Publications

Articles, Thèses, Brevets, Séminaires, Livres, Notes techniques

Recherche

Présentation de soutenance de thèse

Répartition de flux dans les réseaux de contenu, application à un contexte satellite.

Auteur : Thibaud Adrien

Defended on September 2, 2021.

Télécharger le document

With the emergence of video-on-demand services such as Netflix, the use of streaming has exploded in recent years. The large volume of data generated forces network operators to define and use new solutions. These solutions, even if they remain based on the IP stack, try to bypass the point-to-point communication between two hosts (CDN, P2P, ...). In this thesis, we are interested in a new approach, Information Centric Networking, which seeks to deconstruct the IP model by focusing on the desired content. The user indicates to the network that he wishes to obtain a data and the network takes care of retrieving this content. Among the many architectures proposed in the literature, Named Data Networking (NDN) seems to us to be the most mature architecture. For NDN to be a real opportunity for the Internet, it must offer a better Quality of Experience (QoE) to users while efficiently using network capacities. This is the core of this thesis : proposing a solution to NDN to manage user satisfaction. For content such as video, throughput is crucial. This is why we have decided to maximize the throughput to maximize the QoE. The new opportunities offered by NDNs, such as multipathing and caching, have allowed us to redefine the notion of ow in this paradigm. With this definition and the ability to perform processing on every node in the network, we decided to view the classic congestion control problem as finding a fair distribution of flows. In order for the users' QoE to be optimal, this distribution will have to best meet the demands. However, since the network resources are not infinite, tradeoffs must be made. For this purpose, we decided to use the Max-Min fairness criterion which allows us to obtain a Pareto equilibrium where the increase of a ow can only be done at the expense of another less privileged flow. The objective of this thesis was then to propose a solution to the newly formulated problem. We thus designed Cooperative Congestion Control, a distributed solution aiming at distributing the flows fairly on the network. It is based on a cooperation of each node where the users' needs are transmitted to the content providers and the network constraints are re-evaluated locally and transmitted to the users. The architecture of our solution is generic and is composed of several algorithms. We propose some implementations of these and show that even if a Pareto equilibrium is obtained, only local fairness is achieved. Indeed, due to lack of information, the decisions made by the nodes are limited. We also tested our solution on topologies including satellite links (thus offering high delays). Thanks to the emission of Interests regulated by our solution, we show that these high delays, and contrary to state-of-the-art solutions, have very little impact on the performance of CCC.

Lire la suite

Réseaux / Systèmes spatiaux de communication

Article de conférence

Robust Hypersphere Fitting from Noisy Data Using an EM Algorithm

Auteurs : Lesouple Julien, Pilastre Barbara, Altmann Yoann et Tourneret Jean-Yves

In Proc. European Conference on Signal Processing (EUSIPCO), Dublin, Ireland, August 23-27, 2021.

Télécharger le document

This article studies a robust expectation maximization (EM) algorithm to solve the problem of hypersphere fitting. This algorithm relies on the introduction of random latent vectors having independent von Mises-Fisher distributions defined on the hypersphere and random latent vectors indicating the presence of potential outliers. This model leads to an inference problem that can be solved with a simple EM algorithm. The performance of the resulting robust hypersphere fitting algorithm is evaluated for circle and sphere fitting with promising results.

Lire la suite

Traitement du signal et des images / Observation de la Terre

Article de journal

Foldings of Periodic Nonuniform Samplings

Auteurs : Lacaze Bernard et Fabre Serge

IEEE Transactions on Circuits and Systems II, vol. 69, issue 3, pp. 1862-1868, March 2022.

Télécharger le document

Periodic Nonuniform Samplings of order N (PNSN) are interleavings of periodic samplings. For a base period T, simple algorithms can be used to reconstruct functions of spectrum included in an union of N intervals δk of length 1/T. In this paper we study the behavior of these algorithms when applied to any function. We prove that they result in N (or less) foldings on , each of δk holding at most one folding.

Lire la suite

Traitement du signal et des images / Autre

Anomaly Detection and Classification in Multispectral Time Series based on Hidden Markov Models

Auteurs : Leon Lopez Kareth, Mouret Florian, Arguello Fuentes Henry et Tourneret Jean-Yves

IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, vol. 60, pp. 1-11, August, 2021.

