Dissertations / Theses on the topic 'Goniométrie'

Les travaux de cette thèse relèvent du domaine du "traitement d'antennes" qui exploite et traite les signaux issus de plusieurs capteurs électromagnétiques. Plus particulièrement, ce travail concerne les problèmes de "radio goniométrie" dont l'objectif est d'estimer les directions des émetteurs radio électriques. Les algorithmes de goniométrie sont des estimateurs de ces angles utilisant une connaissance a priori de la réponse du réseau de capteurs pour une direction d'arrivée donnée. Sachant que dans la pratique la connaissance de cette réponse est mal maîtrisée, l'objectif de la thèse est double : développer une classe unifiée d'algorithmes basée sur des modèles réalistes contenant de paramètres supplémentaires dits de "nuisance" afin des les estimer conjointement aux angles d'incidences ; mener une étude de performance d'algorithmes (MUSIC, Maximum de vraisemblance, ...) en présence d'erreurs de modèle et en conditions asymptotiques.

Cette thèse porte sur la conception d’un système de mesure in-situ permettant de détecter les perturbations variables dans l’environnement proche d’un réseau d’antennes. Une première partie est consacrée à l’étude du bénéfice d’un tel système appliqué à un réseau de goniométrie. Une étude quantitative de la dégradation des performances de goniométrie sur porteur en présence d’obstacles variables est réalisée. Le deuxième point majeur de cette thèse est le choix de la technologie pour la conception du système de diagnostic. La Technique de diffusion modulée par l’optique (OMS) est sélectionnée. Un modèle de prédiction de la puissance rétrodiffusée par la sonde OMS a été élaboré afin de choisir la dimension de sonde optimale. Suite aux études théoriques, une sonde de 12 cm chargée par la photodiode (PDCS30T) a été réalisée. Des mesures en chambre anéchoïque ont été menées afin de valider le bilan de liaison et mesurer la sensibilité de la sonde à des obstacles proches. Finalement, une étude est réalisée afin d’étudier la sensibilité exigée par le réseau de diagnostic pour détecter la présence d’obstacles. Un dimensionnement du système global est calculé
This thesis focuses on the design of an in-situ measurement system to detect variable disturbances in the near field of antenna arrays. The first part was focused on the study of the benefit of the monitoring system for direction finding antennas (DFA). A quantitative study of degradation of performances of DFA installed on a carrier in presence of variable obstacles was done. The second point of the study concerns the choice for the technology for the diagnostic system design. The Optically Modulated Scatterer Technique (OMS) is selected. A model that predicts the OMS backscattered power is developed to select the optimal dimension of the probe. Following the theoretical studies, a 12 cm OMS probe coupled to the nonlinear device (PDCS30T) was designed. Measurements in anechoic chamber were conducted to validate the budget link model and measure the sensitivity of the probe to nearby objects. Finally, a study is conducted to investigate the sensitivity required by the diagnostic probes for detecting the presence of obstacles. A dimensioning of the overall system is computed

