A strategy for interpretation in spectral analysis
Une stratégie pour l'interprétation en analyse spectrale. Détection et caractérisation des composantes d'un spectre.
Résumé
This thesis intends to build an original process of spectral analysis of stationary signals. Its originality lies in the decision concept that we used. It is not based on the choice of one method for a particular signal, but on a methods comparison. The purpose of this comparison is to estimate the signal spectral structures. We use an iterative interpretation of the spectrum based on the properties of the analysis methods. A complete and detailed theoretical study of each selected Fourier's method is presented. In some special complex cases, techniques of parameters optimisation are developed. The advantages and drawbacks of each method are underlined as well as their comparison. Some interpretation criteria have been developed. On one hand, some pre-analysis criteria are able to forecast the signal nature and to emit alarms : a sampling Shannon test, two measures of the signal period and a non-stationarity detection. On the other hand, some interpretation criteria want to characterise each spectrum frequency : an extraction of the background noise spectrum, a peak detection and a validation criterion of the spectral lines. Finally, a global structure for analysis and interpretation is presented. This process and the criteria have been validated on the signals of the ASPECT data-basis provided by our industrial partners : EDF and the Centre Technique des Systèmes Navals. The main application domains are vibration and acoustic measurements.
L'objectif de cette thèse est de proposer une démarche originale d'analyse spectrale de signaux stationnaires. L'originalité réside dans le concept de décision fondé, non pas sur le choix d'une méthode pour un signal analysé, mais sur une confrontation de méthodes. Cette confrontation a pour but d'estimer les structures spectrales du signal. Nous utilisons une interprétation itérative des spectres fondée sur les propriétés des méthodes d'analyse. Une étude théorique complète et approfondie de chaque méthode de Fourier retenue est présentée. Dans certains cas complexes, des techniques d'optimisation des paramètres par une procédure itérative sont développées. Les avantages et inconvénients de chaque méthode sont mis en évidence, ainsi que leur comparaison. Des critères d'interprétations ont été développés. D'un part des critères de pré-analyse cherchent à émettre des hypothèses sur la nature du signal et à émettre des alarmes : un test d'échantillonnage Shannon, deux mesures de la périodicité du signal et une détection de non-stationnarités. D'autre part, des critères d'interprétation des spectres ont pour but de caractériser chaque fréquence du spectre : une extraction de la ligne de fond du spectre, une détection de pics et un critère de validation de l'hypothèse fréquence pure. Enfin, une démarche générale d'analyse et d'interprétation spectrale a été mise au point. Cette démarche et les critères ont été validés sur les signaux réels de la base ASPECT. Les signaux ont été fournis par nos partenaires industriels, EDF et le Centre Technique des Systèmes Navals et issus des domaines vibratoire et acoustique.
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