Compressive Sensing as a tool for exploiting sparsity and incoherence in computational electromagnetics

Séminaire le 8 Septembre 2015, 09h30 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle du conseil du L2S - B4.40
A. Massa (presenting author), G. Oliveri, M. Salucci, N. Anselmi (all at ELEDIA, University of Trento, A. Massa as DIGITEO Chair holder L2S & CEA LIST)


Gestion de la mobilité dans les réseaux Ad Hoc par anticipation des métriques de routage

Sabrine NAIMI
Soutenance de thèse de doctorat le 22 Juillet 2015, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette)

Avec le succès des communications sans fil, il devient possible d'accéder au réseau partout et à tout moment sans avoir recours à connecter physiquement les appareils communicants à une infrastructure. Les nœuds (ordinateurs portables, smartphones, etc) peuvent analyser les différents canaux radio afin de pouvoir s'associer à un réseau sans fil disponible (station de base, point d'accès, etc.) Un avantage indéniable de ses technologies sans fil est la possibilité d'être mobile tout en restant connecté. Cependant, la mobilité est une tâche difficile à gérer car elle doit être abordée à différentes couches pour être transparente aux utilisateurs. Dans les MANET (Mobile Ad hoc Network), les protocoles de routage utilisent des métriques pour sélectionner les meilleures routes. Les métriques peuvent refléter la qualité de la liaison sans fil et aider à gérer la mobilité.
Mais, un retard important entre l'estimation des métriques et leur inclusion dans le processus de routage rend cette approche inefficace.

Les travaux de cette thèse s'intéressent à la proposition de nouvelles méthodes de calcul des métriques de routage pour gérer le problème de la mobilité dans les réseaux ad hoc. Les nouvelles métriques doivent refléter la qualité du lien et être sensibles à la mobilité en même temps. Nous considérons les métriques classiques, en particulier ETX (Expected Transmission Count) et ETT (Expected Transmission Time). Nous introduisons de nouvelles méthodes pour anticiper les valeurs de ces métriques en utilisant des algorithmes de prédiction. Nous utilisons une approche Cross layer, qui permet l'utilisation conjointe de l'information à partir des couches 1, 2 et 3. La validation de nouvelles méthodes de calcul des métriques de routage nécessite une évaluation au travers d'un véritable banc d'essai. Nous avons donc également mis en oeuvre les nouvelles métriques de routage dans un testbed afin d'évaluer et de comparer leurs performances avec les métriques classiques.

Mots clés :
ETX, métrique, Ad Hoc, réseau sans fil, mobilité, anticipation

Membres du jury:

Directeur de thèse   Mme Véronique VÈQUE   Professeur (Université Paris-Sud)
Directeur de thèse  Mr Ridha BOUALLEGUE   Professeur (Université Tunis El Manar)
Co-directeur de thèse  Mr Anthony BUSSON   Professeur (Université Lyon 1)

Rapporteurs:
Mme Béatrice PAILLASSA   Professeur (Université de Toulouse)
Mme Kaouther SETHOM    Maître de conférences (Université de Carthage Tunis)

Examinateurs:
Mr Anis LAOUTI Enseignant-Chercheur (TELECOM SudParis)
Mme Anne FLADENMULLER Maître de Conférences HDR ( Université Pierre et Marie Curie)

S³: Bayesian Cyclic Networks, Mutual Information and Reduced-Order Bayesian Inference

Séminaire le 17 Juillet 2015, 10h30 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle des séminaires du L2S
Robert Niven, University of New South Wales, Canberra, Australia


A branch of Bayesian inference involves the analysis of so-called "Bayesian networks", defined as directed acyclic networks composed of probabilistic connections. We extend this class of networks to consider cyclic Bayesian networks, which incorporate every pair of inverse conditional probabilities or probability density functions, thereby enabling the application of Bayesian updating around the network. The networks are assumed Markovian, although this assumption can be relaxed when necessary. The analysis of probabilistic cycles reveals a deep connection to the mutual information between pairs of variables on the network. Analysis of a four-parameter network - of the form of a commutative diagram - is shown to enable thedevelopment of a new branch of Bayesian inference using a reduced order model (coarse-graining) framework.

Bio: https://research.unsw.edu.au/people/dr-robert-niven

Sequential strategies based on kriging

Emmanuel VAZQUEZ
Habilitation à Diriger des Recherches (HDR) le 15 Juillet 2015, 14h30 à

Emmanuel Vazquez entered the Ecole Normale Supérieure de Cachan in 1997 and was awarded the Agrégation de Physique Appliquée in 2000. In 2001, he obtained a Diplôme d'Etudes Approfondies in Mathematics for Vision and Learning, from the Ecole Normale Supérieure de Cachan. He received the Ph.D. degree in 2005 from the Orsay-Paris XI University, with a thesis on kernel-based non-linear systems black-box modeling. Since 2004, he is working at Supélec, now CentraleSupélec, as Associate Professor.

His research work focuses on sequential Bayesian search strategies and the design and analysis of computer experiments. This work is driven by a question central to many industrial problems: how to optimize the performance of a system using numerical simulations?  In particular, when simulations are time-consuming, it becomes essential to consider optimization algorithms that use the information provided by the simulations as efficiently as possible. The idea of the Bayesian approach for optimization is to use a random process as a model of the function to be optimized. Then, the optimization is performed by making evaluations of the function in sequence, each evaluation being chosen in order to minimize a criterion that quantifies the expected loss, under the random process model, incurred by taking the best evaluation result collected so far instead of the true unknown optimum. Both theoretical and practical aspects are considered in this work.