De nos jours, il existe de nombreuses antennes de radiogoniométrie UHF large bande ou multibandes, néanmoins très peu d’entre elles permettent une couverture angulaire 3D. A notre connaissance, la première antenne de radiogoniométrie 3D fût étudiée dans les années 1960, par une équipe de l’université du Michigan. Composée de 17 capteurs positionnés sur une surface hémisphérique, sa taille et son nombre d’éléments en font un dispositif encombrant et complexe à utiliser. De récentes études ont proposé une autre approche basée sur la mesure multicomposante du champ électromagnétique, permettant de réduire la taille des antennes et le nombre d’éléments tout en conservant une couverture angulaire 3D. Cependant, à ce jours, seul des systèmes HF (3MHz-30MHz) ou bande étroite ont été abordés. Cette thèse porte donc sur l’étude et le développement d’une antenne vectorielle UHF multibande appliquée à la radiogoniométrie 3D pour des ondes transverses magnétiques. Tout d’abord, deux techniques de goniométrie adaptées à cette approche sont confrontées : une nouvelle technique basée sur la décomposition en harmonique sphérique du rayonnement de l’antenne qui permet de recomposer le champ électromagnétique reçu à partir d’échantillons mesurés et un algorithme bien connu, MUSIC. Une méthodologie de conception est proposée, en identifiant les critères physiques des antennes vectorielles qui influent sur leurs performances à savoir la précision d’estimation, la sensibilité, le nombre d’éléments et l’encombrement. Cette méthode est utilisée pour développer et réaliser une première antenne vectorielle monobande. La caractérisation de cette antenne réaliste permet d’écarter la première technique de traitement dont les performances sont trop sensibles aux perturbations de rayonnement. Une antenne vectorielle bibande compacte, d’un rayon de λ/4 et d’une hauteur de λ/5.5 à la fréquence la plus basse, composée de seulement six éléments rayonnants couvrant chacun les bandes de fréquences GSM [890MHz-960MHz] et [1710MHZ-1880MHz] est ensuite développée en se basant sur cette méthode de conception. Les capteurs électriques et magnétiques constituant l’antenne sont étudiés séparément puis assemblés selon une répartition spatiale planaire pour restreindre l’encombrement. Les structures rayonnantes sont communes pour les deux bandes de fréquences ce qui permet réduire le nombre d’éléments ainsi que les éventuelles perturbations de rayonnement. Après la caractérisation de l’antenne bibande au travers de simulations numériques, un prototype est réalisé et ses performances d’estimation sont mesurées en chambre anéchoïque afin de valider l’approche par simulation. La sensibilité obtenue est de -110dBW/m² (85μV/m) pour une précision de 5° RMS. Enfin l’étude est élargie au cas général d’antennes multibandes en illustrant le processus d’extension de la couverture fréquentielle par l’ajout d’une troisième bande, [400MHz-430MHz]. Six nouveaux éléments sont donc développés et intégrés aux capteurs GSM existants afin d’obtenir une antenne tribande d’un rayon de λ/3.2 et d’une hauteur de λ/12.5 à 400MHz. Malgré une légère augmentation de l’erreur d’estimation, causée par la présence de ces nouveaux éléments, la caractérisation de cette nouvelle antenne tribande montre de bonnes performances d’estimation avec une sensibilité de -105dBW/m² (155μV/m) pour une précision de 5° RMS
Nowadays, a lot of wideband or multiband direction finding antennas operating in the UHF band exist. Nevertheless, only few of them allow to estimate the direction of arrival in the full 3D space. At the author’s knowledge, the first 3D direction finding antenna was studied in the 1960s, at the University of Michigan. Composed of 17 sensors, located on a large hemispherical surface, this antenna is bulky and complex to use. Recently, some studies have proposed another approach based on the multicomponent measurement of the electromagnetic field that allows to decrease the antennas size and the number of radiating elements without reducing the 3D angular coverage. However, only HF (3-30MHz) or narrowband systems have been reported. The objective of this PhD is to study and to develop an UHF multiband vector sensor applied to the estimation of the direction of arrival of transverse magnetic waves in the full 3D space. Firstly, two signal processing techniques adapted to this approach are compared : a new technique based on the spherical harmonic decomposition of the antenna radiation which allows to recompose the received electromagnetic field from the measured samples and a well-known high resolution algorithm called MUSIC. A design methodology allowing to identify the physical criteria of vector sensors related to the antenna performances such as the estimation accuracy, the sensitivity, the number of elements and the antenna size is proposed. This method is used for developing and designing a first single-band vector sensor. The results obtained from numerical simulations allow to rule out the first signal processing technique which is too sensitive to the radiation perturbations. Then, a compact dual-band vector sensor operating in the GSM frequency band, [890MHz-960MHz] and [1710MHZ-1880MHz], is developed by using the same design methodology. The antenna size is λ/4 in radius and λ/5.5 in height at the lowest frequency. The electric and magnetic elements which compose the vector sensors are designed separately and then combined according to a planar spatial distribution to retain a compact antenna size. The same radiating structures are used for operating in the two frequency bands in order to reduce the number of elements and the eventual radiation perturbations. After the performances assessment through numerical simulations in each band, a prototype is manufactured and its estimation performances are measured for a validation purpose. The sensitivity is -110dBW.m−2 (85μV.m−1) for a 5◦ RMS angular accuracy. Finally, the study is extended to the general case of multiband antennas by adding a third band, [400MHz-430MHz]. New elements are developed and incorporated into the dual-band GSM sensors to obtain a tri-band vector sensor. The size of this new antenna is λ/3.2 in radius and λ/12.5 in height at 400MHz. Despite a slight increase of the angular errors in the estimation of the direction of arrival caused by the presence of the new antenna elements, the characterization of the tri-band sensor performances by simulation show a good accuracy with a sensitivity valued at -105dBW.m−2 (155μV.m−1) for a 5◦ RMS angular accuracy

Cette thèse porte sur la goniométrie d'émetteurs radioélectriques non coopératifs à partir de signaux reçus sur un réseau d'antennes. Les applications visées dans ce travail sont le scénario aéroporté, caractérisé par un nombre de source supérieur au nombre de capteurs, et le scénario en environnement urbain, caractérisé par des multi-trajets cohérents.Les méthodes de goniométrie conventionnelles telles que formation de voies et Capon ou encore les méthodes à haute résolution telles que MUSIC ne sont pas performantes dans de tels scénarios. La méthode du maximum de vraisemblance souffre d'une complexité de calcul incompatible avec les systèmes opérationnels actuels.Pour palier ces limitations, la goniométrie est traitée ici avec un formalisme parcimonieux, parfaitement adapté à l'utilisation de tables de calibration dans les systèmes opérationnels. Après avoir montré les intérêts d'une approche reposant sur une régularisation par la norme L0, cette thèse s'attaque aux verrous que sont le paramètre de régularisation et la convergence globale des algorithmes d'optimisation. Pour cela, nous construisons et étudions statistiquement des représentations parcimonieuses adaptées i) aux scénarios aéroportés, et ii) aux environnements urbains. L'équivalence avec le maximum de vraisemblance donné par une formulation contrainte permet alors de déterminer un intervalle théorique admissible pour le paramètre de régularisation. Nous étudions également les minimiseurs et les surfaces d’erreurs de différents critères d’optimisation. Cela nous permet de proposer des schémas itératifs de minimisation augmentant la probabilité de convergence globale et ainsi moins sensibles à l’initialisation. L'algorithme ALICE-L0 ainsi proposé permet de plus de séparer des sources proches
This thesis deals with the direction-of-arrival (DOA) estimation of non-cooperative radio transmitters from signals received on an antenna array. The applications targeted in this work are the airborne scenario, characterized by a number of sources higher than the number of sensors, and the urban environment scenario, characterized by coherent multipath.Conventional direction-of-arrival estimation methods such as beamforming and Capon method or high resolution methods such as MUSIC are not efficient in such scenarios. The maximum likelihood method suffers from a computational complexity incompatible with current operational systems.In order to overcome these limitations, the problem of direction-of-arrival estimation is treated here with a sparse formalism, perfectly adapted to the use of calibration tables in operational systems. After having shown the interests of an approach based on a regularization by the L0 norm, this thesis tackles the technical issues that are the regularization parameter and the global convergence of optimization algorithms. To this end, we construct and statistically study sparse representations adapted to i) airborne scenarios, and ii) urban environments. The equivalence with the maximum likelihood given by a constrained formulation then allows us to determine a theoretical admissible interval for the regularization parameter. We also study the minimizers and error surfaces of different optimization criteria. This allows us to propose iterative minimization schemes that increase the probability of global convergence and thus are less sensitive to initialization. In that respect, the proposed ALICE-L0 algorithm enables to separate close sources

