Themenbeschreibung: Ultra-Breitband (engl. Ultra-wideband, UWB) ist eine Funktechnologie, die für Nahbereichsanwendungen konzipiert ist. UWB arbeitet mit sehr hohen Bandbreiten im Frequenzbereich von 3.1 bis 10.6 GHz und ist nahezu weltweit lizenzfrei nutzbar. Dank der hohen Bandbreiten eignet sich UWB nicht nur für die Kommunikation, sondern auch für die präzise Lokalisierung, da Laufzeitmessungen eine genaue Entfernungsbestimmung zwischen Sender und Empfänger ermöglichen.

Kommerziell wird UWB beispielsweise in den U1/U2-Chips von Apple verwendet, die UWB in deren Geräten sowie in den AirTags implementieren. Ein weiterer Anbieter von UWB-Modulen für den freien Markt ist Quorvo, mit den Modulen DWM1000 und DWM3000. Diese Module sind als Evaluationsplattformen erhältlich, etwa als Arduino Shields (z.B. DWM3000EVB) oder in integrierten Systemen aus dem Maker-Bereich (z.B. ESP32 UWB von Makerfabs).

Im Rahmen dieser Abschlussarbeit soll ein UWB-System zur Kommunikation und Lokalisierung untersucht werden. Die Aufgaben umfassen eine Technologierecherche, die Auswahl eines geeigneten Systems, die Implementierung der Kommunikation und Lokalisierung mithilfe der Module sowie die experimentelle Auswertung in Innen- und Außenszenarien.

Aufgaben

• Literaturrecherche und Einarbeitung in die UWB-Technologie

• Marktrecherche und Auswahl einer UWB Experimentalplattform (Mikrocontroller + UWB Modul)

• Inbetriebnahme und Konfiguration der Module (Programmierung Software)

• Durchführung und Auswertung von Experimenten in verschiedenen Umgebungen

• Vorschläge für erweiterte Untersuchungen

  • Kommunikation mit AppleAir Tags

  • Verbesserung der Lokalisationsgenauigkeit

Schlagworte: UWB, Nachrichtentechnik, Lokalisation
Art der Arbeit: Bachelorarbeit
Betreuer: Prof. Dr. Markus Gardill
Bildquellen: Quorvo, makerfabs.com

Themenbeschreibung: viele Satelliten aus dem Bereich des Amateurfunks sowie akademischer Missionen arbeiten in den VHF oder UHF Frequenzbereichen. Um einen unterbrechungsfreien Empfang dieser zu ermöglichen, gibt es mit SatNOGS ein globales, offenes Netzwerk für Satellitenbodenstationen (https://satnogs.org/). Im Rahmen dieser Arbeit soll eine Satellitenbodenstation für die BTU entworfen, aufgebaut und getestet werden. Zudem soll sie an das SatNOGS Netzwerk angeschlossen werden.

Aufgabe

• Auslegung einer VHF/UHF Bodenstation basierend auf Software-Defined Radio (SDR) Empfängern
• Aufbau und Inbetriebnahme der Bodenstation mit GNU-Radio und Linux Systemen (z.B. Raspberry PI)
• Integration in das SatNOGS Netzwerk
• (Bei Masterarbeit): Erprobung aktueller Verfahren zur kohärenten Datenfusion zwischen Bodenstationen

Schlagworte: Satelliten, Hochfrequenztechnik, Funkkommunikation
Art der Arbeit: Masterarbeit, Bachelorarbeit
Betreuer: Prof. Dr. Markus Gardill

Themenbeschreibung: im Rahmen einer geplanten CubeSat Forschungsmission sollen innovative Kommunikationssubsysteme für CubeSats entwickelt und untersucht werden. Ein Teilaspekt davon sind modulare Antennenarrays für die elektronische Strahlformung und Winkelschätzung im Ku-Band (12-18 GHz). In dieser Arbeit sollen dazu mögliche Architekturen entworfen und simuliert, sowie nach Möglichkeit gefertigt und auf einem CubeSat Mock-Up getestet werden.

Aufgabe

• Entwurf und Simulation eines Ku-Band Antennenarrays für die Integration in CubeSats
• Design eines Speisenetzwerkes basierend auf integrierten Beamforming ICs
• Fertigung und messtechnische Verifizierung in einem CubeSat Mock-Up

Schlagworte: Hochfrequenztechnik, Satelliten
Art der Arbeit: Masterarbeit
Betreuer: Prof. Dr. Markus Gardill
Bildquellen: Akram Al-Hourani / JMU Würzburg / Renesas

Themenbeschreibung: Hochintegrierte mm-Wellen Radare sind heutzutage weit verbreitet und ermöglichen kompakte und robuste Sensorik in Anwendungsfeldern wie der Nahbereichserfassung zum Beispiel bei Fahrassistenzsystemen. Dabei ist eine räumlich hochauflösende Trennfähigkeit von Objekten in Echtzeit von hoher Bedeutung. Die kompakte Bauweise limitiert dabei die für eine gute Auflösung nötige Apertur und etablierte sogenannte Super-Resolution (z.B MUSIC, ESPRIT) Algorithmen brauchen einige Aufnahmen um den Signalraum gut vom Rauschen trennen zu können, was durch die Anforderung der Echtzeitfähigkeit nur begrenzt möglich ist. Compressive Sensing Methoden bieten einen vielversprechenden Ansatz für die Radar-Signalverarbeitung in Echtzeit bei gleichzeitig guter Winkelauflösung. In dieser Arbeit sollen Compressive Sensing Methoden zur besseren Winkelauflösung für MIMO RADAR Sensoren recherchiert und evaluiert werden.