Membres du Jury :

* Fabrice Gamboa, Prof. Institut de Mathématiques de Toulouse
* Josselin Garnier, Prof. Univ. Paris-Diderot
* Bertrand Iooss, Ingénieur-Chercheur EDF R&D
* Luc Pronzato, DR CNRS
* Michèle Sébag, DR CNRS

Communication Sécurisée et Coopération dans les Réseaux sans Fil avec Interférence

Germán BASSI
Soutenance de thèse de doctorat le 6 Juillet 2015, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi Mesny

Dans cette thèse, nous menons une étude dans le cadre de la théorie de l'information sur deux questions importantes de la communication sans fil : l'amélioration du débit de données dans les réseaux avec interférence grâce à la coopération entre utilisateurs et le renforcement de la sécurité des transmissions à l'aide d'un signal de rétroaction.

Dans la première partie de la thèse, nous nous concentrons sur le modèle le plus simple qui intègre à la fois l'interférence et la coopération, le canal à relais et interférence ou IRC (Interference Relay Channel). Notre objectif est de caractériser dans un nombre fixe de bits la région de capacité du IRC gaussien, indépendante des conditions de canal. À cette fin, nous dérivons une nouvelle limite supérieure de la capacité et deux stratégies de transmission. La limite supérieure est notamment obtenue grâce à une extension non triviale que nous proposons, de la classe de canaux semi-déterministe et injective à l'origine dérivée par Telatar et Tse pour le canal à interférence. En outre, nous présentons deux stratégies de transmission qui combinent les stratégies de relayage de decode-and-forward (partiel) et compress-and-forward avec la stratégie de Han-Kobayashi pour faire face à l'interférence.

Dans la seconde partie de la thèse, nous étudions le canal avec espion et rétroaction généralisée ou WCGF (Wiretap Channel with Generalized Feedback). Notre objectif est de développer une stratégie de transmission générale qui englobe les résultats existants pour les différents modèles de rétroaction trouvés dans la littérature. À cette fin, nous proposons deux stratégies de transmission différentes sur la capacité du WCGF sans mémoire. Nous dérivons d'abord une stratégie de transmission qui est basée sur l'utilisation du codage de source et de canal conjoint, qui introduit des dépendances temporelles entre les sorties du signal de rétroaction et les entrées de canal à travers les différents blocs de temps. Nous introduisons ensuite une seconde stratégie de transmission où le signal de rétroaction est utilisé pour générer une clé secrète qui permet de chiffrer le message partiellement ou totalement. De plus, nous dérivons une stratégie d'accord de clé secrète pour le même modèle de canal.

Membres du jury:

Jean-Claude Belfiore Professeur Télécom ParisTech (Examinateur)

Deniz Gündüz  Professeur Assistant  Imperial College London (Examinateur)

Michel Kieffer  Professeur  CNRS / CentraleSupélec (Examinateur)

Pablo Piantanida  Professeur Assistant  CentraleSupélec (Encadrant de thèse)

Olivier Rioul  Professeur  Télécom ParisTech / LTCI CNRS (Examinateur)

Aydin Sez­gin  Professeur  Ruhr-Universität Bochum (Rapporteur)

Yang Sheng  Professeur Assistant  CentraleSupélec (Encadrant de thèse)

Daniela Tuninetti  Professeure Associée  University of Illinois at Chicago (Rapporteuse)

Multicast IP

Séminaire le 5 Juillet 2015, 12h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle du conseil du L2S - B4.40
Antthony Busson


S³: The method of brackets

Séminaire le 3 Juillet 2015, 10h30 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle du conseil du L2S - B4.40
Victor H. Moll, Department of Mathematics, Tulane University, New Orleans, USA


A new heuristic method for the evaluation of denite integrals is presented. This method of brackets has its origin in methods developed for the evaluation of Feynman diagrams. We describe the operational rules and illustrate the method with several examples. The method of brackets reduces the evaluation of a large class of denite integrals to the solution of a linear system of equations.

Bio: Victor H. Moll studied under Henry McKean at the Courant Institute, graduated in 1984 with a thesis on the Stabilization of the standing wave in a caricature for nerve conduction. This so-called caricature had been proposed by McKean as a simpler model from the classical Nagumo and Hodgkin-Huxley models. After graduation, he spent two years as a Lawton instructor at Temple University. In 1986 he moved to Tulane University, New Orleans, where he is now a Professor of Mathematics.
He is interested in all aspects of the mathematics coming from the evaluation of integrals. The subject is full of interesting problems that he shares with colleagues, graduate and undergraduate students. Among the variety of results that have come out of this work, one should mention the theory of Landen transformations that are the rational version of the well-known transformations of Landen and Gauss for
elliptic integrals. His long term project is to provide proofs, automatic and human of all entries
in the classical table of Integrals by I. S. Gradshteyn and I. M. Ryzhik. Most of his work comes from exploring, via symbolic languages, unexpected relations among classical objects. Some of his work has been written in the book Numbers and Functions published in the Student Mathematical Library series from AMS. He is actively involved with bringing undergraduates into Mathematics. He has guided undergraduate research at Tulane University and also was the research leader at the REU programs SIMU (at the University of Puerto Rico at Humacao 2000 and 2002) and at MSRI-UP, Berkeley (2008 and 2014). A large number of his students have continued to graduate school in Mathematics.

