Simultaneous detection and localization of dim targets in passive sonar

This paper addresses the problem of low SNR targets . The key idea to detect and localize such dim targets is to increase th e integration time . But, for conventional surveillance sonars, integration is limited to a few ten seconds due to the target motion : to over-integrate without compensating for the source motion degrades the detection performance . So, the solution is to take into account the source motion into the detection process, thus yielding an estimation of the target motion parameters . This method called "long-term integration" is described and validated for a narrowband source . Monte-Carlo simulations show a good agreemen t between computed Cramer-Rao bounds and estimated standard deviations related to the source motion parameters for 0 to 6 d B SNR's . Finally at-sea signals demonstrate an actual improvement of long-term integration method over conventional detection an d tracking for a low level narrowband source .Cet article traite du cas des sources faibles en sonar passif de veille panoramique (0 dB en sortie de traitement conventionnel). part du principe que le premier seuil dans la chaîne de détection limite inéluctablement le niveau minimum des sources délectables et donc la capacité que l'on a, par la suite de les localiser et de les identifier acoustiquement. La démarche consiste donc à augmenter le temps d'intégration généralement court (quelques secondes en sonar passif) pour le faire passer à des valeurs de l'ordre de plusieurs dizaines de minutes. Mais on conçoit aisément que cette intégration longue ne peut se faire sans considération sur le mouvement des cibles: il faut intégrer tout en gardant la cible dans le lobe de directivité de l'antenne de réception. On développe donc une méthode d'intégration dynamique qui, en tenant compte du mouvement des sources lors de l'intégration, permet de simultanément les détecter et les trajectographier (i.e. estimer leur vecteur position et leur vecteur vitesse). Après un rappel des principes de traitement utilisés en sonar passif, on formalise la méthode d'intégration dynamique dans le cas d'une antenne passive observant une ou plusieurs sources se déplaçant en mouvement rectiligne et uniforme (MRU). Puis ses performances en estimation (précisions de localisation comparées à la borne de Cramer-Rao) sont établies sur simulation de type Monte-Carlo. Enfin, l'utilisation de signaux enregistrés en mer permet de valider cette méthode d'intégration dynamique par la détection et la trajectographie d'une source non détectable par les moyens classiques, et donc a fortiori non localisable

Toward an improved representation of middle atmospheric dynamics thanks to the ARISE project

This paper reviews recent progress toward understanding the dynamics of the middle atmosphere in the framework of the Atmospheric Dynamics Research InfraStructure in Europe (ARISE) initiative. The middle atmosphere, integrating the stratosphere and mesosphere, is a crucial region which influences tropospheric weather and climate. Enhancing the understanding of middle atmosphere dynamics requires improved measurement of the propagation and breaking of planetary and gravity waves originating in the lowest levels of the atmosphere. Inter-comparison studies have shown large discrepancies between observations and models, especially during unresolved disturbances such as sudden stratospheric warmings for which model accuracy is poorer due to a lack of observational constraints. Correctly predicting the variability of the middle atmosphere can lead to improvements in tropospheric weather forecasts on timescales of weeks to season. The ARISE project integrates different station networks providing observations from ground to the lower thermosphere, including the infrasound system developed for the Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty verification, the Lidar Network for the Detection of Atmospheric Composition Change, complementary meteor radars, wind radiometers, ionospheric sounders and satellites. This paper presents several examples which show how multi-instrument observations can provide a better description of the vertical dynamics structure of the middle atmosphere, especially during large disturbances such as gravity waves activity and stratospheric warming events. The paper then demonstrates the interest of ARISE data in data assimilation for weather forecasting and re-analyzes the determination of dynamics evolution with climate change and the monitoring of atmospheric extreme events which have an atmospheric signature, such as thunderstorms or volcanic eruptions

