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INHALTE

Studienabschlussarbeiten

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Erstellt: Fri, 22 Jan 2021 23:02:49 +0100 in 0.0515 sec


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.



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.



Xia, Yinghan;
Applications of ML-GSVD in wireless MIMO communications. - Ilmenau. - 70 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020

Tensorzerlegungen finden Anwendung in den Bereichen Psychometrie, Chemometrie, Signalverarbeitung, numerische lineare Algebra, Computer Vision, numerische Analyse, Data Mining, Neurowissenschaften, Graphanalyse und anderswo. In unserer Arbeit wird die Multilinear Generalized Singular Value Decomposition (ML-GSVD), die einige Ähnlichkeiten mit der PARAFAC2-Zerlegung aufweist, in multi-user multiple-input multiple-output (MU-MIMO) für die koordinierte Beamforming angewendet. Die ML-GSVD ist auch eine Erweiterung der Generalized Singular Value Decomposition (GSVD). Sie kann mehr als zwei Matrizen gemeinsam faktorisieren, die eine unterschiedliche Anzahl von Spalten und dieselbe Anzahl von Zeilen aufweisen können. Im Gegensatz zu einigen bestehenden koordinierten Beamforming Strategien wie die Block Diagonalization (BD), die Regularized Block Diagonalization (RBD) und die Flexible Coordinated Beamforming (FlexCoBF), die nur Punkt-zu-Punkt-Kanäle (privat) erzeugen können. Durch Anwenden der ML-GSVD auf eine Reihe von Kanalmatrizen, die verschiedenen Benutzern zugeordnet sind, werden common channels (CCs) für eine Gruppe von Benutzern sowie private channels (PCs) für einzelne Benutzer bereitgestellt. Die Kanaltypen werden durch die Anzahl der Sende- und Empfangsantennen bestimmt. In dieser Masterarbeit wird ein Szenario vorgeschlagen, in dem mehrere Benutzer ihre Daten mit Hilfe eines Relay austauschen. Von mehreren Benutzern empfangene Nachrichten werden mithilfe von MUD (Multi-User Detection) am Relay erkannt und erneut an verschiedene Benutzer übertragen. Die Anwendung von ML-GSVD für MUD hat die gleiche Leistung wie einige vorhandene MUD Strategien, wie z. B. Recursively Successive Zero Forcing and Successive Interference Cancellation (RSZF-SIC), Uplink Block Diagonalization (UL-BD) und nur einen kleinen Unterschied zu MMSE Decoupling (MD). Eine detaillierte Bewertung der Leistung dieser Downlink- und Uplink-Kommunikationsstrategien sowie der Secrecy Rate unter Verwendung von ML-GSVD in den MU-MIMO-Systemen wird numerisch und grafisch demonstriert.



Shah, Tauqeer Hussain;
Implementation and evaluation of signal phase measurements for position estimation. - Ilmenau. - 93 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020

Trägerphasenmessungen sind ein Verfahren, das zur Schätzung der Position eines Benutzers auf der Grundlage der Phasenverschiebung des empfangenen Signals verwendet wird. Sie ist ein Maß für die Entfernung zwischen Sender und Empfänger, ausgedrückt in Zykluseinheiten der Trägerfrequenz. Dies ist eine der Standardmethoden, die im Global Navigation Satellite System (GNSS) zur Positionsschätzung verwendet wird. Sie liefert eine präzise Positionsbestimmung, ist aber eine ganzzahlige Anzahl von Wellenlängen mehrdeutig und wird durch Mehrwegeausbreitung gestört. GNSS ist in Innenräumen nicht anwendbar, da die Signale durch Wände und Decken gedämpft werden. Aber die Trägerphasenmethode ist anwendbar, wenn sie mit 5G-NR-Signalen verwendet wird, und das wollen wir beweisen. Die 5G-Technologie taucht mit den brandneuen Konzepten wie Millimeterwellen (mmWave), kleine Zellen, Massively Multiple Input Multiple Output (mMIMO), Beamforming (BF) und Vollduplex auf. Diese neuen Technologien bieten 5G-Systemen nicht nur die verbesserte Kommunikationsleistung, sondern auch die Möglichkeit, eine präzise Positionsschätzung zu erreichen. Eines der Ziele des 5G-Netzes ist die zentimetergenaue Auflösung der Lokalisierung. Dies erfordert neue Algorithmen, die die Phasenverschiebung des empfangenen Signals berücksichtigen. Diese Arbeit zielt darauf ab, Signalverarbeitungsalgorithmen zu implementieren und zu validieren, um Trägerphasenmessungen auszunutzen und eine experimentelle Machbarkeitsstudie mit dem verfügbaren Gerät DecaWave Ultrabreitband (DW-UWB)-Positionierungssystem zu erstellen. Wir charakterisierten die empfangene Pulsform der DW-UWB-Module. Wir führten Modifikationen am verfügbaren Hardware-Aufbau für die Einspeisung eines Referenzsignals in den Empfänger durch, um differentielle Phasenmessungen zu berechnen. Wir haben Signalverarbeitungsalgorithmen auf dem Hardware-Ausgang für Trägerphasenmessungen implementiert. Der Algorithmus wird sowohl an simulierten Daten als auch an realen Messungen von DW-UWB-Modulen getestet. Mit dem modifizierten Aufbau erreichten wir eine signifikante Auflösung der Abstandsmessung durch differentielle Trägerphasenmessungen. Unser Proof of Concept zeigt, dass Trägerphasenmessungen in einer realistischen Umgebung möglich sind, und wir schätzten den Abstand mit einer Genauigkeit von 2 mm



