Blind Separation of Surface Electromyographic Mixtures from Two Finger Extensor Muscles

International audienceBlind source separation (BSS) was performed to reduce the crosstalk in the surface electromyografic signals (SEMG) for the muscle force estimation applications. A convolutive mixture model was employed to separate the SEMG signals from two finger extensor muscles using a frequency-domain approach. It was assumed that the tension of each muscle varies independently and the independence of the SEMG was replaced by minimization of the covar-iance of muscle forces represented by integrated SEMG. This covariance was also used to resolve the permutation ambiguity inherent to the frequency-domain BSS. The forces estimated by the reconstructed sources were compared with the measured forces to calculate the crosstalk reduction efficiency. The proposed algorithm was shown to be more effective in frequency domain than an ICA algorithm for extensor muscles crosstalk reduction

Annulation d'un signal périodique à travers une fonction de transfert périodique

Nous proposons une méthode de compensation active des vibrations d'une machine synchrone. Ceci revient à annuler un signal périodique à travers une fonction de transfert linéaire non-stationnaire périodique. Nous exprimons les coefficients de Fourier du signal de commande, préalablement montré périodique. Ces coefficients convergent vers des valeurs optimales stationnaires, malgré la non-stationnarité du transfert. Un algorithme du gradient est ensuite proposé et testé sur des signaux de vibration

Generalization of GLRT-Based Magnetic Anomaly Detection

International audienceMagnetic anomaly detection (MAD) refers to a passive method used to reveal hidden magnetic masses and is most commonly based on a dipolar target model. This paper proposes a generalization of the MAD through a multipolar model that provides a more precise description of the anomaly and serves a twofold objective: to improve the detection performance , and to widen the variety of detectable targets. The dipole detection strategy – namely an orthonormal decomposition of the anomaly followed by a generalized likelihood ratio test – is hence revisited in the multipolar case. The performance are assessed analytically and the relevance of this generalization is demonstrated on multipolar scenarios

Estimation du nombre de sources dans les mélanges multi-entrées multi-sorties perturbés par des bruits spatialement corrélés

- Ce papier traite de l'estimation du nombre de sources dans des mélanges convolutifs bruités. Les traitements sont réalisés dans le domaine fréquentiel. Nous cherchons le nombre de composantes décorrélées dans chaque canal de fréquence. Les méthodes AIC et MDL habituellement utilisées supposent que les bruits sont gaussiens et spatialement blancs. Malheureusement les données réelles possèdent souvent des bruits spatialement corrélés. Lorsque les supports de corrélation des bruits sont plus faibles que ceux des sources, l'estimation reste possible. A l'aide d'observations temporellement décalées nous construisons une matrice interspectrale "débruitée". Cette matrice n'est ni hermitienne ni définie positive. Sa décomposition en valeurs singulières fournit deux matrices distinctes de vecteurs propres contenant chacune une base du sous-espace signal. Nous proposons deux critères pour estimer la dimension de ce sous-espace à partir des vecteurs propres. Des simulations confirment la robustesse de la méthode pour de forts niveaux de bruit

Pain and husbandry practices, from theory to experimental applications : examples of AGRI animal welfare network actions

In agreement with the European movement towards recognition of animal sensitivity, a group of INRA scientists, from complementary fields, have focused their work on the issue of pain associated with certain farming practices. After a step devoted to define the concepts of sensitivity, nociception, pain and suffering, several practices were selected: castration, teeth clipping and tail docking in piglets, force feeding in Mulard ducks, and feeding practices designed to increase milk yields in small ruminants (goats). Various functional indices and behavioural signs, known for their association with stress, pain or inflammation, were studied. The data include endocrine parameters (cortisol or corticosterone, ACTH), glucose or lactate levels, a neuro-vegetative index such as the heart rate, neurogenic plasma extravasation, evidence of local inflammation, which can be demonstrated with a marker such as circulating haptoglobin. Behavioural signs associated with different practices were systematically analysed. This approach leads to the creation of a new field of research and to the accumulation of knowledge in order to i) understand the genesis of nociceptive signals of somesthetic or visceral origin, and ii) evaluate sensory or emotional experiences associated with such practices. Our data show that some husbandry practices that were studied generate pain and inflammatory responses.Dans le contexte européen d'une reconnaissance de la sensibilité des animaux, des chercheurs de l'INRA, issus de disciplines complémentaires, ont uni leurs efforts pour travailler sur la question de la douleur associée à certaines pratiques d'élevage. Les travaux ont été engagés après une réflexion approfondie sur les notions de sensibilité, nociception, douleur et souffrance. Plusieurs pratiques ont été sélectionnées : castration, épointage des dents et caudectomie du porcelet, gavage du canard Mulard, conduite alimentaire visant de hauts rendements laitiers chez le petit ruminant (chèvre). Divers index fonctionnels et signes comportementaux, connus pour leur association avec le stress, la douleur ou l'inflammation ont été étudiés. Les données concernent des paramètres endocriniens (cortisol ou corticostérone, ACTH), les taux de glucose ou de lactate, un indice neurovégétatif comme le rythme cardiaque, la réaction neurogène d'extravasation plasmatique qui se manifeste, au niveau local, par une inflammation, et dont la présence peut être validée par un marqueur tel que l'haptoglobine circulante. Les manifestations comportementales associées aux différentes pratiques sont systématiquement analysées. Cette démarche aboutit à construire un champ de recherche et de connaissances permettant i) de comprendre la genèse de signaux nociceptifs d'origine somesthésique ou viscérale, ii) d'évaluer le «vécu sensoriel ou émotionnel » associé à ces pratiques. Nos données permettent d'identifier que certains actes sont générateurs de douleur et associés au déclenchement d'un processus inflammatoire

