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Salt tectonic imaging at crustal and experimental scales by seismic migration and adjoint method / Javier Abreu-Torres (2022)  

Public Titre : Salt tectonic imaging at crustal and experimental scales by seismic migration and adjoint method : offshore application context Type de document : Thèse/HDR Auteurs : Javier Abreu-Torres, Auteur ; José Darrozes, Directeur de thèse ; Roland Martin, Directeur de thèse Editeur : Toulouse : Université de Toulouse 3 Paul Sabatier Année de publication : 2022 Importance : 204 p. Format : 21 x 30 cm Note générale : Bibliographie Thèse présentée pour l'obtention du Doctorat de l'Université Paul Sabatier Toulouse 3, Spécialité Astrophysique, Sciences de l'Espace, Planétologie Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Traitement du signal [Termes IGN] corrélation d'images [Termes IGN] données géologiques [Termes IGN] modèle 3D du site [Termes IGN] onde sismique [Termes IGN] scène sous-marine [Termes IGN] sel [Termes IGN] structure géologique [Termes IGN] temps de propagation Index. décimale : THESE Thèses et HDR Résumé : (Auteur) La découverte de structures géologiques salines est une raison économique importante pour l'exploration dans le monde car elles constituent un piège naturel pour diverses ressources. Cependant, l'imagerie de ces structures est un grand défi. En raison des propriétés du sel, dont les vitesses de propagation sont beaucoup plus élevées que celles des strates adjacentes, les ondes sismiques sont piégées dans ces structures, produisant un grand nombre d'artefacts numériques parasites, tels que des multiples. Cela interfère avec le signal sismique primaire, ce qui empêche de voir clairement ce qui se trouve sous les structures salifères. Parmi toutes les méthodes d'exploration géophysique, la méthode de migration par renversement temporel (RTM), qui fait partie des méthodes qui utilisent la résolution de la forme d'onde sismique complète, est un outil d'imagerie très puissant, même dans les régions à géologie complexe. Dans ce travail, nous utilisons la méthode RTM basée sur l'adjoint, qui consiste essentiellement en trois étapes : la solution de l'équation des ondes, la solution de l'équation des ondes adjointe et la condition d'imagerie, qui consiste en la corrélation des champs d'ondes directs et adjoints. Ce travail peut être divisé en deux cas d'étude : le premier cas consiste en un modèle synthétique bidimensionnel d'un dôme de sel, issu de la migration finale d'une étude réelle dans le Golfe du Mexique. Le second cas consiste en un modèle tridimensionnel expérimental (WAVES), élaboré par le laboratoire LMA de Marseille, qui simule une structure saline, structures sédimentaires environnantes, et un socle. Le modèle a été immergé dans l'eau pour recréer un sondage marin réaliste. Deux types de données différents ont été obtenus dans cette expérience : des données à décalage nul et des données à décalage multiple. Pour résoudre l'équation des ondes impliquée dans la méthode RTM basée sur l'adjoint, nous utilisons des différences finies d'ordre 4 dans les deux cas. De plus, dans le second cas, nous avons utilisé le code UniSolver, qui résout la méthode RTM basée sur l'adjoint en utilisant des différences finies d'ordre 4 et un parallélisme basé sur MPI. Nous avons mis en œuvre les équations viscoélastiques pour simuler l'effet de l'atténuation. Pour cette raison, le schéma "Checkpointing" est introduit pour calculer la condition d'imagerie et assurer la stabilité physique et numérique. Dans le premier cas d'étude, nous analysons la reconstruction de l'image du dôme de sel que produisent différents noyaux de sensibilité. Nous calculons ces noyaux en utilisant différentes paramétrisations (densité - vitesse P), ou (densité - constantes de Lamé) pour une rhéologie acoustique. Nous étudions également comment l'utilisation de différents modèles a priori affecte l'image finale en fonction du type de noyau calculé. En utilisant les résultats obtenus en 2D, nous calculons des noyaux synthétiques tridimensionnels en utilisant une rhéologie élastique. Dans le second cas, nous effectuons d'abord une calibration des propriétés du modèle pour des données à décalage nul, et une fois que les données synthétiques et réelles s'ajustent bien, nous calculons les noyaux tridimensionnels. Nous résolvons le problème direct pour le cas à décalage multiple avec et sans effets d'atténuation.[...] Note de contenu : 1. General introduction Introduction 1.1 Geological context 1.2 Scope of the study 1.3 Upper crust and near surface imaging 1.4 Introduction (en français) 1.5 Imagerie de la croûte supérieure et de la proche surface 2. Seismic wave equation resolution and seismic imaging methods 2.1 Forward problem equations 2.2 Reverse Time Migration method 2.3 Principles of the LSRTM method 2.4 Principles of the FWI method 2.5 Numerical solution of the wave equation 2.6 Generalization of the Checkpointing-based sensitivity kernel calculations 2.7 Multiple contamination of seismic data 2.8 Conclusions 3. 2D and 3D synthetic sensitivity analysis 3.1 2D synthetic RTM and sensitivity analysis of the kernels 3.2 Results in 2D 3.3 Discussion 3.4 3D synthetic elastic case 3.5 Acknowledgments 4. 3D imaging for a real case 4.1 Introduction 4.2 3D real viscoelastic case: The WAVES model 4.3 Viscoelastic imaging results using FWI 4.4 Discussion 4.5 Conclusions 5. Conclusions and perspectives Numéro de notice : 26942 Affiliation des auteurs : non IGN Thématique : IMAGERIE Nature : Thèse française Note de thèse : Thèse de Doctorat : Astrophysique, Sciences de l'Espace, Planétologie : Toulouse 3 : 2022 Organisme de stage : Géosciences Environnement Toulouse GET nature-HAL : Thèse DOI : sans Date de publication en ligne : 13/10/2022 En ligne : https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-03813706/document Format de la ressource électronique : URL Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=102118

