Efficient Sequential Monte-Carlo Samplers for Bayesian Inference

In many problems, complex non-Gaussian and/or nonlinear models are required to accurately describe a physical system of interest. In such cases, Monte Carlo algorithms are remarkably flexible and extremely powerful approaches to solve such inference problems. However, in the presence of a high-dimensional and/or multimodal posterior distribution, it is widely documented that standard Monte-Carlo techniques could lead to poor performance. In this paper, the study is focused on a Sequential Monte-Carlo (SMC) sampler framework, a more robust and efficient Monte Carlo algorithm. Although this approach presents many advantages over traditional Monte-Carlo methods, the potential of this emergent technique is however largely underexploited in signal processing. In this work, we aim at proposing some novel strategies that will improve the efficiency and facilitate practical implementation of the SMC sampler specifically for signal processing applications. Firstly, we propose an automatic and adaptive strategy that selects the sequence of distributions within the SMC sampler that minimizes the asymptotic variance of the estimator of the posterior normalization constant. This is critical for performing model selection in modelling applications in Bayesian signal processing. The second original contribution we present improves the global efficiency of the SMC sampler by introducing a novel correction mechanism that allows the use of the particles generated through all the iterations of the algorithm (instead of only particles from the last iteration). This is a significant contribution as it removes the need to discard a large portion of the samples obtained, as is standard in standard SMC methods. This will improve estimation performance in practical settings where computational budget is important to consider.Comment: arXiv admin note: text overlap with arXiv:1303.3123 by other author

Modélisation et estimation des instabilités des émetteurs radars à l'état solide

La stabilité pulse à pulse est une caractéristique primordiale d'un émetteur radar de surface à impulsions car elle limite la détection des cibles dont en particulier celles de faible Surface Equivalente Radar (SER) dans un contexte contraignant (clutter important). L'amélioration des performances des radar passe par une analyse fine des sources possibles de perturbations tels que les variations thermiques des composants de puissance et la fluctuation de l'alimentation. La modélisation statistique est un outil puissant pour exploiter ce type de données radar. Un modèle statistique de signal émis est proposé, il comporte outre l'impulsion dont la forme est variable en fonction de la température et de la fréquence d'émission, un processus multiplicatif qui traduit le comportement basse fréquence de l'alimentation et un bruit additif. Nous proposons ensuite trois coefficients de stabilité de phase de l'alimentation, de l'impulsion en régime transitoire et en régime stationnaire. Nous finirons par analyser les résultats de leurs estimations au regard des conditions thermique de l'expérimentation et de la fréquence à l'émission

Le poète irrévérencieux : modèles hellénistiques et réalités romaines

ISBN 978-2-904974-34-2Cet ouvrage est le fruit d'une table ronde et d'un colloque organisés le 17 octobre 2006 et les 19 et 20 octobre 2007 par le CEROR, l'ENS LSH et HiSoM

Estimation aveugle de chaînes de Markov cachées simples et doubles (Application au décodage de codes graphiques)

Depuis leur création, les codes graphiques constituent un outil d'identification automatique largement exploité en industrie. Cependant, les performances de lecture sont limitées par un flou optique et un flou de mouvement. L'objectif de la thèse est l'optimisation de lecture des codes 1D et 2D en exploitant des modèles de Markov cachés simples et doubles, et des méthodes d'estimation aveugles. En premier lieu, le système de lecture de codes graphiques est modélisé par une chaîne de Markov cachée, et des nouveaux algorithmes pour l'estimation du canal et la détection des symboles sont développés. Ils tiennent compte de la non stationnarité de la chaîne de Markov. De plus une méthode d'estimation de la taille du flou et de sa forme est proposée. La méthode utilise des critères de sélection permettant de choisir le modèle de dégradation le plus adéquat. Enfin nous traitons le problème de complexité qui est particulièrement important dans le cas d'un canal à mémoire longue. La solution proposée consiste à modéliser le canal à mémoire longue par une chaîne de Markov double. Sur la base de ce modèle, des algorithmes offrant un rapport optimisé performance-complexité sont présentésSince its birth, the technology of barcode is well investigated for automatic identification. When reading, a barcode can be degraded by a blur , caused by a bad focalisation and/ or a camera movement. The goal of this thesis is the optimisation of the receiver of 1D and 2D barcode from hidden and double Markov model and blind statistical estimation approaches. The first phase of our work consists of modelling the original image and the observed one using Hidden Markov model. Then, new algorithms for joint blur estimation and symbol detection are proposed, which take into account the non-stationarity of the hidden Markov process. Moreover, a method to select the most relevant model of the blur is proposed, based on model selection criterion. The method is also used to estimate the blur length. Finally, a new algorithm based on the double Markov chain is proposed to deal with digital communication through a long memory channel. Estimation of such channel is not possible using the classical detection algorithms based on the maximum likelihood due to the prohibitive complexity. New algorithm giving good trade off between complexity and performance is providedEVRY-INT (912282302) / SudocSudocFranceF