Aufgabe

• Literaturrecherche zu Compressive Sensing Methoden
• Implementierung von Compressive Sensing Algorithmen zur Winkelschätzung mit Matlab oder Python
• Evaluierung mit simulierten und realen Signalen zum Beispiel aus unserer Absorberkammer oder mit Aufzeichnungen aus Feldversuchen im Bereich Binnenschiffahrt

Schlagworte: Radar, Signalverarbeitung, Winkelschätzung, Compressive Sensing, Rekonstruktion dünnbesetzter Signale, Optimierung
Art der Arbeit: Masterarbeit
Betreuer: Robin Herrmann, M.Sc.  Prof. Dr. Markus Gardill
Bildquellen: Yanqin Xu et al.: A Fast 2D Super-resolution Imaging Method via Bayesian Compressive Sensing for mmWave Automotive radar, RadarConf23, San Antonio, TX, USA, 2023

Themenbeschreibung: In Radarsystemen finden typischerweise digitale Basisbandplattformen Anwendung. Diese steuern die vom Radarsystem ausgesendeten Wellenformen und digitalisieren sowie verarbeiten die Empfangsdaten. Dabei sind Synchronität zwischen Sende- und Empfangspfaden, Determinismus und präzises Timing wichtige Eigenschaften. Im Rahmen dieser Arbeit soll eine solche Plattform basierend auf einem RedPitaya STEMlab entworfen und implementiert werden.

Aufgabe

• Entwurf und Implementierung eines Signalgenerators zur Sendesignalerzeugung
• Entwurf und Implementierung der digitalen Empfangspfade
• Charakterisierung des Systems im Labor
• Auswertung und Charakterisierung mittels eines kommerziellen Radarfrontends

Schlagworte: Radar, Embedded Entwicklung, Mikrocontroller
Art der Arbeit: Masterarbeit, Bachelorarbeit
Betreuer: Prof. Dr. Markus Gardill

Themenbeschreibung: Zur Simulation von Radarsensoren in komplexen Szenarien stehen sogenannten Ray-Tracing Simulatoren zur Verfügung. Diese berechnen basierend auf einem Computermodell der Umgebung alle relevanten Ausbreitungspfade zwischen den Radar Sendeantennen, vorhandenen Objekten der Umgebung, sowie den Empfangsantennen. Dadurch können die von einem Radar ausgegebenen Rohdaten simuliert werden. In dieser Arbeit sollen Ray-Tracing Verfahren für Simulationen von ausgewählten Szenarien untersucht werden.

Aufgabe

• Erstellung von Szenarien in Ray-Tracing Simulatoren
• Entwurf und Implementierung von Radarsensensormodellen zur Abbildung der Pfade auf Rohdaten
• Auswertung mittels Radarsignalverarbeitungsalgorithmen

Schlagworte: Radar, Hochfrequenztechnik, Signalverarbeitung
Art der Arbeit: Masterarbeit, Bachelorarbeit
Betreuer: Prof. Dr. Markus Gardill

Themenbeschreibung: Heutzutage stehen hochintegrierte Radar SoCs mit integrierten Antennen zur Verfügung, um damit flexible Sensorik in kleinster Bauform für verschiedenste Anwendungen zu realisieren. In dieser Arbeit soll solch ein SoC für die Erfassung von mehreren Personen in Innenräumen evaluiert werden.

Aufgabe

• Entwurf und Implementierung eines Testsystems zur Personenerfassung
• Auswertung und Charakterisierung im Feldtest

Schlagworte: Radar, Embedded Entwicklung, Mikrocontroller
Art der Arbeit: Masterarbeit, Bachelorarbeit
Betreuer: Prof. Dr. Markus Gardill

Themenbeschreibung: GNU Radio is ein auf C++ und Python basierendes Framework für Software-Defined Radio. Es enthält viele Signalverarbeitungsblöcke wie z.B. Filter, FFT, usw., die zu einem Signalflussgraphen verbunden werden können um flexible Echtzeitsignalverarbeitung zu realisieren. Im Rahmen dieser Arbeit soll GNU Radio genutzt werden, um dessen Eignung für die Echtzeitsignalverarbeitung von Radardaten eines 77 GHz automotive Radarsensors zu untersuchen.

Aufgabe

• Entwurf und Implementierung eines GNU-Radio Blocks um Daten von einem 77 GHz automotive Radar in die Signalverarbeitungskette zu leiten
• Entwurf und Implementierung der grundlegenden Radarsignalverarbeitung
• Entwurf und Implementierung eines GUIs zur Darstellung der Radarziele

Schlagworte: Radar, Hochfrequenztechnik, Signalverarbeitung
Art der Arbeit: Masterarbeit, Bachelorarbeit
Betreuer: Prof. Dr. Markus Gardill