GNSS/5G Hybridization for Urban Navigation / Anne-Marie Tobie (2021)  

Public Titre : GNSS/5G Hybridization for Urban Navigation Type de document : Thèse/HDR Auteurs : Anne-Marie Tobie, Auteur ; Axel Javier Garcia Pena, Directeur de thèse ; Paul Thevenon, Directeur de thèse Editeur : Toulouse : Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées Année de publication : 2021 Importance : 287 p. Format : 21 x 30 cm Note générale : Bibliographie Thèse pour obtenir le doctorat de l'Université de Toulouse, Spécialité Informatique et Télécommunications Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Traitement du signal [Termes IGN] 4G [Termes IGN] 5G [Termes IGN] bruit blanc [Termes IGN] GNSS assisté pour la navigation [Termes IGN] milieu urbain [Termes IGN] modèle mathématique [Termes IGN] positionnement en intérieur [Termes IGN] positionnement par GNSS [Termes IGN] signal Galileo [Termes IGN] signal GPS [Termes IGN] simulation de signal [Termes IGN] temps de propagation [Termes IGN] trajet multiple Index. décimale : THESE Thèses et HDR Résumé : (Auteur) Over the past few years, the need for positioning, and thus the number of positioning services in general, has been in constant growth. This need for positioning has been increasingly focused on constrained environments, such as urban or indoor environments, where GNSS (Global Navigation Satellite System) is known to have significant limitations: multipath as well as the lack of Line-of-Sight (LOS) satellite visibility degrades the GNSS positioning solution and makes it unsuitable for some urban or indoor applications. In order to improve the GNSS positioning performance in constrained environments, many solutions are already available: hybridization with additional sensors, [1], [2] or the use of signals of opportunity (SoO) for example, [3], [4], [5], [6], [7], [8]. Concerning SoO, mobile communication signals, such as the 4G Long Term Evolution (LTE) or 5G, are naturally envisioned for positioning, [3], [9], [10]. Indeed, a significant number of users are expected to be “connected-users” and 5G systems offers promising opportunities. 5G technology is being standardized at 3GPP [11]; the first complete release of 5G specifications, Release-15, was provided to the community in March 2018. 5G is an emerging technology and its positioning performance, as well as a potential generic receiver scheme to conduct positioning operations, is still under analysis. In order to study the potential capabilities provided by 5G systems and to develop a 5G-based generic positioning module scheme, the first fundamental step is to develop mathematical models of the processed 5G signals at each stage of the receiver for realistic propagation channel models: the mathematical expression of the useful received 5G signal as well as the AWG (Additive White Gaussian) noise statistics. In the Ph.D., the focus is given to the correlation operation which is the basic function implemented by typical ranging modules for 4G LTE signals [12], DVB signals [7], [8], and GNSS [13]. In fact, the knowledge of the correlation output mathematical model could allow for the development of optimal 5G signal processing techniques for ranging positioning. Previous efforts were made to provide mathematical models of received signals at the different receiver signal processing stages for signals with similar structures to 5G signals – Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) signals as defined in 3GPP standard, [14]. OFDM signal-type correlator output mathematical model and acquisition techniques were derived in [7], [15]. Moreover, in [8], [15], tracking techniques were proposed, analyzed and tested based on the correlator output mathematical model of [7]. However, these models were derived by assuming a constant propagation channel over the duration of the correlation. Unfortunately, when the Channel Impulse Response (CIR) provided by a realistic propagation channel is not considered to be constant over the duration of the correlation, the correlator output mathematical models are slightly different from the mathematical models proposed in [7], [8]. Therefore, the first main point considered in the Ph.D. consists