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Publikationen

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Erstellt: Thu, 22 Oct 2020 23:02:03 +0200 in 0.0739 sec


Das, Sanju;
Measurement and modeling of radiated interference in industrial frequency bands for 5G URLLC. - Ilmenau. - 106 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020

Es wird erwartet, dass 5G Ultra-Reliable Low-Latency Communication (URLLC) eine wichtige Rolle in der industriellen Automatisierung spielt, bei der die hohe Zuverlässigkeit des Kommunikationsnetzwerks von entscheidender Bedeutung ist. Eine industrielle Umgebung kann jedoch verschiedene Arten von Störstrahlungen enthalten, was dazu führen kann, dass der Systemteil mit Bedarf an hoher Zuverlässigkeit nicht mehr korrekt arbeitet. Vor der Anwendung von Netzwerklösungen ist es daher unerlässlich, ein angemessenes Verständnis der verschiedenen Störstrahlungen zu haben, die in einer industriellen Umgebung auftreten können. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der Entwicklung eines solchen Verständnisses in dem jeweiligen relevanten Frequenzband. In diesem Zusammenhang haben wir in einer kleinen Fabrik eine Messreihe durchgeführt, die sich insbesondere mit den Emissionen eines Lichtbogenschweißprozesses befasst und eine detaillierte Analyse der Eigenschaften wie Leistung, Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion, Leistungsdichtespektrum und zeitliche Parameter der gemessenen Interferenz liefert. Darüber hinaus werden in der Arbeit mehrere state-of-the-art Impulsrauschmodelle untersucht und ihre Leistung bei der Modellierung der Eigenschaften der gemessenen Interferenz bewertet. Ebenfalls wird ein neuartiges Modell vorgeschlagen, bei dem das Ergebnis eine höhere Genauigkeit derWahrscheinlichkeitsdichtefunktion und bessere zeitliche Eigenschaften als die vorhandenen Modelle aufweist. Die beiden wesentlichen Erkenntnisse der Arbeit sind einerseits der Einblick in die Eigenschaften der gemessenen Interferenz sowie die Entwicklung eines neuartigen Modells mit verbesserter Leistung im Vergleich zu den vorhandenen Modellen. Die Ergebnisse der Arbeit können in Simulationen/Emulationen von 5G-Systemen verwendet werden und helfen, die Systemleistung bei industriellen Interferenzen zu untersuchen und zu verbessern.



Kasper, Malte;
Re-Design eines passiven UHF-RFID Tags in einer 28nm Technologie. - Ilmenau. - 99 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020

RFID-Systeme sind in der heutigen Zeit sowohl in Forschung als auch in Entwicklung ein entscheidender Entwicklungstreiber. Es werden zunehmend größere Anforderungen an die Chips, genannt Tags, gestellt. Zu diesen Anforderungen gehören vor allem Reichweite, Rechengeschwindigkeit sowie Flächenbedarf. Diese Arbeit beschreibt den Entwurf eines passiven (d. h. ohne zusätzliche Stromversorgung betriebenen) UHF-RFID Tags. Durch die Verwendung einer 28nm CMOS Technologie ist eine minimale Eingangsleistung von -24dBm erzielbar. Somit kann gegenüber anderen, größeren Strukturbreiten die Reichweite deutlich erhöht werden. Der Aufbau des Front-Ends selbst unterteilt sich dabei in verschiedene Blöcke. Hierbei ist die Spannungsversorgung der essentielle Part zur Versorgung der Logik und des Taktgenerators für ebenjene. Ihre Aufgabe ist es, aus dem hochfrequenten Feld, erzeugt vom Reader, eine Gleichspannung zu generieren. Dies ist im vorliegenden Aufbau realisiert durch zwei Low-Drop-out Spannungsregler, die die Spannung von VDD nach VSS aussteuern lassen. Mit einer Spannungsversorgung von differentiell ca. 256mV lässt sich die nachfolgende digitale Logik sicher betreiben. Der 2 MHz Takt führt gleichzeitig dazu, dass diese eine hohe Rechengeschwindigkeit besitzt. Der Demodulator ist das entscheidende Bauteil zur Rückgewinnung der Daten. Er trennt Trägerfrequenz von Nutzsignal. Die Kommunikation zwischen Tag und Reader basiert auf dem Prinzip des leistungslosen Schalters, angesteuert durch die Logik, der das ausgesendete Signal des Readers verstimmt. Mit seinen 149.469 [my]m2 ist der Flächenbedarf des Front-Ends verhältnismäßig gering.



