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Theses Year : 2014

Detection, localisation characterization of acoustic transient signals

Détection, localisation, caractérisation de transitoires acoustiques sous-marins

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Abstract

The underwater environment is insonified by a wide variety of acoustic sources that can be monitored by autonomous passive acoustic recorders. A large number of the recorded sounds are transient signals (short-finite duration signals), among which the pulse signals that we study in this thesis. Pulse signals have specific properties, such as a very short duration (<1ms), few oscillations, a high directivity, which make them difficult to study by classical signal processing tools (Fourier transform, autocorrelation).In the first part of this study, we develop a method to detect sound sources emitting rhythmic pulse trains (dolphins, sperm whales, beluga whales). This detector uses only the time of arrival of pulses at the hydrophone to perform a rhythm analysis based on a complex autocorrelation and a time-rhythm representation. This allows : i) to detect rhythmic pulse trains, ii) to know the beginning and ending times of pulse trains, iii) to know the value of the rhythm.In the second part of this thesis, we study the potential of a method called Recurrence Plot Analysis to characterize waveforms of pulse signals. After a general presentation of this method we develop three signal processing architectures based on it, to perform the following tasks : i) transient detection, ii) transient characterization and pattern recognition, iii) estimation of time difference of arrival of the transient on two hydrophones.All the methods developped in this thesis are validated on simulated and real data recorded at sea.
Le milieu marin est insonifié par une grand variété de sources acoustiques, qui peuvent être monitorées par des enregistreurs acoustiques passifs autonomes. Parmi les sons enregistrés, on trouve un grand nombre de signaux transitoires (signaux éphémères de durée courte), auxquels appartiennent notamment les signaux impulsionnels que nous étudions dans cette thèse. Les signaux impulsionnels ont des propriétés spécifiques, telles que leur durée très courte (<1ms), leur faible nombre d’oscillations, leur forte directivité, qui les rendent difficiles à étudier avec les outils de traitement du signal traditionnels (transformée de Fourier, autocorrélation, etc.).Dans un premier temps, nous nous intéressons à la détection des sources qui émettent des séries d’impulsions rythmées (dauphins, cachalots, bélugas). Cette détection, s’appuie uniquement sur les temps d’arrivée des impulsions reçues, pour effectuer une analyse du rythme au moyen d’une autocorrélation complexe, et construire une représentation temps-rythme, permettant : i) de détecter les rythmes, ii) de connaître les temps de début et fin des émissions rythmées, iii) de connaître la valeur du rythme et son évolution.Dans un second temps, nous étudions le potentiel d’une technique appelée analyse par récurrence des phases, pour caractériser les formes d’onde des impulsions. Après avoir présenté le cadre général de cette méthode d’analyse, nous l’utilisons dans trois chaînes de traitement répondant à chacune des tâches suivantes : i) détection des transitoires, ii) caractérisation et reconnaissance des transitoires,iii) estimation des différences des temps d’arrivée des transitoires sur deux capteurs.Toutes les méthodes développées dans cette étude ont été testées et validées sur des données simulées et sur des données réelles acquises en mer.
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Dates and versions

tel-01095572 , version 1 (15-12-2014)
tel-01095572 , version 2 (05-01-2015)
tel-01095572 , version 3 (23-11-2015)

Identifiers

  • HAL Id : tel-01095572 , version 2

Cite

Olivier Le Bot. Détection, localisation, caractérisation de transitoires acoustiques sous-marins. Traitement du signal et de l'image [eess.SP]. Université de Grenoble, 2014. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01095572v2⟩
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