in the development of mathematical models and statistics of processed 5G signals for positioning. In order to derive accurate mathematical models, the time evolution impact of the 5G standard compliant propagation channel is of the utmost importance. Note that, in the Ph.D., the continuous CIR will be approximated by a discretized CIR, and the continuous time-evolution will be replaced by the propagation channel generation sampling rate notion. This approximation makes sense since, in a real transmission/reception chain, the received time-continuous signal is, at the output of the Radio-Frequency (RF) front-end, sampled. Therefore, a preliminary step, prior to derive accurate mathematical models of processed 5G signals, consists in determining the most suitable CIR-generation sampling interval for a selected 5G standard compliant propagation channel, QuaDRiGa: trade-off between having a realistic characterization and its complexity. Complexity is especially important for 5G compliant channels with multiple emitter and receiver antennas, and high number of multipath. Then, the impact of a time-evolving propagation channel inside an OFDM symbol duration is studied. A method to select the most appropriate CIR sampling interval for accurate modelling of symbol demodulation, correlator outputs and delay tracking will also be proposed. Based on the correlator output mathematical models developed for realistic multipath environments for both GNSS and 5G systems, ranging modules are then developed. These ranging modules outputs the pseudo ranging measurements required to develop navigation solution. In order to improve the positioning availability and GNSS positioning performance in urban environment through the exploitation of 5G signals, both systems, GNSS and 5G communication systems, must be optimally combined. In fact, in order to achieve this optimal combination, both types of signals must be optimally processed, and the mathematical model of their generated pseudo range measurements must be accurately characterized. The second main objective of the Ph.D. aims thus at realistically characterizing GNSS and 5G pseudo range measurement mathematical models and at developing hybrid navigation modules exploiting/adapted to the derived pseudo range measurements mathematical models. In order to validate, the mathematical models developed in the Ph.D., a simulator is designed. The pseudo range measurements mathematical models are derived from a realistic simulator which integrates a typical GNSS receiver processing module and a typical 5G signal processing module proposition; moreover, in order to achieve a realistic characterization, the simulator implements highly realistic propagation channels for GNSS, SCHUN [16], and for 5G, QuaDRiGa [17] is developed. The hybrid navigation modules to be implemented and compared in this work are an Extended Kalman Filter (EKF) and an Unscented Kalman Filter (UKF). The performances of these hybrid navigation modules are then studied to quantify the improvements bringing by 5G TOA measurements. Note de contenu : 1- Introduction 2- GNSS signals, measurement model and positioning 3- 5G systems 4- Mathematical models and statistics of processed 5G signals for ranging based positioning for a realistic propagation channel 5- Synchronization module of a 5G signal 6- Characterization of pseudo range measurement errors due to propagation channels 7- Positioning in urban environment using 5G and GNSS measurements 8- Conclusion Numéro de notice : 26526 Affiliation des auteurs : non IGN Thématique : POSITIONNEMENT/URBANISME Nature : Thèse française Note de thèse : Thèse de Doctorat : Informatique et Télécommunications : Toulouse : 2021 Organisme de stage : Laboratoire de recherche ENAC nature-HAL : Thèse Date de publication en ligne : 09/04/2021 En ligne : https://hal-enac.archives-ouvertes.fr/tel-03189527/document Format de la ressource électronique : URL Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=97534

Bayesian-deep-learning estimation of earthquake location from single-station observations / S. Mostafa Mousavi in IEEE Transactions on geoscience and remote sensing, vol 58 n° 11 (November 2020)  

