Analyse de signaux réels marins: identification de fréquences caractéristiques via la méthode DEMON

Nous tenons à remercier le Groupe d’Etudes Sous-Marine de l’Atlantique (GESMA) pour sa collaboration lors de la campagne de mesures et son expertise.Dans un contexte de protection portuaire, l’un des enjeux consiste à détecter des cibles potentielles au-dessus ou sous la surface (plongeurs, AUV…). Parmi les dispositifs de détection existants, l’approche acoustique passive présente l’avantage d’être discrète pour un faible coût de mise en œuvre. Le signal recherché se trouve souvent noyé dans un environnement bruité et il convient alors d’avoir des connaissances a priori de la signature acoustique de la cible pour être capable de la détecter. L’objet de cette étude est d’adapter la méthode DEMON sur des signaux obtenus en mer en conditions réelles. Cette technique est basée sur la détection d’enveloppe après filtrage du signal dans une bande de fréquences caractéristiques de l’objet d’intérêt. Le rapport signal sur bruit s’en trouve alors amélioré, ce qui facilite l’extraction de paramètres caractéristiques de la cible. La méthode a été appliquée sur deux types de signaux : des enregistrements issus de plongeurs d’une part et de bruits de navire d’autre part. Dans le cas des plongeurs, les enregistrements ont permis de déterminer la fréquence de respiration des plongeurs. Pour les navires, les fréquences caractéristiques de la signature du navire (telle la fréquence de rotation d’une pale d’hélice) sont observées avec un meilleur rapport signal sur bruit

On the behavior of EMD and MEMD in presence of symmetric alpha-stable noise

EmpiricalMode Decomposition (EMD) and its extended versions such as Multivariate EMD (MEMD) are data-driven techniques that represent nonlinear and non-stationary data as a sum of a finite zero-mean AM-FM components referred to as Intrinsic Mode Functions (IMFs). The aim of this work is to analyze the behavior of EMD and MEMD in stochastic situations involving non-Gaussian noise, more precisely, we examine the case of Symmetric Alpha-Stable noise. We report numerical experiments supporting the claim that both EMD and MEMD act, essentially, as filter banks on each channel of the input signal in the case of Symmetric Alpha Stable noise. Reported results show that, unlike EMD, MEMD has the ability to align common frequency modes across multiple channels in same index IMFs. Further, simulations show that, contrary to EMD, for MEMD the stability property is well satisfied for the modes of lower indices and this result is exploited for the estimation of the stability index of the Symmetric Alpha Stable input signal

Initiation à la détection d’objets en acoustique sous-marine

Nous présentons dans cet article l’approche expérimentale mise en oeuvre au sein du département Signal et Acoustique de l’Ecole Navale pour l’enseignement pratique de l’acoustique sous marine aux élèves officiers. Il s’agit de sensibiliser les élèves aux problèmes spécifiques qu’ils pourront rencontrer dans leur futur métier et plus particulièrement avec les systèmes sonar. Pour ce faire, nous avons développé une série de travaux pratiques qui illustrent les cours d’acoustique, de sonar et de traitement du signal. Nous présentons l’un de ces TP qui porte sur la détection d’objets. Les objectifs de ce TP sont d’une part, de comprendre le principe de détection et localisation de cibles et d’autre part, d’étudier la résolution spatiale d’un système de détection. Les élèves exploitent des séries de signaux temporels obtenus après insonification par un transducteur ultrasonore de cibles sphériques de taille différente. Les données acquises pour différentes fréquences permettent de visualiser concrètement l’influence de la résolution à la fois sur les signaux temporels et sur l’image résultante. Enfin, nous leur présentons le traitement SAS (Sonar à Antenne Synthétique) qui améliore la résolution du système de détection

Détection d’épilepsie dans les signaux EEG par graphe de visibilité et un noyau de SVM adapté

Dans cet article, nous présentons une stratégie de détection d’épilepsie à partir de signaux EEG (issus d’un seul capteur) basée sur l’algorithme de visibilité, qui consiste à transformer une série temporelle en un graphe dit de visibilité (GV). Nous montrons la pertinence de la distribution des degrés des sommets du GV, qui, combinée à une fonction noyau type Jensen-Shannon d’une machine à vecteurs de support (SVM) permet une classification binaire performante : présence ou absence d’une crise d’épilepsie. La méthode proposée est illustrée sur des données réelles et les résultats comparés à des méthodes de la littérature. Les résultats obtenus en termes de précision, de sensibilité et de spécificité sont similaires à ceux de la littérature voire meilleurs, et ce, en exploitant un seul attribut, à savoir la distribution des degrés du graphe

