A two-dimensional doppler-radiometer for earth observation

Compared to synthetic aperture radars (SARs), the angular resolution of microwave radiometers is quite poor. Traditionally, it has been limited by the physical size of the antenna. However, the angular resolution can be improved by means of aperture synthesis interferometric techniques. A narrow beam is synthesized during the image formation processing of the cross-correlations measured at zero-lag between pairs of signals collected by an array of antennas. The angular resolution is then determined by the maximum antenna spacing normalized to the wavelength (baseline). The next step in improving the angular resolution is the Doppler-Radiometer, somehow related to the super-synthesis radiometers and the Radiometer-SAR. This paper presents the concept of a three-antenna Doppler-Radiometer for 2D imaging. The performance of this instrument is evaluated in terms of angular/spatial resolution and radiometric sensitivity, and an L-band illustrative example is presented.

High-SNR analytical performance of spatial multiplexing MIMO systems with CSI

In this paper, we investigate the average andoutage performance of spatial multiplexing multiple-input multiple-output (MIMO) systems with channel state information at both sides of the link. Such systems result, for example, from exploiting the channel eigenmodes in multiantenna systems. Dueto the complexity of obtaining the exact expression for the average bit error rate (BER) and the outage probability, we deriveapproximations in the high signal-to-noise ratio (SNR) regime assuming an uncorrelated Rayleigh flat-fading channel. Moreexactly, capitalizing on previous work by Wang and Giannakis, the average BER and outage probability versus SNR curves ofspatial multiplexing MIMO systems are characterized in terms of two key parameters: the array gain and the diversity gain. Finally, these results are applied to analyze the performance of a variety of linear MIMO transceiver designs available in the literature.

Capacity of MIMO Channels: asymptotic evaluation under correlated fading

This paper investigates the asymptotic uniform power allocation capacity of frequency nonselective multiple-inputmultiple-output channels with fading correlation at either thetransmitter or the receiver. We consider the asymptotic situation,where the number of inputs and outputs increase without boundat the same rate. A simple uniparametric model for the fadingcorrelation function is proposed and the asymptotic capacity perantenna is derived in closed form. Although the proposed correlationmodel is introduced only for mathematical convenience, itis shown that its shape is very close to an exponentially decayingcorrelation function. The asymptotic expression obtained providesa simple and yet useful way of relating the actual fadingcorrelation to the asymptotic capacity per antenna from a purelyanalytical point of view. For example, the asymptotic expressionsindicate that fading correlation is more harmful when arising atthe side with less antennas. Moreover, fading correlation does notinfluence the rate of growth of the asymptotic capacity per receiveantenna with high Eb /N0.

The IST METRA Project

This article summarizes the main achievementsof the Multi-Element Transmit andReceive Antennas (METRA) Project, an ISTresearch and technological development project carried out between January 2000 and June 2001 by Universitat Politècnica de Catalunya, the Center for Personkommunikation of Aalborg University, Nokia Networks, Nokia Mobile Phones, and Vodafone Group Research and Development.The main objective of METRA was the performanceevaluation of multi-antenna terminals incombination with adaptive antennas at the basestation in UMTS communication systems. 1 AMIMO channel sounder was developed that providedrealistic multi-antenna channel measurements.Using these measured data, stochasticchannel models were developed and properly validated.These models were also evaluated inorder to estimate their corresponding channelcapacity. Different MIMO configurations andprocessing schemes were developed for both theFDD and TDD modes of UTRA, and their linkperformance was assessed. Performance evaluationwas completed by system simulations thatillustrated the benefits of MIMO configurationsto the network operator. Implementation cost vs.performance improvement was also covered bythe project, including the base station and terminalmanufacturer and network operator viewpoints.Finally, significant standards contributionswere generated by the project and presented to the pertinent 3GPP working groups.