Public [article]  inIEEE Transactions on geoscience and remote sensing > vol 58 n° 11 (November 2020) . - pp 8211 - 8224 Titre : Bayesian-deep-learning estimation of earthquake location from single-station observations Type de document : Article/Communication Auteurs : S. Mostafa Mousavi, Auteur ; Gregory C. Beroza, Auteur Année de publication : 2020 Article en page(s) : pp 8211 - 8224 Note générale : bibliographie Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Traitement du signal [Termes IGN] apprentissage profond [Termes IGN] classification bayesienne [Termes IGN] classification par réseau neuronal convolutif [Termes IGN] détection du signal [Termes IGN] épicentre [Termes IGN] estimation bayesienne [Termes IGN] onde sismique [Termes IGN] régression [Termes IGN] séisme [Termes IGN] station d'observation [Termes IGN] surveillance géologique [Termes IGN] temps de propagation Résumé : (auteur) We present a deep-learning method for a single-station earthquake location, which we approach as a regression problem using two separate Bayesian neural networks. We use a multitask temporal convolutional neural network to learn epicentral distance and P travel time from 1-min seismograms. The network estimates epicentral distance and P travel time with mean errors of 0.23 km and 0.03 s and standard deviations of 5.42 km and 0.66 s, respectively, along with their epistemic and aleatory uncertainties. We design a separate multi-input network using standard convolutional layers to estimate the back-azimuth angle and its epistemic uncertainty. This network estimates the direction from which seismic waves arrive at the station with a mean error of 1°. Using this information, we estimate the epicenter, origin time, and depth along with their confidence intervals. We use a global data set of earthquake signals recorded within 1° (~112 km) from the event to build the model and demonstrate its performance. Our model can predict epicenter, origin time, and depth with mean errors of 7.3 km, 0.4 s, and 6.7 km, respectively, at different locations around the world. Our approach can be used for fast earthquake source characterization with a limited number of observations and also for estimating the location of earthquakes that are sparsely recorded—either because they are small or because stations are widely separated. Numéro de notice : A2020-684 Affiliation des auteurs : non IGN Thématique : IMAGERIE Nature : Article nature-HAL : ArtAvecCL-RevueIntern DOI : 10.1109/TGRS.2020.2988770 Date de publication en ligne : 06/05/2020 En ligne : https://doi.org/10.1109/TGRS.2020.2988770 Format de la ressource électronique : url article Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=96209 [article]

Raytracing atmospheric delays in ground-based GNSS reflectometry / T. Nicolaidou in Journal of geodesy, vol 94 n° 8 (August 2020)  

Public [article]  inJournal of geodesy > vol 94 n° 8 (August 2020) . - n° 68 Titre : Raytracing atmospheric delays in ground-based GNSS reflectometry Type de document : Article/Communication Auteurs : T. Nicolaidou, Auteur ; M.C. Santos, Auteur ; Simon D.P. Williams, Auteur ; et al., Auteur Année de publication : 2020 Article en page(s) : n° 68 Note générale : bibliographie Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Géodésie spatiale [Termes IGN] coin réflecteur [Termes IGN] correction atmosphérique [Termes IGN] lancer de rayons [Termes IGN] modèle atmosphérique [Termes IGN] réflectométrie par GNSS [Termes IGN] réfraction [Termes IGN] temps de propagation Résumé : (auteur) Several studies have recognized that Global Navigation Satellite System Reflectometry (GNSS-R) is subject to atmospheric propagation delays. Unfortunately, there is little information in the peer-reviewed literature about the methods and algorithms involved in correcting for this effect. We have developed an atmospheric ray-tracing procedure to solve rigorously the three-point boundary value problem of ground-based GNSS-R observations. We defined the reflection-minus-direct or interferometric delay in terms of vacuum distance and radio length. We clarified the roles of linear and angular refraction in splitting the total delay in two components, along-path and geometric. We have introduced for the first time two subcomponents of the atmospheric geometric delay, the geometry shift and the geometric excess. We have defined corresponding atmospheric altimetry corrections necessary for unbiased altimetry retrievals. Using simulations, we examined the interferometric atmospheric delay for a range of typical scenarios, where it attained centimeter-level values at low satellite elevation angles ~ 5° for a 10-m high station. We found a linear and exponential dependence on reflector height and satellite elevation angle, respectively. A similar trend was found for the atmospheric altimetry correction, albeit with an amplified meter-level magnitude. The two delay components were similar near the horizon while the angular one vanished at zenith. For the altimetry correction components, both remained non-zero at zenith. We thus quantified the atmospheric bias in GNSS-R sea level retrievals. Numéro de notice : A2020-538 Affiliation des auteurs : non IGN Thématique : POSITIONNEMENT Nature : Article nature-HAL : ArtAvecCL-RevueIntern DOI : 10.1007/s00190-020-01390-8 Date de publication en ligne : 23/07/2020 En ligne : https://doi.org/10.1007/s00190-020-01390-8 Format de la ressource électronique : URL article Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=95731 [article]

