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AuthorHügler, Paul Philipp Georgdc.contributor.author
Date of accession2022-01-19T15:12:36Zdc.date.accessioned
Available in OPARU since2022-01-19T15:12:36Zdc.date.available
Year of creation2021dc.date.created
Date of first publication2022-01-19dc.date.issued
AbstractZivile Drohnen finden privat wie auch kommerziell zunehmend Verwendung und werden beispielsweise von Sicherheitsbehörden, als Lieferdrohne oder zur Inspektionen von schwer zugänglichen Objekten genutzt. Für einen benutzerfreundlichen und sicheren Betrieb greifen moderne Drohnen auf eine Vielzahl von Sensoren zurück. Aktuelle Systeme nutzen satellitengestützte Positionsbestimmung, barometrische Höhenmessung und zur Detektion der Umgebung Infrarot-, Ultraschall- und Kamerasensoren. Diese Arbeit stellt Untersuchungen zur Anwendung von hochauflösenden Radarsensoren an Drohnen als Altimeter, für die Kollisionsvermeidung und für die Kartierung der Umgebung vor. Radar-Altimeter können gegenüber der barometrischen Höhenmessung die Flughöhe über Grund messen und weitere nützliche Informationen, wie etwa das Vorhandensein von Vegetation, bereitstellen. Basierend auf durchgeführte Untersuchungen zur Detektion von Vegetation, zur Notwendigkeit eines Gimbals, zur Nutzung als Landeradar sowie Frequenz- und Bandbreitenbetrachtungen werden mehrere Konzepte und Umsetzung vorgestellt und die Vorteile gegenüber den aktuellen Sensoren gezeigt. Bei der zwei- und dreidimensionalen Umfelderkennung werden neben der Entfernung und der Geschwindigkeit zusätzlich die Raumwinkel Azimut und Elevation gemessen. Hierfür wurde ein mehrkanaliger Radarsensor mit austauschbarem Antennen-Front-End entwickelt, an dem je nach Anforderung unterschiedliche Antennensysteme montiert werden können. Mit hoher Entfernungs- und Geschwindigkeitsauflösung sowie einem großen Sichtbereich konnte bei der zweidimensionalen Umfelderkennung gezeigt werden, dass die Detektion von stationären, bewegten und schwachen Zielen, z.B. kleine Drohnen oder feine Teile der Vegetation möglich ist. Die direkte Geschwindigkeitsmessung als Alleinstellungsmerkmal der Radarsensorik konnte zudem genutzt werden, um aus der Zielantwort die Eigenbewegung der Drohne zu bestimmen. Um unter Berücksichtigung der limitierten Nutzlast von Drohnen bei der dreidimensionalen Umfelderkennung beide Raumwinkel mit hoher Trennfähigkeit und großem Sichtbereich abzudecken, wurde ein ausgedünntes Antennensystem mit niedriger Kanalanzahl entworfen. Das für die einzelnen Kanäle verwendete Antennenelement sowie die Optimierung des Antennensystems werden detailliert beschrieben und messtechnisch validiert. Für die Erstellung von Karten der Umgebung zur Selbstlokalisierung oder Wegplanung werden an Drohnen häufig zusätzlich Lidarsensoren montiert. Es konnte gezeigt werden, dass mit den Daten des bildgebenden Radarsensors für die Umfelderkennung hochauflösende zwei- und dreidimensionale Radarkarten erstellt werden können. Untersuchungen zur Genauigkeit der Radarkarten zeigen, dass die Kenntnis der Position der Drohne und nicht der Radarsensor ausschlaggebend ist. In Hinblick auf die limitierte Nutzlast von Drohnen konnte selbst mit den satellitengestützten Positionsdaten der genutzten Drohne ohne zusätzlichen Lidarsensor Karten der Umgebung mit einer Genauigkeit von 0,5m erstellt werden. Die in dieser Arbeit gewonnen Erkenntnisse zeigen, dass Radarsensoren einen großen Beitrag für den sicheren Betrieb von Drohnen leisten und neue Anwendungsmöglichkeiten für Drohnen bieten können.dc.description.abstract
Languagededc.language.iso
PublisherUniversität Ulmdc.publisher
LicenseCC BY-NC-ND 4.0 Internationaldc.rights
Link to license texthttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/dc.rights.uri
Dewey Decimal GroupDDC 620 / Engineering & allied operationsdc.subject.ddc
LCSHRadardc.subject.lcsh
LCSHSignal processingdc.subject.lcsh
LCSHAltimeterdc.subject.lcsh
TitleHochauflösende Radarsensorik für die Anwendung an zivilen Drohnendc.title
Resource typeDissertationdc.type
Date of acceptance2021-09-13dcterms.dateAccepted
RefereeWaldschmidt, Christiandc.contributor.referee
RefereeSchumacher, Hermanndc.contributor.referee
DOIhttp://dx.doi.org/10.18725/OPARU-40978dc.identifier.doi
PPN1787158314dc.identifier.ppn
URNhttp://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:289-oparu-41054-7dc.identifier.urn
GNDFMCW-Radardc.subject.gnd
GNDRadarsensordc.subject.gnd
GNDDrohne (Flugkörper)dc.subject.gnd
GNDSensordc.subject.gnd
GNDHöhenmesserdc.subject.gnd
GNDKartierungdc.subject.gnd
GNDHochfrequenzdc.subject.gnd
GNDHochfrequenztechnikdc.subject.gnd
GNDMillimeterwelledc.subject.gnd
GNDSignalverarbeitungdc.subject.gnd
GNDDetektiondc.subject.gnd
GNDAntennedc.subject.gnd
GNDAntennengruppedc.subject.gnd
GNDArraydc.subject.gnd
GNDZeitmultiplexdc.subject.gnd
FacultyFakultät für Ingenieurwissenschaften, Informatik und Psychologieuulm.affiliationGeneral
InstitutionInstitut für Mikrowellentechnikuulm.affiliationSpecific
InstitutionInstitut für Elektronische Bauelemente und Schaltungenuulm.affiliationSpecific
Grantor of degreeFakultät für Ingenieurwissenschaften, Informatik und Psychologieuulm.thesisGrantor
DCMI TypeTextuulm.typeDCMI
CategoryPublikationenuulm.category
Ulm seriesSchriftenreihe des Instituts für Mikrowellentechnikuulm.dissSeriesUlmName
Ulm series - number11uulm.dissSeriesUlmNumber
Editor of Ulm seriesWaldschmidt, Christianuulm.dissSeriesUlmEditorA
Editor of Ulm seriesUniversität Ulm / Institut für Mikrowellentechnikuulm.dissSeriesUlmEditorB
Erscheinungsjahr2022uulm.dissYear
ISBN978-3-948303-23-5uulm.dissISBN
ISBN978-3-948303-24-2uulm.dissISBN
Bibliographyuulmuulm.bibliographie


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