Télécharger le document

Monitoring agriculture from satellite remote sensing data, such as multispectral images, has become a powerful tool since it has demonstrated a great potential for providing timely and accurate knowledge of crops. Detecting anomalies in time series of multispectral remote sensing images for crop monitoring is generally performed using a large sample of historical data at a pixel level. Conversely, this article presents a framework for anomaly detection (AD), localization, and classification that exploits the temporal information contained in a given season at a parcel level to detect and localize outliers using hidden Markov models (HMMs). Specifically, the AD part is based on the learning of HMM parameters associated with unlabeled normal data that are used in a second step to detect abnormal crop parcels referred to as anomalies. The learned HMM can also be used in time segments to temporally localize the anomalies affecting the crop parcels. The detected and localized anomalies are finally classified using a supervised classifier, e.g., based on support vector machines. The proposed framework is applicable to images partially covered by clouds and can handle a set of crop parcels acquired in the same season bypassing problems due to crop rotations. Numerical experiments are conducted on synthetic and real data, where the real data correspond to vegetation indices extracted from several multitemporal Sentinel-2 images of rapeseed crops. The proposed approach is compared to standard AD methods yielding better detection rates with the advantage of allowing anomalies to be localized and characterized.

Lire la suite

Traitement du signal et des images / Observation de la Terre

Article de conférence

SmartCoop Algorithm : Improving Smartphone Position Accuracy and Reliability via Collaborative Positioning

Auteurs : Verheyde Thomas, Blais Antoine, Macabiau Christophe et Marmet François-Xavier

In Proc. International Conference on Localization and GNSS (ICL-GNSS), Tampere, Finland, June 1-3, 2021.

Télécharger le document

In recent years, our society is preparing for a paradigm shift toward the hyper-connectivity of urban areas. This highly anticipated rise of connected smart city centers is led by the development of low-cost connected smartphone devices owned by each one of us. In this context, the demand for low-cost, high-precision localization solutions is driven by the development of novel autonomous systems. The creation of a collaborative based network will take advantage of the large number of connected devices in today's city center. This paper validates the positioning performance increase of Android low-cost smartphones device present in a collaborative network. The assessment will be made on both simulated and collected smartphone's GNSS raw data measurements. We propose a collaborative method based on the estimation of distances between network mobile users used in a SMARTphone COOPerative Positioning algorithm (SmartCoop) . Previous analysis made on smartphone data allow us to generate simulated data for experimenting our cooperative engine in nominal conditions. The evaluation and analysis of this innovative method shows a significant increase of accuracy and reliability of smartphones positioning capabilities. Position accuracy improves by more than 3m, in average, for all smartphones within the collaborative network.

Lire la suite

Communications numériques / Localisation et navigation

Article de journal

Insights on the Estimation Performance of GNSS-R Coherent and Noncoherent Processing Schemes

Auteurs : Ortega Espluga Lorenzo, Vilà-Valls Jordi et Chaumette Eric

IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, Early Access, pp. 1-5, May 27, 2021.

Télécharger le document

Parameter estimation is a problem of interest when designing new remote sensing instruments, and the corresponding lower performance bounds are a key tool to assess the performance of new estimators. In global navigation satellite systems reflectometry (GNSS-R), a noncoherent averaging is applied to reduce speckle and thermal noise, and subsequently the parameters of interest are estimated from the resulting waveform. This approach has been long regarded as suboptimal with respect to the optimal coherent one, which is true in terms of detection capabilities, but no analysis exists on the corresponding parameter estimation performance exploiting GNSS signals. First, we show that for certain signal models, both coherent and noncoherent Cramér-Rao bounds are equivalent, and therefore, any maximum likelihood estimation coherent/noncoherent combination scheme is efficient (optimal) at high signal-to-noise ratios. This is validated for an illustrative GNSS-R estimation problem. In addition, it is shown that considering the joint delay/Doppler/phase estimation problem, the noncoherent performance for the delay is still optimal, which is of practical importance for instance in altimetry applications.

Lire la suite

Traitement du signal et des images / Localisation et navigation et Systèmes spatiaux de communication

Improving the Estimation of the Wavenumber Spectra From Altimeter Observations

Auteurs : Mailhes Corinne, Besson Olivier, Guillot Amandine et Le Gac Sophie

IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing (Early Access), Vol. 60, pp. 1-10, May 5, 2021.

