit. Enfin, des simulations Monte-Carlo montrent la pertinence de cette approche avec la comparaison aux méthodes traditionnellement utilisées.

7. Perspectives en matrices aléatoires et grands réseaux Gilles Wainrib, Romain Couillet. 351-376 Accès libre Résumé Télécharger l'article au format pdf Exporter la citation au format bibTeX

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Dans cet article, de nouvelles perspectives de recherche en matrices aléatoires appliquées à la théorie des graphes sont introduites. Nous nous attachons en particulier à l’analyse spectrale des matrices d’adjacence et laplaciennes de graphes de grandes dimensions pour la détection de communautés dans les réseaux, des matrices aléatoires à noyaux pour la classification non supervisée en big data, ainsi qu’à des applications en réseaux de neurones.

Numéro 4

1. Une solution analytique pour l’identification aveugle au second ordre d’un système à deux entrées et deux sorties - Implémentation adaptative Abdelfettah Meziane Bentahar Meziane, Abdeldjalil Aissa-El-Bey, Thierry Chonavel, Adel Belouchrani. 385-401 Accès libre Résumé Télécharger l'article au format pdf Exporter la citation au format bibTeX

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Cet article propose un algorithme adaptatif spécifique pour l’identification aveugle d’un système à deux entrées et deux sorties. À partir d’une solution analytique de l’identification aveugle du système exploitant les propriétés de cohérence temporelle des sources, nous présentons une mise en oeuvre adaptative simplifiée de l’algorithme ASOBI (Analytical Second Order Blind Identification) pour le calcul d’un séparateur à faible complexité. Deux versions adaptatives sont proposées. Des simulations numériques sont présentées pour l’évaluation des performances des algorithmes proposés.

2. Positivité d’une covariance de type MA(2) ou MA(3) Bernard Picinbono. 403-414 Accès libre Résumé Télécharger l'article au format pdf Exporter la citation au format bibTeX

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La fonction de corrélation gk d’un signal aléatoire réel à temps discret de type « moving average _ [MA(q)] est nulle pour jkj > q mais les autres valeurs doivent satisfaire des conditions assurant que gk est de type défini non négatif, ce qui revient à assurer que sa transformée de Fourier G(v), qui est la densité spectrale du signal, soit non négative. Il existe des conditions générales sur gk assurant cette propriété mais elles sont difficilement utilisables pour déterminer son domaine de validité D+ dans l’espace à q dimensions où le vecteur c de composantes gk prend ses valeurs. C’est ce domaine qui est étudié dans les cas q = 2 et q = 3. Ses frontières sont déterminées par le calcul et une procédure de simulation permettant de vérifier si une fonction spectrale est non négative ou pas est introduite montrant un excellent accord entre résultats théoriques ou de simulation.

3. Échantillonnage compressé des signaux passe-bande à taux d’innovation fini -Application pour l’estimation du canal ultra-large bande et la localisation de précision en environnement intérieur Tina Yaacoub, Ana Maria Pistea, Roua Youssef, Emanuel Radoi, Gilles Burel. 415-440 Accès libre Résumé Télécharger l'article au format pdf Exporter la citation au format bibTeX

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Le taux d’innovation fini est un concept récemment introduit dans la littérature pour réduire la fréquence d’échantillonnage des signaux dépendant d’un nombre fini de paramètres. Dans cet article, nous proposons des schémas d’échantillonnage à faible complexité pour des signaux de type passe-bande, typiques des transmissions ultra-large bande (ultra-wideband [UWB]). D’abord, deux schémas d’échantillonnage compressé, monovoie (filtre Sum of Sincs [SoS]) et multivoie (multichannel modulating waveforms [MCMW]) respectivement, sont étendus à ce type de signaux, en tenant compte de leur implémentation réelle dans le circuit. Ces schémas permettent d’échantillonner à des fréquences très réduites ne dépendant pas de la bande passante des signaux, mais seulement du nombre de trajets multiples du canal UWB. Ensuite, l’efficacité de l’approche proposée est démontrée au travers de deux applications : l’estimation du canal UWB pour un récepteur Rake cohérent à faible complexité, et la localisation précise en environnement intérieur dans un contexte d’aide à la dépendance.

4. Classification automatique de la densité des tissus mammaires Mohamed El Habib Boukhobza, Malika Mimi. 441-459 Accès libre Résumé Télécharger l'article au format pdf Exporter la citation au format bibTeX

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Le cancer du sein est un problème de santé publique. L’imagerie médicale est l’un des éléments clés dans le diagnostic. Cependant, la qualité d’interprétation d’une mammographie reste variable. Une des caractéristiques de l’anatomie et de la physiologie du sein est la densité du tissu mammaire qui est importante pour deux raisons principales : (1) la densité mammaire accrue est associée à une diminution de sensibilité de la mammographie pour la détection du cancer du sein (Schetter, 2014), (2) la densité du sein est l’un des plus importants facteurs de risque connus pour le cancer du sein (Prevrhal et al., 2002 ; Boyd et al., 1995). Le classement automatique de la densité des tissus est donc un processus important dans le diagnostic. De plus, le système de classification BI-RADS identifie quatre niveaux de densité du sein, mais la base de données mini-MIAS est divisée en trois catégories de densité. Dans cet article, nous décrivons une méthode pour la classification de la densité globale du sein en utilisant les réseaux de neurones artificiels. Cette approche présente l’avantage de ne pas nécessiter d’étape de prétraitement et de s’adapter aux différentes bases de données de mammographies. La validité de notre méthode est démontrée en utilisant 240 mammographies de la base de données DDSM et 180 mammographies de la base de données mini-MIAS, avec un taux de classification correcte de 87,50 % et 86,11 %, respectivement.