Les méthodes du maximum de vraisemblance (mv) sont reconnues pour être les plus prometteuses en traitement d'antenne. L'objet de ce travail consiste en l'étude et en la mise en ouvre du mV déterministe et stochastique ainsi que des formes approchées passant par une décomposition propre de la matrice de corrélation. Ces formes approchées, plus robustes, sont quasiment efficaces, comme le montre l'expression analytique de la variance et les simulations de monte Carlo effectuées. Elles nécessitent une optimisation globale multidimensionnelle. Nous proposons pour ce faire un algorithme d'optimisation locale (gauss newton) qui est efficace s'il est correctement initialise. Deux algorithmes globaux sont aussi introduits: le premier est fonde sur des méthodes connexionnistes et le deuxième sur une recherche aléatoire. Pour la détection du nombre de sources, nous proposons une variante originale de la méthode de test du rang de l'espace signal. Pour remédier aux défauts de cette méthode en présence de sources corrélées une méthode de detection-estimation simultanées, récursive sur l'ordre, est introduite. Ces méthodes ont été étendues au cas de sources mobiles. En effet, l'utilisation de la forme analytique de la variance du mV permet une mise a jour récursive des positions estimées qui rend l'algorithme compatible avec un modèle a sources mobiles. Nous avons redeveloppe un formalisme type kalman avec comme originalité, l'estimation adaptative du bruit de modélisation (part imprévisible du mouvement) et de la vitesse moyenne, (part évolution lente du mouvement). Une expérimentation dans la gamme VHF (antenne linéaire et pentagonale a 5 capteurs) et HF (antenne en v a 5 capteurs) vient compléter cette étude et confronter les modèles utilises a la réalité. Nous y proposons notamment un remède a la déformation du front de l'onde electromagnetique

Notre travail porte sur la conception et la validation de nouvelles méthodes de résolution de problèmes inverses rencontrés i) en télécommunications afin de rechercher les angles d'incidence d’ondes radio reçues par une antenne et ii) en ingénierie biomédicale pour localiser des sources d’activité électrique cérébrale à partir de mesures électromagnétiques sur le cuir chevelu. Les techniques proposées s'appuient sur la méthode MUSIC, en raison de son comportement asymptotique remarquable. De plus, à la manière de 2q-MUSIC, elles exploitent les statistiques d'ordre supérieur, insensibles à la présence d’un bruit gaussien de cohérence spatiale inconnue, et tolérant un nombre de capteurs inférieur au nombre de sources ainsi que des erreurs dans le modèle de transfert entre la source et son observation. En outre, nos méthodes visent à améliorer le pouvoir séparateur de 2q-MUSIC ainsi que ses performances en présence de sources spatialement étendues. Nous proposons deux approches, 2q-D-MUSIC (q ≥ 1) et 2q-RAP-MUSIC (q ≥ 2), qui revisitent le principe de déflation d’ordre 2 et l’étendent aux ordres supérieurs. Dans le cas d'ondes radio angulairement proches, ces algorithmes augmentent la résolution et la capacité de détection de 2q-MUSIC, aussi bien pour des mélanges de sources sur- que sous-déterminés, qu'en présence ou non d'erreurs de modèle ou d'un bruit gaussien de cohérence spatiale inconnue. Nous proposons également la méthode 2q-ExSo-MUSIC (q ≥ 1) pour traiter des sources spatialement étendues. L’étude de ses performances, sur des signaux EEG simulés réalistes, montre une meilleure localisation spatiale des sources d’activités cérébrales que 2q-MUSIC
Three new methods are proposed and evaluated in this manuscript. The purpose of these methods is to solve inverse problems encountered in i) radiocommunications when searching the direction of arrival (DOA) of radio waves received by an antenna and ii) in biomedical engineering when localizing the sources of brain electrical activities from scalp electromagnetic recordings. The proposed techniques are based on the MUSIC algorithm, given its infinite asymptotic resolution. Moreover, as 2q-MUSIC our methods exploit higher order statistics in order to i) remain insensitive to Gaussian noise with unknown spatial coherence, ii) deal with a number of sensors lesser than the number of sources and iii) with errors induced when modeling the transfer between the source and the observation. Furthermore, our methods aim at increasing the separation ability of 2q-MUSIC and its performance in the presence of spatially extended sources. First, we propose two approaches referred to as 2q-D-MUSIC (q ≥ 1) and 2q-RAP-MUSIC (q ≥ 2), that use a new higher order deflation scheme. When radio waves present close angles of DOA, these algorithms increase the resolution and the detection capacity of 2q-MUSIC. This behavior is true in the case of both over- and underdetermined mixtures of sources, and is true in the presence of modeling errors or Gaussian noise of unknown spatial coherence. Second, we propose the 2q-ExSo-MUSIC (q ≥ 1) method in order to process brain extended sources. A study of its performance using realistic simulated EEG shows that 2q-ExSo-MUSIC is more accurate than 2q-MUSIC for the localization of brain extended sources