Stratégie d'allocation des codes d'étalement pour la technique MC-CDMA

The technique MC-CDMA (Multi-Carrier Code Division Multiple Access) that combines Multicarrier modulation and spread spectrum is a very promising for downlink of future communication systems with very high debit rate. However, over different subcarrier, each chip of spreading code is transmitted, the codes orthogonallity can not be maintained in a frequency selective channel and the MAI (Multiple Access Interface) limits the system preformance. The goal of this thesis is to study an optimisation of MC-CDMA system in a multi-path based on the development of an original code allocation strategy. It is based primarly on a study of the performance of an MC-CDMA system. After obtaining the analytical expressions of the correlation channel after equalization and MAI power, the system performance is analyzed in terms of degree of fading corralation on sub-carrier, the considered technique of equalization (MRC, EGC, MMSE) and the properties of spreading codes assigned to active users. To optimize the MC-CDMA technology, our approach consists in selecting the sets of codes "optimal" that minimizes the MAI power affecting different active users. The exhaustive search of these codes is more complex in term of computing time when the code lenght increases, we propose a simple and speed code allocation strategy to minimize cost function related to the MAI and obtained by the approximation of channel correlation. Finally, we present an iterative algorithm designed to have a low complexity, and to limit the number of considered ocdes sets integrating a new users easily and independent of the concerned codes family. The simulation results illustrate the effectiveness of our algorithm based on the degree of subcarriers corraltion, the rate of loading and signal to noise. Unlike to conventional optimization techniques, our solution significantly improves the performance of MC-CDMA system without introducing additional complexity at the receiver.La technique MC-COMA (Multi-Carrier Code Division Multiple Access) qui combine modulation multiporteuse et étalement de spectre est une solution très prometteuse pour le lien descendant des futurs systèmes de communication à très haut débit. Cependant comme chaque chip du code d'étalement est envoyé sur une sousporteuse différente, l'orthogonalité des codes ne peut être maintenue dans un canal sélectif en fréquence et la MAI (Multiple Access Interference) qui en résulte limite les performances du système. Ce travail de thèse a pour but l'étude et l'optimisation d'un système MC-COMA dans un canal multi-trajets basée sur le développement d'une stratégie originale d'allocation de codes. Celle-ci repose d'abord sur une étude des performances d'un système MC-COMA. Après avoir obtenu les expressions analytiques de la corrélation du canal après égalisation et de la puissance de la MAI, les performances du système sont analysées au regard du degré de corrélation des évanouissements sur les sous-porteuses, de la technique d'égalisation du canal considérée (MRC, EGC, MMSE) ainsi que des propriétés des codes d'étalement attribués aux utilisateurs actifs. Pour optimiser la technique MC-COMA, notre approche consiste à rechercher les ensembles de codes optimaux qui minimisent la puissance de la MAI affectant les différents utilisateurs actifs. La recherche exhaustive de ces codes étant beaucoup trop coûteuse en temps de calcul dès que la longueur des codes augmente, nous proposons une stratégie d'allocation de codes simple et rapide consistant à minimiser une fonction de coût liée à la MAI et obtenue par approximation de la corrélation du canal. Nous présentons alors un algorithme de recherche itératif limitant, par souci de tàible complexité, le nombre d'ensembles de codes à examiner, intégrant facilement de nouveaux utilisateurs et indépendant de la famille de codes considérée. Des résultats de simulation viennent enfin illustrer l'efficacité de notre algorithme en fonction du degré de corrélation des porteuses, du taux de charge et du rapport signal sur bruit. Ils montrent que notre solution améliore de façon significative les performances d'un système MC-COMA sans introduire de complexité supplémentaire au niveau du récepteur, contrairement aux techniques d'optimisation classiques.VALENCIENNES-BU Sciences Lettres (596062101) / SudocSudocFranceF