Sur la similarité spectrale des graphes par mesure de corrélation

In this paper, we present a spectral similarity measure between two graphs based on a correlation measure between the spectra of their representation matrices Tα := αD+(1−2α)A, parametrized by 0 ≤ α ≤ 1, where A and D are respectively the adjacency matrix and the degree matrix. We also show that Tα is positive semidefinite for α ≥ 1/2. This work tends to show the relevance of this measure, which, when a SVM is implemented using a Gaussian kernel, allows a powerful classification on well known graph databases of the literature and classification of real signals transformed into a graph thanks to the so-called visibility method. The obtained results in terms of accuracy are similar or even better than those obtained with structural kernels with a much lower computation time and this, by computing only one spectrum for each graph. Moreover, we show the contribution of Tα compared to the α-adjacency matrix of Nikiforov for graph classification.Dans cet article, nous présentons une mesure de similarité spectrale entre deux graphes basée sur un calcul de corrélation entre les spectres de leurs matrices de représentation Tα := αD + (1 − 2α)A, paramétrée par 0 ≤ α ≤ 1, où A et D sont respectivement la matrice d’adjacence et la matrice des degrés. Nous montrons par ailleurs que Tα est semi-définie positive pour α ≥ 1/2. Ce travail tend à montrer la pertinence de cette mesure, qui, introduit dans un noyau de type Gaussien d’un SVM permet une classification performante de bases de données de graphes connues de la littérature et de classification de signaux réels transformés en graphe grâce à la méthode dite de visibilité. Les résultats obtenus en termes de mesure d’exactitude sont similaires voire meilleurs à ceux obtenus avec des noyaux structurels pour un temps de calcul bien moindre et ce, en ne calculant qu’un seul spectre pour chaque graphe. De plus, nous montrons l’apport de Tα par rapport à la matrice d’α-adjacence de Nikiforov pour la classification de graphes

A Joint Spectral Similarity Measure for Graphs Classification

In spite of the simple linear relationship between the adjacency A and the Laplacian L matrices, L=D-A where D is the degrees matrix, these matrices seem to reveal informations about the graph in different ways, where it appears that some details are detected only by one of them, as in the case of cospectral graphs. Based on this observation, a new graphs similarity measure, referred to as joint spectral similarity (JSS) incorporating both spectral information from A and L is introduced. A weighting parameter to control the relative influence of each matrix is used. Furthermore, to highlight the overlapping and the unequal contributions of these matrices for graph representation, they are compared in terms of the so called Von Neumann entropy (VN), connectivity and complexity measures. The graph is viewed as a quantum system and thus, the calculated VN entropy of its perturbed density matrix emphasizes the overlapping in terms of information quantity of A and L matrices. The impact of matrix representation is strongly illustrated by classification findings on real and conceptual graphs based on JSS measure. The obtained results show the effectiveness of the JSS measure in terms of graph classification accuracies and also highlight varying information overlapping rates of A and L, and point out their different ways in recovering structural information of the graph

Approximation de l’entropie de von Neumann de graphes pour une analyse de vulnérabilité

Dans ce travail, nous exploitons la variation de l’entropie de von Neumann de graphes comme mesure de vulnérabilité en proposant une nouvelle forme approchée de cette entropie basée sur des attributs structurels du graphe, à savoir le nombre d’arêtes, de sommets ou encore des degrés du graphe. L’utilisation d’une telle forme est motivée par l’optimisation du temps de calcul qui en découle. Disposant d’une forme simplifiée de l’entropie, nous l’utilisons pour la caractérisation de la vulnérabilité des graphes via l’étude de la variation entropique du graphe suite à la suppression d’arêtes. Les résultats obtenus sur des graphes de grandes tailles montrent la pertinence d’une telle approximation

Estimation de directions d'arrivée en présence d'erreurs de phase

Sous certaines hypothèses la méthode MUSIC (MUltiple Signal Classifcation) donne des résultats de localisation de sources acoustiques satisfaisants. Parmi les hypohèses fortes utilisées dans les développements de MUSIC il y a la planéité du front d'onde et l'antenne rectiligne ce qui ne sont pas toujours vérifiées. En effet, la non distorsion des fronts d'onde est difficile à garantir du fait que les capteurs se déplacent par rapport à leurs positions d'origine durant l'expérimentation (cas d'antenne souple). La distorsion est due aussi à la non homogénéité du milieu de propagation. La correction des erreurs de phases introduites par la distorsion des fronts d'onde est nécessaire pour pouvoir améliorer le pouvoir séparateur des méthodes de localisation de sources acoustiques. Le but de ce travail est d'estimer à la fois les directions d'arrivée et les erreurs de phase. L'estimation des déphasages est étudiée en utilisant la propriété d'orthogonalité entre les sous espaces signal et bruit. Cette estimation est vue comme un problème de minimisation d'une fonctionnelle, qui en pratique, est Lipschitzienne. Pour ce faire l'algorithme DIRECT (DIviding RECTangles) est utilisé pour la recherche du minimum global de cette fonctionnelle. La méthode proposée est testée sur des données simulées

Mortality from gastrointestinal congenital anomalies at 264 hospitals in 74 low-income, middle-income, and high-income countries: a multicentre, international, prospective cohort study