Le dome paleozoique de pierrefitte a subi une deformation hercynienne polyphasee comprenant une phase tangentielle majeure a vergence sw, h1, correspondant a une deformation ductile s. 1. , non coaxiale, presente dans tous les niveaux structuraux (infra- et superstructure), et une deformation plicative, h2, reinterpretee comme une deformation heterogene evoluant entre des secteurs a deformation coaxiale ou non coaxiale, dans un regime transpressif dextre associe a la mise en place du massif granodioritique de cauterets. Un metamorphisme de contact lie a la mise en place des massifs granitoidiques synorogeniques se surimpose localement au metamorphisme regional lie a h1 et a h2. L'analyse, par goniometrie de texture, des orientations preferentielles de reseau (opr) des phyllosilicates confirme l'origine metamorphique de ces mineraux dans l'encaissant et dans les mineralisations, l'importance respective des deformations h1 et h2 et la zonation metamorphique associee a h2. Les opr du quartz soulignent l'importance du mecanisme de deformation par dissolution-cristallisation sous contrainte dans l'infrastructure pendant h1. Les opr de la calcite montrent une deformation heterogene polyphasee, a toutes echelles, correspondant a des deformations coaxiales ou non coaxiales, de basse temperature et dominees par le regime du maclage. Les opr des sulfures correspondent a des textures de recristallisation (galene) ou de deformation non coaxiale (sphalerite et pyrrhotite). Ces resultats et ceux de l'analyse structurale classique des mineralisations zn-pb conduisent a un nouveau modele metallogenique ou l'hydrothermalisme synsedimentaire est limite au devonien. Il est responsable d'un amas stratiforme a la base des calcaires famenniens et de filons dans l'ordovicien. Les amas stratiformes de l'ordovicien resultent de remobilisations et reconcentrations syntectoniques dans les structures chevauchantes dues a h1. La phase h2 est responsable de remobilisations moins importantes.

La mesure angulaire constitue une donnée fondamentale dans le domaine du handicap tant du point de vue diagnostic que celui de la rééducation. Effectuer une mesure d'angle sur les membres supérieurs et inferieurs des humains entraine une série de contraintes spécifiques a ces derniers (position des capteurs, axes de référence, fiabilité, etc. . . ). Les capteurs présentés dans ce mémoire utilisent des techniques tout à fait différentes. Une première technique utilise les ultrasons d'une part et d'autre part une approche originale basée sur l'utilisation du son associe à une boucle à verrouillage de phase. Une deuxième approche différente est basée sur une détection magnétique à l'aide d'un capteur à effet hall. Après un rappel sur le principe de l'effet hall, son intérêt est mis en évidence. Les critères président au choix d'un tel capteur sont présents et permettent de justifier les solutions adoptées avec l'étude de leurs faisabilités associées. Enfin, une méthode fait appel aux jauges de contraintes. L'idée d'étudier expérimentalement les possibilités d'emploi en mesure angulaire particulièrement les plus petites articulations (phalanges, poignets, etc. . . ) est développée, l'utilisation et les résultats sont discutés

Dans ce projet, nous présentons une méthode nouvelle et précise d’estimation de la direction et des délais d’arrivée dans un environnement à trajets multiples, à des fins d’estimation de canal. Récemment, les méthodes de super-résolution ont été largement utilisées pour l’estimation à haute-résolution de la direction d’arrivée (DOA) ou de la différence de temps d’arrivée (TDOA). L’algorithme proposé dans ce travail est applicable à l’estimation d’un canal espace-temps pour des systèmes de traitement spatio-temporel qui emploient la technologie hybride DOA / TDOA. L’estimateur est basé sur l’algorithme MUSIC classique pour trouver la DOA et en profitant d’un simple corrélateur, il est possible de trouver le retard de chaque arrivée. Il est pertinent d’associer chaque angle à son propre retard pour être capable d’estimer les caractéristiques du canal quand nous ne connaissons pas la séquence transmise par l’émetteur. Pour ce faire, nous proposons une formation de faisceaux (voix) très simple et optimale par l’application du MVDR (Maximum Variance Distortion-less Response). Cette formation de faisceaux maximise le signal desiré par rapport aux autres signaux. Après détermination de l’angle d’arrivée par l’algorithme MUSIC, nous appliquons l’algorithme de formation de faisceaux MVDR pour obtenir le signal qui est reçu par le réseau d’antennes pour une direction. Ce signal est corrélé avec les autres signaux correspondants aux autres directions d’arrivée. Les pics dans les figures ainsi obtenues montrent le décalage temporel de chaque source par rapport à celle obtenue par la formation de faisceaux MVDR. La soustraction du plus petit décalage, correspondant au premier signal reçu à chaque décalage temporel, nous donne le temps d’arrivée de chaque source. Pour être plus précis, nous pouvons choisir la moyenne des vecteurs des délais estimés, chacun étant obtenu à partir d’une angle pour l’algorithme MVDR.
In this project, we present a novel and precise way of estimating the direction and delay of arrivals in multipath environment for channel estimation purposes. Recently, super-resolution methods have been widely used for high resolution Direction Of Arrival (DOA) or Time Difference Of Arrival (TDOA) estimation. The proposed algorithm in this work is applicable to space-time channel estimation for space-time processing systems that employ hybrid DOA/TDOA technology. The estimator is based on the conventional MUSIC algorithm to find the DOA and by using a simple correlator it is possible to find the delay of each arrival. It is of interest to associate each angle to its proper delay to be able to estimate the characteristics of the channel when we have no knowledge about the transmitted sequence. To do this, we suggest a very simple and optimal beamforming method by performing Maximum Variance Distortion-less Response (MVDR). This beamforming maximizes the desired signal in the desired direction compare to the other signals that come from other directions. After finding the DOAs by MUSIC algorithm and selecting our desired direction, we obtain the signal from this direction by applying MVDR beamforming. Then, we perform a correlation between this signal and the others incoming signals from other directions. The peaks in the simulation figures illustrate the delay between each source with the obtained signal from MVDR. If we subtract the delay of the first arrival (the smallest delay in time), from the delays indicated in the figures, we can obtain the delay of each arrival. To be more precise, the mean of these estimated TOAs vector follows the exact TOA of each source.