Localisation des sources aéro-acoustiques et imagerie à haute résolution

Jad ABOU CHAAYA
Soutenance de thèse de doctorat le 30 Juin 2015, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi Boucherot

La localisation de sources distribuées en champ proche présente un défi en traitement d'antenne. Une des applications est représentée par l'imagerie acoustique qui consiste à déterminer les positions et les puissances de sources aéro-acoustiques à l'aide d'un réseau de microphones. L'objectif est d’étudier et de réduire les sources aéroacoustiques dans l’industrie du transport. Néanmoins, dans la mesure de nos connaissances, les méthodes à haute résolution pour la localisation et l'estimation de puissance des sources avec étalement spatial n'ont pas était étudiée dans le domaine de l'imagerie acoustique.

Tout d’abord, le modèle de source Distribuées Cohérentes (DC) est étendu en champ proche ainsi que l'estimateur Distributed Signal Parameter Estimator (DSPE) sous le nom de NF-DSPE. Cependant, le NF-DSPE exige la connaissance à priori sur la forme de distribution de la dispersion de la source, la raison qui nous motive à proposer une estimation conjointe de l'angle, la distance, la dispersion et la forme de la source nommée JADSSE. Cette méthode fournit des estimations précises même en absence de l'information sur la forme de la distribution qui décrit la dispersion angulaire de la source.

Ensuite, un solution inspirée de l’estimateur DSPE Découplé (DDSPE) est proposé afin de découpler d’une part l'estimation de l’angle d’arrivée et de la distance et d’autre part l'estimation de la dispersion angulaire. Le NF-DDSPE permets l'estimation des angles et des distances des sources DC sans la connaissance a priori des formes des distributions angulaires. Pourtant, afin d'estimer la dispersion de la source, on propose le DADSSE qui consiste à utiliser le JADSSE et le NF-DDSPE pour estimer successivement la DDA, la distance de la source et ensuite la dispersion et la forme de la distribution.Puis, tenant compte de la configuration de l'application traitée, on construit le modèle de source DC considérant l'extension spatiale bidimensionnelle de la source paramétrée en coordonnées Cartésiennes. Ensuite, deux approches pour l'estimation de la puissance des sources sont proposées : la première exploite  le pseudo-spectre de la formation de voies généralisées et la deuxième repose sur un estimateur de moindres carrés. Les deux méthodes surmontent le défi d'estimer les sources moins puissantes. Les résultats présentent l'avantage de considérer la forme de la source sur la localisation et l'estimation de la puissance.

Finalement, les méthodes proposées sont utilisées sur les données réelles issues de mesures en soufflerie. Les  résultats montrent que les principales sources aéro-acoustiques apparaissent avec les estimateurs de sources ponctuelles et distribuées. Cependant, utiliser des estimateurs basés sur l'étalement de la source (source distribuée) présente les avantages suivants: i) localiser des nouvelles sources; ii) estimer la dispersion et de la forme pour améliorer la caractérisation de ces sources ; iii) détecter des sources aéro-acoustiques très proches; iv) augmenter la gamme d'estimation des puissances pour détecter à la fois les sources faibles et dominantes. En conclusion, on fournit un outil pour une meilleure cartographie des sources aéro-acoustiques qui considère l'estimation de la position, l'étalement, la puissance et la forme.

Membres du jury :

M. ANTONI Jérôme– Professeur – INSA Lyon (Rapporteur)
M. FORSTER Philippe– Professeur – Université Paris Ouest Nanterre La Défense  (Examinateur)
Mme. MARCOS Sylvie– Directeur de recherche CNRS– CentraleSupélec (Directeur de thèse)
M. PICHERAL José – Maîtres de conférences –  CentraleSupélec (Encadrant)
M. WANG Yide – Professeur – Univérsité de Nantes- Polytech Nantes (Rapporteur)

Dynamics and Control of Inverted Ultra-Flexible Pendulum on Cart System

Séminaire le 29 Juin 2015, 16h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi Blondel
Prof. Prasanna S. Gandhi


Ultra-flexible beams are useful in several flexible mechanisms having applications, for example, in high-precision positioning systems and flexible link robotic systems. They demonstrate interesting dynamics, especially when these systems are in a vertical plane. This talk focuses on a representative of such system: a vertical, large-deformation cantilever with tip mass and actuated at fixed base by a cart. The system is shown to demonstrate multiple equilibria as a function of tip mass using elastica theory. Dynamics of this system is further captured using assumed modes method and imposing length constraint to model potential energy change of tip mass (constrained Langrange formulation). Evolution of chaotic behaviour under harmonic excitation is presented in comparison with experiments. We further develop a nonlinear nested saturations based controller for stabilising the cantilever in central unstable equilibrium with cart also reaching the desired position. Multiple coordinate transformations are performed to obtain a system in feedforward chain of integrators before applying nested saturation based control. Effectiveness of control is established through simulation cases and experimental implementation.