Summary Background Congenital anomalies are the fifth leading cause of mortality in children younger than 5 years globally. Many gastrointestinal congenital anomalies are fatal without timely access to neonatal surgical care, but few studies have been done on these conditions in low-income and middle-income countries (LMICs). We compared outcomes of the seven most common gastrointestinal congenital anomalies in low-income, middle-income, and high-income countries globally, and identified factors associated with mortality. Methods We did a multicentre, international prospective cohort study of patients younger than 16 years, presenting to hospital for the first time with oesophageal atresia, congenital diaphragmatic hernia, intestinal atresia, gastroschisis, exomphalos, anorectal malformation, and Hirschsprung’s disease. Recruitment was of consecutive patients for a minimum of 1 month between October, 2018, and April, 2019. We collected data on patient demographics, clinical status, interventions, and outcomes using the REDCap platform. Patients were followed up for 30 days after primary intervention, or 30 days after admission if they did not receive an intervention. The primary outcome was all-cause, in-hospital mortality for all conditions combined and each condition individually, stratified by country income status. We did a complete case analysis. Findings We included 3849 patients with 3975 study conditions (560 with oesophageal atresia, 448 with congenital diaphragmatic hernia, 681 with intestinal atresia, 453 with gastroschisis, 325 with exomphalos, 991 with anorectal malformation, and 517 with Hirschsprung’s disease) from 264 hospitals (89 in high-income countries, 166 in middleincome countries, and nine in low-income countries) in 74 countries. Of the 3849 patients, 2231 (58·0%) were male. Median gestational age at birth was 38 weeks (IQR 36–39) and median bodyweight at presentation was 2·8 kg (2·3–3·3). Mortality among all patients was 37 (39·8%) of 93 in low-income countries, 583 (20·4%) of 2860 in middle-income countries, and 50 (5·6%) of 896 in high-income countries (p<0·0001 between all country income groups). Gastroschisis had the greatest difference in mortality between country income strata (nine [90·0%] of ten in lowincome countries, 97 [31·9%] of 304 in middle-income countries, and two [1·4%] of 139 in high-income countries; p≤0·0001 between all country income groups). Factors significantly associated with higher mortality for all patients combined included country income status (low-income vs high-income countries, risk ratio 2·78 [95% CI 1·88–4·11], p<0·0001; middle-income vs high-income countries, 2·11 [1·59–2·79], p<0·0001), sepsis at presentation (1·20 [1·04–1·40], p=0·016), higher American Society of Anesthesiologists (ASA) score at primary intervention (ASA 4–5 vs ASA 1–2, 1·82 [1·40–2·35], p<0·0001; ASA 3 vs ASA 1–2, 1·58, [1·30–1·92], p<0·0001]), surgical safety checklist not used (1·39 [1·02–1·90], p=0·035), and ventilation or parenteral nutrition unavailable when needed (ventilation 1·96, [1·41–2·71], p=0·0001; parenteral nutrition 1·35, [1·05–1·74], p=0·018). Administration of parenteral nutrition (0·61, [0·47–0·79], p=0·0002) and use of a peripherally inserted central catheter (0·65 [0·50–0·86], p=0·0024) or percutaneous central line (0·69 [0·48–1·00], p=0·049) were associated with lower mortality. Interpretation Unacceptable differences in mortality exist for gastrointestinal congenital anomalies between lowincome, middle-income, and high-income countries. Improving access to quality neonatal surgical care in LMICs will be vital to achieve Sustainable Development Goal 3.2 of ending preventable deaths in neonates and children younger than 5 years by 2030

Validation expérimentale de la diffusion acoustique par des objets enfouis dans les sédiments marins

En acoustique sous-marine, la détection et la localisation d'objets enfouis revêtent un intérêt majeur dans de nombreux domaines : recherche de pipelines ou de câbles de télécommunication ensouillés, détection de mines L'atténuation dans les sédiments marins est importante, il est donc nécessaire d'employer des basses fréquences afin d'assurer une pénétration suffisante de l'onde acoustique dans le sédiment, ce qui implique une dégradation de la résolution au niveau du système d'imagerie à la réception. Pour s'affranchir de ce problème, une des solutions serait d'augmenter la taille de l'antenne, entraînant un coût et un encombrement supplémentaires, option difficilement envisageable. Le traitement « antenne synthétique » est alors utilisé pour simuler une antenne de grande longueur à partir du déplacement rectiligne d'une antenne de plus petite taille. L'objectif de cette étude est de confronter des signaux modélisés à des signaux réels obtenus en cuve et d'y appliquer le traitement SAS (Synthetic Aperture Sonar). Les signaux temporels modélisés sont obtenus avec le formalisme de la matrice T et prennent en compte l'atténuation du sédiment. Nous y avons également inclus la contribution de l'interface eau/sédiment. Ces signaux modélisés ont été confrontés à des signaux réels obtenus en cuve à partir de cylindres enfouis dans du sable pour des fréquences de 500 kHz à 2.25 MHz. Un traitement SAS a alors été appliqué sur ces données et les résultats sont tout à fait encourageants