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Papers by Jean-jacques Szkolnik
Expert systems with applications, May 1, 2024
HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe), Jul 9, 2022
,jj.szkolnik,abdel.boudraa)@ecole-navale.fr, (jean-christophe.le lann,frederic.le roy)@ensta-bret... more ,jj.szkolnik,abdel.boudraa)@ecole-navale.fr, (jean-christophe.le lann,frederic.le roy)@ensta-bretagne.fr Résumé-Les FPGAs permettent aujourd'hui la conception de systèmes programmables complets sur puce (SoC) capables de couvrir une gamme extrêmement large d'applications, allant des systèmes embarqués classiquesà la virtualisation dans le cloud. Toutefois, le potentiel des FPGAs ne s'arrête pas là. Leur flexibilité et leur parallélisme naturel invitentà explorer leur utilisation dans des domaines plus confidentiels. Dans cet article, nous nous intéressonsà l'émulation de systèmes cyber-physiques complets sur FPGA. Notre cas d'étude présente l'émulation d'un système constitué d'une multitude de navires communicant selon le protocole d'identification AIS. L'étude démontre un facteur d'accélération de 75 par rapportà l'exécution purement logicielle, et permet d'esquisser un flot de conception adapté au domaine de l'émulation de tels systèmes sur FPGAs.
HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe), 2002
Digital Signal Processing
2022 20th IEEE Interregional NEWCAS Conference (NEWCAS)
The design of cyber-physical systems remains challenging because of their highly heterogeneous na... more The design of cyber-physical systems remains challenging because of their highly heterogeneous nature that makes modeling, design and analysis hard. Despite extensive work in model-based approaches, few unified simulation tools are available today for such systems. This paper proposes a simulation strategy that benefits from the characteristics of recent FPGA platforms and advances in the high-level synthesis tools. Our proposal consists in using these tools to build a cyber-physical system simulator running at high-speed on a FPGA; in this view, high-level synthesis is used not only in the traditional prototyping phase of the embedded systems, but also to synthesize its physical environment, which is jointly simulated on the FPGA. Our paper proposes a case study illustrating this approach: the simulation of the automatic identification system required in maritime communications. The simulation executed on the latest FPGA generation is accelerated by a factor x654 compared to software alternatives demonstrating that FPGAs exhibit appealing characteristics for such simulations.
Le Centre pour la Communication Scientifique Directe - HAL - Université de Bretagne Occidentale, Sep 6, 2022
,jj.szkolnik,abdel.boudraa)@ecole-navale.fr, (jean-christophe.le lann,frederic.le roy)@ensta-bret... more ,jj.szkolnik,abdel.boudraa)@ecole-navale.fr, (jean-christophe.le lann,frederic.le roy)@ensta-bretagne.fr Résumé-Le système d'identification automatique (AIS) améliore la sécurité et le contrôle du trafic maritime en permettant aux navires d'échanger des informations de navigation entre eux et avec les stations de contrôle terrestre. Cependant, l'AIS n'étant pas sécurisé, les positions envoyées peuventêtre facilement falsifiées. Dans cet article, nous présentons une stratégie de détection des falsifications des positions des navires qui applique un filtreà modèles multiples interactifs. Les résultats obtenus sur des données AIS réelles et simulées montrent l'efficacité de cette stratégie pour ce type d'application.
Applied Sciences
Autonomous Underwater Vehicles (AUVs) are becoming increasingly popular for large number of civil... more Autonomous Underwater Vehicles (AUVs) are becoming increasingly popular for large number of civil and military applications, such as environmental monitoring, oceanography, archaeology, or mine warfare. Operational safety issue still prevents the exploitation of the full potential of AUVs. Operations of AUVs are limited by constraints including the need to guarantee no collision with manned surface vehicles. To avoid collisions, a solution is to relay surface vessel positions to the AUVs by an underwater communication link. The communication must be optimized to establish a robust and reliable link at various range and depth. Commercial underwater acoustic modems are often dedicated for specific distances and bit rates with performances strongly dependent on the environmental conditions. For the considered application, the modem must be adaptive at the time and frequency selectivity of the channel which is varying according to the operation context. In this work, we propose an adapt...