Automotive diagnostic and monitoring using magnetism

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Caractérisation du rayonnement acoustique d'un rail à l'aide d'un réseau de microphones

Le secteur des transports ferroviaires en France est marqué par un dynamisme lié notamment à l'essor du réseau à grande vitesse et à la réimplantation du tramway dans de nombreuses agglomérations. Dans ce contexte, la réduction des nuisances sonores apparaît comme un enjeu majeur pour son développement. Afin d'agir efficacement à la source, il est indispensable d'identifier et d'étudier précisément les sources responsables de ces nuisances au passage des véhicules. Parmi les approches possibles, les antennes microphoniques et les traitements associés sont particulièrement adaptés à la caractérisation des sources ponctuelles mobiles, omnidirectionnelles et décorrélées.Pour les vitesses inférieures à 300 km/h, le bruit de roulement constitue la source principale du bruit ferroviaire ; il résulte du rayonnement acoustique des éléments tels que les roues, le rail et les traverses. Le rail, dont la contribution au bruit de roulement est prépondérante aux moyennes fréquences (entre 500 He et 1000 Hz environ), est une source étendue et cohérente pour laquelle les principes classiques de traitement d'antenne ne sont pas adaptés.La méthode de caractérisation proposée dans cette thèse est une méthode inverse d'optimisation paramétrique utilisant les signaux acoustiques issus d'une antenne microphonique. Les paramètres inconnus d'un modèle vibro-acoustique sont estimés par minimisation d'un critère des moindres carrés sur les matrices spectrales mesurée et modélisée au niveau de l'antenne. Dans le modèle vibro-acoustique, le rail est assimilé à un monopôle cylindrique dont la distribution longitudinale d'amplitude est liée à celle des vitesses vibratoires. Pour le calcul de ces vitesses, les différents modèles proposés mettent en évidence des ondes vibratoires se propageant dans le rail de part et d'autre de chaque excitation. Chacune de ces ondes est caractérisée par une amplitude au niveau de l'excitation, un nombre d'onde structural réel et une atténuation. Ces paramètres sont estimés par minimisation du critère, puis utilisés pour reconstruire le champ acoustique.Dans un premier temps, des simulations sont réalisées pour juger des performances de la méthode proposée, dans le cas d'excitations ponctuelles verticales. En particulier, sa robustesse est testée en présence de bruit ou d'incertitudes sur les paramètres supposés connus du modèle. Les effets de l'utilisation de modèles dégradés sont également étudiés. Concernant l'estimation des amplitudes, les résultats ont montré que la méthode est particulièrement robuste et efficace pour les excitations les plus proches de l'antenne. En revanche, pour l'estimation des autres paramètres, les performances sont supérieures pour les positions d'antenne excentrées. De manière générale, le nombre d'onde est correctement estimé sur l'ensemble des fréquences étudiées. Dans les cas à faible atténuation, un traitement classique par formation de voies en ondes planes suffit. En ce qui concerne l'estimation de l'atténuation, la faible sensibilité du critère limite l'efficacité de la méthode proposée.Enfin, certains résultats obtenus à partir des simulations ont été vérifiés lors de mesures in situ. L'excitation d'un rail expérimental par un marteau de chocs a tout d'abord permis de valider le modèle vibratoire pour la flexion verticale. Pour tester la méthode d'optimisation paramétrique, le rail a également été excité verticalement à l'aide d'un pot vibrant. Les principaux résultats des simulations ont été retrouvés, et des comportements particuliers relatifs à la présence de plusieurs ondes dans le rail ont été observés, ouvrant des perspectives de généralisation du modèle vibratoire utilisé.In France, railway transport has been boosted by the expansion of the high-speed rail service and the resurgent implantation of tram networks in many city centers. In this context, the reduction of noise pollution becomes a crucial issue for its development. In order to directly act on the source area, it is necessary to precisely identify and study the sources responsible for this nuisance at train pass-by. Among all the potential approaches, microphone arrays and related signal processing techniques are particularly adapted to the characterization of omnidirectional and uncorrelated moving point sources. For speeds up to 300 km/h, rolling noise is the main railway noise source. It arises from the acoustic radiation of various elements such as wheels, rail or sleepers. The rail, which mainly contributes to rolling noise at mid-frequencies (from 500 Hz to 1000 Hz approximately), is an extended coherent source for which classical array processing methods are inappropriate. The characterization method proposed in this thesis is an inverse parametric optimization method that uses the acoustical signals measured by a microphone array. The unknown parameters of a vibro-acoustical model are estimated through the minimization of a least square criterion applied to the entries of the measured and modelled spectral matrices. In this vibro-acoustical model, the rail is considered as a cylindrical monopole whose lengthwise amplitude distribution is obtained from the vibratory velocity one. The different models proposed to obtain this velocity highlight the propagation of vibration waves towards both sides of every forcing point. Each wave is characterized by an amplitude at the forcing point, a real structural wavenumber and a decay rate. These parameters are estimated by the minimization of the least square criterion, and are then used in the vibro-acoustical model to rebuild the acoustical field radiated by the rail. First, simulations are performed in order to appraise the performances of the proposed method, in the case of vertical point excitations. In particular, its robustness to additive noise and to uncertainties in the model parameters that are supposed to be known is tested. The effect of using simplified models is also investigated. Results show that the method is efficient and robust for the amplitude estimation of the nearest contacts to the array. On the other hand, the estimation of the other parameters is improved when the array is shifted away from the contact points. The wavenumber is generally well estimated over the entire frequency range, and when the decay rate is low, a single beamforming technique may be sufficient. Concerning the decay rate estimation, the efficiency of the method is limited by the low sensitivity of the criterion. At last, measurements are performed in order to verify some results obtained from the simulations. The vibratory model is first validated for the vertical flexural waves trough the use of an impact hammer. Then, the parametric optimization method is tested by the vertical excitation of the rail with a modal shaker. The main simulation results are found, and some particular behavior due to other waves existing in the rail can be observed, opening the perspective of a generalized method including more complex vibratory modelings.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF

