Poursuite multi-cible pour le traitement d'antennes : application à la reconstruction bathymétrique sonar

In this thesis, we consider the problem of tracking the direction of arrival (DOA) of multiple targets with phased arrays. Different methods are proposed and applied to bathymetry reconstruction in port and canal areas. Bathymetry represents an underwater depth map, that is, a 3D image of the underwater relief, which is obtained by processing sonar phased array data. Port and canal areas pose new challenges, such as multi-path propagation and reverberation, which for classical array processing methods lead to numerous ¿spurious¿ DOA estimates (i.e. false detections). The proposed methods are detailed in the three parts of this thesis and gradually incorporate different characteristics of the sonar array signal. The first approach considers a known number of already initialized target trajectories and considers filtering (i.e. the elimination of false detections) as a post processing step. A complete processor is proposed next, that considers an unknown and fluctuant number of targets. The proposed filter is capable of estimating adaptively the number of targets and also their positions, i.e. state vectors. In the third part of this thesis, an improved estimator for the number of targets is considered and the sonar signal model is extended to include angularly distributed targets and impulsive non-Gaussian signals. We show that the multi-target tracking filters proposed in this work solve the problem of bathymetry reconstruction in presence of interfering echoes generated by multi-path and reverberation. The proposed filters are tested on real sonar data acquired in the Everglades Port in Florida, USA.Dans ces travaux de doctorat, nous détaillons le problème de la poursuite de la direction d'arrivé (DOA) de cibles multiples avec un réseau d'antennes déphasées sous diverses hypothèses. Les méthodes développées dans ce doctorat sont appliquées au problème de la reconstruction bathymétrique (c'est-à-dire du fond-marin) pour des environnements portuaires. L'environnent portuaire est un environnent " encombré " et la reconstruction bathymétrique de cet environnement pose certaines problématiques, comme les trajets multiples ou la réverbération volumique et surfacique. Les méthodes classiques de traitement d'antennes sont mises en défaut par ces phénomènes induits par cet environnement particulier. Les différentes méthodes, détaillées dans les trois parties de cette thèse, incorporent graduellement des spécificités du signal sonar dans cet environnement. La première approche considère un nombre connu des cibles avec trajectoires déjà initialisées, et traite le problème de filtrage (autrement l'élimination des échos parasites) grâce à un post traitement. Un traitement complet, à partir du signal d'antenne, est proposé ensuite et considère un nombre inconnu et fluctuant de cibles. Le filtre proposé est capable d'estimer le nombre de cibles présentes ainsi que leur positionnement directement à partir du signal d'antenne (sans formation de voies). Dans une troisième partie, une amélioration de l'estimation du nombre des cibles est proposée pour ce filtrage. L'étalement angulaire des cibles sonar (le fond) et la nature impulsionnelle des signaux sonar sont pris en compte dans cette dernière approche. Nous démontrons que l'approche de poursuite multi-échos développée dans ce travail, répond au besoin de reconstruction bathymétrique en présence des interférences observées en milieu portuaire. Les solutions proposées sont testées sur des données sonar bathymétrique acquises dans le port des Everglades en Floride