Pandey, Rick;
Robust signal processing of manually acquired single-channel synthetic aperture ultrasound measurement data. - Ilmenau. - 95 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020

Die manuelle Ultraschallprüfung ist ein zerstörungsfreies Prüfverfahren das zur Identifizierung von Fehlern in Bauteilen eingesetzt wird. Sie ist aufgrund ihrer Kompatibilität mit komplexen Probenstrukturen weit verbreitet. Die Synthetic Aperture Focusing Technique (SAFT) ist eine Rekonstruktionstechnik, die zur Abbildung des Inneren von Objekten durch Nachbearbeitung von Ultraschallmessungen verwendet wird. Sie wird bei Messungen angewandt, die mit einem Positionierroboter in der Industrie durchgeführt werden. Bei gleicher Verarbeitung händischer Daten treten Artefakte aufgrund unvermeidlicher Probleme auf, die mit manueller Prüfung verbunden sind: variable Prüfdichte, räumliche Spärlichkeit und Versatz bei A-Bildern aufgrund von inkonsistentem Anpressdruck. Tiefe Neuronale Netzwerke (Deep Neural Networks, DNN) werden häufig zur Klassifiezierung von Daten als Vorverabeitung zur Verbesserung der Bildgebung verwendet. Ziel dieser Arbeit ist, die SAFT-Rekonstruktion für manuelle mit 3D SmartInspect, einem vom Fraunhofer Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFP entwickeltes Assistenzsystem, gemessene Ultraschalldaten zu verbessern. Als Ergebnis verbesserten wir die SAFT-Ergebnisse im Vergleich zum Stand der Technik durch optimierte Parameterauswahl basierend auf dem Messaufbau. Wir haben ein DNN-Modell entwickelt, mit dem die erfassten Messungen vorverarbeitet werden können, um sie für eine weitere Artefaktreduzierung robust gegenüber messtechnischen Herausforderungen zu machen. Das vorgeschlagene DNN kann räumlich spärliche Scans interpolieren und mögliche Offsets durch variierenden Anpressdruck korrigieren, indem es ein Regressionsproblem im Zeitbereich löst. Es kann den Prüfer bei der Ermittlung der Mindestmessungen helfen, die für Rekonstruktionen mit wenig Artefakten erforderlich sind. Das DNN wird sowohl mit simulierten als auch mit realen Messungen getestet. Die Rekonstruktionen vorverarbeiteter Messungen mittels DNN sowie unbearbeiteter Messungen werden an Hand des Generalized Contrast to Noise Ratio (GCNR) verglichen. Wir verbesserten den GCNR um 12% und 3% für simulierte bzw. Realdaten. Wir konnten unter Verwendung des DNNs auch die Größe und Form der Defekte besser abschätzen. Die vorgeschlagene Strategie und die Verbesserungen können Assistenzsysteme erheblich aufwerten und eine bessere Lokalisierung und Bemessung von Mängeln ermöglichen.



Liu, Shuo;
Design and performance evaluation of LoRa wide area networks for IoT applications. - Ilmenau. - 85 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020

Diese Arbeit zielt darauf ab, ein auf Long Range Wide Area Network (LoRaWAN) basierendes System zu entwerfen und zu simulieren, das aus einer unterschiedlichen Anzahl von Sensorknoten besteht, die über ein bestimmtes geografisches Gebiet verteilt sind, mehreren Gateways in verschiedenen Internet of Things (IoT) Anwendungsszenarien. Die Simulation des Long Range (LoRa) Netzwerks basiert auf den beiden vorhandenen LoRaWAN-Simulatoren d. h. Framework für LoRa (FLoRa) und LoRa-Simulator (LoRaSim) und MATLAB. Zusätzlich werden die praktischen Experimente des LoRaWAN-Netzwerks auf dem Campus der Technische Universität Ilmenau entwickelt. Die Messergebnisse über das Message Queue Telemetry Transfer (MQTT) Protokoll werden in der Cloud (d. h. MQTT-Broker) publiziert und vom MQTT-Broker über Mobiltelefone, PCs, Laptops usw. abonniert.



