Vers une pêche durable : conception d'un système de communication et de localisation acoustique sous-marine basé sur des signaux vobulés
Towards sustainable fishing : a hybrid system for underwater acoustic communication and localization based on chirp signals
Résumé
Over the last decades, underwater acoustic communication and localization systems have received much interest in diverse applications such as conducting ocean research, exploring natural resources, connecting autonomous underwater vehicles, and navigation. However, using acoustic waves that propagate at a low speed, approximately 1500 m/s, limits the bandwidth of communication. Besides, the underwater acoustic channel (UWA) is considered one of the most difficult mediums to use because of the severe transmission loss, multipath, high Doppler spread and shift, and important time and spatial variability. As a result, ensuring data link communication or localization in such channels requires the deployment of transmitters with high power, which could acoustically pollute the environment and participate in the migration of species. In this context, the purpose of this thesis is to enable a more sustainable and responsible fishing practice. We focused on addressing the issue of lost fishing nets in the ocean. Based on the waveform of the emitted signals, which is linear frequency modulation (chirp), we propose a hybrid acoustic system for communication and localization underwater. This system offers fishers the ability to enhance their fishing activities by establishing a reliable data link and facilitating the tracking of the fishing nets. This way, fishers will be able to find their nets if they get lost and avoid the creation of waste in the ocean.The proposed system is based on a technique called differential chirp spread spectrum (DCSS) with additional processes at the receiver to overcome the challenging characteristics of the UWA channel. The DCSS modulation offers the ability to deploy a less disruptive network for marine animals since it is possible to demodulate received signals at a low level of signal-to-noise ratio (SNR). Moreover, multiple synchronized hydrophones are used at the receiver to calculate the time differential of arrival (TDOA) and then estimate the localization of the acoustic sources.
Au cours des dernières décennies, les systèmes de communication et localisation acoustiques sous-marins ont suscité un grand intérêt dans diverses applications telles que la recherche océanique, l'exploration des ressources naturelles, la connexion de véhicules autonomes sous-marins et la navigation. Cependant, l'utilisation d'ondes acoustiques qui se propagent à une faible vitesse, environ 1500 m/s, limite la bande de communication. En outre, le canal acoustique sous-marin (ASM) est considéré comme l'un des milieus les plus difficiles à utiliser en raison de l'importante perte de transmission, l'effet multi-trajets, l'effet Doppler et la variabilité temporelle et spatiale. Par conséquent, assurer une communication dans ces canaux nécessite le déploiement des émetteurs avec une grande puissance de transmission ce qui pourrait polluer acoustiquement l'environnement et participer à la migration des espèces marins. Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse est de proposer des solutions techniques pour rendre la pêche durable et responsable. Plus précisement, nous nous sommes concentrés sur la problèmatique des filets de pêche perdus dans l'océan. En se basant sur la forme d'onde des signaux émis, qui est une modulation linéaire de fréquence, nous proposons un système acoustique hybride permettant la communication et la localisation des filets de pêche. Ce système offre aux pêcheurs la possibilité de bien mener leurs activités de pêche en établissant une communication fiable et en facilitant le suivi des filets de pêche. De plus, ce système permettrait également aux pêcheurs de retrouver leurs filets de pêche en cas de perte et d'éviter la création de déchets dans l'océan.Le système proposé est basé sur une technique appelée "differential chirp spread spectrum" (DCSS) avec des traitements supplémentaires au niveau du récepteur pour surmonter les caractéristiques difficiles du canal ASM. La modulation DCSS permet de déployer un réseau moins perturbant pour les animaux marins, puisqu'il est possible de démoduler les signaux reçus à un niveau faible de rapport signal-bruit. En outre,de multiples hydrophones synchronisés sont utilisés au niveau du récepteur pour calculer la différence de temps d'arrivée et estimer ensuite la localisation des sources acoustiques.
Origine : Version validée par le jury (STAR)