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Erstellt: Tue, 19 Jan 2021 23:03:09 +0100 in 0.0673 sec


Krey, Maximilian; Töpfer, Hannes;
Topology optimization of magnetoelectric sensors using Euler-Bernoulli beam theory. - In: Microactuators, Microsensors and Micromechanisms : MAMM 2020.. - Cham : Springer International Publishing, (2021), S. 115-124

A studied magnetic field sensor is based on resonant operation of magnetoelectric micro-electro-mechanical systems (MEMS). Subsequently to an applied magnetic field, the micro beam changes the eigenfrequency, due to the magnetostrictive effect. Euler-Bernoulli beam theory can calculate eigenfrequencies of bending vibrations of beams with high accuracy. Implementing more complex beam geometries is challenging, thus often the finite element method (FEM) is used. This paper deals with the modeling of prestressed beams with multilayered structure and discontinuities along the beam length using Euler-Bernoulli beam theory. The arising problems are addressed in detail. As an example, the model is applied to the studied magnetoelectric sensor and shows good accordance to FEM simulations. An optimization algorithm is used to find a sensor geometry that leads to high output signals utilizing the developed model as input for the minimization of a target function.



https://doi.org/10.1007/978-3-030-61652-6_10
Wagner, Christoph W.; Semper, Sebastian; Römer, Florian; Schönfeld, Anna; Del Galdo, Giovanni;
Hardware architecture for ultra-wideband channel impulse response measurements using compressed sensing. - In: 28th European Signal Processing Conference (EUSIPCO 2020) : proceedings : 24-28 August 2020, Amsterdam, The Nederlands.. - [Piscataway, NJ] : IEEE, (2021), S. 1663-1667

We propose a compact hardware architecture for measuring sparse channel impulse responses (IR) by extending the M-Sequence ultra-wideband (UWB) measurement principle with the concept of compressed sensing. A channel is excited with a periodic M-sequence and its response signal is observed using a Random Demodulator (RD), which observes pseudo-random linear combinations of the response signal at a rate significantly lower than the measurement bandwidth. The excitation signal and the RD mixing signal are generated from compactly implementable Linear Feedback Shift registers (LFSR) and operated from a common clock. A linear model is derived that allows retrieving an IR from a set of observations using Sparse-Signal-Recovery (SSR). A Matrix-free model implementation is possible due to the choice of synchronous LFSRs as signal generators, resulting in low computational complexity. For validation, real measurement data of a time-variant channel containing multipath components is processed by simulation models of our proposed architecture and the classic M-Sequence method. We show successful IR recovery using our architecture and SSR, outperforming the classic method significantly in terms of IR measurement rate. Compared to the classic method, the proposed architecture allows faster measurements of sparse time-varying channels, resulting in higher Doppler tolerance without increasing hardware or data stream complexity.



https://doi.org/10.23919/Eusipco47968.2020.9287454
Korobkov, Alexey A.; Diugurova, Marina K.; Haueisen, Jens; Haardt, Martin;
Multi-dimensional model order estimation using LineAr Regression of Global Eigenvalues (LaRGE) with applications to EEG and MEG recordings. - In: 28th European Signal Processing Conference (EUSIPCO 2020) : proceedings : 24-28 August 2020, Amsterdam, The Nederlands.. - [Piscataway, NJ] : IEEE, (2021), S. 1005-1009

The efficient estimation of an approximate model order is very important for real applications with multi-dimensional data if the observed low rank data is corrupted by additive noise. In this paper, we present a novel robust method for model order estimation of multi-dimensional data based on the LineAr Regression of Global Eigenvalues (LaRGE). The LaRGE method uses the multi-linear singular values obtained from the HOSVD of the measurement tensor to construct global eigenvalues. In contrast to the Modified Exponential Test (EFT) that also exploits the approximate exponential profile of the noise eigenvalues, LaRGE does not require the calculation of the probability of false alarm. Therefore, it is well suited for the analysis of biomedical data. The excellent performance of the LaRGE method is illustrated via simulations and results obtained from EEG as well as MEG recordings.



https://doi.org/10.23919/Eusipco47968.2020.9287523
Stichling, Marcel;
Bewertung des Ladungstransport-Verhaltens neu entwickelter Materialien für Gleichspannungs-Isoliersysteme. - Ilmenau. - 53 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020

Untersuchung der elektrischen Eigenschaften von Polypropylenfolien mit unterschiedlichen Beimischungen. Bestimmung der relativen Permittivität und der elektrischen Leitfähigkeit sowie dem dielektrischen Verlustfaktor in Abhängikeit der Temperatur und der Spannung. Hierzu wurden Messungen bei AC und DC durchgeführt und die Ergebnisse in geeigneter Form dargestellt.