Télécharger le document

Satellite altimeters provide sea-level measurements along satellite track. A mean profile based on the measurements averaged over a time period is then subtracted to estimate the sea-level anomaly (SLA). In the spectral domain, SLA is characterized by a power spectral density (PSD) whose slope in a log-log scale is a parameter of great interest for ocean monitoring. Estimation of this spectral slope is usually done through a cumulated periodogram using a large number of signal samples. The location and dates of the data induce the spatial and temporal resolution of the slope estimates. To improve this resolution, this article studies a new parametric method based on an autoregressive model combined with a warping of the frequency scale (denoted as ARWARP). This ARWARP model provides a PSD estimate, with a lower variance than the classical Fourier-based ones and is reliable in the case of a small sample number. To give a reference in the performance of the SLA slope estimation, the corresponding Cramér-Rao bound is derived. Then, rather than performing linear regression on the spectral estimates, a new estimator of the slope is suggested, based on a model fitting of the PSD. A statistical validation is proposed on simulated SLA signals, showing the performance of slope estimation using this ARWARP spectral estimator, compared to classical Fourier-based methods. Application to Sentinel-3 real data highlights the main advantage of the ARWARP model, making possible SLA slope estimation on a short signal segment, i.e., with a high spatial and/or temporal resolution.

Lire la suite

Traitement du signal et des images / Observation de la Terre

Thèse de Doctorat

Systèmes et Algorithmes de Traitement d'Images pour l'Estimation de Déformées de Structures d'Avion en Vol

Auteur : Demoulin Quentin

Defended on April 30, 2021.

Télécharger le document

Contexte industriel Quels seront les moyens de transport aérien de demain ? Quelle technologie de rupture permettra de réaliser l’avion du futur ? L’industrie aérospatiale actuelle est confrontée à l’énorme défi de rendre ses véhicules plus durables, c’est-à-dire de créer des avions plus propres, plus écologiques et plus silencieux. Afin de relever ce défi, un important projet de développement d’Airbus consiste à concevoir des ailes plus intelligentes, dont les formes peuvent être optimisées pour les conditions de vol à la manière des oiseaux, ou à utiliser de nouveaux matériaux qui modifient les propriétés physiques de l’avion. Dans le cadre de la qualification et de la certification des avions, de nouveaux instruments doivent donc être proposés pour permettre ces évolutions technologiques. En particulier, de nouveaux moyens de mesure ou d’estimation des déformations des ailes doivent être proposés, permettant une meilleure compréhension des capacités des ailes et de leur comportement aérodynamique, grâce à une reconstruction 3D dynamique et dense en vol. En outre, ces recherches doivent être intégrées dans le plan de développement du centre d’essais en vol, dont les axes sont : • la réduction du cycle de certification des avions d’essai par l’accélération du développement et de l’installation des équipements, • la réduction de l’empreinte des instruments de mesure sur l’avion et de leurs contraintes opérationnelles, • la réduction des coûts d’installation des instruments d’essai en vol. Objectifs et enjeux Dans ce contexte industriel, l’objectif de cette thèse est de développer une nouvelle méthode de mesure de déformations des ailes répondant aux spécifications du centre d’essais en vol d’Airbus et de démontrer la faisabilité d’un système industriel. Dans un premier temps, le système proposé doit être capable de mesurer la flexion (élévation de l’aile) avec une incertitude inférieure à 10cm au bout de l’aile, pour une aile d’environ 30m de long, 10m de large, et capable de se déplacer dans un volume de 10m de haut. Deuxièmement, ce système devrait pouvoir effectuer des mesures pendant toute la durée d’un vol, c’est-à-dire jusqu’à 4 heures d’enregistrement, permettant l’acquisition de phénomènes dynamiques, soit une fréquence d’acquisition de l’ordre de 1 à 30Hz. Enfin, pour être intégré dans l’environnement d’essai en vol et suivre la ligne directrice du domaine, le système doit être rapide et facile à installer tout en restant aussi peu intrusif que possible, à savoir qu’il ne doit pas perturber ni le fonctionnement de l’avion et des autres essais ni l’équipage. Parallèlement, le monde des essais en 1 vol présente ses propres défis. La méthode proposée doit fonctionner dans un environnement non contrôlé, avec des variations de luminosité, d’éventuelles réflexions et ombres, des vibrations et des déformations de l’ensemble de l’avion. Il est à noter que les capteurs utilisés pour acquérir les mesures ne peuvent pas être installés n’importe où, et sont contraints d’être positionnés sur les hublots de l’avion.

