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Stage IMT Atlantique : Reconnaissance aveugle de modulation des signaux de communication acoustiques sous-marins

19 Octobre 2023

Catégorie : Stagiaire

Stage M2-Ingénieur à IMT Atlantique : Reconnaissance aveugle de modulation des signaux de communication acoustiques sous-marins

 

Contexte

La connaissance et l’exploitation de l’environnement marin constitue un enjeu majeur du 21esiècle, tant dupoint de vue économique que pour des questions d’écologie des espaces maritime, d’aménagement et de préservation du littoral, ou encorede sécurité du territoire. Étant données leurs bonnes propriétés de propagation sous l’eau, les ondes acoustiques sont le support privilégié pour l’inférence et la transmission d’informations dans l’environnement sous-marin. Dans ce contexte, la caractérisation du paysage sonore sur une zone donnée est primordiale pour de nombreuses applications comme l’analyse de la pollution sonore anthropique, l’étude d’espèces biologiques ou la détection de menaces. Ainsi, il est important de pouvoir détecter et identifier toutes les sources sonores actives sur zone, parmi lesquelles figurent possiblement des signaux de communication.

La littérature scientifique sur la reconnaissance aveuglede modulations est relativement abondante [1]. Toutefois, celle-ci se limite en grande partie à des contextes de communications radio-fréquences terrestres et n’est pas directement applicable sous l’eau. En effet, le canal de propagation acoustique sous-marin (ASM) peut fortement distordre les signaux transmis et modifier les signatures usuelles utilisées pour la reconnaissance [2]. De plus, du fait de l’hétérogénéité de l’environnement ASM, les méthodes de reconnaissance doivent être généralisables en maintenant des performances de classification élevées même lorsque les distributions des données d’apprentissage diffèrent significativement des celles utilisées en contexte opérationnel. Enfin, certaines classes de modulation sont propres au contexte ASM.

Travail à réaliser

L’objectif du stage est d’étudier des méthodes de reconnaissance de modulation adaptées au contexte ASM. Le travail consistera à :

  1. Réaliser un état de l’art des méthodes utilisées dans le contexte acoustique sous-marin.
  2. Identifier et implémenter des stratégies de reconnaissance offrant un potentiel intéressant de généralisation [3,4].
  3. Valider ces méthodes sur des données expérimentales mises à disposition [5].

Profil recherché et candidature

Le candidat ou la candidate doit être étudiant.e en M2 ou école d’ingénieur. De très bonnes connaissances en traitement statistique du signal et apprentissage automatique sont requises ainsi qu’une maîtrise du logiciel Matlab et/ou du langage Python. Le stage sera basé à IMT Atlantique sur le site de Brest. L’équipe encadrante possède une longue expérience en analyse aveugle de signaux de communication et en acoustique sous-marine.

CV, lettre de motivation et relevé de notes à envoyer à : François-Xavier Socheleau (fx.socheleau@imt-atlantique.fr) et Sébastien Houcke (sebastien.houcke@imt-atlantique.fr)

Durée : 4 à 6 mois (printemps 2024)

Références

[1] : Zhu, Z., & Nandi, A. K. (2015). Automatic modulation classification: principles, algorithms and applications. John Wiley & Sons.

[2] : Socheleau, F. X. (2022). Cyclostationarity of Communication Signals in Underwater Acoustic Channels. IEEE Journal of Oceanic Engineering.

[3]: Snoap, John A., et al. "Deep-Learning-Based Classification of Digitally Modulated Signals Using Capsule Networks and Cyclic Cumulants." Sensors 23.12 (2023): 5735.

[4]: Snoap, John A., Dimitrie C. Popescu, and Chad M. Spooner. "Novel Nonlinear Neural-Network Layers for High Performance and Generalization in Modulation-Recognition Applications." arXiv preprint arXiv:2308.06886 (2023).

[5] : van Walree, P. A., Socheleau, F. X., Otnes, R., & Jenserud, T. (2017). The watermark benchmark for underwater acoustic modulation schemes. IEEE journal of oceanic engineering, 42(4), 1007-1018.