Modélisation et étude de la transmission d'information par codes graphiques

ALes codes graphiques tels que les codes-barres et les codes 2D sont une technologie majeure de l'identification et de l'EDI. L'affichage et la lecture de ces pictogrammes bicolores constituent un système singulier de communication numérique, ce qui nous a amené à conduire son analyse en nous axant sur la théorie de l'information. Nous avons proposé sur les bases radiométriques et optiques une modélisation du canal de transmission par un filtre linéaire bruité par un processus additif gaussien. Les paramètres du modèle sont ainsi fonction des caractéristiques du code, de son positionnement, de la puissance de rayonnement et des caractéristiques de la caméra. Les performances du système sont évaluées en calculant l'information mutuelle moyenne (IMM). Dans le cas 1D (codes-barres), l'IMM est estimée par une variante de l'étape "Forward" du BCJR en utilisant la markovianité du canal. L'IMM est alors une mesure objective à partir de laquelle nous définissons une profondeur de champ ainsi qu'une résolution spatiale théorique. Ces deux critères complètent et enrichissent leur pendant géométrique en tenant compte des distorsions et du bruit du canal. Dans le cas 2D, nous avons montré que le modèle implique que la distribution de probabilité des données émises sachant les observations (a posteriori) est celle d'un champ de Gibbs. Nous avons ainsi mis en évidence le lien entre l'estimation du flux d'information du système et celle de l'énergie libre du champ aléatoire. Parmi les perspectives des travaux: l'ajout de la couleur, l'application d'un codage canal et des principes turbo.Graphical Codes such as barcodes and 2D codes are a leading technology in identification and EDI. Displaying and reading these black and white pictograrns is equivalent to a singular digital communication system such that we drove our study according to information theory. From radiometry and optics principles, we've proposed a transmission channel model as a linear filter with Gaussian noise. Model parameters are thus function of code and camera characteristics, positioning and radiating power. System performances are evaluated with the computation of average mutual information (AMI). ln the 1D case (barcodes), AMI is estimated with a version of the BCJR Forward recursion by using channel markovianity. AMI is then an objective measure from which we define a theoretic depth of field and spatial resolution. These two criteria complement their geometrical equivalent by considering channel distortions and noise. ln the 2D case, we've shown that the model imply that the probability distribution of data knowing observations (a posteriori) is a Gibbs random field. We have thus highlighted that the evaluation of system's information rate is equivalent to the estimation of the random field free energy. The perspectives of the works are: adding colour to the codes, channel coding and the application of turbo principles.LILLE1-Bib. Electronique (590099901) / SudocSudocFranceF

Etude statistique d'images SAR de la surface de la mer

Les images obtenues par Radar à Ouverture Synthétique (Ros ou SAR) sont très riches en information. Le bruit de speckle inhérent à leur acquisition les rendent difficiles à exploiter. La connaissance du modèle stochastique des images de houle permet de caractériser leur texture et ainsi de les exploiter. Nous cherchons ici la distribution du niveau de gris des images radar. Les lois de Rayleigh, K, lognormale et de Weibull sont couramment citées dans les publications. La méthode des moments permet de déterminer la distribution parmi un grand nombre de lois appartenant au système de Pearson. Chaque distribution sera représentée dans le graphe utilisée par cette méthode. Nous montrons par un test statistique que les lois obtenues par la méthode des moments s'ajustent mieux à l'histogramme de l'image SAR que celles postulées classiquement