Smart antennas in software radio base stations

The application of adaptive antenna techniques to fixed-architecture base stations has been shown to offer wide-ranging benefits, including interference rejection capabilities or increased coverage and spectral efficiency.Unfortunately, the actual implementation ofthese techniques to mobile communication scenarios has traditionally been set back by two fundamental reasons. On one hand, the lack of flexibility of current transceiver architectures does not allow for the introduction of advanced add-on functionalities. On the other hand, theoften oversimplified models for the spatiotemporal characteristics of the radio communications channel generally give rise toperformance predictions that are, in practice, too optimistic. The advent of software radio architectures represents a big step toward theintroduction of advanced receive/transmitcapabilities. Thanks to their inherent flexibilityand robustness, software radio architecturesare the appropriate enabling technology for theimplementation of array processing techniques.Moreover, given the exponential progression ofcommunication standards in coexistence andtheir constant evolution, software reconfigurabilitywill probably soon become the only costefficientalternative for the transceiverupgrade. This article analyzes the requirementsfor the introduction of software radio techniquesand array processing architectures inmultistandard scenarios. It basically summarizesthe conclusions and results obtained withinthe ACTS project SUNBEAM,1 proposingalgorithms and analyzing the feasibility ofimplementation of innovative and softwarereconfigurablearray processing architectures inmultistandard settings.

Joint array combining and MLSE for single-user receivers in multipath Gaussian multiuser channels

The well-known structure of an array combiner along with a maximum likelihood sequence estimator (MLSE) receiveris the basis for the derivation of a space-time processor presentinggood properties in terms of co-channel and intersymbol interferencerejection. The use of spatial diversity at the receiver front-endtogether with a scalar MLSE implies a joint design of the spatialcombiner and the impulse response for the sequence detector. Thisis faced using the MMSE criterion under the constraint that thedesired user signal power is not cancelled, yielding an impulse responsefor the sequence detector that is matched to the channel andcombiner response. The procedure maximizes the signal-to-noiseratio at the input of the detector and exhibits excellent performancein realistic multipath channels.

Smart antennas: state of the art

Aim of this contribution is to illustrate the state of the art of smart antenna research from several perspectives. The bow is drawn from transmitter issues via channel measurements and modeling, receiver signal processing, network aspects, technological challenges towards first smart antenna applications and current status of standardization. Moreover, some future prospects of different disciplines in smart antenna research are given.

ML estimator and hybrid beamformer for multipath and interference mitigation in GNSS receivers

This paper addresses the estimation of the code-phase(pseudorange) and the carrier-phase of the direct signal received from a direct-sequence spread-spectrum satellite transmitter. Thesignal is received by an antenna array in a scenario with interferenceand multipath propagation. These two effects are generallythe limiting error sources in most high-precision positioning applications.A new estimator of the code- and carrier-phases is derivedby using a simplified signal model and the maximum likelihood(ML) principle. The simplified model consists essentially ofgathering all signals, except for the direct one, in a component withunknown spatial correlation. The estimator exploits the knowledgeof the direction-of-arrival of the direct signal and is much simplerthan other estimators derived under more detailed signal models.Moreover, we present an iterative algorithm, that is adequate for apractical implementation and explores an interesting link betweenthe ML estimator and a hybrid beamformer. The mean squarederror and bias of the new estimator are computed for a numberof scenarios and compared with those of other methods. The presentedestimator and the hybrid beamforming outperform the existingtechniques of comparable complexity and attains, in manysituations, the Cramér–Rao lower bound of the problem at hand.

Semivariogram models for estimating fig fly population density throughout the year

The objective of this work was to select semivariogram models to estimate the population density of fig fly (Zaprionus indianus; Diptera: Drosophilidae) throughout the year, using ordinary kriging. Nineteen monitoring sites were demarcated in an area of 8,200 m2, cropped with six fruit tree species: persimmon, citrus, fig, guava, apple, and peach. During a 24 month period, 106 weekly evaluations were done in these sites. The average number of adult fig flies captured weekly per trap, during each month, was subjected to the circular, spherical, pentaspherical, exponential, Gaussian, rational quadratic, hole effect, K-Bessel, J-Bessel, and stable semivariogram models, using ordinary kriging interpolation. The models with the best fit were selected by cross-validation. Each data set (months) has a particular spatial dependence structure, which makes it necessary to define specific models of semivariograms in order to enhance the adjustment to the experimental semivariogram. Therefore, it was not possible to determine a standard semivariogram model; instead, six theoretical models were selected: circular, Gaussian, hole effect, K-Bessel, J-Bessel, and stable.