Köhler, Florian;
Entwurf und Realisierung eines Messwerterkennungssystems zur Erfassung analoger Zählerstände. - Ilmenau. - 85 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020

Diese Abschlussarbeit befasst sich mit der Entwicklung einer Software zur bildbasierten Erfassung analoger Zählerstände unter maßgeblicher Verwendung möglichst sparsamer Neuronaler Netzwerke zur Problemlösung. Das am Forschungsstand orientierte Erkennungsprinzip umfasst dabei eine optionale Lokalisation des Zählerstandes im Bild mit dem Objektdetektor SSD MobileNet V2 FPNLite 640 x 640, das Extrahieren der Einzelziffern mittels Durchschnittssegmentierung sowie eine Ziffernerkennung mit einem einfachen CNN-Bildklassifikator. Die Realisierung der Software in Python 3 mit TensorFlow 2 umfasst ein Datensatz-Vorbereitungssystem, die Zählerstandserfassung selbst sowie Komponenten zum Training des Klassifikators und zur Auswertung des Systems. Die Erkennungssoftware ist dabei lauffähig auf einem Raspberry Pi 4B mit einer Microsoft LifeCam Cinema als Bildquelle. Die vollautomatische Zählerstandserfassung erreicht in den verwendeten Testdatensätzen bis zu 19 % komplett richtig erkannte Zählerstände, während die Erfassung ohne automatische Lokalisation bis zu 50 % erreicht. Aufgrund der mangelhaften Erkennungsraten ist dabei kein Praxiseinsatz des Systems möglich. Es wird durch diese Arbeit allerdings ein Grundgerüst gelegt, welches die Erforschung verbesserter Erkennungsmethoden unterstützen kann.



Reum, Thomas; Töpfer, Hannes;
A bicomplex finite element method for wave propagation in homogeneous media. - In: Compel : international journal of computation & mathematics in electrical & electronic engineering.. - Bradford : Emerald, ISSN 2054-5606, Bd. 39 (2020), 5, S. 1031-1039

Purpose The purpose of this paper is to present the advantageous applicability of the bicomplex analysis in the context of the Finite Element Method (FEM). This method can be applied for wave propagation problems in various environments. Design/methodology/approach In this paper, the bicomplex number system is introduced and accordingly the differential equation for time-harmonic Maxwells equations in homogeneous media is derived in detail. Besides that, numerical simulations of wave propagation are performed and compared to the traditional approach based on classical FEM related to the Helmholtz equation. The appropriate error norm is investigated for different discretizations. Findings The results show that the use of bicomplex analysis in FEM leads to the higher accuracy of the electromagnetic field determination compared to the traditional Helmholtz approach. By using the bicomplex-valued formulation, the complex-valued electric and magnetic fields can be found directly and no additional FEM calculations are necessary to get the whole field. Originality/value The direct bicomplex formulation overcomes the use of the second order derivatives, which leads to the higher accuracy. In general, accurate calculations of the wave propagation in FEM is still an open problem and the approach described in this paper is a contribution to this class of problems.



https://doi.org/10.1108/COMPEL-01-2020-0010
Loracher, Stefanie;
Elektronisch abstimmbare transistorbasierte Induktivitäten für den Hochfrequenzbereich. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2020. - 1 Online-Ressource (v, 167 Seiten).
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2020

Die zur Verfügung stehenden Frequenzen stellen für eine zunehmende Anzahl von Anwendungen eine zentrale Ressource dar. Die effiziente Nutzung der verfügbaren Frequenzen ist erforderlich und damit die Entwicklung von frequenzagilen Sender- und Empfängerarchitekturen. Dafür können entweder mehrere Schaltungen für die jeweiligen Frequenzen parallel aufgebaut werden, oder im Sinne der fortschreitenden Miniaturisierung konfigurierbare Schaltungen verwendet werden. Die steuerbaren Bauelemente, die für konfigurierbare Schaltungen notwendig sind, sind auf vielfältige Weise realisierbar. Die vorliegende Arbeit beinhaltet den Funktionsbeweis der transistorbasierten Induktivitätsschaltung, zeigt das Potenzial des Ansatzes und stellt Richtlinien für die Dimensionierung beziehungsweise den Aufbau der Schaltung auf. Das Potenzial als symmetrische, variierbare und miniaturisierbare Induktivität im Hochfrequenzbereich für frequenzagile Anwendungen wird untersucht. Eine Literaturrecherche zum Stand der Technik beschreibt die bisher üblichen Methoden für abstimmbare Induktivitäten und ermöglicht einen Vergleich mit der Induktivitätsschaltung. Sie ist aufgrund der Möglichkeit der Integration und Miniaturisierung eine nützliche Ergänzung für die HF-Schaltungstechnik. Analytische Untersuchungen in Kombination mit numerischen Simulationsmethoden erlauben das Ableiten von präziseren Entwurfskriterien, die nach Wissen der Autorin das erste Mal auch transistorinterne Größen berücksichtigen. Die Richtlinien werden anschließend durch die Messung realisierter Schaltungen validiert, in denen symmetrisches Verhalten.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2020000628
Memon, Aman Amir;
Localization of wireless transmitters using manifold learning. - Ilmenau. - 46 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020

