Student Theses by Electronic Measurements and Signal Processing Research GroupStudent Theses by Electronic Measurements and Signal Processing Research Group

Student Theses

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Zenkert, Stefan;
Long term stability of spatial reference sensors. - 72 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009

Die Messung von Raumlage und Bewegungen im Raum ist in den letzter Zeit mehr und mehr in den Mittelpunkt wissenschaftlicher Untersuchungen gerückt. Da die meisten Navigationssysteme auf dem so genannten "Global Positioning System" (GPS) beruhen, welches ein Satelliten gestütztes System ist, stellt sich die Frage nach Versorgungssicherheit. Wird die Sichtline (Line Of Sight - LOS) zum Satelliten unterbrochen, ist das Navigationssystem nicht länger in der Lage seine korrekte Position und Ausrichtung, dem so genannten "heading" zu bestimmen. Da die LOS aus verschiedensten Gründen unterbrochen werden kann, sei es durch Häuser, Bäume, Brücken oder sogar Tunnel, gab es einige Versuche Systeme zu entwickeln, die nicht auf Satelliten-Technik beruhen. - Diese Arbeit wird das Design und die Umsetzung eines Low-Cost Mess-Systems präsentieren, welches spezifische Daten bezüglich der Raumlage generiert ohne Stützsysteme wie GPS einzubeziehen. Weiter wird die zeitliche Stabilität dieses Systems festgestellt werden. Diese ergibt sich aus der Maßgabe der Fehlergenauigkeit von 1&ayn; pro Winkel in der Raumlage über einen determinierten Zeitraum. Die tatsächliche Umsetzung des Sensorsystems wird aus drei 2D MEMS Beschleunigungssensoren bestehen, welche auf drei Seiten eines Würfels aufgebracht werden. Aus der Maßgabe des Low-Cost Segments sollen nur drei Sensoren und keinerlei Gyroskope oder redundante Sensorik zum Einsatz kommen. Desweiteren wird ein Aufnahme-System und eine PC Software erstellt, welche in der Lage ist, die aufgezeichneten Messwerte zu verarbeiten. Die System-inhärente Fehlerquellen wie Fehlausrichtungen (Misalignments) oder Offsets der Sensoren müssen dabei zur korrekten Berechnung und Aufzeichnung möglichst perfekt gemessen und kompensiert werden. Gerade diese Kalibration stellt die schwierigste Aufgabe im Laufe der Arbeit dar, da die Fehlerquellen die Stabilität des Systems massiv gefährden.



Grimm, Michael;
Konzeption, Aufbau und Evaluierung eines kompakten UWB-Moduls nach dem M-Sequenz-Verfahren. - 133 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009

Weiterentwicklungen von analogen HF-Chips für UWB-Sensormessköpfe erfordern den Aufbau eines neuen kompakten Basismoduls mit einem A/D-Board unter Berücksichtigung einer erhöhten Messrate und eines geringeren Stromverbrauchs. Die Diplomarbeit beinhaltet den Entwurf des A/D-Boards mit der Erstellung des Systemkonzepts, dem Entwurf einer mixed-Signal-Schaltung, der Programmierung eines zu integrierenden FPGA-Moduls und einer Softwareschnittstelle für Matlab sowie der messtechnischen Charakterisierung des Gesamtsystems. Der Entwurf einer impedanzkontrollierten Leiterplatte mit einem 4-Lagen-Multilayer wird beschrieben. Das FPGA-Design enthält einfache Designs zur Evaluierung des Moduls anhand von Sinusmessungen sowie ein Bus-basiertes Design zur Datenerfassung und Mittelung von M-Sequenz-Antworten. Die Steuerung des Moduls und der Datenerfassung mit Hilfe einer Schnittstellenbibliothek unter Matlab wird demonstriert. Histogramm- und FFT-Spektren A/D-gewandelter Sinussignale bilden die Grundlage für die Ermittlung wichtiger statischer und dynamischer Kenngrößen des im Design enthaltenen A/D-Wandlers. Die Prinzipien des M-Sequenz-Verfahrens werden vorgestellt und die Aufnahme von Impulsantworten mit dem aufgebauten Basismodul exemplarisch gezeigt.



