Estimation des modèles à volatilité stochastique par l’entremise du modèle à chaîne de Markov cachée

La problèmatique d’estimation des paramètres des modèles à volatilité stochastique par maximisation directe de la vraisemblance est adressée. À cet effet, nous présentons un algorithme approximant numériquement le filtre optimal à partir de la méthodologie proposée par Kitagawa (1987) pour la résolution du problème de filtrage dans les systèmes non-linéaires et/ou non-gaussiens. Nous montrons que cet algorithme consiste à exécuter le filtre d’Hamilton (le filtre d’Hamilton offre une solution optimale au problème de filtrage pour un modèle à chaîne de Markov cachée) sur une discrétisation de la variable latente continue. La solution proposée améliore considérablement le temps de calcul et produit des résultats au moins aussi bons que les approches de référence dans le domaine. Par la suite, nous présentons et démontrons une généralisation de cet algorithme au cas des modèles à volatilité stochastique incorporant un effet de levier et des sauts. Plusieurs études Monte Carlo et empiriques sont réalisées pour évaluer la qualité de l’approche dans l’approximation de la log-vraisemblance et l’estimation des paramètres des différents modèles à volatilité stochastique. Nous présentons aussi une comparaison de cette approche à celle par filtre particulaire continu.The problem of estimating the parameters of stochastic volatility models by direct maximisation of the likelihood is addressed. To this end, we present an algorithm that numerically approximates the optimal filter from the methodology proposed by Kitagawa (1987) for solving the filtering problem in non-linear and/or non-Gaussian systems. We show that this algorithm corresponds to running the Hamilton filter (the Hamilton filter offers an optimal solution to the filtering problem for a hidden Markov model on a finite state space) on a discretization of the continuous latent variable. The proposed solution significantly improves the computation time and produces results at least as good as stateof-the-art approaches in the field. Subsequently, we present and demonstrate a generalization of this algorithm in the case of stochastic volatility models incorporating leverage and jumps. Several Monte Carlo and empirical studies are conducted to evaluate the quality of the approach for approximating the log-likelihood and estimating the parameters. We also present a comparison of this approach to the continuous particle filter approach

Diversité et traitements non-linéaires pour les récepteurs modernes

Depuis le doctorat, les travaux de recherche auxquels j'ai contribué ont porté essentiellement sur des problèmes d'estimation d'un signal d'intérêt noyé dans du bruit. Les domaines d'application visés sont majoritairement le radar, mais aussi le GNSS et l'imagerie ultrasonore. Bien que différents, ces domaines sont soumis à des tendances similaires qui caractérisent ou caractériseront certainement les récepteurs modernes. En effet, les enjeux applicatifs requièrent de repousser sans cesse les limites de performance des traitements : le radariste cherche à détecter des petites cibles dans des environnements de plus en plus difficiles ; en GNSS, des solutions de positionnement haute précision sont recherchées dans des milieux très contraints tels les canyons urbains ; en imagerie médicale, une qualité accrue des images est recherchée pour améliorer les diagnostics, pour ne citer que quelques exemples. Parmi les tendances qui permettront de repousser les performances des récepteurs modernes, deux sont particulièrement présentes dans les travaux conduits jusqu'ici : la diversité des signaux et les traitements non linéaires. Le document illustre ceci en se focalisant sur deux des thématiques de recherche conduites jusqu’ici, à savoir « Le traitement du signal pour des radars de détection à large bande instantanée » et « La poursuite robuste de la phase d'un signal GNSS multifréquence ». Pour conclure, les perspectives de recherche d’un point de vue méthodologique et applicatif sont discutées

Particules déterministes généralisées en filtrage non-linéaire : applications défense et télécommunications