Space-time front-ends for RAKE receivers in the FDD mode of UTRA

A unified and general vision of different space-time processors is presented. Many popular receivers can beaccomodated, like V-RAKE receivers, weighted V-RAKE, or spatial narrowband beamforming. By makingappropriate assumptions on the space/time characteristic of the interference it is possible to enhance theperformance of the receiver through spatial/temporal pre-processors. These receivers will be tested in the FDDmode of UTRA.

Hybrid turbo FEC/ARQ systems and distributed space-time coding for cooperative transmission

Cooperative transmission can be seen as a "virtual" MIMO system, where themultiple transmit antennas are in fact implemented distributed by the antennas both at the source and the relay terminal. Depending on the system design, diversity/multiplexing gainsare achievable. This design involves the definition of the type of retransmission (incrementalredundancy, repetition coding), the design of the distributed space-time codes, the errorcorrecting scheme, the operation of the relay (decode&forward or amplify&forward) and thenumber of antennas at each terminal. Proposed schemes are evaluated in different conditionsin combination with forward error correcting codes (FEC), both for linear and near-optimum(sphere decoder) receivers, for its possible implementation in downlink high speed packetservices of cellular networks. Results show the benefits of coded cooperation over directtransmission in terms of increased throughput. It is shown that multiplexing gains areobserved even if the mobile station features a single antenna, provided that cell wide reuse of the relay radio resource is possible.

Performance Evaluation of Six-Sectored Configuration in Hexagonal WCDMA (UMTS) Cellular Network Layout

The objective of this master's thesis is to evaluate the optimum performance of sixsectored hexagonal layout of WCDMA (UMTS) network and analyze the performance at the optimum point. The maximum coverage and the maximum capacity are the main concern of service providers and it is always a challenging task for them to achieve economically. Because the optimum configuration of a network corresponds to a configuration which minimizes the number of sites required to provide a target service probability in the planning area which in turn reduces the deployment cost. The optimum performance means the maximum cell area and themaximum cell capacity the network can provide at the maximum antenna height satisfying the target service probability. Hexagon layout has been proven as the best layout for the cell deployment. In this thesis work, two different configurations using six-sectored sites have been considered for the performance comparison. In first configuration, each antenna is directed towards each corner of hexagon, whereas in second configurationeach antenna is directed towards each side of hexagon. The net difference in the configurations is the 30 degree rotation of antenna direction. The only indoor users in a flat and smooth semi-urban environment area have been considered for the simulation purpose where the traffic distribution is 100 Erl/km2 with 12.2 kbps speech service having maximum mobile speed of 3 km/hr. The simulation results indicate that a similar performance can be achieved in both the configurations, that is, a maximum of 947 m cellrange at antenna height of 49.5 m can be achieved when the antennas are directed towards the corner of hexagon, whereas 943.3 m cell range atantenna height of 54 m can be achieved when the antennas are directed towards the side of hexagon. However, from the interference point of view the first configuration provides better results. The simulation results also show that the network is coverage limited in both the uplink and downlink direction at the optimum point.

Vaiheohjatut antenniryhmät GSM-tukiasemissa

Diplomityön aiheena oli selvittää onko Suomessa GSM-tukiasemissa käytössä vaiheohjattuja antenniryhmiäja olisiko tällaisten antennien käyttöön kiinnostusta tai mitään es-teitä. Lähtökohtana tälle työlle oli ajatus GSM-tukiasema-antennista, jota voitaisiin kääntää tarpeen mukaan haluttuun suuntaan. Vaiheohjatut antenniryhmät mahdollistavat juuri tällaisen antennin keilan kääntämisen ja muokkaamisen elektronisesti, ilman kuluvia osia. Keilan muitakin ominaisuuksia voidaan säätää, kuten muotoa ja keilojen määrää. Nämä ominaisuudet mahdollistaisivat esimerkiksi ruuhkaisilla alueilla keilojen lisäämisen, jolloin alueen puhelujen välityskapasiteetti kasvaisi.Tarvittaessa voitaisiin myös keilan muotoa muuttaa. Esimerkiksi hätätilanteessasaadaan haluttu keila suunnattua tarkasti tietylle alueelle tai toiselle tukiasemalle ja näin varmistettua kuuluvuus. Myös huoltotoimenpiteet joissakin tapauksissa helpottuisivat. Etenkin vaikeakulkuisissa paikoissa sijaitsevien tukiasemien ensiapu, esimerkiksi antennin fyysisesti kääntyessä, voitaisiin hoitaa etänä kääntämällä pelkkää keilaa ja tässä tapauksessa kääntää antenni tukiaseman normaalin huollon yhteydessä. Suurimpia ongelmakohtia kyseisen tekniikan käyttöönotossa on ollut hinta, mutta muun muassa uusien valmistustekniikoiden avulla vaiheohjattujen antenniryhmien hintoja ollaan saatu pudotettua.