Streng, Björn;
Entwicklung und Implementierung eines Messplatzes zur Charakterisierung des HF-Teils von M-Sequenzmessköpfen in Matlab. - 88 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009

Die vorliegende Arbeit zeigt auf, wie ein M-Sequenz UWB-Radar durch geschickte Beschaltung seiner HF-Kanäle, ohne Zuhilfenahme anderer Messgeräte, charakterisiert werden kann. In diesem Zusammenhang werden Verfahren zur Analyse des Dynamikbereichs, des internen Übersprechens, des Jitters, des Spektrums der Systemimpulsantwort und der Anpassung der HF-Kanäle des besagten Radarsystems diskutiert. Bei den vorgestellten Messmethoden handelt es sich zum Teil um Weiterentwicklungen existierender Charakterisierungsmethoden, alle anderen Verfahrensweisen wurden neu erdacht. Darüber hinaus wird der im Rahmen dieser Diplomarbeit entwickelte Messplatz vorgestellt. Dieser ermöglicht es, die oben genannten Kenngrößen mittels der konzipierten Messverfahren automatisiert zu erfassen.



Martin-Creuzburg, Jochen;
Entwicklung und Implementierung einer optimierten Kanalschätzung für das DRM+ System. - 125 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009

Die Digitalisierung rückt bei der Übertragung von Rundfunk immer weiter in den Vordergrund. Dies ist auch nicht weiter verwunderlich, bietet die digitale Übertragung im Vergleich zum analogen System enorme technische und wirtschaftliche Vorteile. Unter diesen Gesichtspunkten wurde DRM+ zur Digitalisierung des Frequenzbandes von 30 bis 174 MHz entwickelt. Bei DRM+ wird als Übertragungssytem OFDM verwendet, was eine Schlüssel-Technologie für eine robuste Übertragung darstellt. Aufgrund der Eigenschaften des Mobilfunkkanals kommt es zur Verzerrung der Amplitude und der Phase des Sendesignals. Aus diesem Grund wird für eine kohärente Demodulation des OFDM-Signals die Kenntnis der Kanaleigenschaften benötigt. Im Rahmen dieser Diplomarbeit wird eine optimierte Kanalschätzung für das DRM+ System entwickelt. Hierzu werden verschiedene Algorithmen für eine 2-dimensionale Kanalschätzung implementiert und miteinander verglichen. Aufbauend auf den Ergebnissen wird eine adaptive Kanalschätzung für verschiedene Ausbreitungsszenarien entwickelt. Dazu werden Algorithmen zur Schätzung der Kanalparameter vorgestellt und auf ihre Eignung für eine adaptive Anpassung überprüft. Abschließend wird die Leistungsfähigkeit der entwickelten Kanalschätzung analysiert.



Kleingärtner, Norman;
Simulationsmodell zum Rückführsampling für breitbandige Pseudo-Rausch-Signale. - 62 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009

Simulationsmodell zum Rückführsampling für breitbandige Pseudo-Rausch-Signale.



Walther, Markus;
Analyse der zeitlichen und räumlichen Veränderlichkeit des MIMO-Kanals für LTE/LTE Advanced. - 130 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2009

Systemdesigns für heutige und aber vor allem für zukünftige Mobilfunksysteme berücksichtigen Konzepte, die die Möglichkeiten des MIMO-Kanals ausnutzen werden. Insbesondere mit Spatial-Multiplexing-Ansätzen können die höchsten Übertragungsraten erreicht werden. Dennoch ist die Leistungsfähigkeit dieser sehr stark von den räumlichen und zeitlichen Eigenschaften des Ausbreitungskanals abhängig. Daher muss eine Anpassung, z.B. auf der Sendeseite, an die sich verändernde Ausbreitungsumgebung und somit des MIMO-Kanals erfolgen. Ziel der Bachelorarbeit ist es anhand von MIMO-Messdaten die räumliche und zeitliche Veränderlichkeit des MIMO-Kanals zu analysieren. Ein Ansatz wäre, basierend auf geeigneten Metriken, wie z.B. die Kanalkapazität, Eigenwertstatistiken, Diversity Measure u.a., Zusammenhänge zur Kohärenzzeit/Autokorrelation der MIMO-Eigenschaften abzuleiten. Darüber hinaus soll erörtert werden, wie aktuelle Konzepte oder Standardisierungsaktivitäten aus LTE und LTE Advanced eine dynamische Anpassung insbesondere für MIMO-Konzepte an den Mobilfunkkanal realisieren.