Proceedings of the 2002 IEEE Radar Conference (IEEE Cat. No.02CH37322)
This paper presents a new signal processing method to improve the identification of interface bet... more This paper presents a new signal processing method to improve the identification of interface between different layered media, using a ground penetrating radar (GPR) recording. Our methodological approach is based on Monte Carlo Markov chain (MCMC) model. The deconvolution of the GPR signal is obtained in considering a stochastic estimation related to a maximum a posteriori criterion. The only known
OCEANS 2021: San Diego – Porto
Ts Traitement Du Signal, 2005
L'objectif de la presente etude est d'extraire d'une ambiance electromagnetique les i... more L'objectif de la presente etude est d'extraire d'une ambiance electromagnetique les impulsions issues d'un meme radar et, qui a ce titre, s'enchainent dans le temps en fonction de sequences dont on connait les caracteristiques generales mais, a priori, absolument pas les parametres. L'interet de separer les impulsions en fonction de l'emetteur est de proceder ensuite a l'analyse des lois qui regissent les parametres decrivant ces impulsions. Cependant, en raison d'innombrables perturbations et de la complexite des lois d'evolution des parametres des impulsions, la tâche s'avere fort delicate. Nous montrons que les methodes de Monte-Carlo sequentielles sont susceptibles d'apporter une reponse adaptee a ce probleme d'extraction, que l'on peut egalement formuler comme une problematique d'association de donnees. La fusion des differents parametres, a condition que cette derniere s'effectue en tenant compte des specificites du modele, permet d'etendre le domaine d'application de l'algorithme a des densites d'impulsions importantes.
It is proposed to automatically detect anomalies of AIS (Automatic Identification System) message... more It is proposed to automatically detect anomalies of AIS (Automatic Identification System) messages repeatability potentially indicative of abnormal behavior from the analysis of the instantaneous frequency of the signal envelope. The instantaneous frequency is used to date the arrival of the messages and to classify them according to transmitter identity. Then, a Kalman filter whose dynamic equation models the potential recurrences according to the class of the ship, tracks one type of message per transmitter. If the recurrences present unexplained variations, not taken into account by the model, the innovation increases beyond a threshold and an alert is raised to a higher level expert system.
L'objectif de la presente etude consiste a determiner un algorithme capable d'assurer l&#... more L'objectif de la presente etude consiste a determiner un algorithme capable d'assurer l'extraction aveugle des impulsions issues d'un meme radar et de caracteriser la sequence d'evolution de leurs parametres caracteristiques. Nous explicitons precisement le contexte et la nature physique des impulsions, les parametres qui les caracterisent, ainsi que les diverses modulations des parametres prises en compte afin d'aboutir a une formulation d'etat des trames radar. On s'interesse ensuite aux methodes actuelles implementees sur les materiels operationnels et dressons un etat de l'art de la recherche en la matiere au travers des publications libres paraissant sur le sujet. Nous degageons et justifions notre propre axe de recherche constitue par l'application des methodes particulaires a la problematique precedemment decrite. Nous detaillons les theories de Monte-Carlo sequentielles, leurs limitations, les procedes mis en œuvre pour y remedier, leu...
Expert systems with applications, May 1, 2024
HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe), Jul 9, 2022
,jj.szkolnik,abdel.boudraa)@ecole-navale.fr, (jean-christophe.le lann,frederic.le roy)@ensta-bret... more ,jj.szkolnik,abdel.boudraa)@ecole-navale.fr, (jean-christophe.le lann,frederic.le roy)@ensta-bretagne.fr Résumé-Les FPGAs permettent aujourd'hui la conception de systèmes programmables complets sur puce (SoC) capables de couvrir une gamme extrêmement large d'applications, allant des systèmes embarqués classiquesà la virtualisation dans le cloud. Toutefois, le potentiel des FPGAs ne s'arrête pas là. Leur flexibilité et leur parallélisme naturel invitentà explorer leur utilisation dans des domaines plus confidentiels. Dans cet article, nous nous intéressonsà l'émulation de systèmes cyber-physiques complets sur FPGA. Notre cas d'étude présente l'émulation d'un système constitué d'une multitude de navires communicant selon le protocole d'identification AIS. L'étude démontre un facteur d'accélération de 75 par rapportà l'exécution purement logicielle, et permet d'esquisser un flot de conception adapté au domaine de l'émulation de tels systèmes sur FPGAs.
HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe), 2002
Digital Signal Processing
2022 20th IEEE Interregional NEWCAS Conference (NEWCAS)
The design of cyber-physical systems remains challenging because of their highly heterogeneous na... more The design of cyber-physical systems remains challenging because of their highly heterogeneous nature that makes modeling, design and analysis hard. Despite extensive work in model-based approaches, few unified simulation tools are available today for such systems. This paper proposes a simulation strategy that benefits from the characteristics of recent FPGA platforms and advances in the high-level synthesis tools. Our proposal consists in using these tools to build a cyber-physical system simulator running at high-speed on a FPGA; in this view, high-level synthesis is used not only in the traditional prototyping phase of the embedded systems, but also to synthesize its physical environment, which is jointly simulated on the FPGA. Our paper proposes a case study illustrating this approach: the simulation of the automatic identification system required in maritime communications. The simulation executed on the latest FPGA generation is accelerated by a factor x654 compared to software alternatives demonstrating that FPGAs exhibit appealing characteristics for such simulations.