Rashidifar, Ali;
Antenna design optimization for elay-based wideband DoA estimation. - Ilmenau. - 75 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020

Die Nachfrage nach Datenraten in der drahtlosen Kommunikation steigt rapide an, und es müssen Arrays mit einer hohen Anzahl von Elementen verwendet werden. Wenn die Anzahl der Elemente zunimmt, wird die Strahlbreite des Arrays immer schmaler und schließlich kann ein kleiner Bereich im Raum abgedeckt werden. Daher muss das Array bei einem sich bewegenden Ziel die Bewegung verfolgen und gleichzeitig den Hauptstrahl in Richtung des Ziels verändern. Eine der größten Herausforderungen ist die Abschätzung der Einfallsrichtung (DoA) eines auftreffenden Signals mit hoher Bandbreite (BW). Die vorhandenen DoA-Algorithmen funktionieren sehr gut für schmalbandige Szenarien, doch wenn die BW des Signals ansteigt, beginnen sich die meisten Algorithmen deutlich zu verschlechtern. Um dies zu kompensieren, ist entweder intensive Berechnung oder komplexe Hardware erforderlich. In dieser Arbeit wird eine neue Architektur vorgeschlagen, um die breitbandige DoA-Schätzung im Vergleich zu den bestehenden Lösungen effizient durchzuführen. In dem vorgeschlagenen Modell wird die Hauptantennengruppe in zwei Einheiten unterteilt: 1) Strahlformungseinheit (BF-U) und Ankunftsrichtungseinheit (DoA-U). Der Zweck der DoA-U ist es, die DoA des auftreffenden Signals zu schätzen, und die BF-U dient zum Senden und Empfangen von Daten. Die BF-U befindet sich im Zentrum und die Elemente der DoA-U sind Orte um sie herum. Während der DoA-Schätzung ist der BF-U inaktiv. Um die DoA zu schätzen, werden Zeitbereichsmerkmale des Signals ausgenutzt. Die Spitze des auftreffenden Signals wird bei jedem Element der DoA-U geschätzt, und dann werden die Verzögerungen zwischen ihnen geschätzt. Schließlich wird mit den Verzögerungen die DoA des Signals geschätzt. Außerdem haben die Elemente in der DoA-U separate HF-Ketten und arbeiten nicht als Array. Es ist erwünscht, dass das Ziel innerhalb der minimalen Half Power Beam Width (HPBW) des Beamforming (BF)-Arrays platziert wird, daher wird die maximal akzeptable Variation des Schätzfehlers durch die Grenzen der minimalen HPBW festgelegt. Insofern die beiden Einheiten getrennt sind, können in jeder Einheit verschiedene Antennentypen verwendet werden. Um den Effekt der Antenne bei der DoA-Schätzung zu reduzieren, müssen die Antennenelemente in der DoA-U außerdem einige Eigenschaften aufweisen. Die beiden wichtigsten Anforderungen sind, eine nicht-dispersive Impulsantwort (IR) im Winkelbereich und ein konstantes Strahlungsdiagramm innerhalb des Betriebs-BW zu haben. Basierend auf der Studie und den Simulationsergebnissen erfüllt die Rectangular Dielectric Resonator Antenna (DRA) alle Anforderungen. Darüber hinaus zeigen die Simulationsergebnisse, dass die vorgeschlagene Architektur für die DoA-Abschätzung verwendet werden kann. Außerdem können hohe Hardware-Komplexität und intensive Berechnungen vermieden werden. Für die Peak-Erkennung ist jedoch eine hohe Abtastfrequenz erforderlich. Schließlich ist zu beobachten, dass nur 4 Elemente in der DoA-U ausreichen, um die DoA für ein relativ großes Array abzuschätzen.