Le travail présenté dans ce mémoire traite du contrôle dimensionnel optique pour la microélectronique et de l'adaptation d'un instrument à cette application. Le premier point clé de cette technique de métrologie est la possibilité de calculer le champ diffracté par une structure périodique, associé aux méthodes de calcul inverse. Le second point clés est la solution technologique adoptée pour mesurer la signature de diffiaction. Nous présentons ici un goniomètre bidimensionnel basé sur le principe de la Transformée de Fourier Optique. Cet appareil a été adapté à l'application métrologique et nous décrivons ici les différentes étapes qui nous permis aboutir. Ces étapes sont la description, la compréhension et l'analyse de l'instrument pour adapter les moyens numériques en notre possession aux spécificités du problème. Nous avons ensuite validé la fonction métrologique de l'instrument sur différentes structures comme des couches minces ou des réseaux. Nous avons comparé les résultats obtenus avec ceux obtenus en ellipsométrie spectroscopique ou en microscopie électronique à balayage. Nous avons pour chaque résultat, évalué les incertitudes et discuté de la validité du résultat. Enfin nous avons tiré parti des particularités de l'instrument pour réaliser des études plus qualitatives sur des structures plus complexes comme des lignes rugueuses ou des structures superposées
This work deals with Optical Critical Dimension metrology in microelectronics and with the use of an unusual tool for this application. The first keypoint of this metrology technique is the ability to calculate the scattered light pattern from a periodic structure and the second key point is the apparatus used to measure the diffracted pattern. We present here a goniometric instrument based on optical Fourier Transform. This equipment has been change for the metrological application and we describe in this text the different steps we had to deal with to achieve. These steps are the description of the measurement head, the understanding and the instrument analysis to adapt our numerical means to the problem needs. Then we validated the metrological function of the instrument on samples like opticallayers or gratings. We compare each etched structure measured with spectroscopic ellipsometry and Scanning Electron microscopy. Each result has been analyzed to evaluate accuracy on parameters. At last, we used instrument peculiarities to go through qualitative study of complex structures like line with roughness and overlay

De nos jours, la capacité de suivre des objets et des personnes est cruciale pour un grand nombre d’applications, telles que les applications médicales (surveillance de patients) ou les applications indépendantes qui nécessitent une très grande précision et résolution dans le processus de positionnement. Par conséquent, l’objectif scientifique principal de cette thèse est de développer un système de suivi utilisant un système de radar multistatique UWB pour fournir une localisation 2D en temps réel de transpondeurs ou de balises actives. La localisation est réalisée en coordonnées polaires (distance et angle d’azimut) en fusionnant les principes d’interférométrie et de goniométrie, en supposant un canal de propagation à trajet direct, ou LoS entre la station et la cible. L’ILS conçu utilise une technique hybride en combinant les méthodes duplex UWB et de corrélation de phase pour les estimations de la distance radiale et de l’angle d’Azimut. L’ILS proposé comprend deux composants principaux, une station émettrice/réceptrice servant de LBS et un AT. Le LBS a une chaîne d’émission et deux chaînes de réception identiques et indépendantes. La localisation est effectuée en envoyant des impulsions UWB vers l’AT qui joue le rôle de transpondeur actif et retransmet le signal reçu¸ à son tour au LBS après l’avoir retardé. Cet ILS conçu¸ devrait offrir, dans les conditions LoS, une estimation de position avec une précision et une résolution élevées, tout en maintenant une faible complexité du système. Le système fonctionne avec une seule ancre et répond simultanément aux défis intérieurs tels que les trajets multiples, les fortes atténuations de signal, les réflexions, etc
Nowadays, the ability to track objects and people is crucial for a huge number of applications, such as medical applications (monitoring of patients) or independent applications that require a very high accuracy and resolution in the positioning process. Therefore, the main scientific objective of this thesis is to develop a tracking system using an UWB multistatic radar system to provide realtime 2D location of transponders or active tags. The localization is carried out in polar coordinates (distance and azimuth angle) by merging the interferometry and goniometry principles, assuming a propagation channel with a direct path, or LoS between the station and the target. The designed ILS incorporates a hybrid technique by combining the duplex UWB and the Phase Correlation methods for the radial-distance and the azimuth angle estimates. The proposed ILS consists of two main components, a transmitter /receiver (transceiver) station serving as a LBS and an AT. The LBS has one transmitting channel and two identical and independent receiving channels. The localization is performed by sending UWB pulses towards the AT which acts as an active transponder and retransmits in turn the received signal back to the LBS upon delaying it. This designed ILS is expected to offer, under LoS conditions, a position estimation with high accuracy and resolution while maintaining low system complexity. The system works with a single anchor, and simultaneously addresses indoor challenges such as multipaths, strong signal attenuations, reflections, etc