Techniques de séparation de sources appliquées à des signaux vibratoires de machines tournantes

Nous proposons une technique de séparation de sources basée sur des statistiques d'ordre deux, applicable aux signaux vibratoires de machines tournantes. De tels signaux sont modélisés comme la somme d'un nombre inconnu de sinusoïdes perturbées par des bruits aléatoires. La présence de bruits spatialement cohérents suffit à faire échouer les algorithmes existants. Le mélange est supposé convolutif et nous choisissons d'opérer dans le domaine fréquentiel. A chaque canal de fréquence le problème se ramène à un mélange instantané qui peut être traité en trois étapes : estimation du nombre de sources, blanchiment spatial du signal utile, et recherche de la base des sources. Pour obtenir des estimateurs peu sensibles aux bruits spatialement corrélés nous introduisons le spectre décalé qui se définit comme l'interspectre d'un signal et du même signal retardé. Les supports de corrélation des bruits étant faibles devant ceux des sources, nous obtenons, pour des retards suffisants, des spectres non bruités. En faisant appel aux matrices spectrales décalées au lieu des matrices de covariances classiques nous mettons en place de nouveaux estimateurs pour les trois étapes. Pour l'estimation du nombre de sources nous tirons parti de la Décomposition en Valeurs Singulières des matrices spectrales décalèes. Concernant le blanchiment spatial, nous réécrivons l'Analyse en Composantes Principales, pour les sources pseudo-périodiques. Nous montrons ensuite qu'une simple Décomposition en Valeurs Propres de la matrice spectrale décalée des observations blanchies permet de retrouver la base des sources.Enfin nous vérifions, sur des données expérimentales issues d'un banc de test que les estimateurs proposés sont fiables et robustes au choix des retards.GRENOBLE1-BU Sciences (384212103) / SudocSudocFranceF

Principal Component Analysis and Blind Source Separation of modulated sources for electromechanical systems diagnostic

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Separability of convolutive mixtures in Independent Component Analysis and Blind Source Separation

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