Hamayun, Wajahat;
Characterisation of multi-static scattering by UAVs. - Ilmenau. - 82 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020

Die unregulierte Nutzung kleiner kommerzieller unbemannter Luftfahrzeuge (UAVs) ist zu einem Sicherheitsrisiko geworden. Die Verwendung von Radargeräten ist eine gängige Praxis bei der Entdeckung eines Ziels, und die Streueigenschaften des Ziels sind einer der Hauptfaktoren, die die Leistung des Radars bei der Entdeckung beeinflussen. In dieser Arbeit wird das Streuverhalten der Drohnen zum Zweck der Modellierung analysiert. Da der Radarquerschnitt (RCS) zur Beschreibung der Streuung der Objekte verwendet werden kann, werden die RCS der drei Drohnen mit unterschiedlichen geometrischen Formen und Größen in der Analyse verwendet. Der erforderliche RCS der Drohnen wird in Kommunikationsfrequenzbändern von 900 MHz, 2,53 GHz und 3,75 GHz mit FEKO simuliert. In der Analyse werden die gestreuten Peaks erkannt und in spiegelnde und diffuse Streuungen unterteilt, wobei der Effekt der Vorwärtsstreuung in dieser Studie ausgeschlossen wird. Es wird ein praktisches Szenario der unteren Hemisphäre definiert und die Schlüsselparameter der Peaks, z.B. die halbe Leistungsstrahlbreite, die Form und der Streuwinkel, werden für die spiegelnde und diffuse Streuung analysiert. Eines der wichtigsten Ergebnisse ist, dass je größer die elektrische Größe des Objekts ist, desto stärker ist die spiegelnden Reflexionen und desto mehr diffusen Peaks werden erkannt. Es wird auch festgestellt, dass die Keulen der spiegelnden Streuung entlang jeder Seite der Theta- und der Phi-Richtung nahezu symmetrisch sind. Eine mögliche zukünftige Arbeit könnte darauf hinauszielen, ein Streumodell von Drohnen unter Verwendung der Eigenschaften der spiegelnden und diffusen Streuung zu entwickeln, die in dieser Arbeit analysiert werden.



Titov, Aleksandr;
Entwurf, Realisierung und Charakterisierung passiver metamorpher HF-Schaltungen. - Ilmenau. - 68 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020

In dieser Arbeit wurde ein Beitrag zu möglichen Anwendungen metamorpher Substrate im Hochfrequenzbereich geleistet. Dazu wurde zunächst eine Literaturstudie zum aktuellen Stand der Forschung und möglicher Anwendungen dehnbarer Hochfrequenz-Schaltungen durchgeführt. Darauf aufbauend wurde ein grundlegendes passives metamorphes Element, der koplanare Interdigitalkondensator, ausgewählt, das beispielhaft für andere mögliche Komponenten entworfen, hergestellt und vermessen wurde. Die Hauptaufgaben der Arbeit bestand dabei darin, an diesem Beispiel den vollständigen Entwicklungszyklus passiver Elemente der metamorphen Elektronik aufzuzeigen: Auswahl der Materialien, aus denen das Element aufgebaut werden soll (vom Substrat bis zur leitenden Struktur), Modellierung des Elements (physikalisch und elektrisch, einschließlich der Frequenzparameter), Erstellung eines Prototyps und messtechnische Untersuchung seiner Eigenschaften. Abschließend wurden Anwendungsmöglichkeiten des erhaltenen passiven dehnbaren Interdigitalkondensators in zukünftigen dehnbaren Schaltungen aufgezeigt.