La technique de filtrage particulaire s'applique à tous les problèmes d'estimation des systèmes dynamiques markoviens, sans restriction sur la nature des non-linéarités et/ou des distributions de bruits. L'objet de ce mémoire est de montrer la généralité de la technique déterministe en filtrage particulaire, par opposition à l'ancienne version aléatoire, qui permet d'éviter l'aléa inutilement introduit tant en prédiction qu'une redistribution des particules après pondération bayésienne. Le présent travail, s'articule autour de deux apports: Le premier, concerne le filtrage optimal à maximum de vraisemblance, et porte sur l'estimation trajectorielle globale des variables d'état. Le second portant sur le filtrage particulaire déterministe, concerne le filtrage optimal à minimum de variance, et porte sur l'estimation marginale à l'instant courant, par redistribution déterministe conforme en loi. Cette approche délivre simultanément tous les modes (maxima locaux) de la densité de probabilité marginale de l'état courant. Le mémoire met l'accent sur plusieurs réalisations dans des domaines différents, communications: Nous avons développé un outil à base de filtrage particulaire qui permet d'estimer conjointement des paramètres cinématiques relatifs au récepteur et la détection du message transmis par un satellite. Nous avons également proposé une série de schémas d'estimation/décodage itératifs du message turbo-codé conforme au standard DVB-RCS. Estimation de cible en sonar: On a construit un récepteur passif particulaire se contentant d'écouter sa cible, afin d'identifier ses paramètres cinématiques. La version déterministe permet de faire diminuer considérablement la masse de calculs. Traitement du signal radar: Le premier récepteur déterministe, à maximum de vraisemblance est utilisé pour la détection/poursuite de cibles furtives et manoeuvrantes, dans le cas où il y un nombre très limité de mesures disponibles pendant un tour d'antenne du radar de veille. Le second récepteur consiste à appliquer la technique à minimum de variance au radar ARMOR, ce qui a permis de confirmer des gains inhabituels en termes de rapport signal sur bruit. La nouvelle technique déterministe à minimum de variance s'étend également au multi-cible et au traitement en présence de fouillis, avec l'incomparable économie calculatoire du déterministe.Particle filters are presently among the most powerful tools to estimate Markovian dynamical systems, regardless of the nature of nonlinearities and/or noise probability distributions. The purpose of this dissertation is to show the generality of deterministic particle filtering, as opposed to the former random version, which avoids randomization in the prediction stage as well as in the resampling stage after Bayesian correction. This work relies on two kinds of results: the first concerns the particle filter-based maximum likelihood estimator for sequential estimation of the state variables. The second patent, introducing deterministic particle filtering in the minimum variance sense, focuses on the current state marginal estimation using a resampling scheme consistant with the a posteriori distribution. This approach simultaneously delivers all modes (local maxima) of the marginal probability density function of the current state. The thesis focuses on several achievements in various fields: communications: The proposed particle algorithm makes possible the joint estimation of the kinematic channel parameters at the receiver side and the detection of the message transmitted by a satellite. We have also proposed several techniques for the iterative estimation and decoding of the turbo-coded message compliant with the DVB-RCS standard. Target estimation for sonar: We built a passive particle receiver only listening to its target, in order to identify its kinematic parameters. The deterministic version allows to significantly reduce the computational complexity. Radar signal processing: The first receiver , with deterministic maximum likelihood filtering, is used for the detection / tracking of steady and manoeuvering targets , when there is a very limited number of available measurements during a circular period of antenna of the radar. The second receiver applies the minimum variance technique to the ARMOR radar, confirming unusually high signal-to-noise gains. The novel deterministic technique based on minimum variance criteria can easily be extended to multitarget processing and tracking in the presence of clutter, with the incomparable complexity savings due to the deterministic technique

Étude du transport turbulent dans les plasmas du tokamak Tore Supra : observation des écoulements perpendiculaires stationnaires et du modeacoustique géodésique