Die Lokalisierung oder Positionierung von Benutzern ist aus verschiedenen Gründen ein unverzichtbarer Bestandteil von drahtlosen Kommunikationsnetzen. Zahlreiche standortbezogene Dienste (Location Based Services, LBS), die Teil unseres täglichen Lebens sind, hängen hauptsächlich von der Position der Benutzer innerhalb der Kanalumgebung ab. Standortinformationen sind auch wichtig für die Aufrechterhaltung und Verbesserung verschiedener netzwerkbezogener Funktionen wie Handover, Ressourcenzuweisung, Tarifanpassung und andere RRM-Funktionen des Funkressourcenmanagements. Channel Charting (CC) ist ein neuartiges, datengesteuertes Basisbandverfahren, das darauf abzielt, die niedrigdimensionale Darstellung, d.h. Kanaldiagramm unter Verwendung hochdimensionaler Channel State Information (CSI) zu erlernen, die an der Basisstation (BS) gesammelt wird, um den wahren Standort der UEs zu erhalten. Vereinfacht ausgedrückt werden virtual maps oder charts so erstellt, dass die räumlich nahe beieinanderliegenden Punkte auch im Kanaldiagramm nahe beieinander liegen. Diese Kanaldiagramme werden völlig unbeaufsichtigt erstellt, d.h. ohne Zugang zu irgendwelchen Standortinformationen an der BS. CC arbeitet, indem es Merkmale aus der CSI extrahiert, die die Nachbarschaftsinformationen zwischen den UEs bewahren, und dann unüberwachte vielfältige Lernmethoden anwendet, um die extrahierten Merkmale auf dem Kanaldiagramm abzubilden. Der jüngste Erfolg des Tiefenlernens hat gezeigt, dass neuronale Netze leistungsfähige Funktions-Approximatoren sind, die in der Lage sind, komplexe Merkmale aus Rohdaten zu extrahieren. Convolutional Neural Networks (CNNs) sind wahrscheinlich die am weitesten verbreiteten neuronalen Netze, die für die Extraktion relevanter raumzeitlicher Merkmale aus Rohdaten bekannt sind. In der vorliegenden Masterarbeit wird die Idee der Verwendung von Convolutional Neural Networks CNNs zur Lösung des CC-Problems untersucht. Convolutional AutoEncoders (CAE) bieten einen völlig unbeaufsichtigten Tiefenlernansatz, der es auch erlaubt, die Nebeninformationen wie z.B. Beschränkungen des maximalen Abstands zwischen Abtastpunkten in das Lernen einzubeziehen. Für die Merkmalsextraktion schlagen wir vor, CSI-basierte Channel Impulse Response zu verwenden. Darüber hinaus schlagen wir auch vor, einen hybriden Ansatz zu verwenden, indem wir zwei vielfältige Methoden kombinieren, nämlich (CAE) und Uniform Manifold Approximation (UMAP), um genaue Kanaldiagramme zu erstellen.



Kim, Jee Hyun;
Multiuser MIMO techniques with feedback. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2020. - 1 Online-Ressource (xxiii, 204 Seiten).
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2020

