Tolerance à l'effet Doppler et signaux optimaux sonar émis par les Chauves-Souris

Optimal reception for a SONAR echo in a wide band stationnary noise is provided by a coherent receiver or matched filter. Arrival time is estimated by this receiver without bias with a convenient time origin. This may be drastically influenced by the signal's parameters, and is derived from the modulation laws. The Doppler tolerance is then defined by the invariance of the signal to noise ratio versus the radial speed. Such a property may be generalized for a variable Doppler effect, in particular for the acceleration tolerance. Under various constraints an optimal class of waveforms is synthesized with minimum error, or without coupling effects for range and speed estimations. An ambiguity function is used to compare the optimum waveforms and the SONAR signals emitted by bats. Many of these signals are similar to the range rate tolerant ones and the acceleration tolerant ones. The intrinsic parameters of the signals may be used to get a classification of various SONAR signals emitted by bats.

Sommaire

L'étude de la réception optimale d'un signal écho dans un bruit aléatoire localement stationnaire conduit dans divers cas au récepteur cohérent encore appelé filtre adapté. Estimer la date d'arrivée de l'écho nécessite une date origine. Celle-ci dépend de la répresentation choisie pour l'écho; un choix correct lié aux caractéristiques du signal élimine tout biais d'estimation. La tolérance à l'effet Doppler se définit alors par le maintien des performances en rapport signal sur bruit quel que soit le taux d'effet Doppler. Une telle étude peut être conduite pour un effet Doppler variable et des conclusions analogues existent quant à la tolérance à I'accé1ération. Tenant compte des contraintes physiques, la recherche de classes de signaux minimisant la variance d'estimation, ou annulant le terme de couplage entre estimation de distance et de vitesse, est alors possible. Comparant à l'aide de la fonction d'Ambiguité ces signaux avec ceux émis par les Chauves-Souris, il apparait entre eux une forte similitude; lors de la poursuite de proie certains signaux SONAR possèdent des paramètres les définissant comme tolérant la vitesse ou l'accélération. Ces paramètres peuvent servir à la classification des signaux SONAR de Chauves-Souris.

Zusammenfassung

Die Untersuchung des optimalen Empfangs eines Echosignals, das in ein regelloses, lokal stationäres Geräusch eingebettet ist, führt in verschiedenen Fällen auf einen kohärentenEmpfänger, der noch als angepaßtes Filter bezeichnet werden kann. Zur Schätzung der Ankunftszeit eines Echos ist ein Anfangswert erforderlich, wie groß er auch sei. Dieser hängt von der gewählten Darstellung des Echos ab; eine korrekte Wahl auf der Grundlage der Signalcharakteristik beseitigt jede Willkür der Schätzung. Die Dopplertoleranz wird in diesem Zusammenhang als Unempfindlichkeit der Erkennung bezüglich des Signals im Lärm gegenüber der Dopplerverschiebung definiert. Eine derartige Untersuchung kann auch auf einen variablen Dopplereffekt ausgedehnt werden, und man kann Analogschlüsse bezüglich der Toleranz gegenüber einer Beschleunigung ziehen. Unter der Berücksichtigung physikalischer Einschränkungen können dann Signalklassen untersucht werden, welche die Unsicherheit der Schätzung minimieren oder die Kopplung zwischen Abstands- und Geschwindigkeitsschätzung aufheben. Vergleicht man diese Signale mit Hilfe der Ambiguity-Funktion mit denen, die von Fledermäusen ausgesandt werden, so zeigt sich zwischen beiden eine starke Ähnlichkeit; während der Verfolgung der Beute besitzen gewisse Sonarsignale Eigenschaften, die sich als unempfindlich gegenüber der Geschwindigkeit oder der Beschleunigung erweisen. Diese Parameter können zur Klassifikation der Sonarsignale von Fledermäusen dienen.