Modelado circuital de diferentes configuraciones de antenas microstrip

L’objectiu del projecte es facilitar el disseny i la modificació d’antenes microstrip utilitzant models circuitals. En el document s’exposa conjuntament la teoria de vàries configuracions d’antenes microstrip dispersa en varis documents i les equacions més rellevants per l’anàlisi dels fenòmens que es produeixen en cada model d’antena amb l’objectiu de realitzar un estudi detallat de les tendències dels components de cada configuració. L’estudi de les tendències es realitza per obtenir una relació entre els paràmetres físics i els components dels models circuitals proposats per a cada configuració d’antena microstrip. Utilitzant la teoria exposada en el document i l’estudi realitzat es comprova que és possible facilitar i realitzar modificacions en el disseny d’antenes microstrip mitjançant els models circuitals proposats.

Development of a 3D very high-resolution seismic reflection system for lacustrine settings - a case study over a thrust fault zone in Lake Geneva

Un système efficace de sismique tridimensionnelle (3-D) haute-résolution adapté à des cibles lacustres de petite échelle a été développé. Dans le Lac Léman, près de la ville de Lausanne, en Suisse, des investigations récentes en deux dimension (2-D) ont mis en évidence une zone de faille complexe qui a été choisie pour tester notre système. Les structures observées incluent une couche mince (<40 m) de sédiments quaternaires sub-horizontaux, discordants sur des couches tertiaires de molasse pentées vers le sud-est. On observe aussi la zone de faille de « La Paudèze » qui sépare les unités de la Molasse du Plateau de la Molasse Subalpine. Deux campagnes 3-D complètes, d?environ d?un kilomètre carré, ont été réalisées sur ce site de test. La campagne pilote (campagne I), effectuée en 1999 pendant 8 jours, a couvert 80 profils en utilisant une seule flûte. Pendant la campagne II (9 jours en 2001), le nouveau système trois-flûtes, bien paramétrés pour notre objectif, a permis l?acquisition de données de très haute qualité sur 180 lignes CMP. Les améliorations principales incluent un système de navigation et de déclenchement de tirs grâce à un nouveau logiciel. Celui-ci comprend un contrôle qualité de la navigation du bateau en temps réel utilisant un GPS différentiel (dGPS) à bord et une station de référence près du bord du lac. De cette façon, les tirs peuvent être déclenchés tous les 5 mètres avec une erreur maximale non-cumulative de 25 centimètres. Tandis que pour la campagne I la position des récepteurs de la flûte 48-traces a dû être déduite à partir des positions du bateau, pour la campagne II elle ont pu être calculées précisément (erreur <20 cm) grâce aux trois antennes dGPS supplémentaires placées sur des flotteurs attachés à l?extrémité de chaque flûte 24-traces. Il est maintenant possible de déterminer la dérive éventuelle de l?extrémité des flûtes (75 m) causée par des courants latéraux ou de petites variations de trajet du bateau. De plus, la construction de deux bras télescopiques maintenant les trois flûtes à une distance de 7.5 m les uns des autres, qui est la même distance que celle entre les lignes naviguées de la campagne II. En combinaison avec un espacement de récepteurs de 2.5 m, la dimension de chaque «bin» de données 3-D de la campagne II est de 1.25 m en ligne et 3.75 m latéralement. L?espacement plus grand en direction « in-line » par rapport à la direction «cross-line» est justifié par l?orientation structurale de la zone de faille perpendiculaire à la direction «in-line». L?incertitude sur la navigation et le positionnement pendant la campagne I et le «binning» imprécis qui en résulte, se retrouve dans les données sous forme d?une certaine discontinuité des réflecteurs. L?utilisation d?un canon à air à doublechambre (qui permet d?atténuer l?effet bulle) a pu réduire l?aliasing observé dans les sections migrées en 3-D. Celui-ci était dû à la combinaison du contenu relativement haute fréquence (<2000 Hz) du canon à eau (utilisé à 140 bars et à 0.3 m de profondeur) et d?un pas d?