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Publikationen

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Erstellt: Wed, 28 Oct 2020 23:01:30 +0100 in 0.0518 sec


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
Wang, Wenxin;
Design of uncorrelated compact distributed antenna sub-arrays for automotive satellite navigation. - Ilmenau. - 73 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020

Globale Navigationssatellitensysteme (GNSS) sind wichtig für sicherheitsrelevante Anwendungen wie automatisiertes Fahren, Manövrieren und Transportieren. GNSS-Empfänger sind jedoch aufgrund der geringen Leistung von Satellitensignalen anfällig für Signalstörungen. Um ihre Robustheit gegen Bedrohungen wie Störsender, Spoofer oder auch Mehrwegeausbreitung zu verbessern, wird ein Empfangs-Antennenarray aufgrund seiner Fähigkeit zur Strahl- und Nullstellenschwenkung vorgeschlagen, was jedoch häufig zu große Antennenflächen für normale Kraftfahrzeuge bedeutet. Daher wird ein verteiltes Antennenarray eingeführt, bei dem die Gesamtzahl der Elemente in zwei Subarrays aufgeteilt wird, die jeweils klein genug sind, um die Installation bei kleinen Grundflächen in entfernten Karosserieteilen eines typischen Personenkraftwagens zu ermöglichen. Wenn der Abstand zwischen Subarrays viel mehr als die halbe Wellenlänge erreicht, erscheinen grating lobes, die identische Kopien der Hauptkeule sind, im Fernfeld-Richtdiagramm des Arrays und verursachen Mehrdeutigkeiten bei der Schätzung der Ankunftsrichtung (DOA). Es wurde nachgewiesen, dass eine orthogonale Anordnung von zwei linearen Unterarrays mit jeweils einem Abstand zwischen den Elementen von einer halben Wellenlänge dieses Problem weitgehend löst. Um die Integration in ein Auto weiter zu erleichtern, werden kompakte Unterarrays mit einem verringerten Abstand zwischen den Elementen von einer Viertelwellenlänge verwendet, was jedoch zu einer gegenseitigen Kopplung zwischen benachbarten Elementen führt, und deren Strahlungseigenschaften beeinträchtigt. In dieser Arbeit wird eine inhomogene verteilte Anordnung von 2 Subarrays mit jeweils 3 Elementen vorgeschlagen und anschließend mit Hilfe elektromagnetischer Vollwellensimulationen entworfen. Der Einfluss der gegenseitigen Kopplung wird verringert, indem die Arrays mit bestimmten Grundmoden oder Eigenmoden gespeist werden. Diese erzeugen entkoppelte Richtdiagramme, die zueinander orthogonal sind. Eine detaillierte Bewertung der simulierten Eigenschaften der Arrays sowie ihrer entsprechenden Keulenorthogonalität wird numerisch und grafisch veranschaulicht.



Worm, Robert Julius;
Studies of the temperature-phase-stability of cascaded mm-wave radar systems. - Ilmenau. - 62 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020

Fahrassistenzsysteme im Automobilbereich überwachen die Fahrzeugumgebung unter Verwendung frequenzmodulierter radio detection and ranging (Radar) Sensoren. Höhere Anforderungen an die Auflösungsfähigkeit haben zur Entwicklung von Systemen mehrerer simultan betriebener Transceiver auf einer Platine geführt. Um die Synchronität innerhalb kaskadierter Auswerteschaltungen zu gewährleisten, wird das Signal eines Referenzoszillators an alle Transceiver verteilt. Die Leistungsfähigkeit und Detektionsfähigkeit werden jedoch durch Temperaturdriften eingeschränkt. Um der thermisch bedingten Verschlechterung des Systemverhaltens entgegenzuwirken, musste eine Methode entwickelt werden, die sich für eine Anwendung in der Serienproduktion eignet. In einer Absorberkammer mit einem Referenzobjekt wurden Messungen bei verschiedenen Temperaturen durchgeführt und die Abweichungen von Signalamplitude und -phase gemessen. Die Ergebnisse wurden analytisch approximiert. In der Arbeit wird eine spezielle Kalibriermethode präsentiert, mit der die Kohärenz zwischen den Sensoren auch bei Temperaturwechseln aufrechterhalten werden kann. Diese Methode wurde mit mehreren Sensoren getestet. Die erhaltenen Messungen werden in Bezug auf Restfehler und Kontinuität über dem Temperaturbereich bewertet. Aufbauend auf den Messergebnissen wird ein verbessertes Kalibrierverfahren vorgestellt, mit dem die Funktion und Genauigkeit der Radarmessungen mit dem betrachteten aus Einzelsystemen zusammengesetzten Sensor über den gesamten Automotive-Temperaturbereich aufrechterhalten werden können.



Herath, Vimukthi;
Analysis and modeling of transitions in the V2I radio channel for urban scenarios. - Ilmenau. - 92 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020

Modellierung des V2I-Kanals ist eine Herausforderung, da sich die Umgebung ständig ändert. Dies ist auf die sich ständig ändernde Verfügbarkeit von Hindernissen, die sich auf dem Weg zwischen der Mobilstation und der Basisstation befinden, zurückzuführen. Das Ziel dieser Arbeit ist die Anwendung eines bereits entwickelten Modells. Das Modell ist eine Anpassung eines aktuellen Transition-Modells und wurde bisher zur Beschreibung von Übergängen in einem V2I-Szenario bei einer Mittenfrequenz von 2,53 GHz verwendet. Ziel ist es, das Modell an neue Messdaten anzupassen, die in ähnlichen V2I-Umgebungen bei einer Mittenfrequenz von 3,75 GHz aufgenommen wurden. Der Schwerpunkt liegt auf der Untersuchung der Übergänge von Empfangsleistung für verschiedene Polarisationen. Zusätzlich werden die Statistiken sowie der Power-Delay-Profil (PDP) als auch der Doppler-Power-Spektrum (DPS) untersucht. Es lohnt sich zu erwähnen, dass die angestellte Beobachtungen bezüglich den Ergebnissen dieser Statistiken, unterschiedliche Lösungen zur Aufgabe von Extrahieren der Übergangszonen geliefert haben.