Inter-sensor propagation delay estimation using sources of opportunity

Propagation delays are intensively used for Structural Health Monitoring or Sensor Network Localization. In this paper, we study the performances of acoustic propagation delay estimation between two sensors, using sources of opportunity only. Such sources are defined as being uncontrolled by the user (activation time, location, spectral content in time and space), thus preventing the direct estimation with classical active approaches, such as TDOA, RSSI and AOA. Observation models are extended from the literature to account for the spectral characteristics of the sources in this passive context and we show how time-filtered sources of opportunity impact the retrieval of the propagation delay between two sensors. A geometrical analogy is then proposed that leads to a lower bound on the variance of the propagation delay estimation that accounts for both the temporal and the spatial properties of the sources field

Delay measurement. From submarine acoustics to oceanic acoustic tomography

Time delay estimation is a central topic in signal processing. Geneviève Jourdain has made important contributions in that field. Her work has been supported by applications in submarine acoustics and ocean acoustics tomography. She has applied her deep expertise in multipaths propagation to mobile systems communications. I present here a panoramic wiev of the evolution of delays measurement : correlation, time super resolution and pursuit of evolutive close delays, in relations with Geneviève Jourdain work in this domain of research and application.La mesure de retard est un thème central du traitement du signal. Geneviève Jourdain a apporté des contributions importantes à cette thématique. Les recherches qu’elle a menées ont été inspirées par l’étude du milieu marin dans le cadre de l’acoustique sous-marine et de la tomographie acoustique océanique. Elle a appliqué l’expertise acquise dans l’identification des trajets multiples aux systèmes de communications mobiles. Je présente ici une vue panoramique de l’évolution de la mesure de retard : méthodes actives par corrélation, super résolution en temps et suivi de retards proches, en relation avec les études menées par Geneviève Jourdain dans ces différents domaines de recherche et d’application

Passive Acoustic Sensor Network Localization; Application to Structure geometry Monitoring

International audienceIn this article, passive acoustic sensor network localization is presented and applied to geometry structure monitoring. The methodology relies on passive travel-time estimation, which is here defined as the retrieval of an inter-sensor propagation delay, using uncontrolled ambient sources in an homogeneous acoustic propagation medium. Our approach relates to passive linear systems identification through the use of codas correlations to form estimators. We provide practical performances of such estimators and propose two approaches for geometry monitoring, both illustrated in the case of a steel beam

Fine frequency shift of sigle vortex entrance and exit in superconducting loops

The heat capacity $C_{p}$ of an array of independent aluminum rings has been measured under an external magnetic field $\vec{H}$ using highly sensitive ac-calorimetry based on a silicon membrane sensor. Each superconducting vortex entrance induces a phase transition and a heat capacity jump and hence $C_{p}$ oscillates with $\vec{H}$. This oscillatory and non-stationary behaviour measured versus the magnetic field has been studied using the Wigner-Ville distribution (a time-frequency representation). It is found that the periodicity of the heat capacity oscillations varies significantly with the magnetic field; the evolution of the period also depends on the sweeping direction of the field. This can be attributed to a different behavior between expulsion and penetration of vortices into the rings. A variation of more than 15% of the periodicity of the heat capacity jumps is observed as the magnetic field is varied. A description of this phenomenon is given using an analytical solution of the Ginzburg-Landau equations of superconductivity

Champs d'ondes adaptés en fréquences spatiales et temporelles : application en ASM

- Le traitement par champs adaptés (Matched Field Processing) est fréquemment utilisé pour localiser des sources dans le domaine des ondes Ultra Basses Fréquences (< 100 Hz). Nous utilisons ici le MFP associé au traitement du signal et à la physique de la propagation pour estimer la profondeur d'une source UBF. Cette localisation est effectuée dans un environnement petits fonds à partir d'un réseau de capteurs horizontal posé sur le fond. Le traitement par champs d'ondes adaptés est réalisé dans le domaine fréquence-nombre d'onde et se base sur les coefficients d'excitation des modes dans le cas d'une propagation guidée

Passive tomography for elastic waves in solids

In this paper we derive relations between the cross-correlation of ambient noises recorded at two different points and the Green's function of the elastic waves in a medium with viscous damping. The Green's function allows to estimate physical parameters such as speeds or distances. Furthermore, this work is extended by introducing the Green's correlation function proposed by J-L. Lacoume in [Lacoume07]. Some recent works proved the possible reconstruction of the Green's function for scalar waves from the cross-correlation function of ambient noise. In this work, we consider vector waves propagating in a three dimensional solid medium. Two approaches are developed. Firstly, we extend theoretical derivations proposed by Y. Colin de Verdi`ere in [ColinDeVerdiere09], relating cross-correlation of scalar waves to 1D Green's function using linear operator theory. The second approach recasts the three dimensional problem in the framework of Fourier theory. This allows to improve physical understanding of the underlying physical processes as outlined in [Lacoume07].Comment: 24 page

Détection et localisation de défauts en échographie ultrasonore

L'interprétation des images ultrasonores est un problème délicat. La durée temporelle de l'onde émise par le traducteur, sa déformation au cours de sa propagation et la largeur du faisceau rendent difficile la détection et la localisation des défauts. Afin d'accroître la résolution des images ultrasonores, nous présentons un traitement en deux étapes. Chaque signal composant l'image est déconvolué séparément par rapport à un même signal. On augmente ainsi la résolution axiale et on met en forme les données pour le second traitement. L'image est ensuite reconstruite grâce à un algorithme de type SAFT (Synthetic Aperture Focusing Technique) dont les lois de reconstruction sont calculées à partir d'une simulation numérique du champ rayonné

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