Smeenk, Carsten;
Genauigkeit der autonomen UWB-Lokalisierung in realistischen Szenarien. - Ilmenau. - 105 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020

Die autonome Lokalisierung und Navigation von Servicerobotern erfordert eine zuverlässige und präzise Umgebungswahrnehmung. Die gängigen optischen Sensoren, die bisher bei Servicerobotern eingesetzt werden, weisen einige Schwächen in der Erkennung von Hindernissen auf. Zur Kompensation dieser Schwächen wird der kombinierte Einsatz mit Ultrabreitband (UWB)-Sensoren erforscht. Ziel dieser Masterarbeit ist es, die Leistungsfähigkeit der UWB-Radarsensorik zur Umgebungswahrnehmung in realistischen Szenarien zu untersuchen. Dazu wird ein vollpolarimetrisches UWB-Radarsystem in einen Serviceroboter integriert. Mit diesem werden verschiedene Testobjekte, wie Kleiderständer, Glasscheiben und absteigende Treppen aus der Bewegung heraus gemessen. Um präzise und zuverlässige Informationen über die Umgebung aus den Messdaten zu gewinnen, wird eine Signalverarbeitungskette konzipiert und implementiert. Diese besteht aus Algorithmen zur Vorverarbeitung und zur Analyse der Messdaten. Zur Aufbereitung der Messdaten werden mit Kalibriermessungen Filter entworfen, mit denen die deformierte Impulsform der Echosignale korrigiert wird. Des Weiteren werden Methoden der Hintergrundsubtraktion angewandt, um Signalanteile, die durch Antennenüberkoppeln verursacht werden, zu eliminieren. Um diesbezüglich bei statischen Szenarien ein Verrauschen der Messdaten zu verhindern, wird die Bewegungsintensität analysiert und die exponentielle Mittelung fortlaufend angepasst. Bei der Analyse der Messdaten spielt die Objekterkennung eine entscheidende Rolle. Es werden die automatisierten Methoden zur Objekterkennung CA-CFAR, CFAR-OS und SOCA-CFAR untersucht und die Ergebnisse miteinander verglichen. In Szenarien mit mehreren Echosignalen tritt der sogenannte Maskierungseffekt auf, der genauer untersucht wird. Anhand der Messdaten wird die Zuverlässigkeit dieser Methoden mit Operationscharakteristik (ROC-Kurven) bewertet. Zudem werden kurzzeitige Beobachtungsverluste kompensiert, indem die erkannten Objekte mit dem rechengünstigen Kalmanfilter verfolgt werden. Bei mehreren erkannten Objekten in einer Messung, können diese auf Grundlage der Methode des nächsten Nachbarn einander zugeordnet werden. Anschließend werden die verfolgten Echosignale der Testobjekte anhand der vollpolarimetrisch gemessenen Streumatrix analysiert. Auf Grundlage dessen wird eine Abschätzung über eine mögliche Objektklassifizierung und Objektidentifizierung getätigt.



Balabozov, Iosko; Tomov, Dragoslav; Yatchev, Ivan; Hadzhiev, Ivan; Brauer, Hartmut;
Experimental study of the influence of some parameters on the characteristics of hybrid electromagnetic system with magnetic flux modulation. - In: IEEE Xplore digital library. - New York, NY : IEEE, ISSN 2473-2001, (2020), insges. 4 S.

https://doi.org/10.1109/SIELA49118.2020.9167093
Hampel, Jakob;
Echtzeitanalyse und -bewertung erfasster Signale aus Messungen zeitaufgelöster Fluoreszenz unter Verwendung programmierbarer Logikbausteine bzw. Mikrocontroller. - Ilmenau. - 42 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020

In Messaufbauten zur Aufnahme und Auswertung von Messdaten aus zeitaufgelösten Fluoreszenzmessungen kommen häufig Funktionsgeneratoren und Oszilloskope zum Einsatz. Diese Geräte sind jedoch aufgrund ihrer beträchtlichen Größe und ihrer hohen Kosten für portable Messsysteme kaum geeignet. Das Ziel der vorliegenden Bachelorarbeit ist die Erstellung des Digitalteiles für ein Messsystem zur Auswertung solcher Messdaten unter Verwendung kostengünstigerer und kompakterer Geräte. Dazu wurde ein Mikrocontoller mit programmierbarer Logik verwendet, um ein digitales Aufnahme- und Auswertungssystem für solche zeitaufgelösten Fluoreszenzmessungen zu entwerfen und implementieren. Das System ist in der Lage, einzelne Photonen zu zählen und ist dadurch besonders für geringste Lichtintensitäten geeignet.