Biography: P.S. Gandhi received the B.Eng. degree in from the University of Bombay, Mumbai in 1994 and the M.Tech degree from the Indian Institute of Technology, Bombay, Mumbai in 1996, both in mechanical engineering. He received the Ph.D. degree in mechanical engineering from the Rice University, Houston in 2001. Since 2001, he has been faculty member, currently Professor, in the Department of Mechanical Engineering at Indian Institute of Technology, Bombay, Mumbai. His research interests are in the areas of MEMS and Microsystems, Mechatronics, and Nonlinear Dynamical Systems and Control. He has been a recipient of 2006 BOYSCAST fellowship of Govt of India, 2007 Best faculty award (ME department) and Prof J.R.Issac fellowship. He has authored several patents and over 85 peer reviewed conference and journal papers. He has coordinated setup of a new laboratory Suman Mashruwala Microengineering Laboratory for research in Microdomain and has successfully developed technologies of Bulk Lithography and Microstereolithography for 3D MEMS fabrication in this laboratory. He has been a qualified teacher of stress relieving, life enhancing techniques of Art of Living foundation by Sri Sri Ravishankar.

Analyse et commande de systèmes multivariables Application à un turbopropulseur

Christophe LE BRUN
Soutenance de thèse de doctorat le 26 Juin 2015, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle du conseil du L2S - B4.40

Les travaux entrepris au cours de cette thèse s’inscrivent dans le contexte du développement de lois de commande d’un turbopropulseur. Un turbopropulseur est un système de propulsion dont la poussée est obtenue par la rotation d’une hélice reliée à une turbine de puissance. Il s’agit d’un système multivariable dont les grandeurs à asservir sont la puissance développée par l’hélice et sa vitesse de rotation.

L’objectif de ces travaux est de synthétiser des lois de commande facilement ajustables, permettant de respecter des spécifications techniques classiques (temps de réponse, dépassement, erreur statique) et de réduire les couplages. Les approches décentralisées sans et avec découplage sont principalement envisagées. Une part importante de ces travaux de recherche concerne l’analyse des interactions, la synthèse d’une commande décentralisée et le découplage. Ces méthodes ont été appliquées sur un modèle complet de turbopropulseur, et ont permis de synthétiser des lois de commande performantes et robustes.

Composition du Jury :

M. Dominique BEAUVOIS                  Professeur CentraleSupélec                                                            Co-encadrant

M. Mohammed DJEMAI                     Professeur des Universités (Université de Valenciennes)         Examinateur

M. Emmanuel GODOY                        Professeur CentraleSupélec                                                           Directeur de thèse

M. Frédéric KRATZ                             Professeur des Universités (INSA Centre Val de Loire)              Rapporteur

M. Bogdan LIACU                                Ingénieur, Régulation Avant-projets (Snecma)                            Invité

Mme Xuefang LIN-SHI                        Professeur des Universités ( INSA de Lyon)                                 Rapporteur

M.  Saïd MAMMAR                             Professeur des Universités (Université d’Evry)                            Examinateur

M. Hugues MOUNIER                         Professeur des Universités (Université Paris Sud XI)                  Examinateur

M. Ricardo NOGUERA                        Maître de conférences (Arts et Métiers ParisTech)                   Examinateur

M. Thierry SCHMITT                           Chef de département Avant-projets (Snecma)                            Examinateur

S³: Un modèle stochastique de la transcription d’un gène

Séminaire le 26 Juin 2015, 11h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle des séminaires du L2S
Marc Roussel, University of Lethbridge, Alberta, Canada


Nous étudions depuis quelques années des modèles stochastiques de la transcription, c’est-à-dire de la synthèse de l’ARN à partir de la séquence de l’ADN par une machine moléculaire, l’ARN polymérase. Pour le cas d’une seule polymérase, il est possible de solutionner exactement nos modèles. Lorsque les interactions entre les polymérases sont importantes, il faut par contre utiliser (pour le moment) des méthodes numériques. En forme d’introduction au sujet, je présenterai un de nos modèles les plus simples, et je démontrerai comment on peut obtenir tous les moments voulus de la distribution du temps de transcription, c’est-à-dire comment on peut solutionner ce modèle. Cette distribution pourra être utilisée dans des modèles d’expression génétique, où elle apparaitra comme distribution de retards de la production de l’ARN.

Bio: Marc R. Roussel is Professor at Alberta RNA Research and Training Institute, Department of Chemistry and Biochemistry, University of Lethbridge. More details can be found at his homepage http://people.uleth.ca/~roussel/

S³: High dimensional minimum risk portfolio optimization

Séminaire le 26 Juin 2015, 10h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle des séminaires du L2S
Liusha Yang, Department of Electronic and Computer Engineering, Hong Kong University of Science and Technology


The performance of the global minimum risk portfolio (GMVP) relies on the accuracy of the estimated covariance matrix of the portfolio asset returns. For large portfolios, the number of available market returns is often of similar order to the number of assets, making the sample covariance matrix performs poorly. In this talk, we discuss two newly-developed GMVP optimization strategies under high dimensional analysis. The first approach is based on the shrinkage Tyler’s robust M-estimation with a risk-minimizing shrinkage parameter. It not only deals with the problem of sample insufficiency, but also the impulsiveness of financial data. The second approach is built upon a spiked covariance model, by assuming the population covariance matrix follows the spiked covariance model, in which several eigenvalues are significantly larger than all the others, which all equal one. The performances of our strategies will be demonstrated through synthetic and real data simulations.

Bio: Liusha Yang received the B.S. in Communication Engineering from the Beijing University of Posts and Telecommunications in 2012. Currently, she is a Ph.D. student in the Department of Electronic and Computer Engineering at the Hong Kong University of Science and Technology. Her research interests include random matrix theory and signal processing, with applications in financial engineering.