échantillonnage latéral insuffisant. Le Mini G.I 15/15 a été utilisé à 80 bars et à 1 m de profondeur, est mieux adapté à la complexité de la cible, une zone faillée ayant des réflecteurs pentés jusqu?à 30°. Bien que ses fréquences ne dépassent pas les 650 Hz, cette source combine une pénétration du signal non-aliasé jusqu?à 300 m dans le sol (par rapport au 145 m pour le canon à eau) pour une résolution verticale maximale de 1.1 m. Tandis que la campagne I a été acquise par groupes de plusieurs lignes de directions alternées, l?optimisation du temps d?acquisition du nouveau système à trois flûtes permet l?acquisition en géométrie parallèle, ce qui est préférable lorsqu?on utilise une configuration asymétrique (une source et un dispositif de récepteurs). Si on ne procède pas ainsi, les stacks sont différents selon la direction. Toutefois, la configuration de flûtes, plus courtes que pour la compagne I, a réduit la couverture nominale, la ramenant de 12 à 6. Une séquence classique de traitement 3-D a été adaptée à l?échantillonnage à haute fréquence et elle a été complétée par deux programmes qui transforment le format non-conventionnel de nos données de navigation en un format standard de l?industrie. Dans l?ordre, le traitement comprend l?incorporation de la géométrie, suivi de l?édition des traces, de l?harmonisation des «bins» (pour compenser l?inhomogénéité de la couverture due à la dérive du bateau et de la flûte), de la correction de la divergence sphérique, du filtrage passe-bande, de l?analyse de vitesse, de la correction DMO en 3-D, du stack et enfin de la migration 3-D en temps. D?analyses de vitesse détaillées ont été effectuées sur les données de couverture 12, une ligne sur deux et tous les 50 CMP, soit un nombre total de 600 spectres de semblance. Selon cette analyse, les vitesses d?intervalles varient de 1450-1650 m/s dans les sédiments non-consolidés et de 1650-3000 m/s dans les sédiments consolidés. Le fait que l?on puisse interpréter plusieurs horizons et surfaces de faille dans le cube, montre le potentiel de cette technique pour une interprétation tectonique et géologique à petite échelle en trois dimensions. On distingue cinq faciès sismiques principaux et leurs géométries 3-D détaillées sur des sections verticales et horizontales: les sédiments lacustres (Holocène), les sédiments glacio-lacustres (Pléistocène), la Molasse du Plateau, la Molasse Subalpine de la zone de faille (chevauchement) et la Molasse Subalpine au sud de cette zone. Les couches de la Molasse du Plateau et de la Molasse Subalpine ont respectivement un pendage de ~8° et ~20°. La zone de faille comprend de nombreuses structures très déformées de pendage d?environ 30°. Des tests préliminaires avec un algorithme de migration 3-D en profondeur avant sommation et à amplitudes préservées démontrent que la qualité excellente des données de la campagne II permet l?application de telles techniques à des campagnes haute-résolution. La méthode de sismique marine 3-D était utilisée jusqu?à présent quasi-exclusivement par l?industrie pétrolière. Son adaptation à une échelle plus petite géographiquement mais aussi financièrement a ouvert la voie d?appliquer cette technique à des objectifs d?environnement et du génie civil.<br/><br/>An efficient high-resolution three-dimensional (3-D) seismic reflection system for small-scale targets in lacustrine settings was developed. In Lake Geneva, near the city of Lausanne, Switzerland, past high-resolution two-dimensional (2-D) investigations revealed a complex fault zone (the Paudèze thrust zone), which was subsequently chosen for testing our system. Observed structures include a thin (<40 m) layer of subhorizontal Quaternary sediments that unconformably overlie southeast-dipping Tertiary Molasse beds and the Paudèze thrust zone, which separates Plateau and Subalpine Molasse units. Two complete 3-D surveys have been conducted over this same test site, covering an area of about 1 km2. In 1999, a pilot survey (Survey I), comprising 80 profiles, was carried out in 8 days with a single-streamer configuration. In 2001, a second survey (Survey II) used a newly developed three-streamer system with optimized design parameters, which provided an exceptionally high-quality