Dans cette thèse, nous présentons des algorithmes de localisation d'un robot mobile qui se déplace dans un milieu balisé. Après avoir fait le tour des différents capteurs et techniques de localisation -navigation des robots mobiles, nous définissons la solution proposée : capteurs non-sophistiqués avec informations faciles à traiter. Deux types de capteurs sont envisagés : télémètre U. S. /I. R. Avec balises actives et goniomètres avec balises passives. Afin de développer et tester différents algorithmes, nous avons décrit les capteurs utilisés et élaboré un modèle statistiquue des mesures. Des algorithmes d'optimisation de la position du robot à partir d'une position approchée sont ensuite étudiés en utilisant au mieux toutes les informations provenant des balises. Le critère retenu est celui des moindres carrés repondérés. Deux algorithmes itératifs sont comparés ; gradient à pas prédéterminé et Gauss-Newton. Une étude, d'abord menée avec des mesures exactes puis "régulières", permet de conclure que la méthode du second ordre est la plus rapide et que l'estimateur obtenu est quasi-efficace. Un test de cohérence entre les grandeurs mesurées et estimées permet de détecter et rejeter les mesures aberantes. Un algorithme de localisation du véhicule lorsque sa position n'est pas du tout connue est ensuite proposé, la méthode tenant toujours compte du fait que certaines mesures peuvent être aberrantes. Une méthode d'identification des balises lorsqu'elles ne sont pas codées est également décrite ainsi qu'un algorithme de calibration initiale du champ de balises. Nous envisageons aussi de recaler la position plus ou moins précise accordée à certaines balises portables, en utilisant le formalisme de Kalman. La fusion d'informations, dans ce même formalisme, est enfin développée en utilisant les informations provenant des balises et celles d'un système de mesure des déplacements du véhicule et ce, dans le but d'avoir une meilleure estimation de la position du robot
This thesis analyses algorithms for the localisation of a mobile robot in a beaconed environment. A bibliographical study of different sensors and localization-navigation algorithms for mobile robots allows us to describe the proposed solution : non-sophisticated sensors giving easy-to-compute data. Two kinds of sensors are studied : an ultrasonic/infra-red telemeter with active beacons and a goniometer with passive beacons. A statistical model has been established from a theoretical study of measurement errors. This model is used to compare different localization algorithms and to analyse the feasibility of the sensors. Optimization algorithms giving the robot position while using at best all the beacons data are then studied. We use a reweighted least square criterion. Two iterative methods are compared, the gradient algorithm and the Newton-Gauss method, at first with exact data then with noisy data. We conclude that the second order method is the best one and that we obtain a quasi-efficient estimator of the robot position. Results form previous sections allow us to design a coherence test used to detect and reject aberrant data. An algorithm to find the position of the vehicle when its position is not known form vrevious measurements is then described. This method takes aberrant data into account. An identification method for non-coded beacons is also given, as well as an algorithm for the initial calibration of the field of beacons. Some beacons being portable, we give a method to relocate their position, in the Kalman filtering formalism. Finally, using the same formalism, a data fusion algorithm is used to obtain a better-estimation of the robot position by using information given by the beacons and by a system, measuring the displacements of the vehicle

Direction finding plays a crucial role in various civilian and military applications, related to either radionavigation or radiolocation. Most of the direction finding antennas operate over a wide frequency band, but only a minority of them enable the direction of arrival estimation of an incoming electromagnetic field over a 3-D angular coverage (i.e., estimation of both azimuth and elevation angles). An original approach to obtain a 3-D angular coverage consists in measuring the six components of the incident electromagnetic field through a so-called vector antenna. The aim of this Ph.D. is to design a passive, compact and wideband vector antenna in order to cover a maximum of applications. Two vector antennas have been designed, manufactured and experimentally characterized. Unlike conventional topology, they enable the measurement of the components of an incoming electromagnetic field thanks to the radiation pattern reconfigurability of an original arrangement of Vivaldi antennas. The first prototype is mounted over a finite metallic support and enables the direction of arrival estimation of vertically-polarized electromagnetic fields over a 1.69:1 bandwidth while the second one can be used regardless of the polarization of the incoming electromagnetic fields over a 8:1 bandwidth. Moreover, the direction finding performances of these vector antennas have been improved in terms of estimation accuracy, sensitivity, robustness to angular ambiguity and polarization mismatch by synthesizing new radiation patterns in the estimation process. A method based on the Cramer-Rao lower bound has been proposed to select efficiently and rapidly the additional radiation patterns