Tokamaks are toroidal machines designed to magnetically confine plasma and to host reactions of nuclear fusion. Their performance is limited by turbulent transport, which precise mechanisms are not fully elucidated. Turbulent fluctuations cause the onset of macroscopic mean flows, in the direction perpendicular to both magnetic field and small radius, called zonal flows. Their shear is known to decrease both fluctuation level and transport. Diagnostics of Doppler backscattering have been installed on Tore Supra (CEA Cadarache). They could measure the perpendicular velocity of turbulent fluctuations in different zones of the plasma.First, it is shown that, on average, fluctuations flow twice as fast at the low field side of the machine than at its top. The difference, significantly higher than predicted by common models, is put in perspective with the properties of magnetic equilibrium and the behaviour of fluctuations.Then, variations of the velocity, due to the zonal flow branch called geodesic acoustic mode (GAM), are examined in a series of experiments where collisionality is varied. Those observations have been quantitatively compared with a gyrokinetic simulation with the code GYSELA, using the equilibrium profiles from the experiments. GAM frequency in experiments is lower than predicted, especially at low collisionalities. In addition, the instationarity of GAM has been characterized with the Hilbert-Huang transform. Burts of GAM oscillations have similar statistics between experiments and simulation and their duration could be related with the nonlinear interaction between the GAM and turbulence and with the continuum damping which is observed in the simulation.Les tokamaks, machines toroïdales à confinement magnétique conçues pour porter un plasma aux conditions nécessaires à l'obtention de réactions de fusion, ont des performances limitées par le transport turbulent, dont les mécanismes ne sont pas tous élucidés. Les fluctuations turbulentes alimentent des écoulements macroscopiques, dits flots zonaux, dont le cisaillement réduit en retour le niveau de fluctuation. Des dispositifs de rétrodiffusion Doppler ont été installés sur Tore Supra (CEA Cadarache) et permettent de mesurer la vitesse perpendiculaire des fluctuations.Premièrement, il est montré que la vitesse moyenne est près de deux fois supérieure du côté externe du plasma que dans sa partie supérieure, au-delà des prédictions conventionnelles. Ces asymétries sont mises en perspective avec certains aspects de l'équilibre magnétique et des caractéristiques des fluctuations.Puis, les oscillations de la vitesse, attribuées à la branche des flots zonaux dite mode géodésique acoustique (GAM), ont été caractérisées dans des expériences où la collisionalité varie. Elles sont comparées aux prédictions théoriques et aux résultats d'une simulation avec le code gyrocinétique GYSELA, utilisant les profils expérimentaux d'équilibre. La fréquence du GAM dans l'expérience est plus faible que prédit, en particulier aux plus basses collisionalités. Les variations de son intensité, détectées avec la transformée de Hilbert-Huang, montrent des bouffées d'oscillations de distributions analogues entre expérience et simulation, et dont la durée pourrait être liée à son interaction non-linéaire avec la turbulence ainsi qu'au phénomène d'amortissement de continuum observé dans la simulation

Comparaison des méthodes de sélection de structures de modèles non-linéaires en prédiction de séries temporelles: Application à la prévision des cycles endogènes des séries de la production industrielle en Tunisie