data set of 180 common midpoint (CMP) lines in 9 days. The main improvements include a navigation and shot-triggering system with in-house navigation software that automatically fires the gun in combination with real-time control on navigation quality using differential GPS (dGPS) onboard and a reference base near the lake shore. Shots were triggered at 5-m intervals with a maximum non-cumulative error of 25 cm. Whereas the single 48-channel streamer system of Survey I requires extrapolation of receiver positions from the boat position, for Survey II they could be accurately calculated (error <20 cm) with the aid of three additional dGPS antennas mounted on rafts attached to the end of each of the 24- channel streamers. Towed at a distance of 75 m behind the vessel, they allow the determination of feathering due to cross-line currents or small course variations. Furthermore, two retractable booms hold the three streamers at a distance of 7.5 m from each other, which is the same distance as the sail line interval for Survey I. With a receiver spacing of 2.5 m, the bin dimension of the 3-D data of Survey II is 1.25 m in in-line direction and 3.75 m in cross-line direction. The greater cross-line versus in-line spacing is justified by the known structural trend of the fault zone perpendicular to the in-line direction. The data from Survey I showed some reflection discontinuity as a result of insufficiently accurate navigation and positioning and subsequent binning errors. Observed aliasing in the 3-D migration was due to insufficient lateral sampling combined with the relatively high frequency (<2000 Hz) content of the water gun source (operated at 140 bars and 0.3 m depth). These results motivated the use of a double-chamber bubble-canceling air gun for Survey II. A 15 / 15 Mini G.I air gun operated at 80 bars and 1 m depth, proved to be better adapted for imaging the complexly faulted target area, which has reflectors dipping up to 30°. Although its frequencies do not exceed 650 Hz, this air gun combines a penetration of non-aliased signal to depths of 300 m below the water bottom (versus 145 m for the water gun) with a maximum vertical resolution of 1.1 m. While Survey I was shot in patches of alternating directions, the optimized surveying time of the new threestreamer system allowed acquisition in parallel geometry, which is preferable when using an asymmetric configuration (single source and receiver array). Otherwise, resulting stacks are different for the opposite directions. However, the shorter streamer configuration of Survey II reduced the nominal fold from 12 to 6. A 3-D conventional processing flow was adapted to the high sampling rates and was complemented by two computer programs that format the unconventional navigation data to industry standards. Processing included trace editing, geometry assignment, bin harmonization (to compensate for uneven fold due to boat/streamer drift), spherical divergence correction, bandpass filtering, velocity analysis, 3-D DMO correction, stack and 3-D time migration. A detailed semblance velocity analysis was performed on the 12-fold data set for every second in-line and every 50th CMP, i.e. on a total of 600 spectra. According to this velocity analysis, interval velocities range from 1450-1650 m/s for the unconsolidated sediments and from 1650-3000 m/s for the consolidated sediments. Delineation of several horizons and fault surfaces reveal the potential for small-scale geologic and tectonic interpretation in three dimensions. Five major seismic facies and their detailed 3-D geometries can be distinguished in vertical and horizontal sections: lacustrine sediments (Holocene) , glaciolacustrine sediments (Pleistocene), Plateau Molasse, Subalpine Molasse and its thrust fault zone. Dips of beds within Plateau and Subalpine Molasse are ~8° and ~20°, respectively. Within the fault zone, many highly deformed structures with dips around 30° are visible. Preliminary tests with 3-D preserved-amplitude prestack depth migration demonstrate that the excellent data quality of Survey II allows application of such sophisticated techniques even to high-resolution seismic surveys. In general, the adaptation of the 3-D marine seismic reflection method, which to date has almost exclusively been used by the oil exploration industry, to a smaller geographical as well as financial scale has helped pave the way for applying this technique to environmental and engineering purposes.