Contribution to the development of wide-band signalprocessing techniques for new sonar technologies
Contribution à l'élaboration d'un signal à large bandetechniques de traitement pour les nouvelles technologies de sonar
Résumé
With the increase in the coastal activities, there is an increasing need for high-resolution bathymetry and sidescan imagery. Many types of acoustic measurement equipment are available to investigate the sea bottoms. Our main interest is in the study of interferometry techniques of measurement. The wide swath given by an interferometer makes it a desirable tool in shallow water environments, where time and cost of survey plays an important role. In this research work we aim to investigate the major quality degradation issues from the signal processing point of view, and we propose some ways to improve the current techniques.Using narrowband (single-frequency) acoustic signals requires a trade-off between range and resolution. A longer transmitted pulse contains higher energy; hence the intensity of far range backscattered echoes is also higher and distinguishable in ambient noise. However, a longer pulse also makes a bigger footprint (insonified area) on the sea bottom, and degrades resolution: the ability to measure the two closely placed targets (scatters on sea floor).The other problem lies with the ability to measure the depths accurately in a noisy environment. Depth measurement with interferometric technique is done by measuring the incident angle, which is calculated from phase difference measurements at receive array. So, any error in phase measurements results in inaccurate bathymetry. That makes it highly sensitive to all phase related noise sources. We give an uncertainty model from the signal processing point of view. Here we focus on different noise sources in the overall bathymetry degradation.We propose the use of wideband signals to overcome the problems introduced in this work. We start with solving the range-resolution trade off by doing an assessment of different signals, e.g. narrowband and wideband signals. Then in the second section, we propose wideband signals to overcome the previously introduced bathymetry degradation sources. We explore each noise source separately and compare the improvements in individual noise components given by wideband pulses. We conclude by assessing the overall improvement from using wideband signals, while introducing the limitations and issues with this approach.
Avec l'augmentation des activités côtières, il existe un besoin croissant de bathymétrie haute résolution et d'imagerie latérale. De nombreux types d'équipements de mesure acoustique sont disponibles pour étudier les fonds marins. Notre intérêt principale est étudier des techniques de mesure interférométriques. La large bande fournie par un interféromètre est un outil souhaitable dans les environnements en eaux peu profondes, où le temps et le coût de la surveillance jouent un rôle important. Dans ce travail de recherche, nous cherchons à étudier les principaux problèmes de dégradation de la qualité du point de vue du traitement du signal, et nous proposons quelques moyens d'améliorer les techniques actuelles.L'utilisation de signaux acoustiques à bande étroite (monofréquence) nécessite un compromis entre plage et résolution. Une impulsion transmise pour une période plus longue contient une énergie plus élevée ; par conséquent, l'intensité des échos rétrodiffusés dans le champ lointain est également supérieure et se distingue par le bruit ambiant. Cependant, une impulsion plus longue crée également une plus grande empreinte (zone insonifiée) sur le fond de la mer et dégrade la résolution : la possibilité de mesurer les deux cibles très proches (dispersion sur le fond de la mer).L'autre problème réside dans la capacité à mesurer les profondeurs avec précision dans un environnement bruyant. La mesure de profondeur par technique interférométrique est effectuée en mesurant l'angle d'incidence, qui est calculé à partir de mesures de différence de phase au niveau du réseau de réception. Ainsi, toutes les erreurs dans les mesures de phase entraîne une bathymétrie inexacte. Cela le rend très sensible à toutes les sources de bruit liées à la phase. Nous donnons un modèle d'incertitude du point de vue du traitement du signal. Nous nous intéressons ici à différentes sources de bruit dans la dégradation globale de la bathymétrie.Nous proposons l'utilisation de signaux à large bande pour résoudre les problèmes présentés dans ce travail. Nous commençons par résoudre le compromis de résolution en distance en évaluant différents signaux, par exemple. Signaux à bande étroite et ainsi que large. Ensuite, dans la deuxième partie, nous proposons des signaux à large bande pour surmonter les sources de dégradation bathymétriques introduites précédemment. Nous explorons chaque source de bruit séparément et comparons les améliorations apportées aux composantes de bruit individuelles par les impulsions à large bande. Nous concluons en évaluant l’amélioration globale de l’utilisation des signaux à large bande, tout en présentant les limites et les problèmes de cette approche.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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