Lire la suite

Traitement du signal et des images / Systèmes de communication aéronautiques

Présentation de soutenance de thèse

Systèmes et Algorithmes de Traitement d'Images pour l'Estimation de Déformées de Structures d'Avion en Vol

Auteur : Demoulin Quentin

Defended on April 30, 2021.

Télécharger le document

Contexte industriel Quels seront les moyens de transport aérien de demain ? Quelle technologie de rupture permettra de réaliser l’avion du futur ? L’industrie aérospatiale actuelle est confrontée à l’énorme défi de rendre ses véhicules plus durables, c’est-à-dire de créer des avions plus propres, plus écologiques et plus silencieux. Afin de relever ce défi, un important projet de développement d’Airbus consiste à concevoir des ailes plus intelligentes, dont les formes peuvent être optimisées pour les conditions de vol à la manière des oiseaux, ou à utiliser de nouveaux matériaux qui modifient les propriétés physiques de l’avion. Dans le cadre de la qualification et de la certification des avions, de nouveaux instruments doivent donc être proposés pour permettre ces évolutions technologiques. En particulier, de nouveaux moyens de mesure ou d’estimation des déformations des ailes doivent être proposés, permettant une meilleure compréhension des capacités des ailes et de leur comportement aérodynamique, grâce à une reconstruction 3D dynamique et dense en vol. En outre, ces recherches doivent être intégrées dans le plan de développement du centre d’essais en vol, dont les axes sont : • la réduction du cycle de certification des avions d’essai par l’accélération du développement et de l’installation des équipements, • la réduction de l’empreinte des instruments de mesure sur l’avion et de leurs contraintes opérationnelles, • la réduction des coûts d’installation des instruments d’essai en vol. Objectifs et enjeux Dans ce contexte industriel, l’objectif de cette thèse est de développer une nouvelle méthode de mesure de déformations des ailes répondant aux spécifications du centre d’essais en vol d’Airbus et de démontrer la faisabilité d’un système industriel. Dans un premier temps, le système proposé doit être capable de mesurer la flexion (élévation de l’aile) avec une incertitude inférieure à 10cm au bout de l’aile, pour une aile d’environ 30m de long, 10m de large, et capable de se déplacer dans un volume de 10m de haut. Deuxièmement, ce système devrait pouvoir effectuer des mesures pendant toute la durée d’un vol, c’est-à-dire jusqu’à 4 heures d’enregistrement, permettant l’acquisition de phénomènes dynamiques, soit une fréquence d’acquisition de l’ordre de 1 à 30Hz. Enfin, pour être intégré dans l’environnement d’essai en vol et suivre la ligne directrice du domaine, le système doit être rapide et facile à installer tout en restant aussi peu intrusif que possible, à savoir qu’il ne doit pas perturber ni le fonctionnement de l’avion et des autres essais ni l’équipage. Parallèlement, le monde des essais en 1 vol présente ses propres défis. La méthode proposée doit fonctionner dans un environnement non contrôlé, avec des variations de luminosité, d’éventuelles réflexions et ombres, des vibrations et des déformations de l’ensemble de l’avion. Il est à noter que les capteurs utilisés pour acquérir les mesures ne peuvent pas être installés n’importe où, et sont contraints d’être positionnés sur les hublots de l’avion.

Lire la suite

Traitement du signal et des images / Systèmes de communication aéronautiques

Brevet

Procédé de réduction des erreurs liées aux multi-trajets d'un signal acquis bruité

Auteurs : Marmet François-Xavier, Robert Thierry, Michel Patrice et Jardak Nabil

n° FR3101710 A1, April 9, 2021.

Lire la suite

Traitement du signal et des images / Localisation et navigation

ADRESSE

7 boulevard de la Gare
31500 Toulouse
France

CONTACT


CNES
Thales Alenia Space
Collins Aerospace
SpaceAble
Toulouse INP
ISEA-SUPAERO
IPSA
ENAC
IMT Atlantique