Kooperative Antennenanlagen haben vor kurzem einen heißen Forschungsthema geworden, da Sie deutlich höhere spektrale Effizienz als herkömmliche zelluläre Systeme versprechen. Der Gewinn wird durch die Eliminierung von Inter-Zelle Störungen (ICI) durch Koordinierung der-Antenne Übertragungen erworben. Vor kurzem, verteilte Organisation Methoden vorgeschlagen. Eine der größten Herausforderungen für das Dezentrale kooperative Antennensystem ist Kanalschätzung für den Downlink Kanal besonders wenn FDD verwendet wird. Alle zugehörigen Basisstationen im genossenschaftlichen Bereich müssen die vollständige Kanal Informationen zu Wissen, die entsprechenden precoding Gewicht Matrix zu berechnen. Diese Information ist von mobilen Stationen übertragen werden Stationen mit Uplink Ressourcen zu stützen. Wird als mehrere Basisstationen und mehreren mobilen Stationen in kooperativen Antennensysteme und jede Basisstation und Mobilstation beteiligt sind, können mit mehreren Antennen ausgestattet sein, die Anzahl der Kanal Parameter wieder gefüttert werden erwartet, groß zu sein. In dieser Arbeit wird ein effizientes Feedback Techniken der downlink Kanal Informationen sind für die Multi-user Multiple Input Multiple Output Fall vorgeschlagen, der insbesondere auf verteilte kooperative Antennensysteme zielt. Zuerst wird ein Unterraum-basiertes Kanalquantisierungsverfahren vorgeschlagen, das ein vorbestimmtes Codebuch verwendet. Ein iterativer Codebuchentwurfsalgorithmus wird vorgeschlagen, der zu einem lokalen optimalen Codebuch konvergiert. Darüber hinaus werden Feedback-Overhead-Reduktionsverfahren entwickelt, die die zeitliche Korrelation des Kanals ausnutzen. Es wird gezeigt, dass das vorgeschlagene adaptive Codebuchverfahren in Verbindung mit einem Datenkomprimierungsschema eine Leistung nahe an dem perfekten Kanalfall erzielt, was viel weniger Rückkopplungsoverhead im Vergleich zu anderen Techniken erfordert. Das auf dem Unterraum basierende Kanalquantisierungsverfahren wird erweitert, indem mehrere Antennen auf der Senderseite und/oder auf der Empfängerseite eingeführt werden, und die Leistung eines Vorcodierungs- (/Decodierungs-) Schemas mit regulierter Blockdiagonalisierung (RBD) wurde untersucht. Es wird ein kosteneffizientes Decodierungsmatrixquantisierungsverfahren vorgeschlagen, dass eine komplexe Berechnung an der Mobilstation vermeiden kann, während es nur eine leichte Verschlechterung zeigt. Die Arbeit wird abgeschlossen, indem die vorgeschlagenen Feedback-Methoden hinsichtlich ihrer Leistung, ihres erforderlichen Feedback-Overheads und ihrer Rechenkomplexität verglichen werden.



https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00047362
Cichon, Daniel;
Robuste Lokalisierung magnetischer Quellen mithilfe integrierter 3D-Hall-Sensor-Anordnungen. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2020. - 1 Online-Ressource (vii, 139 Seiten).
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2020

Magnetfeldsensoren erlauben die indirekte, berührungslose Bestimmung der Position bewegter Objekte und finden daher millionenfach Anwendung im Industrie- und Automobilbereich. Positionsmesssysteme in diesen Anwendungsbereichen haben die Aufgabe einen linearen Weg oder den Winkel der Rotationsbewegung eines Permanentmagneten zu erfassen. In Labor-Anwendungen wurde bereits gezeigt, dass das Feld magnetischer Quellen genutzt werden kann alle sechs mechanischen Freiheitsgrade zu bestimmen. Unter schwierigen Umgebungsbedingungen sind Auswertungen mit nur einem einzigen Freiheitsgrad jedoch alternativlos. Gründe hierfür sind der rechentechnische Aufwand komplexer Auswertealgorithmen, aber auch zu erwartende magnetische und temperaturbedingte Störungen. Zudem gibt es kaum Anhaltspunkte für die Auslegung magnetfeldbasierter Positionsmesssysteme, was den Einsatz erschwert. Ziel dieser Arbeit ist es daher, Methoden zu erarbeiten, die es ermöglichen die Vorteile integrierter Magnetfeldsensoren auch für schwierige Umgebungen nutzbar zu machen, und somit die Möglichkeiten der Technologie auszuschöpfen. Kompakte Hall-Sensor-Anordnungen, die am Fraunhofer Institut für Integrierte Schaltungen (IIS) entwickelt wurden, dienen als Ausgangspunkt. Sie ermöglichen es, den Magnetfeldvektor einer magnetischen Quelle an mehreren Stellen und auf engstem Raum zu messen. Um daraus die Position zu ermitteln, und somit das inverse Problem der Magnetostatik zu lösen, wird in dieser Arbeit ein analytisches Modell eines beispielhaften Messsystems entwickelt und verschiedene numerische Lösungsverfahren evaluiert. Das Unscented Kalman-Filter zeigt sich im Hinblick auf die Anforderungen industrieller Anwendungen als besonders geeignet. Von der stochastischen Modellierung des Systems ausgehend, werden Methoden und Richtlinien zum Entwurf magnetfeldbasierter Positionsmesssysteme abgeleitet und ein Verfahren vorgestellt, das es ermöglicht Permanentmagneten zu charakterisieren, und somit die Eigenschaften der Lokalisierung zu verbessern. Algorithmische Anpassungen des Unscented-Kalman-Filters, deren Wirksamkeit anhand von Messungen und Simulationen belegt wird, reduzieren die Empfindlichkeit gegenüber Störungen in schwierigen Umgebungen.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2020000502