The nonlinear forecast of univariate time-series with discrete time is an exciting area of research. To develop efficient forecasting models, it must be able to understand precisely the related issues, unresolved in their particularities. The major difficulty is to choose from a possible family of future data generating process. However, normally in Econometrics, a real data generation process of observed time series is modeled with a stochastic process. But more important here is to assume that time series are generated by a deterministic dynamical system rather than a random process. In this case, the real issue mentioned is the dichotomy between deterministic and residual part of a data generating process.This thesis is organized as part of the econometrics of non-linear processes and chaos theory and admits on the analysis and prediction of the situation in Tunisia. Our guiding reference simply comes from the need to study and predict the contemporary phenomenon of endogenous instability of fluctuations of variables macroeconomic. Thus our original contribution is an explanation of endogenous cycle fluctuations of the index of industrial production in Tunisia and forecast analysis by threshold models with smooth transition of STAR Type (Smooth transition autoregressive) univariate.From then on, trying to make some theoretical and empirical insights on this subject, our results advocate the idea that the instability of the dynamic balance which is an endogenous weakening mechanism is causing dynamic cyclic structures by bifurcation (endogenous cycles) following a change of qualitative properties of the equilibrium at the level of the dynamics of nonlinear econometric model with a smooth transition of regime shift. But also, this growing fragility can sometimes result in massive and persistent asymmetries that reflect the sensitivity to initial conditions (Butterfly effect), causing endogenous instability of nonlinear model via a chaotic dynamics which is the major source of its inefficiency in anticipation of materials especially over a long period.The work presented in this thesis, with the goal of understanding a better representation of nonlinear dynamical fluctuations of self-sustained endogenous cycles of series of industrial production in Tunisia using the STAR univariate modeling, come from a very interesting personal reflection highlighting the contribution of the various techniques of analysis and forecasting of the economy, knowing that not only the growing interest but also the relevance of the results they provided for the prediction in an area of instability of dynamic structures. However, this presentation is still insufficient to provide a comprehensive and final study of, first, the dynamics of nonlinear models in the econometrics of time series, and secondly of predictive performance models to change plans with smooth transition so specified, to answer definitively many question marks that remain open until now.La prévision non-linéaire de séries temporelles univariées à temps discret est un domaine passionnant de recherche. Pour élaborer des modèles de prévision performants, il faut pouvoir comprendre précisément les problèmes en relation, non encore résolues, dans leurs particularités. La difficulté majeure est de choisir parmi une famille possible de processus générateurs de données celui qui est capable d'être qualifié comme étant le meilleur processus générateur de données futures. Or, normalement en économétrie, un processus générateur de données réelles observées d'une série temporelle est modélisé à l'aide d'un processus stochastique. Mais, le plus important ici est de supposer qu'une série temporelle est générée par un système dynamique déterministe plutôt qu'un processus aléatoire. Dans ce cas, le véritable problème évoqué est celui de la dichotomie entre partie déterministe et partie résiduelle d'un processus générateur de données.Cette thèse s'articule dans le cadre de l'économétrie des processus non linéaires en moyennes et de la théorie de chaos. Elle admet pour objet l'analyse et la prévision de la conjoncture en Tunisie. Notre fil conducteur provient tout simplement de la nécessité d'étudier et de prédire le phénomène contemporaine de l'instabilité endogène des fluctuations des variables macro-économiques qui est un sujet d'intérêt primordial aujourd'hui. Ainsi, notre apport originel consiste on l'explication et la modélisation des fluctuations du cycle endogène de l’indice de la production industrielle en Tunisie et son analyse prévisionnelle par les modèles à seuil avec transition lisse de type STAR (Smooth transition autoregressive) univariée.Dés lors, on essayant de suivre une démarche méthodologique permettant d'apporter quelques éclairages théoriques qu'empiriques sur ce sujet d'actualité, nos résultats préconisent d'une part l'idée selon laquelle l'instabilité de l'équilibre dynamique qui est un mécanisme de fragilisation endogène est à l'origine des dynamiques des structures cycliques par bifurcation (cycles endogènes), suite à un changement des propriétés qualitatives de l'équilibre au niveau de la dynamique du modèle économétrique non linéaire avec changement de régime par transition lisse. D'autre part, cette fragilisation croissante peut se traduire parfois par des asymétries massives et persistantes qui traduisent la sensibilité aux conditions initiales (effet papillon), qui cause l'instabilité endogène du modèle non linéaire via une dynamique chaotique qui est la majeure source de son inefficacité en matière de prévision surtout sur une longue période.Les travaux présentés dans ce thèse, ayant comme but d'appréhender une meilleure représentation des dynamiques non-linéaires des fluctuations auto-entretenues des cycles endogènes des séries de la production industrielle en Tunisie à l'aide de la modélisation STAR univariée. Ils sont issus d'une réflexion personnelle très intéressante mettant en évidence l'apport des diverses techniques d'analyse et de prévision de la conjoncture, sachant non seulement l'intérêt grandissant pour l'effort de diagnostic et d'évaluation de l'efficacité des décisions de planification stratégiques, mais aussi de la pertinence des résultats qu'elles fournies pour la prédiction dans un domaine d'instabilité des structures dynamiques. Néanmoins, cette présentation reste insuffisante pour fournir une étude complète et finale d'une part, des dynamiques des modèles non linéaires en économétrie des séries temporelles et d'autre part, des performances prévisionnelles des modèles à changement de régimes avec transition lisse, ainsi spécifiés, pour répondre définitivement à de nombreux points d'interrogations qui restent ouverts jusqu'à maintenant