Mühlfeld, Johannes;
Inbetriebnahme und Evaluierung eines 76,5 GHz Long-Range-Radars zur Personendetektion. - 77 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2009

Radarsensoren erfreuen sich in der Automobilindustrie zunehmender Beliebtheit. Sie werden im Bereich der Fahrerassistenzsysteme eingesetzt und dafür genutzt, die Umgebung des Fahrzeugs im Mittel- und Fernbereich beobachten und analysieren zu können. Die Systeme, die dabei zum Einsatz kommen, bestehen aus Steuergeräten, in denen auf kleinem Raum die Radareinheit sowie die hochentwickelte Auswerteelektronik verbaut sind. Dabei werden bereits im Steuergerät die empfangenen Radarsignale ausgewertet. Fahrzeuge und andere Objekte in der Umgebung werden erkannt und applikationsspezifische Informationen über den angeschlossenen CAN-Bus an andere Steuergeräte gesendet. Da solche Systeme heute bereits kosteneffizient und in kleiner Bauform hergestellt werden, stellt sich die Frage, ob diese Geräte auch vom Fahrzeug entkoppelt für Funktionen außerhalb des Straßenverkehrs einsetzbar sind. In dieser Arbeit soll untersucht werden, inwiefern der LRR 2 Radarsensor, der von der Robert Bosch GmbH auf die Bedürfnisse der Abstandsregel-Funktion optimiert wurde, zur Detektion von Personen und anderen Objekten abseits der automobilen Umgebung geeignet ist. Insbesondere wird analysiert, ob es mit diesem Gerät möglich ist, einen quadratischen Bereich mit 10 m Seitenlänge zu überwachen und anhand der vom Sensor empfangenen Daten eine Klassifizierung in menschliche und nicht-menschliche Objekte durchzuführen. Dazu soll die Anbindung an ein zu schaffendes Matlab-GUI erstellt werden, sodass die weitere Auswertung ebenfalls in Matlab erfolgen kann. Die Arbeit entstand im Rahmen des Projektes POmSe (Personen- und Objektdetektion mit mobilen Sensorknoten) am Fachgebiet Elektronische Messtechnik der Technischen Universität Ilmenau.



Li, Yanping;
Abbildung von Objekten mit UWB-Radar-Sensoren ("Fledermaus"-Sensor). - III, 73 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009
Enth. außerdem: Thesen

In der vorliegenden Diplomarbeit wird ein Ultra-Breitband (UWB) Radarsystem zur Bildaufnahme in Räumen beschrieben. Es besteht aus einem Sender, zwei Empfängern und einem in der Mitte drehbar gelagerten Balken, auf dem alle drei Antennen befestigt sind (so genannter Fledermaus-Sensor). Mit diesem System ist es möglich, die Umgebung von unterschiedlichen Standorten aus zu beobachten, Zielobjekte zu detektieren und ein Radarbild der Umgebung aufzunehmen. Zur Erzeugung fokussierter Radarbilder wird der Range-Migrations-Algorithmus eingesetzt, der hier durch Einbeziehung des Öffnungswinkels der Antennen modifiziert, und für einen rotierenden UWB Radar-Sensor in Polarkoordinaten implementiert wurde. Die Datenverarbeitung für den Fledermus-Sensor gliedert sich in Vorverarbeitung, Bilderzeugung und Bildbearbeitung. Die Standardverarbeitung von Radar-Daten wurde an einigen Stellen modifiziert und erweitert. So erfolgt eine wirkungsvolle Unterdrückung des LOSSignals bei Messungen mit externem Sender. Für die Detektion werden 5 verschiedenen CFAR-Verfahren und ein histogrammbasiertes Verfahren verglichen. Mit Hilfe der modifizierten Range-Migration wird aus den beiden Empfangssignalen des rotierenden Fledermaus-Sensors ein Bild erzeugt. Dazu wurden 3 Methoden zur Datenkombination implementiert. Anschließend werden die Bilder, die an unterschiedlichen Standorten des Fledermaus-Sensors aufgenommen wurden, auf kartesischen Koordinaten abgebildet und so gegeneinander verschoben, dass sie sich zu einem Gesamtbild überlagern. Damit können Wände, Türen sowie punktförmige und flächenhafte Objekte abgebildet werden. Die Leistungsfähigkeit und Praxistauglichkeiten des erweiterten Migrations-Algorithmus wird mit Hilfe von Simulationen und praktischen Messungen demonstriert.