Le Centre pour la Communication Scientifique Directe - HAL - Université de Bretagne Occidentale, Sep 6, 2022
,jj.szkolnik,abdel.boudraa)@ecole-navale.fr, (jean-christophe.le lann,frederic.le roy)@ensta-bret... more ,jj.szkolnik,abdel.boudraa)@ecole-navale.fr, (jean-christophe.le lann,frederic.le roy)@ensta-bretagne.fr Résumé-Le système d'identification automatique (AIS) améliore la sécurité et le contrôle du trafic maritime en permettant aux navires d'échanger des informations de navigation entre eux et avec les stations de contrôle terrestre. Cependant, l'AIS n'étant pas sécurisé, les positions envoyées peuventêtre facilement falsifiées. Dans cet article, nous présentons une stratégie de détection des falsifications des positions des navires qui applique un filtreà modèles multiples interactifs. Les résultats obtenus sur des données AIS réelles et simulées montrent l'efficacité de cette stratégie pour ce type d'application.
Applied Sciences
Autonomous Underwater Vehicles (AUVs) are becoming increasingly popular for large number of civil... more Autonomous Underwater Vehicles (AUVs) are becoming increasingly popular for large number of civil and military applications, such as environmental monitoring, oceanography, archaeology, or mine warfare. Operational safety issue still prevents the exploitation of the full potential of AUVs. Operations of AUVs are limited by constraints including the need to guarantee no collision with manned surface vehicles. To avoid collisions, a solution is to relay surface vessel positions to the AUVs by an underwater communication link. The communication must be optimized to establish a robust and reliable link at various range and depth. Commercial underwater acoustic modems are often dedicated for specific distances and bit rates with performances strongly dependent on the environmental conditions. For the considered application, the modem must be adaptive at the time and frequency selectivity of the channel which is varying according to the operation context. In this work, we propose an adapt...
Proceedings of the 2002 IEEE Radar Conference (IEEE Cat. No.02CH37322)
This paper presents a new signal processing method to improve the identification of interface bet... more This paper presents a new signal processing method to improve the identification of interface between different layered media, using a ground penetrating radar (GPR) recording. Our methodological approach is based on Monte Carlo Markov chain (MCMC) model. The deconvolution of the GPR signal is obtained in considering a stochastic estimation related to a maximum a posteriori criterion. The only known
OCEANS 2021: San Diego – Porto
Ts Traitement Du Signal, 2005
L'objectif de la presente etude est d'extraire d'une ambiance electromagnetique les i... more L'objectif de la presente etude est d'extraire d'une ambiance electromagnetique les impulsions issues d'un meme radar et, qui a ce titre, s'enchainent dans le temps en fonction de sequences dont on connait les caracteristiques generales mais, a priori, absolument pas les parametres. L'interet de separer les impulsions en fonction de l'emetteur est de proceder ensuite a l'analyse des lois qui regissent les parametres decrivant ces impulsions. Cependant, en raison d'innombrables perturbations et de la complexite des lois d'evolution des parametres des impulsions, la tâche s'avere fort delicate. Nous montrons que les methodes de Monte-Carlo sequentielles sont susceptibles d'apporter une reponse adaptee a ce probleme d'extraction, que l'on peut egalement formuler comme une problematique d'association de donnees. La fusion des differents parametres, a condition que cette derniere s'effectue en tenant compte des specificites du modele, permet d'etendre le domaine d'application de l'algorithme a des densites d'impulsions importantes.
It is proposed to automatically detect anomalies of AIS (Automatic Identification System) message... more It is proposed to automatically detect anomalies of AIS (Automatic Identification System) messages repeatability potentially indicative of abnormal behavior from the analysis of the instantaneous frequency of the signal envelope. The instantaneous frequency is used to date the arrival of the messages and to classify them according to transmitter identity. Then, a Kalman filter whose dynamic equation models the potential recurrences according to the class of the ship, tracks one type of message per transmitter. If the recurrences present unexplained variations, not taken into account by the model, the innovation increases beyond a threshold and an alert is raised to a higher level expert system.
L'objectif de la presente etude consiste a determiner un algorithme capable d'assurer l&#... more L'objectif de la presente etude consiste a determiner un algorithme capable d'assurer l'extraction aveugle des impulsions issues d'un meme radar et de caracteriser la sequence d'evolution de leurs parametres caracteristiques. Nous explicitons precisement le contexte et la nature physique des impulsions, les parametres qui les caracterisent, ainsi que les diverses modulations des parametres prises en compte afin d'aboutir a une formulation d'etat des trames radar. On s'interesse ensuite aux methodes actuelles implementees sur les materiels operationnels et dressons un etat de l'art de la recherche en la matiere au travers des publications libres paraissant sur le sujet. Nous degageons et justifions notre propre axe de recherche constitue par l'application des methodes particulaires a la problematique precedemment decrite. Nous detaillons les theories de Monte-Carlo sequentielles, leurs limitations, les procedes mis en œuvre pour y remedier, leu...