Système d'annulation d'écho pour répéteur iso-fréquence : contribution à l'élaboration d'un répéteur numérique de nouvelle génération

On-frequency repeaters are a cost-effective solution to extend coverage and enhance wireless communications, especially in shadow areas. However, coupling between the receiving antenna and the transmitting antenna, called radio frequency echo, increases modulation errors and creates oscillations in the system when the echo power is high. According to the communication standards, extremely weak echoes decrease the transmission rate, while strong echoes damage electroni ccircuits because of power peaks. This thesis aims at characterizing the echo phenomenon under different modulations, and proposing an optimized solution directly integrated to industry. We have turned to digital solutions especially the adaptive because of their high convergence rate and their simplicity to be implemented. The programmable circuits are chosen for their attractive price and their flexibility. When implementing echo cancellation solution, we proposed several reliable solutions, showing that digital processing is much more beneficial. For this reason, digital solutions are generalized, and the new generation of repeaters is fully digital.Le déploiement des répéteurs iso-fréquence est une solution économique pour étendre la couverture d’un émetteur principal aux zones d’ombre. Cependant, ce mode de déploiement fait apparaître le phénomène des échos radio-fréquence entre antennes d’émission et de réception du répéteur. Selon les standards, un écho aussi faible soit-il réduit le débit de la liaison radio, tandis qu’un écho fort fait courir au répéteur le risque d’endommager ses circuits électroniques, ces risques sont dûs aux ondulations de puissance créées par les échos. L’objectif de cette thèse à caractère industriel est d’étudier ce phénomène naturel en considérant des signaux provenant de différents standards des télécommunications. Cette étude permet une caractérisation des échos radio-fréquence pour mieux s’orienter vers une solution optimisée et industriellement réalisable.Nous nous sommes orientés vers la solution du traitement du signal avancé en favorisant le filtrage adaptatif pour sa rapidité de convergence et sa simplicité relative d’implantation matérielle. Les circuits reconfigurables sont retenus pour leur prix et leur souplesse. L’implantation des solutions est effectuée en virgule fixe afin de satisfaire les exigences de réactivité. Durant la mise en oeuvre de la solution anti-écho, nous avons proposé une multitude de solutions numériques souples et fiables. À partir de ce constat, notre partenaire industriel a décidé de généraliser ce mode de traitement par le développement, la fabrication et la commercialisation de répéteurs de nouvelle génération entièrement numériques

Analyse de scènes péri-urbaines à partir d'images radar haute résolution. Application à l'extraction semi-automatique du réseau routier