Wireless devices and services for distributed sensing, monitoring, and decision support

Séminaire le 25 Juin 2015, 10h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle du conseil du L2S - B4.40
F. Viani: "Research Associate" et membre du Centre de Recherche ELEDIA de l'université TRENTO


Low-power and compact wireless devices, like smart sensors, embedded systems, smartphones, tablets are more and more becoming everyday life tools, bringing advantages not limited to the mobile communications but also referred to improved context awareness. The potentialities of such wireless technologies are enriched by the integration of dedicated real-time processing techniques which enable not only the distributed sensing of heterogeneous parameters, but also the improved management, understanding, and forecasting of complex processes. The output of such analysis is also exploited to support operators in decision making. Representative application examples are in the field of smart cities and communities, where distributed wireless sensors and mobile devices are largely applied both in indoor (e.g., in smart buildings, smart museums, etc.) and outdoor (smart lighting, road security, fleet management, etc.) scenarios.

Short CV: Federico Viani received the B.S. and M.S. degrees in Telecommunication Engineering and  the PhD degree in Information and Communication Technology from the University of Trento, Italy, in 2004, 2007, and 2010, respectively. Since 2011, Dr. Viani is a Research Associate (Post-Doc) at the Department of Information Engineering and Computer Science (DISI) of the University of Trento, Italy, and a member of the ELEDIA Research Center.
Since 2007, Dr. Viani has been the co-advisor of 18 M.S/B.S Thesis. Since 2010 he has been the official teacher of the Bachelor degree course "Design Techniques for Wireless Communications", and since 2007 he has been a teaching assistant of Bachelor degree and Master degree courses in Telecommunication Engineering offered by the University of Trento, including "Electromagnetic Propagation", "Project Course on Wireless Technologies", "Antennas for Wireless Communications", "Biomedical Diagnostic Techniques", "Mobile Communications".
Dr. Viani is author/co-author of over 77 peer reviewed papers on international journals and conferences, including 28 contributions on peer-reviewed international journals, 49 in international conferences. Moreover, Dr. Viani has been cited 574 times and his H-Index is equal to 14 in the Scopus Database. He has been invited to submit papers to International Journals and to present contributions to Scientific Sessions in International Conferences. He has organized and/or chaired 3 Special Sessions in International Conferences. Since 2007, he has attended 7 national and international conferences, presenting as a speaker 15 contributions.
Since 2007, Dr. Viani has been a Participant in 17 Research Projects, funded by EU, Industries, and National Agencies.
The research activities of Dr. Viani are oriented to the development of methodological strategies and applications in the framework of Electromagnetic Fields (S.S.D. ING‐INF/02, S.C. 09/F1), with main emphasis on applied electromagnetics. He has been involved in activities concerning the design of multiband, wideband, and ultra-wideband antennas, the study and development of optimization techniques as well as learning-by-example methodologies for the solution of complex electromagnetic problems including inverse problems and active/passive wireless localization. He is also involved in the design and development of distributed and pervasive monitoring by means of wireless sensor networks (WSNs) and robot swarms, and in the application of decision support systems (DSS) to fleet management and emergency-related applications.
Dr. Viani is a Reviewer for international Journals, including IEEE Transactions on Antennas and Propagation, IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, Progress in Electromagnetic Research/Journal of Electromagnetic Waves and Applications, IEEE Transactions on Vehicular Technologies.
Dr. Viani is a Senior Member of the IEEE, member of the IEEE Antennas and Propagation Society, and of the European Microwave Association (EuMA).

S³: Stability of continuous-time quantum filters

Séminaire le 19 Juin 2015, 10h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle des séminaires du L2S
Nina H. Amini, CNRS, Laboratory of Signals and Systems, France


In this talk, we study quantum filtering and its stability problem. Indeed, we show that the fidelity between the state of a continuously observed quantum system and the state of its associated quantum filter, is always a sub-martingale. The observed system could be governed by a continuous-time Stochastic Master Equation (SME), driven simultaneously by Wiener and Poisson processes which takes into account incompleteness and errors in measurements. This stability result is the continuous-time counterpart of a similar stability result already established for discrete-time quantum systems. This result implies the stability of such filtering process but does not necessarily ensure the asymptotic convergence of such quantum filters.

Bio: Nina H. Amini is a CNRS researcher at Laboratory L2S at CentraleSupelec since October 2014. She did her first postdoc from June 2012 for six months at ANU, College of Engineering and Computer Science and her second postdoc at Edward L. Ginzton Laboratory, Stanford University since December 2012. She received her Ph.D. in Mathematics and Control Engineering from Mines-ParisTech (Ecole des Mines de Paris), in September 2012. Prior to her Ph.D., she earned a Master in Financial Mathematics and Statistics at ENSAE and the Engineering Diploma of l’Ecole Polytechnique, in 2009. Her research interests include stochastic control, quantum control, (quantum) filtering theory, (quantum) probability, and (quantum) information theory.

Optimisation de correcteurs par les méta-heuristiques – Application à la stabilisation inertielle de lignes de visée

Philippe FEYEL
Soutenance de thèse de doctorat le 16 Juin 2015, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi F3-06

Depuis de nombreuses années, Sagem est présent sur le marché des dispositifs de visées. Avec des dispositifs optroniques, on cherche à produire une image dont l’orientation et la qualité ne dépendent pas du porteur. Pour cela, des senseurs optroniques sont portés par un dispositif mécatronique asservi inertiellement, ce qui confère au viseur certaines fonctionnalités telles que l’observation, la détection et l’identification. Le problème de stabilisation inertielle consiste en un problème de rejet de perturbations externes :

-       la première est le couple de frottements engendré lors d’un mouvement relatif entre le porteur du viseur et la ligne de visée.

