Théorie de l’estimation appliquée à l’étude de performances d’un système anti-collision entre navires et cachalots - Optimal design of a whale of anti-collision system

Théorie de l’estimation appliquée à l’étude de performances d’un système anti-collision entre navires et cachalots

Optimal design of a whale of anti-collision system

C. Gervaise M. André 

ENSIETA, E3I2, EA3876, 2 rue François Verny, 29806, Brest Cedex 9, France

Laboratoire d’Applications bioacoustiques – Université Polytechnique de Catalogne, Avda. Rambla Exposicio, 08800 Vilanova i la Geltru, Barcelona, Spain

Corresponding Author Email: 
cedric.Gervaise@ensieta.fr
Page: 
13-27
|
Received: 
27 November 2006
|
Accepted: 
N/A
|
Published: 
30 April 2008
| Citation

OPEN ACCESS

Abstract: 

This paper summerizes tools coming from estimation’s theory to evaluate and design experimental device. Theses tools are applied to the "Whale Anti Collision System" dedicated to localise Sperm Whales and to avoid collision with ships. Relying on theoretical tools, our approach tries to be as close as possible of reality by using true sperm clicks, realistic measurement noise by allowing sensors and acoustic environmental missknowledges. Without any acoustic environmental assesment, WACS system shows to be a good tool for biology study but may not be enougth accurate to be included in a anti-collision network. With an acoustic environmental assesment, WACS system is accurate enough to be included in an anti-collision network. WACS settings and step of the anti-collision network are identified.

Résumé

Dans cet article, des outils issus de la théorie de l’estimation sont proposés pour permettre l’évaluation des performances et le dimensionnement de systèmes expérimentaux. Ceux-ci ont été appliqués au système WACS (Whales Anti Collision System), système de localisation passive des cachalots vocalisants ou non afin de contribuer à réduire les collisions avec les navires. Basée sur des outils théoriques, l’approche proposée s’attache à se rapprocher au mieux de la réalité par les hypothèses effectuées. Sans monitorage de l’environnement acoustique, il est démontré que WACS est un bon outil pour le biologiste mais pourraît ne pas être assez précis pour être inséré au sein d’un réseau anti-collision. Associé à un monitorage de l’environnement acoustique, il est démontré que WACS est assez précis pour être inclus dans un réseau anti-collision, les degrés de liberté de WACS sont optimisés et la maille du réseau est identifiée.

Keywords: 

Estimation theory, Cramer and Rao bounds, Marine mammals, Sperm whale, Localization device, Passive Acoustic, Collision Avoidance

Mots clés

Théorie de l’estimation, bornes de Cramer et Rao, mammifères marins, cachalots, système de localisation, acoustique passive, anti-collision

1. Introduction
2. Théorie De L’estimation Appliquée À L’évaluation De Performances Et Au Dimensionnement De Systèmes Expérimentaux
3. Paramétrisation Du Problème De Positionnement Des Cachalots Par Le Système WACS
4. Calcul Des Grandeurs Nécessaires À L’évaluation Des Performances Du Système De Localisation
5. Prévision De Performances Et Dimensionnement De Loc3D
6. Conclusions Et Perspectives
  References

[Andre04a] M. ANDRÉ, E. DELORY, M. VAN DER SCHAAR, « A passive acoustic solution to 3D whale monitoring », Proceeding of SeaTech Week2004, Brest, France, 2004.

[Andre04b] M. ANDRÉ, E. DELORY, M. VAN DER SCHAAR, « A passive mitigation solution to the effects of human-generated sound on marine mammals». Policy on Sounds and Marine Mammals: an International Workshop, London, England , 2004.

[Andre05] M. ANDRÉ, E. DELORY, M. VAN DER SCHAAR, J.V. CASTELL, « On the possibility of detecting and tracking echolocating whales by passive acoustics and ambient noise imaging », 19th Conference of the European Cetacean Society, La Rochelle, France, 2005.

[Andre07] M. ANDRÉ, T. JOHANSSON, E. DELORY, M. VAN DER SCHAAR, « Foraging on squid: the sperm whale mid-range sonar », J. Mar. Biol. Ass U.K.,87, 59-67, 2007.