L'accroissement en résolution des futurs systèmes d'imagerie spatiale radar comme Cosmo-Skymed ou TerraSAR X permet d'envisager de nouvelles applications à la télédétection spatiale, liées entre autres aux techniques de reconnaissance de formes. Ainsi la détection et la reconnaissance de structures manufacturées de plus en plus petites (de la route au véhicule) sont envisageables avec la prochaine mise en orbite de ces futurs capteurs radar. L'objectif de cette thèse est l'interprétation de scènes urbaines à partir d'une unique image complexe (SLC) d'un radar à synthèse d'ouverture haute résolution (inférieure au mètre). Alors que de nombreux travaux tendent vers l'utilisation de données multiples(fusion optique radar, polarimétrie, etc.), nous avons considéré le cas le plus défavorable, mais encore le plus répandu aujourd'hui et pour les prochaines années, où une seule image est à la disposition de l'utilisateur. Alors que les techniques d'analyse de données moyenne résolution du type ERS sont assez bien maîtrisées, le contexte de la haute résolution radar est encore un point délicat : l'amélioration des résolutions s'accompagne d'une évolution de la nature de l'information des données radar et d'un accroissement de leur complexité. Dans ce manuscrit, après une analyse de cette information, une chaîne hiérarchique d'interprétation de scènes, extrayant à plusieurs niveaux des détails de plus en plus fins de la scène, est proposée et mis en application dans le contexte particulier de l'extraction du réseau routier. Nos travaux se sont ensuite articulés autour de trois problématiques principales. Dans un premier temps nous proposons un algorithme bayésien contextuel de classification de scènes radar, l'objectif de ce premier niveau étant d'obtenir une idée rapide de l'occupation des sols de la scène. Un second chapitre concerne le problème d'extraction quasi-automatique du réseau routier ; une méthode d'extraction, à base de transformée de Hough et d'algorithme de suivi, y est proposée. L'originalité de cette partie réside dans l'utilisation du résultat de la classification qui pilote et contraint le processus d'extraction. Dans un dernier chapitre, nous proposons une approche contextuelle pour l'extraction de routes des régions à forte densité en objets manufacturés brillants. Dans ce contexte, un nouvel opérateur rapport de détection de structures brillantes, moins sensibles aux conditions initiales que certains opérateurs existants, a été développé

Analyse biomécanique de l'appui sportif : contributions méthodologiques et application au saut en kungfu wushu

Sports biomechanics aims at better understanding performance mechanisms, to improve them while limiting injury risk. At elite level, stances are a key aspect of performance. Often used in gait analysis, inverse dynamics enables quantification of mechanical actions during motion. However, there are some limits to this method, two of which can become important when studying sports stances: soft tissue artifact and accuracy of dynamic wrenches. The first objective of this work is to propose methodological adaptations for inverse dynamics analysis of sports stances. Firstly, the benefit of the “mean joint centers” method, based on the use of rigid clusters, is shown for segment kinematics acquisition. Secondly, the influences of the sampling frequency and the differentiation method on the calculation of accelerations are evaluated. Thirdly, the validation of a personalized volumetric model enabling better estimation of segment inertial parameters than common proportional models is presented. The second objective of this work is the application of the methods proposed to the analysis of the ankle joint mechanical behavior during plyometric jumps, and to personalized evaluation of the lower limb injury risk in elite wushu athletes. These analyses have been performed in parallel to specific measures of athletes' characteristics, such as the ankle range of motion and the shear modulii of different structures of the triceps surae, using shear wave elastography. Perspectives for training application will be discussed, to address the evolution of training habits and personalized injury prevention.L'analyse biomécanique du geste sportif vise à mieux comprendre les mécanismes de la performance, en vue de l'améliorer tout en limitant le risque de blessures. Dans le sport de haut niveau, les appuis constituent une des clés de la performance. Couramment utilisée pour l'analyse de la marche, la dynamique inverse permet de quantifier les actions inter-segmentaires, potentiellement traumatiques, au cours du mouvement. Cette méthode comporte toutefois certains biais, dont deux peuvent être particulièrement importants au cours de mouvements sportifs à fortes accélérations : l'artefact des tissus mous et la précision du torseur dynamique. Ce travail a pour premier objectif de proposer des adaptations méthodologiques pour l'analyse par dynamique inverse d'appuis sportifs. D'abord, l'intérêt de la méthode des « centres articulaires moyens », basée sur l'utilisation de clusters rigides, est montré pour l'acquisition de la cinématique segmentaire. Ensuite, l'influence de la fréquence d'échantillonnage et de la méthode de dérivation discrète sur le calcul des accélérations est évaluée. Enfin, la validation d'un modèle volumique personnalisé permettant une meilleure estimation des paramètres inertiels que les modèles proportionnels couramment utilisés est présentée. Le second objectif de ce travail consiste en l'application des méthodes ainsi développées à l'analyse du comportement mécanique de la cheville au cours de sauts de type pliométrique et à l'évaluation personnalisée du risque de blessures du membre inférieur chez des athlètes d'élite en kungfu wushu. Ces analyses seront faites en parallèle de la mesure de caractéristiques spécifiques de l'athlète, telles que l'amplitude articulaire de la cheville et les modules d'élasticité de différentes structures du triceps sural obtenus par élastographie. Les perspectives pour l'application à l'entraînement seront abordées, en termes d'évolution des pratiques et de prévention personnalisée des blessures