-       la seconde perturbation provient des déformations mécaniques de la structure du viseur qui de par sa flexibilité transmet à la ligne de visée, voire amplifie, une partie de l’environnement mécanique auquel le viseur est soumis.

En plus de l’exigence de performance sous ces environnements, d’autres exigences doivent être prises en considération lors de la conception :

-       parce que le viseur est un équipement embarqué et/ou parce qu’il doit préserver l’intégrité de la motorisation, une exigence sur la consommation énergétique de l’étage de stabilisation est nécessaire (contrainte sur la puissance instantanée maximale, contrainte sur le courant ou la tension maximale, etc…),

-       parce que le viseur est un système de grande série, la conception de la loi de commande doit se faire sous contrainte de robustesse.

Ainsi l’automaticien doit concevoir une loi de commande unique qu’il validera sur un prototype unique, ayant un degré de robustesse suffisant pour satisfaire un cahier des charges complexe sur un grand nombre de systèmes. Pour cela, la méthodologie de développement qu’il emploie actuellement est un processus itératif expérimental (phase d’essai-erreur), qui fait grandement appel à l’expérience de l’ingénieur.

Dans cette thèse, on tente de rendre cette méthodologie de synthèse des correcteurs des asservissements de viseurs plus efficace car plus directe et donc moins couteuse en temps de développement, en calculant un correcteur final (structuré) par une attaque directe des spécifications système haut niveau.

La complexité des spécifications système haut-niveau nous pousse à l’emploi des métaheuristiques : ces techniques d’optimisation ne nécessitent pas la formulation du gradient, la seule contrainte étant la possibilité d’évaluer la spécification. Ainsi avons-nous proposé dans ce mémoire de reformuler les problèmes de commande robuste pour l’optimisation stochastique : on montre dans ce travail comment on peut synthétiser des correcteurs structurés à partir de problématiques de type H¥ ou m-synthèse et on montre que l’intérêt de l’approche formulée réside dans sa flexibilité et la prise en compte de contraintes « exotiques » complexes ; les algorithmes évolutionnaires s’avérant très performants et compétitifs, nous avons finalement développé sur cette base une méthode originale de synthèse de correcteurs structurés et robustes vis-à-vis de critères d’optimisation de forme quelconque. La validation de ces travaux a été réalisée sur des exemples industriels de viseurs.

Composition du Jury :

M. Pierre APKARIAN                          ONERA-CERT                                        Rapporteur

M. Philippe CHEVREL                          Ecole des Mines de Nantes               Professeur, Examinateur

M. Yohan COMORASSAM                  Sagem Défense Sécurité                   Examinateur

M. Gilles DUC                                       CentraleSupélec                                 Professeur, Directeur de thèse   

M. Edouard LAROCHE                        Université de Strasbourg                  Professeur des Universités, Rapporteur

M. Hugues MOUNIER                         Paris-Sud, L2S                                      Professeur des Universités, Examinateur

M. Guillaume SANDOU                      CentraleSupélec                                 Professeur, Co-encadrant

M. Michel ZASADZINSKI                     IUT de Longwy                                     Professeur des Universités, Examinateur

Optimisation de correcteurs par les méta-heuristiques – Application à la stabilisation inertielle de lignes de visée

Philippe FEYEL
Soutenance de thèse de doctorat le 16 Juin 2015, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi F3-06

Depuis de nombreuses années, Sagem est présent sur le marché des dispositifs de visées. Avec des dispositifs optroniques, on cherche à produire une image dont l’orientation et la qualité ne dépendent pas du porteur. Pour cela, des senseurs optroniques sont portés par un dispositif mécatronique asservi inertiellement, ce qui confère au viseur certaines fonctionnalités telles que l’observation, la détection et l’identification. Le problème de stabilisation inertielle consiste en un problème de rejet de perturbations externes :

-       la première est le couple de frottements engendré lors d’un mouvement relatif entre le porteur du viseur et la ligne de visée.

-       la seconde perturbation provient des déformations mécaniques de la structure du viseur qui de par sa flexibilité transmet à la ligne de visée, voire amplifie, une partie de l’environnement mécanique auquel le viseur est soumis.

En plus de l’exigence de performance sous ces environnements, d’autres exigences doivent être prises en considération lors de la conception :

-       parce que le viseur est un équipement embarqué et/ou parce qu’il doit préserver l’intégrité de la motorisation, une exigence sur la consommation énergétique de l’étage de stabilisation est nécessaire (contrainte sur la puissance instantanée maximale, contrainte sur le courant ou la tension maximale, etc…),

-       parce que le viseur est un système de grande série, la conception de la loi de commande doit se faire sous contrainte de robustesse.

Ainsi l’automaticien doit concevoir une loi de commande unique qu’il validera sur un prototype unique, ayant un degré de robustesse suffisant pour satisfaire un cahier des charges complexe sur un grand nombre de systèmes. Pour cela, la méthodologie de développement qu’il emploie actuellement est un processus itératif expérimental (phase d’essai-erreur), qui fait grandement appel à l’expérience de l’ingénieur.

