Stage - étude et modélisation de la matrice de covariance spatiale du bruit ambiant dans la gamme basses fréquences appliquée à un réseau de capteurs de fond de mer f/h

À propos de nous

L’École navale constitue, pour la France, la grande école militaire de la mer. Située dans un cadre exceptionnel de 110 hectares sur la presqu’île de Crozon, bordée par la rade de Brest au Nord et la baie de Douarnenez au Sud, elle est l’institution de formation des officiers de la Marine nationale. Ce véritable creuset de l’excellence maritime forme des officiers de tous horizons, des marins d’État relevant de certaines spécialités, ainsi que des étudiants en master et doctorat. Sous statut d’établissement public sous tutelle du ministère des Armées depuis 2017, elle assure ainsi des missions d’enseignement supérieur et de recherche, forte de son institut de recherches et d’études navales, au profit d’environ 2 .000 élèves par an, soutenus par une équipe dynamique de 400 personnels permanents (militaires, enseignants, enseignants-chercheurs, administratifs et techniques).


Mission

Sujet du stage :

Étude et modélisation de la matrice de covariance spatiale du bruit ambiant dans la gamme basses fréquences appliquée à un réseau de capteurs de fond de mer.

En acoustique sous-marine, la localisation passive à l’aide d’un réseau de capteurs épars représente un défi scientifique majeur en raison de la complexité de l’environnement océanique. Les techniques de Matched Field Processing (MFP) ont suscité un fort intérêt dans la littérature comme solution potentielle à ce problème [1]. Cette approche peut être vue comme une méthode de formation de voies consistant à comparer les données mesurées à une bibliothèque de répliques simulées afin d’estimer la position de la source. Cependant, son application en conditions réelles reste limitée en raison de sa sensibilité aux inadéquations du modèle environnemental [2]. Dans le cas des signaux basse fréquence, tels que le bruit rayonné par les navires de surface, les incertitudes sur la bathymétrie et les propriétés du fond marin peuvent induire des erreurs significatives de localisation.

Pour s’affranchir de ces limitations, des variantes du MFP basées sur des répliques issues de données réelles ont récemment été explorées [3][4]. L’objectif est d’exploiter une source coopérante pour construire, à partir d’un ensemble de positions connues, une grandeur caractéristique de la position de la source. Cette bibliothèque de répliques « mesurées » est ensuite utilisée pour localiser une source inconnue. Une approche prometteuse pour la construction de ces répliques consiste à estimer le rapport des fonctions de transfert (Relative Transfer Function, RTF) [5][6] du guide d’ondes à partir des matrices de covariance spatiale du signal et du bruit.

Dans ce contexte, ce projet vise à étudier la matrice de covariance spatiale du bruit ambiant au sein d’un réseau d’observation de fond de mer.

Le stage s’articulera autour des étapes suivantes :

1) État de l’art des modèles théoriques de la matrice de covariance spatiale du bruit ambiant.

2) Estimation de la matrice de covariance du bruit ambiant pour le réseau étudié.

3) Analyse des variations des éléments de la matrice de covariance.

4) Ajustement d’un modèle et validation des résultats par une approche de type bootstrap.



Mots clefs : Traitement du signal, acoustique sous-marine, matrice de covariance spatiale, bruit ambiant, ingénieur, mer/maritime.



Références :

[1] A. B. Baggeroer, W. A. Kuperman, and P. N. Mikhalevsky. An overview of matched field methods in ocean acoustics. IEEE J. Oceanic Eng., 18:401–424, 1993.

[2] A. B Baggeroer. Why did applications of MFP fail, or did we not understand how to apply MFP? In Proc. 1st Int. Conf. and Exhib. on Underwater Acoustics. Greece, pages 41–49, 2013.

[3] L. T. Fialkowski et al. Matched-field processing using measured replica fields. J. Acoust. Soc. Am, 107:739–746, 2000.

[4] C. M. A. Verlinden, J. Sarkar, W. S. Hodgkiss, W. A. Kuperman, and K. G. Sabra. Passive acoustic source localization using sources of opportunity. J. Acoust. Soc. Am, 138:EL54–EL59, 2015.

[5] S. Gannot, D Burshtein, and E. Weinstein. Signal enhancement using beamforming and nonstationarity with applications to speech. IEEE Trans. Signal Process., 49:1614–1626, 2001.

[6] Markovich-Golan, S., & Gannot, S. (2015). Performance analysis of the covariance subtraction method for relative transfer function estimation and comparison to the covariance whitening method. 2015 IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP), 544–548.


Profil

Diplôme préparé : Étudiant(e) en Master (M1/M2) ou en école d’ingénieur, spécialisé(e) en traitement du signal, acoustique sous-marine.

Une bonne maîtrise de Python et un intérêt pour l’analyse de données expérimentales seront particulièrement appréciés.



Laboratoire de recherche : IRENav

Tuteurs du stage : M. Baptiste MENETRIER et M. Abdel BOUDRAA.



Localisation : Lanvéoc (29), Finistère

Début du stage : à partir de février 2026

Durée du stage : 4 à 6 mois

Gratification mensuelle dans le cadre d’une convention de stage.



Nous rejoindre, c’est notamment bénéficier des avantages suivants :

-Transport gratuit : desserte maritime depuis la base navale de Brest et car au départ de Daoulas (arrêt à Le Faou, Tal-ar-Groas et Lanvéoc)

-Une restauration sur place aux frais du candidat (avec une participation de l’employeur)



Les candidatures (CV et lettre de motivation) sont à transmettre avant le 23/11/2025, sous la référence "STG3-DRI" à recrutement@ecole-navale.fr