[Andre08] M. ANDRÉ, C. GERVAISE, E. DELORY, M. VAN DER SCHAAR, « A real-time non-intrusive acoustic solution for 3D whale tracking », soumis J. Mar. Bio. Ass U. K.

[APL94] APL-UW, « High-frequency Ocean Environmental Acoustic Models Hand Book », Technical Report APL-UW TR9407 AEAS 9501, 1994.

[Backus66] R.H. BACKUS, W.E. SCHEVILL, « Physeter clicks », Whales, Dolphins and Porpoises, (ed. K.S. Norris) pp. 510-528. Univ. Calif. Press, Berkeley, 1966.

[Delory03] E. DELORY, J. L. NAVARRO-MESA, M. ANDRÉ, « Using sperm whale clicks to detect silent whales », proceeding 17th Annual Conference of the European Cetacean Society, Las Palmas de Gran Canaria, Espagne, 1993.

[Delory07] E. DELORY, M. ANDRÉ, J.-L. NAVARRO MESA, M. VAN DER SCHAAR, « On the possibility of detecting surfacing sperm whales at risk of collision using othersí foraging clicks ». J. Mar. Biol. Ass. U.K., 87, 47-58 (2007).

[Gervaise99] C. GERVAISE, « Caractérisation thermique multi-échelles de revêtements réfractaires – Comportement sous excitation périodique 26 traitement du signal 2008_volume 25_numéro spécial 1-2 CMM Théorie de l’estimation appliquée à l’étude de performances d’un système anti-collision entre navires et cachalots et identification par méthodes inverses », Thèse de Université Paul Sabatier, Toulouse, 26 Octobre 1999.

[Gervaise07] C. GERVAISE, S. VALLEZ, C. IOANA, Y. STEPHAN, Y. SIMARD, « Passive acoustic tomography : new concepts and applications using marine mammals », J. Mar. Biol. Ass U.K, (2007), 87, 5-10.

[Gaucher04] D. GAUCHER, « Étude des potentialités de la tomographie acoustique océanique passive », Thèse de l’université de Bretagne Occidentale, ED SMIS 0373, Brest, 19 janvier 2005.

[Kay93] S.M. KAY, « Fundamentals of Statistical Signal Processing: Estimation Theory », Prentice Hall PTR, 1993.

[Laplanche05a] C. LAPLANCHE, O. ADAM, M. LOPATKA, J.F. MOTSCH, « Measuring the off-axis angle and rotational movements of phonating sperm whales using a single hydrophone », J. Acoust. Soc. Am, 119(2005)(5).

[Laplanche05b] C. LAPLANCHE, O. ADAM, M. LOPATKA, J.F. MOTSCH, « Male sperm whale acoustic behaviour observed from multi paths at a single hydrophone », J. Acoust. Soc. Am, 118(2005)(4).

[Mohl03] B. MOHL, M. WAHLBERG, P.T. MADSEN, A. HEERFORDT, A. LUND, « The monopulsed nature of sperm whale clicks », Journal of the Acoustical Society of America, 114, 1143-1154, 2003.

[Vallez07] S. VALLEZ, C. GERVAISE, A. KHENCHAF, Y. STEPHAN, M. ANDRÉ, « Inversion géoacoustique d’un canal très petit fond à partir des navires en mouvement – traitement incohérent », présent numéro de la revue Traitement du Signal.

[Van der Schaar07a] M. VAN DER SCHAAR, E. DELORY, A. CATALÀ, M. ANDRÉ, « Neural network-based sperm whale click classification », J. Mar. Biol. Ass U.K., 87, 35-38, (2007).

[Van der Schaar07b] M. VAN DER SCHAAR, E. DELORY, J. VAN DER WEIDE, C. KAMMINGA, J.C. GOOLD, N. JAQUET, M. ANDRÉ, « A comparison of model and non-model based time-frequency transforms for sperm whale click classification », J. Mar. Biol. Ass U.K., 87, 27-34, 2007

[Worthington57] L.V. WORTHINGTON, W.E. SCHEVILL, « Underwater sounds heard from sperm whales », Nature, 180, 291, 1957.