Dans cette thèse, on tente de rendre cette méthodologie de synthèse des correcteurs des asservissements de viseurs plus efficace car plus directe et donc moins couteuse en temps de développement, en calculant un correcteur final (structuré) par une attaque directe des spécifications système haut niveau.

La complexité des spécifications système haut-niveau nous pousse à l’emploi des métaheuristiques : ces techniques d’optimisation ne nécessitent pas la formulation du gradient, la seule contrainte étant la possibilité d’évaluer la spécification. Ainsi avons-nous proposé dans ce mémoire de reformuler les problèmes de commande robuste pour l’optimisation stochastique : on montre dans ce travail comment on peut synthétiser des correcteurs structurés à partir de problématiques de type H¥ ou m-synthèse et on montre que l’intérêt de l’approche formulée réside dans sa flexibilité et la prise en compte de contraintes « exotiques » complexes ; les algorithmes évolutionnaires s’avérant très performants et compétitifs, nous avons finalement développé sur cette base une méthode originale de synthèse de correcteurs structurés et robustes vis-à-vis de critères d’optimisation de forme quelconque. La validation de ces travaux a été réalisée sur des exemples industriels de viseurs.

 

 

Composition du Jury :

M. Pierre APKARIAN                          ONERA-CERT                                        Rapporteur

M. Philippe CHEVREL                          Ecole des Mines de Nantes               Professeur, Examinateur
M. Yohan COMORASSAM                  Sagem Défense Sécurité                   Examinateur

M. Gilles DUC                                       CentraleSupélec                                 Professeur, Directeur de thèse  
M. Edouard LAROCHE                        Université de Strasbourg                  Professeur des Universités, Rapporteur

M. Hugues MOUNIER                         Paris-Sud, L2S                                      Professeur des Universités, Examinateur
M. Guillaume SANDOU                      CentraleSupélec                                 Professeur, Co-encadrant

M. Michel ZASADZINSKI                     IUT de Longwy                                     Professeur des Universités, Examinateur

Journée des doctorants 2015 - le 16 juin 2015

Date: 
Wed, 05/20/2015 - 08:00
lieu: 
Amphis Blondel et Boucherot à CentraleSupélec

Présentation des thèses des doctorants de deuxième année du L2S

A stability-theory perspective to synchronisation of heterogeneous networks

Elena PANTELEY
Habilitation à Diriger des Recherches (HDR) le 15 Juin 2015, 10h30 à

Dans ce mémoire, nous faisons une présentation de nos recherches dans le domaine de la synchronisation des systèmes dynamiques interconnectés en réseau. Une des originalités de nos travaux est qu'ils portent sur les réseaux hétérogènes, c'est à dire, des systèmes à dynamiques diverses. Au centre du cadre d'analyse que nous proposons, nous introduisons le concept de dynamique émergente. Il s'agit d'une dynamique "moyennée'' propre au réseau lui-même. Sous l'hypothèse qu'il existe un attracteur pour cette dynamique, nous montrons que le problème de synchronisation se divise en deux problèmes duaux : la stabilité de l'attracteur et la convergence des trajectoires de chaque système vers celles générées par la dynamique émergente. Nous étudions aussi le cas particulier des oscillateurs de Stuart-Landau.

Composition du jury

Alessandro ASTOLFI    Professeur, Imperial College London     Rapporteur
Jamal DAAFOUZ   Professeur, Univ. Lorraine - CRAN     Rapporteur
Nathan VAN de WOUW   Professeur, Eindhoven University of Technology    Rapporteur
Silviu-Iulian NICULESCU     Directeur de recherches CNRS – L2S   Examinateur 
Laurent PRALY   Enseignant Chercheur, CAS, ParisTech     Examinateur
Witold RESPONDEK   Professeur, INSA Rouen   Examinateur
Sophie TARBOURIECH   Directeur de recherches CNRS –  LAAS   Examinateur

Consensus variant dans le temps : application à la formation de véhicules

Nohemi ALVAREZ JARQUIN
Soutenance de thèse de doctorat le 11 Juin 2015, 10h30 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi F3-05

Les multiples applications liées aux systèmes multi-agents en réseau, tels que les satellites en formation, les oscillateurs couplés, les véhicules aériens sans pilote, entre autres, ont été, sans aucun doute, une motivation majeure dans le développement de cette thèse, qui est consacrée à l’étude du consensus de systèmes dynamiques et à la commande en formation de robots mobiles non holonomes.

Dans le contexte du consensus, nous étudions la topologie en anneau avec de liens de communication variant dans le temps. Notamment, la communication peut être perdue pendant de longs intervalles de temps. Nous donnons de conditions suffisantes pour le consensus qui restent simples à vérifier, par exemple, en utilisant le théorème du petite gain. En suite, nous abordons le problème de consensus en supposant que la topologie de communication est variable. Nous établissons que le consensus est atteint à condition qu’il existe toujours un chemin de communication du type « spanning-tree » pendant un temps de séjour minimal. L'analyse s'appuie sur la théorie de stabilité des systèmes variant dans le temps et les systèmes à commutation.

Dans le contexte de la commande en formation de véhicules autonomes nous adressons le problème de commande en suivi de trajectoire sur ligne droite en suivant une approche type maître-esclave. Nous montrons que le suivi global peut être obtenu à partir d’un contrôleur qui possède la propriété d’excitation persistante. En gros, le mécanisme de stabilisation dépend de l’excitation du système par une quantité qui est proportionnelle à l’erreur de suivi. Ensuite, la méthode est utilisée pour résoudre le problème de suivi de formation de plusieurs véhicules interconnectés sur la base d’une topologie « spanning-tree ». Nous donnons des conditions de stabilité concernant les modèles cinématique et dynamique, en utilisant la seconde méthode de Lyapunov.