Aleshin, Sergei;
Entwurf und Implementierung eines Machine Learning Verfahrens zur Klassifizierung von multimodalen Sensordaten für ein Embedded System mit beschränkter Rechenkapazität. - Ilmenau. - 94 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020

In dieser Arbeit werden der Entwurf und die Entwicklung eines Software-Hardwaresystems zur Signalerfassung und Klassifizierung von Nutzeraktivitäten sowie ein Verfahren zur tasterlosen Steuerung eines eingebetteten mobilen Gerätes mit Bewegungssensor beschrieben. Die Schwerpunkte der Arbeit sind der Vergleich der Effizienz mehrerer Algorithmen zur Klassifizierung verschiedener Nutzeraktivitäten, die Optimierung des Merkmalsvektors sowie die Implementierung einer tasterlosen Methode zur Steuerung eingebetteter Geräte. Ein zusätzlich herausfordernder Aspekt ist die Lauffähigkeit auf eingebetteten Systemen mit beschränkter Rechenkapazität. Die Arbeit ist wie folgt aufgebaut. Zu Beginn der Arbeit werden die wichtigsten Schritte für die Implementierung der Klassifizierungsalgorithmen basierend auf Maschinellem Lernen beschrieben. Anschließend wird eine vergleichende Analyse bestehender Ansätze und Arbeiten zum Thema Klassifizierung von Nutzeraktivitäten durchgeführt. Anhand der Ergebnisse der Analyse werden vielversprechende Klassifizierungsalgorithmen zusammengestellt und kurz beschrieben. Die direkte Verwendung von Sensorrohdaten zur Klassifizierung erhöht im Allgemeinen die Rechenkomplexität. Daher wird hier ein Ansatz vorgestellt, um charakteristische Merkmale zur Unterscheidung von Nutzeraktivitäten aus den Sensorrohdaten zu extrahieren. Zusätzlich wird eine Übersicht der Methoden zur tasterlosen Steuerung eingebetteter Geräte erstellt und der Vielversprechendste ausgewählt. Nach einer formalen Beschreibung der Anforderungen folgt eine detaillierte Beschreibung der Lösungsschritte. Diese umfassen die Entwicklung einer Messplattform, die Erfassung der Trainings- und Testdaten, die Implementierung und den Vergleich der betrachteten Klassifizierungsalgorithmen, die Bestimmung des optimalen Merkmalssatzes sowie die Implementierung einer tasterlosen Gerätesteuerung. Daran schließt sich eine Diskussion über die Effizienz der erhaltenen Lösungen an. Am Ende wird auf der Grundlage, der in jeder Arbeitsphase erzielten Ergebnisse die Schlussfolgerung gezogen und auch die möglichen Richtungen für die Weiterentwicklung des Themas beschrieben.



Pikushina, Alena;
Phasenabhängige Übertragungseigenschaften metamorpher HF-Leitungen. - Ilmenau. - 67 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020

