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Traitement du Signal

0765-0019
Signal, Image, Parole
 

 ARTICLE VOL 33/1 - 2016  - pp.53-72  - doi:10.3166/ts.33.53-72
TITRE
Utilisation de warping temporel pour étendre le domaine de fonctionnement d’un procédé d’inversion géoacoustique passive

TITLE
Time warping to improve a geoacoustic inversion scheme

RÉSUMÉ

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 œuvre. 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.



ABSTRACT

This paper presents new tools to improve a geoacoustic inversion scheme relying on the inversion of marine mammals vocalizations recorded on a single hydrophone. This method makes best use of the multipath propagation and time-frequency signature of vocal calls. The classical signal processing tools based on spectrogram limit both the range of the scheme and the signals panel that can be processed. In this paper, we introduce new tools based on temporal warping that allow high resolution paths separation. Each echo has to be transformed into a pure frequency. Therefore, they are warped according to the frequency law of the signal estimated according to the first echo. The warping tools enable a high resolution of each echo in the time-frequency warped domain. Applying the warping on a moving window, one can estimate the impulsive response (IR) of the channel and deduce the source location, grazing angle and transmission losses. Then, as warping operators conserve energy, the path levels can be estimated using the time-frequency warped representation. Through the processing of several signals, we get a curve of an estimation of the reflection coefficient that feeds the inversion algorithm. The theory of this extended method is described and its performances are evaluated on a controlled real data set in the Gulf of Lion. The range and the recording duration have been improved (range from 300 to 900 meters and duration multiplied by 2.5). With the new scheme, we have access to a set of geoacoustic parameters allowing to better describe the bottom features.



AUTEUR(S)
Amélie BARAZZUTTI, Cédric GERVAISE, Jérôme MARS

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

MOTS-CLÉS
warping, acoustique passive, inversion géoacoustique, observation de l’environnement, traitement du signal multidimensionnel, tomographie océanique.

KEYWORDS
warping, passive acoustics, geoacoustic inversion, environmental observation, multidimensional signal processing, oceanographic tomography.

LANGUE DE L'ARTICLE
Français

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