E-diagnostic de processus physiques à base des méthodes de haute résolution Application : machines éoliennes

The expansion of systems using intelligent sensors has prompted the study of physical processes E-diagnosis based on high resolution methods. The automated control of modern wind machines requires proactive maintenance. We proposed several indicators measuring the performance level of a wireless protocol for routing data packets to the monitoring station. A study to design a diagnosis system entitled IESRCM for local or remote monitoring for the mentioned machines is achieved. A comparison has been realized to appreciate the performance of this system when it is integrated with GPRS or Wi-Max wireless modules. The obtained results by simulation using Proteus ISIS and OPNET software have favored the incorporation of Wi-Max module in the proposed system because its advantages over GPRS. The high resolution spectral estimation methods are effectively used for detecting electromechanical wind turbine faults. In front of the diversity of these methods, an investigation of each algorithm separately has been performed with a composite signal of stator current containing several types of defects and under different noisy environments. It was deduced in therein that the accuracy of the spectral estimation depends on the degree of the signal disturbance, the severity level of the faults, the frequency sampling and the number of data samples. The comparison with simulation in Matlab that we have made between these algorithms has proved the superiority of ESPRIT algorithm. However, this algorithm has a relatively large computing time and requires an important memory size to be executed. To overcome this problem, an improvement of ESPRIT-TLS technique has been proposed to make it applicable in real time. A new version of this method is developed in this thesis entitled Fast-ESPRIT. The proposed development is made by combining pass band recursive filtering technique IIR of Yule-Walker and decimation technique. The evaluation of the proposed technique for wind turbine fault detection of various types is performed. The analysis of the obtained results confirms that the Fast-ESPRIT algorithm provides a very satisfactory spectral accuracy in discriminating the studied faults harmonics. It resulted in a reduced complexity with an eligible ratio, a reduction of the required memory size for its implementation 5 times lower and a decrease of calculation time about 14,25 times less. This method provides better spectral resolution even in presence of a significant number of harmonics of different faults. However, this new method has some limitations because it does not recognize the type and the severity level of a detected fault. Therefore, another real time control approach has been proposed. It combines the developed Fast-ESPRIT method, the fault classification algorithm called CAFH and a fuzzy inference system interconnected with vibration sensors located on various wind turbine components. A new indicator of severity level for each studied fault type was formulated. It allows avoiding unnecessary alarms. Matlab simulation of this approach under four failure types with a noise shows that it provides a good robustness of faults classification.L’expansion des systèmes utilisant des capteurs intelligents a incité l’étude d’E-diagnostic de processus physiques à base des méthodes de haute résolution. Le contrôle automatisé des machines éoliennes modernes nécessite la maintenance proactive. On a proposé plusieurs indicateurs mesurant le niveau de performance d’un protocole d’acheminement sans fil des paquets de données vers la station de supervision. Une étude de conception d’un système de diagnostic IESRCM permettant la surveillance locale ou à distance des machines indiquées est réalisée. Une comparaison a été effectuée pour apprécier les performances de ce système lors de son intégration avec les modules sans fil GPRS ou Wi-Max. Les résultats obtenus avec simulation sous Proteus ISIS et OPNET ont favorisé l’incorporation du module Wi-Max dans le système proposé en raison de ses avantages par rapport au GPRS. Les méthodes d’estimation spectrale à haute résolution sont efficacement utilisées pour la détection de défauts électromécaniques d’éoliennes. Devant la diversité de ces méthodes, une investigation de chaque algorithme à part est réalisée avec un signal composite du courant statorique contenant plusieurs types de défauts et sous un environnement différemment bruité. On a déduit à cet égard que la précision de l’estimation spectrale dépend du degré de perturbation du signal, du niveau de sévérité d’un défaut, de la fréquence d’échantillonnage et du nombre d’échantillons de données. La comparaison avec simulation sous Matlab qu’on a effectuée entre ces algorithmes a prouvé la supériorité de l’algorithme ESPRIT. Cependant, cet algorithme présente un temps de calcul relativement grand et demande une taille mémoire importante pour être exécuté. Pour contourner cet obstacle, on a proposé une amélioration de la technique ESPRIT-TLS pour la rendre applicable en temps réel. Une nouvelle version est développée dans cette thèse intitulée Fast-ESPRIT. L’élaboration envisagée est effectuée en combinant la technique de filtrage passe bande récursif IIR de Yule-Walker et la technique de décimation. L’évaluation de la technique proposée dans la détection de quatre types de défauts d’une éolienne est réalisée. L’analyse des résultats obtenus confirme que l’algorithme Fast-ESPRIT offre une précision spectrale très satisfaisante dans la discrimination des harmoniques des défauts étudiés. On a abouti à une complexité réduite avec un rapport admissible, à une réduction de l’espace mémoire requis pour son exécution 5 fois inférieur et à la diminution du temps de calcul d’environ 14,25 fois moins. Cette méthode offre une meilleure résolution même en présence d’un nombre important d’harmoniques de défauts différents. Cependant, cette nouvelle méthode présente quelques limitations puisqu’elle ne permet pas de reconnaitre le type et le niveau de sévérité d’un défaut détecté. On a donc proposé une autre approche de contrôle en temps réel. Celle-ci combine la méthode Fast-ESPRIT développée, l’algorithme de classification de défauts intitulé CAFH et un système d’inférence flou interconnecté aux capteurs de vibration localisés sur les différentes composantes d’éolienne. Un nouvel indicateur du niveau de sévérité de chaque type de défaut a été formulé. Il permet d’éviter les alarmes inutiles. La simulation sous Matlab de cette approche avec quatre types de défaillances en présence d’un bruit montre qu’elle offre une meilleure robustesse dans la classification des défauts