Modeling and sensing the vertical structure of the atmospheric path delay by microwave radiometry to correct SAR interferograms / Patrizia Basili in IEEE Transactions on geoscience and remote sensing, vol 52 n° 2 (February 2014)  

Public [article]  inIEEE Transactions on geoscience and remote sensing > vol 52 n° 2 (February 2014) . - pp 1324 - 1335 Titre : Modeling and sensing the vertical structure of the atmospheric path delay by microwave radiometry to correct SAR interferograms Type de document : Article/Communication Auteurs : Patrizia Basili, Auteur ; Stefania Bonafoni, Auteur ; Piero Ciotti, Auteur ; Nazzareno Pierdicca, Auteur Année de publication : 2014 Article en page(s) : pp 1324 - 1335 Note générale : Bibliographie Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Traitement d'image radar et applications [Termes IGN] correction atmosphérique [Termes IGN] données localisées 3D [Termes IGN] erreur de phase [Termes IGN] image radar moirée [Termes IGN] interféromètrie par radar à antenne synthétique [Termes IGN] modèle atmosphérique [Termes IGN] radiosondage [Termes IGN] température de luminance [Termes IGN] temps de propagation [Termes IGN] teneur en vapeur d'eau Résumé : (Auteur) The vertical structure of the atmospheric water vapor induces phase errors in interferometric synthetic aperture radar (SAR) data. This paper presents a simulation study to investigate whether spaceborne submillimeter radiometric observations, which can be realized with fairly high spatial resolution, are able to derive the vertical structure of the atmospheric wet delay. The accuracy of the retrieved zenith wet delay (ZWD) trend as a function of surface height is assessed in order to correct the associated height dependence of the interferometric phase error in a SAR interferogram. Using a simulated benchmark, we evaluate the errors associated with the use of both a linear and an exponential model of the behavior of ZWD as a function of the surface height. This paper shows a fairly accurate reconstruction of the trend parameters estimated from radiometer brightness temperature images, with respect to realistic atmospheric profiles provided by radiosounding observations (RAOBs). The trend parameters that we consider in this paper are the slope K for the linear model and scale height H for the exponential one. An overall better accuracy is found for the exponential model, which is more representative of the actual behavior of ZWD with height, resulting in a residual uncertainty in the path delay due to the atmospheric stratification of approximately 0.2-0.3 cm and nearly zero bias, as compared to RAOBs. Numéro de notice : A2014-070 Affiliation des auteurs : non IGN Thématique : IMAGERIE Nature : Article nature-HAL : ArtAvecCL-RevueIntern DOI : 10.1109/TGRS.2013.2250292 En ligne : https://doi.org/10.1109/TGRS.2013.2250292 Format de la ressource électronique : URL article Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=32975 [article]

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Monitoring precipitable water vapor in real-time using global navigation satellite systems / Seung-Woo Lee in Journal of geodesy, vol 87 n° 10-12 (October - December 2013)  

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A method for improving uncalibrated phase delay estimation and ambiguity-fixing in real-time precise point positioning / Xinging Li in Journal of geodesy, vol 87 n° 5 (May 2013)  

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Time, atomics clocks and relativistic geodesy / Enrico Mai (2013)

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Modelling and compensating internal light scattering in time of flight range cameras / Wilfiried Karel in Photogrammetric record, vol 27 n° 138 (June - August 2012)  

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Rapport du directeur sur l'activité et la gestion du Bureau International des Poids et Mesures (BIPM), 1er juillet 2009 - 30 juin 2010 / Bureau international des poids et mesures (2011)

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Rapport du directeur sur l'activité et la gestion du Bureau international des poids et mesures (BIPM), 1er juillet 2008 - 30 juin 2009 / Bureau international des poids et mesures (2009)

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Rapport du directeur sur l'activité et la gestion du Bureau International des Poids et Mesures (BIPM), 1er juillet 2007 - 30 juin 2008 / Bureau international des poids et mesures (2008)

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Rapport du directeur sur l'activité et la gestion du Bureau International des Poids et Mesures (BIPM), 1er juillet 2006 - 30 juin 2007 / Bureau international des poids et mesures (2007)

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Practical satellite navigation: part 2 GPS position and time determination / Huibert-Jan Lekkerkerk in Geoinformatics, vol 9 n° 2 (01/03/2006)

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Ground-penetrating radar measurement of crop and surface water content dynamics / G. Serbin in Remote sensing of environment, vol 96 n° 1 (15/05/2005)  

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