De nos jours, il existe de nombreuses antennes de radiogoniométrie UHF large bande ou multibandes, néanmoins très peu d’entre elles permettent une couverture angulaire 3D. A notre connaissance, la première antenne de radiogoniométrie 3D fût étudiée dans les années 1960, par une équipe de l’université du Michigan. Composée de 17 capteurs positionnés sur une surface hémisphérique, sa taille et son nombre d’éléments en font un dispositif encombrant et complexe à utiliser. De récentes études ont proposé une autre approche basée sur la mesure multicomposante du champ électromagnétique, permettant de réduire la taille des antennes et le nombre d’éléments tout en conservant une couverture angulaire 3D. Cependant, à ce jours, seul des systèmes HF (3MHz-30MHz) ou bande étroite ont été abordés. Cette thèse porte donc sur l’étude et le développement d’une antenne vectorielle UHF multibande appliquée à la radiogoniométrie 3D pour des ondes transverses magnétiques. Tout d’abord, deux techniques de goniométrie adaptées à cette approche sont confrontées : une nouvelle technique basée sur la décomposition en harmonique sphérique du rayonnement de l’antenne qui permet de recomposer le champ électromagnétique reçu à partir d’échantillons mesurés et un algorithme bien connu, MUSIC. Une méthodologie de conception est proposée, en identifiant les critères physiques des antennes vectorielles qui influent sur leurs performances à savoir la précision d’estimation, la sensibilité, le nombre d’éléments et l’encombrement. Cette méthode est utilisée pour développer et réaliser une première antenne vectorielle monobande. La caractérisation de cette antenne réaliste permet d’écarter la première technique de traitement dont les performances sont trop sensibles aux perturbations de rayonnement. Une antenne vectorielle bibande compacte, d’un rayon de λ/4 et d’une hauteur de λ/5.5 à la fréquence la plus basse, composée de seulement six éléments rayonnants couvrant chacun les bandes de fréquences GSM [890MHz-960MHz] et [1710MHZ-1880MHz] est ensuite développée en se basant sur cette méthode de conception. Les capteurs électriques et magnétiques constituant l’antenne sont étudiés séparément puis assemblés selon une répartition spatiale planaire pour restreindre l’encombrement. Les structures rayonnantes sont communes pour les deux bandes de fréquences ce qui permet réduire le nombre d’éléments ainsi que les éventuelles perturbations de rayonnement. Après la caractérisation de l’antenne bibande au travers de simulations numériques, un prototype est réalisé et ses performances d’estimation sont mesurées en chambre anéchoïque afin de valider l’approche par simulation. La sensibilité obtenue est de -110dBW/m² (85μV/m) pour une précision de 5° RMS. Enfin l’étude est élargie au cas général d’antennes multibandes en illustrant le processus d’extension de la couverture fréquentielle par l’ajout d’une troisième bande, [400MHz-430MHz]. Six nouveaux éléments sont donc développés et intégrés aux capteurs GSM existants afin d’obtenir une antenne tribande d’un rayon de λ/3.2 et d’une hauteur de λ/12.5 à 400MHz. Malgré une légère augmentation de l’erreur d’estimation, causée par la présence de ces nouveaux éléments, la caractérisation de cette nouvelle antenne tribande montre de bonnes performances d’estimation avec une sensibilité de -105dBW/m² (155μV/m) pour une précision de 5° RMS.

L’instrument le plus fréquemment utilisé pour la mesure de l’amplitude de mouvement du coude est le goniomètre universel. Or celui-ci ne fait pas l’unanimité : plusieurs auteurs remettent en question sa fiabilité et validité. Cette étude détaille donc, en trois étapes, une alternative beaucoup plus précise et exacte : une méthode radiographique de mesure. Une étude de modélisation a d’abord permis de repérer les sources d’erreur potentielles de cette méthode radiographique, à ce jour jamais utilisée pour le coude. La méthode a ensuite servi à évaluer la validité du goniomètre. À cette fin, 51 volontaires ont participé à une étude clinique où les deux méthodes ont été confrontées. Finalement, la mesure radiographique a permis de lever le voile sur l’influence que peuvent avoir différents facteurs démographiques sur l’amplitude de mouvement du coude. La méthode radiographique s’est montrée robuste et certaines sources d’erreurs facilement évitables ont été identifiées. En ce qui concerne l’étude clinique, l’erreur de mesure attribuable au goniomètre était de ±10,3° lors de la mesure du coude en extension et de ±7,0° en flexion. L’étude a également révélé une association entre l’amplitude de mouvement et différents facteurs, dont les plus importants sont l’âge, le sexe, l’IMC et la circonférence du bras et de l’avant-bras. En conclusion, l’erreur du goniomètre peut être tolérée en clinique, mais son utilisation est cependant déconseillée en recherche, où une erreur de mesure de l’ordre de 10° est inacceptable. La méthode radiographique, étant plus précise et exacte, représente alors une bien meilleure alternative.
The most commonly used instrument for elbow range of motion measurement is the universal goniometer. However great controversy remains regarding its reliability and validity. Hence this study presents an accurate and precise alternative: a radiographic method of measurement. The limits of the radiographic method and potential sources of error were first evaluated through a biomechanical study. Fifty-one volunteers then participated in a clinical study in which this radiographic method was compared to the goniometer for elbow range of motion measurement. Finally, the great precision of radiographic measurements allowed us to study the potential influence of various demographic and anthropometric factors on elbow range of motion in the last part of this work. Regarding the clinical study, the goniometric and radiographic methods differ but they correlate. The goniometer’s measurement error was ±10.3° during extension measurement and ±7.0 ° for flexion. Secondly, the radiographic method provides consistent results despite malpositioning of the upper limb during radiographic image acquisition and easily preventable sources of error were identified. The study finally found an association between the range of motion and various factors, including age, sex, BMI, and the arm and forearm circumferences. In conclusion, error associated with the use of the goniometer could be tolerated in a clinical setting, the instrument being both inexpensive and simple to use. However, its use is discouraged in the research context, where a measurement error of 10° is unacceptable. The radiographic method, being more precise and accurate, represents a much better alternative.