Jovanoska, Snezhana;
Localisation and tracking of people using distributed UWB sensors. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2020. - 1 Online-Ressource (xxx,180 Seiten).
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2020

In vielen Überwachungs- und Rettungsszenarien ist die Lokalisierung und Verfolgung von Personen in Innenräumen auf nichtkooperative Weise erforderlich. Für die Erkennung von Objekten durch Wände in kurzer bis mittlerer Entfernung, ist die Ultrabreitband (UWB) Radartechnologie aufgrund ihrer hohen zeitlichen Auflösung und Durchdringungsfähigkeit Erfolg versprechend. In dieser Arbeit wird ein Prozess vorgestellt, mit dem Personen in Innenräumen mittels UWB-Sensoren lokalisiert werden können. Er umfasst neben der Erfassung von Messdaten, Abstandschätzungen und dem Erkennen von Mehrfachzielen auch deren Ortung und Verfolgung. Aufgrund der schwachen Reflektion von Personen im Vergleich zum Rest der Umgebung, wird zur Personenerkennung zuerst eine Hintergrundsubtraktionsmethode verwendet. Danach wird eine konstante Falschalarmrate Methode zur Detektion und Abstandschätzung von Personen angewendet. Für Mehrfachziellokalisierung mit einem UWB-Sensor wird eine Assoziationsmethode entwickelt, um die Schätzungen des Zielabstandes den richtigen Zielen zuzuordnen. In Szenarien mit mehreren Zielen kann es vorkommen, dass ein näher zum Sensor positioniertes Ziel ein anderes abschattet. Ein Konzept für ein verteiltes UWB-Sensornetzwerk wird vorgestellt, in dem sich das Sichtfeld des Systems durch die Verwendung mehrerer Sensoren mit unterschiedlichen Blickfeldern erweitert lässt. Hierbei wurde ein Prototyp entwickelt, der durch Fusion von Sensordaten die Verfolgung von Mehrfachzielen in Echtzeit ermöglicht. Dabei spielen insbesondere auch Synchronisierungs- und Kooperationsaspekte eine entscheidende Rolle. Sensordaten können durch Zeitversatz und systematische Fehler gestört sein. Falschmessungen und Rauschen in den Messungen beeinflussen die Genauigkeit der Schätzergebnisse. Weitere Erkenntnisse über die Zielzustände können durch die Nutzung zeitlicher Informationen gewonnen werden. Ein Mehrfachzielverfolgungssystem wird auf der Grundlage des Wahrscheinlichkeitshypothesenfilters (Probability Hypothesis Density Filter) entwickelt, und die Unterschiede in der Systemleistung werden bezüglich der von den Sensoren ausgegebene Informationen, d.h. die Fusion von Ortungsinformationen und die Fusion von Abstandsinformationen, untersucht. Die Information, dass ein Ziel detektiert werden sollte, wenn es aufgrund von Abschattungen durch andere Ziele im Szenario nicht erkannt wurde, wird als dynamische Überdeckungswahrscheinlichkeit beschrieben. Die dynamische Überdeckungswahrscheinlichkeit wird in das Verfolgungssystem integriert, wodurch weniger Sensoren verwendet werden können, während gleichzeitig die Performanz des Schätzers in diesem Szenario verbessert wird. Bei der Methodenauswahl und -entwicklung wurde die Anforderung einer Echtzeitanwendung bei unbekannten Szenarien berücksichtigt. Jeder untersuchte Aspekt der Mehrpersonenlokalisierung wurde im Rahmen dieser Arbeit mit Hilfe von Simulationen und Messungen in einer realistischen Umgebung mit UWB Sensoren verifiziert.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2020000116
Bauer, Julia; Andrich, Carsten; Döbereiner, Michael; Schieler, Steffen; Myint, James; Ihlow, Alexander; Schneider, Christian; Thomä, Reiner; Del Galdo, Giovanni;
Measurement campaign with synchronized distributed receivers and mobile emitter at 3.75 GHz in urban scenarios. - In: IEEE Xplore digital library. - New York, NY : IEEE, ISSN 2473-2001, (2020), insges. 5 S.

https://doi.org/10.1109/VTC2020-Spring48590.2020.9128562