 

Composition du jury

Antonio LORIA  Directeur de recherche CNRS, Laboratoire des signaux et systèmes (L2S)  Directeur de thèse

Hamel TAREK  Professeur, Laboratoire d'informatique de signaux et systèmes  Rapporteur

Nicolas MARCHAND  Directeur de recherche CNRS, Laboratoire GIPSA-lab  Rapporteur

Pascal MORIN Professeur INRIA, Institut des systèmes intelligents et de robotique  Examinateur

Véronique VÈQUE  Professeur des universités, Université Paris-Sud, Laboratoire des signaux et systèmes (L2S)  Examinateur

S³: Modeling and mismodeling in radar applications: parameter estimation and bounds

Séminaire le 9 Juin 2015, 10h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle des séminaires du L2S
Maria S. Greco, Department of Information Engineering, University of Pisa


The problem of estimating a deterministic parameter vector of acquired data is ubiquitous in signal processing applications. A fundamental assumption underlying most estimation problems is that the true data model and the model assumed to derive an estimation algorithm are the same, that is, the model is correctly specified.
This lecture will focus on the general case in which, for some non-perfect knowledge of the true data model or for operative constraints on the estimation algorithm there is a mismatch between assumed and true data model.
After a short first part dedicated to explain the radar framework of the estimation problem, the lecture will be dedicated to the evaluation of lower bounds on the Mean Square Error of the estimate of a deterministic parameter vector under misspecified model with particular attention to Mismatched Maximum Likelihood estimator and Huber bounds.

Bio: Maria S. Greco graduated in Electronic Engineering in 1993 and received the Ph.D. degree in Telecommunication Engineering in 1998, from University of Pisa, Italy. From December 1997 to May 1998 she joined the Georgia Tech Research Institute, Atlanta, USA as a visiting research scholar where she carried on research activity in the field of radar detection in non-Gaussian background.
    In 1993 she joined the Department of Information Engineering of the University of Pisa, where she is Associate Professor since December 2011. She’s IEEE fellow since January 2011 and she was co-recipient of the 2001 IEEE Aerospace and Electronic Systems Society’s Barry Carlton Award for Best Paper and recipient of the 2008 Fred Nathanson Young Engineer of the Year award for contributions to signal processing, estimation, and detection theory. She has been co-general-chair of the 2007 International Waveform Diversity and Design Conference (WDD07), Pisa, Italy, in the Technical Committee of the 2006 EURASIP Signal and Image Processing Conference (EUSIPCO), Florence, Italy, in the Technical Committee of the 2008 IEEE Radar Conference, Rome, Italy, in the Organizing Committee of CAMSAP09, Technical co-chair of CIP2010 (Elba Island, Italy), General co-Chair of CAMSAP2011 (San Juan, Puerto Rico), Publication Chair of ICASSP2014, Florence, Italy, Technical Co-Chair of the CoSeRa2015, Pisa, Italy and Special Session Chair of CAMSAP2015, Cancun, Mexico. She is lead guest editor of the special issue on "Advanced Signal Processing for Radar Applications" to appear on the IEEE Journal on Special Topics of Signal Processing, December 2015, she was guest co-editor of the special issue of the Journal of the IEEE Signal Processing Society on Special Topics in Signal Processing on "Adaptive Waveform Design for Agile Sensing and Communication," published in June 2007 and lead guest editor of the special issue of International Journal of Navigation and Observation on” Modelling and Processing of Radar Signals for Earth Observation published in August 2008. She’s Associate Editor of IET Proceedings – Sonar, Radar and Navigation, Associate Editor-in-Chief of the IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine, member of the Editorial Board of the Springer Journal of Advances in Signal Processing (JASP), Senior Editorial board member of IEEE Journal on Selected Topics of Signal Processing (J-STSP), member of the IEEE Signal Array Processing (SAM) Technical Committees. She's also member of the IEEE AES and IEEE SP Board of Governors and Chair of the IEEE AESS Radar Panel. She's as well SP Distinguished Lecturer for the years 2014-2015, AESS Distinguished Lecturer for the years 2015-2016 and member of the IEEE Fellow Committee.
     Maria is a coauthor of the tutorials entitled “Radar Clutter Modeling”, presented at the International Radar Conference (May 2005, Arlington, USA), “Sea and Ground Radar Clutter Modeling” presented at 2008 IEEE Radar Conference (May 2008, Rome, Italy) and at 2012 IEEE Radar Conference (May 2012, Atlanta, USA), coauthor of the tutorial "RF and digital components for highly-integrated low-power radar" presented at the same conference, of the tutorial "Recent Advances in Adaptive Radar Detection" presented at the 2014 International Radar Conference (October 2014, Lille, France) and co-author of the tutorial "High Resolution Sea and Land Clutter Modeling and analysis", presented at the 2015 IEEE International Radar Conference (May 2015, Washington DC, USA).
    Her general interests are in the areas of statistical signal processing, estimation and detection theory. In particular, her research interests include clutter models, spectral analysis, coherent and incoherent detection in non-Gaussian clutter, CFAR techniques, radar waveform diversity and bistatic/mustistatic active and passive radars. She co-authored many book chapters and more than 150 journal and conference papers.

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