Le travail présenté dans ce mémoire traite du contrôle dimensionnel optique pour la microélectronique et de l'adaptation d'un instrument à cette application. Le premier point clé de cette technique de métrologie est la possibilité de calculer le champ diffracté par une structure périodique, associé aux méthodes de calcul inverse. Le second point clés est la solution technologique adoptée pour mesurer la signature de diffraction. Nous présentons ici un goniomètre bidimensionnel basé sur le principe de la Transformée de Fourier Optique. Cet appareil a été adapté à l'application métrologique et nous décrivons ici les différentes étapes qui nous permis aboutir. Ces étapes sont la description, la compréhension et l'analyse de l'instrument pour adapter les moyens numériques en notre possession aux spécificités du problème. Nous avons ensuite validé la fonction métrologique de l'instrument sur différentes structures comme des couches minces ou des réseaux. Nous avons comparé les résultats obtenus avec ceux obtenus en ellipsométrie spectroscopique ou en microscopie électronique à balayage. Nous avons pour chaque résultat, évalué les incertitudes et discuté de la validité du résultat. Enfin nous avons tiré partit des particularité de l'instrument pour réalisé des études plus qualitative sur des structures plus complexes comme des lignes rugueuses ou des structures superposées.

Tese de mestrado, Biologia (Biologia da Conservação), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2015
A falta de informação que ainda existe sobre as populações de roazes-corvineiros (Tursiops truncatus) que habitam estuários influencia a compreensão do estatuto vulnerável das mesmas. Este é resultado das ameaças antropogénicas a que estão sujeitas pela localização próxima de zonas urbanas e industrializadas. Existiu assim um esforço de estudo e inovação tecnológica na análise das mudanças ambientais antropogénicas que influenciam as interacções dos organismos com os elementos do seu ambiente. No caso particular dos animais marinhos, a utilização de informação espacial sobre a forma de mapas torna-se essencial pela falta de informação, que muitas vezes existe sobre os seus movimentos e utilização do habitat. O trabalho aqui apresentado tem assim como objectivo a elaboração do mapa de aplicabilidade do método goniométrico no interior do estuário do Sado e linha costeira imediatamente adjacente, usado no estudo da utilização espacial do estuário pela população residente de roazes. Foi assim usado o método goniométrico para observação e posicionamento dos roazes e para definição dos valores limite de leitura no interior do estuário, de ângulos mortos de observação a partir dos pontos de observação e da definição de áreas de incerteza na medição devido à existência de colinearidade inerente ao método e à distância entre os alvos e os pontos de observação, tanto no interior do estuário como na linha costeira imediatamente adjacente. A aplicabilidade do método goniométrico varia a sua eficiêncie para diferentes zonas do estuário, apresentando valores óptimos para 18% da área de estudo e permitindo confirmar com rigor a utilização diferencial do estuário do Sado pela população residente de roazes, com clara preferência pelo canal Sul e pela zona da Barra (98,6% dos posicionamentos verificados). A aplicabilidade do método será restrita ao limite de leitura do método de dez quilómetros no interior do estuário e limitada pela existência de sete ângulos mortos de observação a partir do Forte de S. Filipe e do terraço do Tróia Design Hotel, de duas áreas de incerteza na recolha de dados devido à existência de colinearidade e de três zonas de incerteza devido à distância aos pontos de observação. O método goniométrico demostra ainda assim desvantagens, pois apesar de permitir a recolha de dados sobre os alvos à distância, fora da zona de aplicabilidade óptima não permite um posicionamento rigoroso de alvos no estuário, apresentando erros consideráveis segundo a escala da área de estudo amostrada.
The lack of information that still exists about populations of bottlenose dolphins (Tursiops truncatus) inhabiting estuaries influences the understanding of their vulnerable condition due to the anthropogenic threats they are subjected to by their location near urban and industrialized areas. Thereby there was an effort with studies and technological innovation in the analysis of anthropogenic environmental changes that influence the interactions between organisms and the elements of their environment. In the particular case of marine animals the use of spatial information in the form of maps becomes essential due to the lack of information that often exists about their movements and habitat use. The work here presented aims to elaborate a map of the applicability of the goniometric method in the Sado estuary and adjacent shoreline, used in the study of the spatial use of the estuary by the resident population of bottlenose dolphins. Therefore the goniometric method was used in the observation and precise positioning of bottlenose dolphins and on the definition of the limit for observation in the estuary, dead angles of observation from the observation sites and of areas of uncertainty due to the existence of collinearity inherent to the method and to the distance between the targets and the observation sites, both inside the estuary and in the immediately adjacent shoreline. The applicability of the goniometric method varies its efficiency for different areas in the estuary, being optimized for 18% of the study area and enabling the confirmation of the differential use of the Sado estuary by the resident population of bottlenose dolphins, with preference for the south canal and the estuary inlet (98,6% of the positions verified). The applicability of the method is restricted by the limit for observation at ten kilometers inside the estuary and limited by the existence of seven dead angles of observation from the St. Filipe fortress and from the terrace of the Tróia Design Hotel, by two areas of uncertainty in data sampling due to collinearity and three areas of uncertainty due to the distance to the observation sites. The goniometric method still demonstrates disadvantages since despite allowing the collection of data on study subjects at a distance, outside of the optimized applicability zone it don’t allows accurate positioning of targets in the estuary, being associated with considerate error when taking into consideration the scale of the study area sampled.