Fratzscher, Carolin;
Determination of the angular distribution of dense multipath components (DMC) based on measurements with synthetic apertures. - ca. 50 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008

Die Winkelverteilung der Dichten Mehrwegekomponenten (DMC) wurde in Kanalmodellierungen weitgehend vernachlässigt. Das liegt zum größten Teil daran, dass diese Winkelverteilung bisher nicht ausreichend untersucht wurde. Diese Diplomarbeit hat zum Ziel, die DMC mit hoher Auflösung im Winkelbereich zu messen und auszuwerten. - Die Messungen wurden mit einem Channel Sounder und einer synthetischen Apertur als Empfänger durchgeführt. Zwei Algorithmen, Beamforming und Entfaltung, wurden zur Auswertung in Erwägung gezogen. Die Güte der Auswertung mit diesen Algorithmen hängt stark von der Wahl der synthetischen Apertur ab. Deshalb wurden vor den Messungen mögliche Aperturen in Hinblick auf diese Auswertungsalgorithmen simuliert. Durch diese Simulationen konnten auch die Einflüsse von bestimmten Fehlern auf das Auswerteverhalten abgeschätzt werden. Basierend auf den Simulationen wurden jeweils drei synthetische Aperturen für eine Horn Antenne und für einen Monopol ausgewählt. Die Messungen wurden einerseits mit Sichtverbindung zwischen Sender und Empfänger und andererseits ohne Sichtverbindung durchgeführt. Die mit dem Beamformer ausgewerteten Messergebnisse bestätigen zunächst einmal die Simulationen mit verschiedenen synthetischen Aperturen und verschiedenen Antennen. Die Signalpfade wurden mit dem RIMAX Algorithmus aus den Messdaten geschätzt und von ihnen abgezogen. Die so erhaltenen DMC wurden mit dem Beamformer dargestellt. Ihre Winkelverteilung im Beamformer entspricht nicht früheren Vorschlägen, nach denen die DMC mit einer Von-Mises Verteilung modelliert werden sollten. Insgesamt schafft diese Arbeit eine Basis für zukünftige Forschungen an der Winkelverteilung der DMC. Sie bietet Vorgaben für Messungen und Auswertungen und weist auf Fehlerquellen hin, die beachtet werden sollten.



Pohlmann, Martin;
Signalauswertung für Radarsysteme mit Pseudo-Noise-Modulation. - 143 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008

In der vorliegenden Diplomarbeit wird die Signalauswertung für ein neuartiges auf Pseudo-Noise Modulation basierendes Radarssystem entwickelt. Das Radarsystem stellt eine Kombination aus Impuls- und Dauerstrichradar dar. Es wird ein auf M-Sequenzen basierendes Pulskompressionsverfahren in Kombination mit einer frequenzmodulierten Hochfrequenzquelle genutzt. - Mit Hilfe des Radarsystems ist es möglich, Zielobjekte zu detektieren und in den Radarkoordinaten Distanz, Geschwindigkeit und Sichtwinkel zu beschreiben. - Es wird besonders auf die speicher- und recheneffiziente Entwicklung der Algorithmen geachtet. - Zunächst wird die Detektionsentscheidung durch Vergleich mit einem dynamischen Schwellwert entwickelt. Als Eingangsdaten dienen dabei simulierte diskrete Empfangsspektren in den Dimensionen Laufzeit und Frequenzverschiebung. - Ein großes Problem von auf Pulskompressionsverfahren basierenden Radarsystemen ist die Entstehung von Fehldetektionen bei dopplerverschobenen Empfangssignalen. In der Arbeit wird eine Möglichkeit vorgestellt diese auszuschließen. - Für die einzelnen Detektionen werden Distanz, Geschwindigkeit und Sichtwinkel bestimmt. Dabei muss die Signalverarbeitung in der Lange sein, auf verschiedene Einstellungen der Radarsystemparameter zu reagieren. Die gefundenen Detektionen können je nach Einstellung der Radarsystemparameter Mehrdeutigkeiten aufweisen. Diese werden durch eine nachgeschaltete Zielverfolgung beseitigt. - Es wird ein Benchmark Radarsystem ausgelegt, welches die Anforderungen an ein modernes Weitbereichsradarsystem erfüllt, welches als Sensor für Fahrerassistenzsysteme eingesetzt werden kann. Anhand dieses Radarsystems wird eine Abschätzung von Speicher- und Rechenzeitbedarf der entwickelten Signalverarbeitung vorgenommen. - Insgesamt beinhaltet die entwickelte Signalauswertung die Schritte Betragsbildung, Schwellwertberechnung, Detektionsentscheidung, Interpolation, Ausschluss von Eigencluttern, Bestimmung von Distanz und Geschwindigkeit, Zusammenführung der Detektionen und Zielverfolgung.