<br/><br/>La sismique réflexion est une méthode d?investigation du sous-sol avec un très grand pouvoir de résolution. Elle consiste à envoyer des vibrations dans le sol et à recueillir les ondes qui se réfléchissent sur les discontinuités géologiques à différentes profondeurs et remontent ensuite à la surface où elles sont enregistrées. Les signaux ainsi recueillis donnent non seulement des informations sur la nature des couches en présence et leur géométrie, mais ils permettent aussi de faire une interprétation géologique du sous-sol. Par exemple, dans le cas de roches sédimentaires, les profils de sismique réflexion permettent de déterminer leur mode de dépôt, leurs éventuelles déformations ou cassures et donc leur histoire tectonique. La sismique réflexion est la méthode principale de l?exploration pétrolière. Pendant longtemps on a réalisé des profils de sismique réflexion le long de profils qui fournissent une image du sous-sol en deux dimensions. Les images ainsi obtenues ne sont que partiellement exactes, puisqu?elles ne tiennent pas compte de l?aspect tridimensionnel des structures géologiques. Depuis quelques dizaines d?années, la sismique en trois dimensions (3-D) a apporté un souffle nouveau à l?étude du sous-sol. Si elle est aujourd?hui parfaitement maîtrisée pour l?imagerie des grandes structures géologiques tant dans le domaine terrestre que le domaine océanique, son adaptation à l?échelle lacustre ou fluviale n?a encore fait l?objet que de rares études. Ce travail de thèse a consisté à développer un système d?acquisition sismique similaire à celui utilisé pour la prospection pétrolière en mer, mais adapté aux lacs. Il est donc de dimension moindre, de mise en oeuvre plus légère et surtout d?une résolution des images finales beaucoup plus élevée. Alors que l?industrie pétrolière se limite souvent à une résolution de l?ordre de la dizaine de mètres, l?instrument qui a été mis au point dans le cadre de ce travail permet de voir des détails de l?ordre du mètre. Le nouveau système repose sur la possibilité d?enregistrer simultanément les réflexions sismiques sur trois câbles sismiques (ou flûtes) de 24 traces chacun. Pour obtenir des données 3-D, il est essentiel de positionner les instruments sur l?eau (source et récepteurs des ondes sismiques) avec une grande précision. Un logiciel a été spécialement développé pour le contrôle de la navigation et le déclenchement des tirs de la source sismique en utilisant des récepteurs GPS différentiel (dGPS) sur le bateau et à l?extrémité de chaque flûte. Ceci permet de positionner les instruments avec une précision de l?ordre de 20 cm. Pour tester notre système, nous avons choisi une zone sur le Lac Léman, près de la ville de Lausanne, où passe la faille de « La Paudèze » qui sépare les unités de la Molasse du Plateau et de la Molasse Subalpine. Deux campagnes de mesures de sismique 3-D y ont été réalisées sur une zone d?environ 1 km2. Les enregistrements sismiques ont ensuite été traités pour les transformer en images interprétables. Nous avons appliqué une séquence de traitement 3-D spécialement adaptée à nos données, notamment en ce qui concerne le positionnement. Après traitement, les données font apparaître différents faciès sismiques principaux correspondant notamment aux sédiments lacustres (Holocène), aux sédiments glacio-lacustres (Pléistocène), à la Molasse du Plateau, à la Molasse Subalpine de la zone de faille et la Molasse Subalpine au sud de cette zone. La géométrie 3-D détaillée des failles est visible sur les sections sismiques verticales et horizontales. L?excellente qualité des données et l?interprétation de plusieurs horizons et surfaces de faille montrent le potentiel de cette technique pour les investigations à petite échelle en trois dimensions ce qui ouvre des voies à son application dans les domaines de l?environnement et du génie civil.