Im Rahmen der Masterarbeit wurde Forschungsarbeit im Bereich der metamorphen Elektronik im Hinblick auf Hochfrequenzanwendung durchgeführt. Modellbildung und Simulation der Teststrukturen wurden mit der Simulationssoftware Keysight ADS durchgeführt. Damit wurde ein Modell für ein dehnbares Leitungssegment entwickelt, mittels dessen die Form der Leitungen für verschiedene Dehnungszustände modelliert und ihre Frequenzgangcharakteristik simuliert wurde. Der praktische Teil der Arbeit umfasste die Herstellung eines metamorphen Substrats mit Leitungsstrukturen in den Laboren des Zentrums für Mikro- und Nanotechnologien (ZMN), TU Ilmenau und die Messung jeder der sechs Strukturen mit dem Netzwerkanalysator im ungedehnten Zustand und für verschiedene Dehnungswerte. Das Hauptziel der Masterarbeit war die Untersuchung des Einflusses der Dehnung auf die Übertragungseigenschaften von HF-Leitungen. Um die Leitungen in verschiedenen Dehnungszuständen simulieren zu können, wurden die Segmente neu als Halbkreissegmente gestaltet. Basierend auf den Ergebnissen der Forschungsarbeit können eine Reihe von Schlussfolgerungen gezogen werden: 1. Der Wert der Phasenkonstante ß steigt unter Dehnung an, dies ist besonders deutlich an der Struktur "P2P_v2" zu beobachten. 2. Die Struktur des Typs "P2P_v2" hat den kleinsten Absolutwert der Phasenkonstante ß, aber weist gleichzeitig die größte Änderung von der Anfangsposition (0% Dehnung) zur Endposition (50 % Dehnung) auf. Beispielsweise betrug für eine Frequenz von 1 GHz das Wachstum der simulierten Werte für die Phasenkonstante ß 0,601 bis 0,832. Im Vergleich dazu betrug bei derselben Frequenz die Änderung für die Leitung "H2H_0" nur 0,759 bis 0,857. 3. Diese signifikanten Unterschiede im Verhalten der "P2P_v2"-Leitung im Vergleich zu den anderen Leitungsgeometrien sind in ihrer Konstruktion begründet, die sich von anderen Leitungsstrukturen unterscheidet, nämlich ihr Aufbau aus Kreis- im Gegensatz zu den Mäandersegmenten der übrigen Leitungsvarianten. 4. Für Anwendungen, bei denen die absolute Änderung der Phasenkonstante möglichst klein sein soll, sollten daher eher die Strukturen "H2H_-100" und "P2P_20" verwendet werden, wenn man den Effekt der Phasenänderung in der Anwendung ausnutzen möchte, sollte man die Struktur "P2P_v2" wählen. Das größte Problem, das während dieser Arbeit auftrat, waren Qualitätsprobleme der hergestellten Teststrukturen. Speziell traten Kurzschlüsse zwischen Mittelleiter und Masseleitungen sowie auch Unterbrechungen einer der Mäanderleitungen auf. Das schwerwiegendste Problem war jedoch, dass sich die Kupferstrukturen bei Dehnung vom Substrat lösten. Eine mögliche Gegenmaßnahme, die Fixierung der Leiterbahnen mittels einer zusätzlichen dünnen Polymerschicht, für die auch schon Masken für den zusätzlich notwendigen Fotolithografieschritt erzeugt wurden, konnte wegen eines Defekts der Lithografieanlage nicht realisiert werden. Nach Reparatur dieser Anlage sollten die Leitungsstrukturen noch einmal in dieser Variante hergestellt werden. Dadurch wäre die Haftfähigkeit der Metallstrukturen wesentlich erhöht und zuverlässige Messungen der Leitungsstrukturen in verschiedenen Dehnungszuständen ermöglicht. Damit könnten die in dieser Arbeit erzielten Ergebnisse verifiziert werden.



Agarwal, Amisha;
Evaluation and comparison of various auto-configuration approaches for OPC-UA PubSub nodes. - Ilmenau. - 80 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020

Die Anforderung Funktionen aus der IIOT und der Digitialisierung in der Industrie einzuführen um agiler und effizienter zu werden, erfordert große Datenübertragungsmengen. Open Platform Communication Unified Architecture (OPC UA) ist eine vielseitige Technologie für den sicheren, zuverlässigen und interoperablen Datentransport in einer industriellen Umgebung. In dem kürzlich eingeführten OPC UA PubSub-Schema werden die teilnehmenden Knoten derzeit manuell konfiguriert, da im Standard kein automatischer Konfigurationsmechanismus angegeben ist. Die automatische Konfiguration ist wichtig, um das volle Potenzial des PubSub-Ansatzes auszuschöpfen, indem dynamische und skalierbare Netzwerkänderungen ermöglicht und Informationen zu möglichen Änderungen in Bezug auf verfügbare Informationen bereitgestellt werden. In dieser Arbeit werden drei Ansätze zur automatischen Konfiguration vorgeschlagen, nachdem die vorhandenen Mechanismen zur automatischen Konfiguration, die OPC UA-Standards und das manuelle Konfigurationsverfahren für OPC UA PubSub-fähige Knoten umfassend untersucht wurden. Die vorgeschlagenen Ansätze werden mit dem OMNeT ++ - Netzwerksimulator simuliert und verglichen. Der Vergleich jedes Ansatzes wird auf der Grundlage des Nachrichtenaufwands während der Konfiguration und der erforderlichen Konfigurationszeit durchgeführt, um die Leistung hinsichtlich Zuverlässigkeit, Energieeffizienz und Skalierbarkeit zu analysieren. Basierend auf den Ergebnissen wird der vielversprechendste Ansatz auf realen OPC-UA-Knoten implementiert und verifiziert. Die Implementierung auf realer Hardware und Simulation zeigt ähnliche Ergebnisse, was die Eignung des gewählten Ansatzes auf OPC-UA PubSub-fähigen Knoten impliziert.