TMA from bearings and multipath time delays

International audienc

Denombrement d'hypotheses en association-fusion de donnees

En association-fusion de données sonar, on est confronté à un flot d'informations tel qu'un opérateur humain est incapable de traiter le problème. On introduit donc des algorithmes automatiques permettant de trouver parmi les partitions hypothèses celle qui est la plus vraisemblable. On montre comment, au moyen de techniques de dénombrement, une recherche exhaustive de la solution optimale est inenvisageable en pratique, du fait de l'explosion combinatoire. La structure en treillis de l'ensemble des partitions permet néanmoins de dégager un algorithme sous-optimal, dit de recherche hiérarchisé. Enfin une généralisation sur les mêmes principes est proposée au cas où l'on associe des sorties des sous-systèmes locaux de fusion

SIMULATION NUMÉRIQUE DE LA PROPAGATION D'UNE ONDE ACOUSTIQUE DANS UNE TURBULENCE BIDIMENSIONNELLE PAR UNE MÉTHODE DE RAYONS

Nous présentons des résultats de simulation numérique de la propagation d'une onde acoustique dans une turbulence cinématique bidimensionnelle. Le milieu turbulent est représenté par une superposition de modes de Fourier aléatoires. Pour chaque réalisation, on détermine les rayons issus d'une source ponctuelle, on calcule la variance du temps de parcours le long de ces trajectoires ainsi que la distance pour laquelle se forme la première caustique.A numerical technique for simulating the behavior of an acoustic wave propagating through a turbulent medium is presented. A bidimensional velocity field is generated using a superposition of random Fourier modes. The time variance along the rays and the probability density for the occurence of the first caustics are computed

FLUCTUATIONS D'INTENSITÉ ACOUSTIQUE D'UNE ONDE SPHÉRIQUE TRAVERSANT UNE TURBULENCE THERMIQUE

L'étude expérimentale présentée permet de caractériser les fluctuations d'intensité acoustique d'une onde sphérique traversant une turbulence thermique. Compte tenu des distances de propagation importantes nous mettons en évidence une saturation des fluctuations d'intensité. La loi de distribution de ces fluctuations est caractérisée depuis les faibles fluctuations jusqu'au fortes fluctuations. Nous comparons nos mesures avec les estimations déduites de différentes densités de probabilité (log-normale, exponentielle, I-K, gamma généralisée).The intensity fluctuations of a spherical wave that propagates through a turbulent thermal field are investigated. Results are given for the normalized variance and the probability-density function of intensity fluctuations under a variety of propagation conditions. Measured probability densities are compared with the log-normal, the exponential, the I-K and the generalized gamma distributions

Influence d'une turbulence thermique sur la propagation du son dans l'atmosphère en présence d'une zone d'ombre

A numerical technique for simulating the acoustic wave propagation through a turbulent atmosphere is introduced. We first generate a random homogeneous and isotropic medium by creating N independent realizations in terms of discrete Fourier modes. Then, for each realization, we solve a parabolic equation using a Split step Padé algorithm. Finally, we calculate the mean intensity of the acoustic field and its phase and amplitude fluctuations. Our numerical results are compared with outdoor measurements

Trajectographie passive en présence d'erreurs de modèle : Utilisation des résidus .

En acoustique sous-marine, on sait que pour la Trajectographie Passive (TP) des méthodes non récursives en temps ont des performances supérieures à celles des filtres de Kalman étendus (efficacité statistique et robustesse [1],[2]). En sonar passif, le renouvellement des estimations de trajectographie est généralement bien plus lent que celui des mesures. Il est donc nécessaire de s'assurer de la permanence des hypothèses de modèle (mouvement rectiligne uniforme, mesures sans biais...) entre deux estimations successives [3]. Pour cela, l'utilisation des résidus d'estimation permet, au même titre que l'innovation en filtrage, de détecter les ruptures de modèle. Des tests statistiques paramétriques et non paramétriques qui utilisent ces résidus sont mis en oeuvre pour détecter une manoeuvre de la source en TP sur azimut: dans des conditions réalistes, source à 10 km changeant de cap de 30 degrés,cette manoeuvre est détectée en moins de 2 minutes