Analyse d'images : Filtrage et segmentation

Ouvrage publié avec l'aide du Ministère des affaires étrangères, direction de la coopération scientifique et technique. AVERTISSEMENT Le livre publié en 1995 chez MASSON (EAN13 : 9782225849237) est épuisé. Cette version pdf est une version élaborée à partie de la version préliminaire transmise à l'éditeur. La mise en page est légèrement différente de celle du livre. Malheureusement quelques figures de l'annexe C ont été perdues.International audienceL'analyse d'image touche à l'heure actuelle de nombreux domaines, avec des objectifs aussi variés que l'aide au diagnostic pour les images médicales, la vision artificielle en robotique ou l'analyse des ressources terrestres à partir des images prises par satellite. Le but du traitement de ces images est à la fois simple dans son concept et difficile dans sa réalisation. Simple en effet, puisqu'il s'agit de reconnaître des objets que notre système visuel perçoit rapidement, du moins pour la majorité d'entre eux. Difficile cependant, car dans la grande quantité d'informations contenues dans l'image, il faut extraire des éléments pertinents pour l'application visée et ceci indépendamment de la qualité de l'image. L'analyse d'image s'est donc dotée d'outils et de méthodes puissants issus de domaines aussi variés que les mathématiques, le traitement du signal, ou l'informatique. Cet ouvrage présente un des aspects les plus importants du traitement des images : la " segmentation ". Il récapitule d'abord les grandeurs observables et calculables sur une image et les algorithmes de manipulation des structures de données associées. Il détaille ensuite les traitements préliminaires, tels le filtrage du bruit et les deux types d'approche de la segmentation, l'extraction des contours et celle des régions. Chacune fait l'objet d'une étude théorique et de nombreux résultats illustrent les performances. Une des originalités de l'ouvrage est l'étude comparative des différentes techniques appliquées sur un même corpus d'images réelles