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0765-0019
Signal, Image, Parole
 

 ARTICLE VOL 33/1 - 2016  - pp.35-51  - doi:10.3166/ts.33.35-51
TITRE
Estimation modale large bande avec une petite antenne horizontale

TITLE
Modal estimation using a broadband source and a small horizontal array

RÉSUMÉ

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.



ABSTRACT

Estimation of the acoustic wavenumbers presents great interests in shallow environments. They provide relevant material to infer the sediment parameters. Using a horizontal array, the wavenumbers are obtained with usual spectral estimation methods in the spatial dimension. The computation of the wavenumber spectra at several frequencies leads to a frequencywavenumber (f −k) diagram, which is appropriate for the characterization of dispersive propagations. In this paper, a Compressed Sensing (CS) method is proposed to improve the separation of the wavenumbers. The CS approach is particularly relevant since only few modes are propagating. However, at higher frequencies the number of propagating mode increases and the wavenumber separation becomes more difficult, especially when using short arrays. This paper introduces a wideband particle filtering (PF) algorithm for the wavenumber tracking. It takes advantage of the dispersion relation which is true in every waveguides. The consecutive use of CS and PF allows computing the f-k representation for array measurements that does not respect the usual requirements of array length. An application on the 32 sensor SHARK array of the SW06 campaign illustrates the whole methodology.



AUTEUR(S)
Florent LE COURTOIS, Julien BONNEL

Reçu le 21 mai 2015.    Accepté le 17 décembre 2015.

MOTS-CLÉS
nombres d’onde, estimation spectrale, filtrage particulaire, acquisition comprimée.

KEYWORDS
wavenumber, spectral estimation, particular filtering, compressed sensing.

LANGUE DE L'ARTICLE
Français

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