Freie Bachelor- & Masterarbeitern, Forschungspraktika

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Nachfolgend finden Sie eine Übersicht freier Themen für Abschlussarbeiten und Forschungspraktika am LHFT. Bei Interesse nehmen Sie bitte Kontakt mit dem jeweiligen Betreuer auf. Sollten Sie hier derzeit kein für Sie ansprechendes Thema finden, können Sie auch gerne direkt die LHFT-Mitarbeiter fragen, ob es weitere Themen in Vorbereitung gibt, oder weiterführende Arbeiten zu bereits laufenden Arbeiten.



Übersicht



Tabellarische Übersicht freier Arbeiten am LHFT

Masterarbeit: Planare Uebergaenge Felix Distler
Masterarbeit: 3D Occupancy Grid Robert Prophet
Forschungspraktikum: MIMO Radar Michael Gottinger
Masterarbeit: Eigenlokalisierung Robert Prophet
Masterarbeit: Clustering Robert Prophet
Masterarbeit: Carrier Cancelation Matthias Gareis
Forschungspraktikum: Automatisierte HF-Messungen Mark Sippel
Forschungspraktikum: UHF-RFID Reader Matthias Gareis
Forschungspraktikum: Materialcharakterisierung Gerald Gold
Themenbereich: Faser-Bragg-Gitter Stefan Werzinger
Bachelorarbeit: Materialcharakterisierung Konstantin Lomakin
Masterarbeit: Materialcharakterisierung Mark Sippel
Bachelorarbeit: Automatisierte HF-Messungen Gerald Gold
Masterarbeit: JESD204B-Transceiver Martin Schütz
Themenbereich: Verteilte Faseroptische Systeme Stefan Werzinger
Bachelorarbeit: Labormessplatz für mmW-THz-Bildgebung Daniel Oppelt
Masterarbeit: Automatisierte HF-Messungen Konstantin Lomakin
Masterarbeit: Massive MIMO Kalibration durch Auto-Focussing Patrick Gröschel
Masterarbeit: In-situ Kalibration_eines_Antennenarrays Erik Sippel
Forschungspraktikum: Kalibration eines_kuppelförmigen_Antennenarrays Tatiana Pavlenko
Masterarbeit: Funktionsstrukturen für HF-Anwendungen durch 3D-Druckverfahren Gerald Gold
Masterarbeit: Robotergestützte UHF-RFID Tag-Lokalisierung Matthias Gareis
Bachelorarbeit: Funktionsstrukturen für HF-Anwendungen durch 3D-Druckverfahren Mark Sippel
Masterarbeit: Hochauflösende Algorithmen in realen Anwendungen Michael Gottinger
Masterarbeit: Hohlleiter-Schlitzantennen-Array für Automobilradaranwendungen Gerald Gold
Forschungspraktikum: Maschinenlernen zerstoerungsfreie_Werkstoffprüfung Ingrid Ullmann

Freie Diplom- und Masterarbeiten


JESD204B-Transceiver

Moderne Analog-Digital- und Digital-Analog-Umsetzer implementieren ihre Datenschnittstelle oft nach dem JEDEC-JESD204B-Standard. Dieser definiert hochratige, serielle Schnittstellen als Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zwischen zwei Geräten durch multiple, parallele Leitungen (Lanes). Kommerzielle Implementierungen von JESD204B, z.B. als IPcore für FPGAs sind kostenintensiv und oft nur sehr eingeschränkt verwendbar. Im Rahmen dieser Arbeit soll aufbauend auf vorhandenen Lösungen ein vollwertiger Transceiver zum Senden und Empfangen von Daten über JESD204B implementiert und getestet werden. Der Transceiver soll dabei in ein vorhandenes, AXI-basiertes System integriert werden.

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Materialcharakterisierung

Der Anwendungsfrequenzbereich von Mehrlagen-Leiterplatten steigt zusehends in den dreistelligen GHz-Bereich. Zur Gewährleistung eines sicheren Entwurfs müssen daher die dielektrischen Eigenschaften des verwendeten verlustarmen Substratmaterials in diesem Frequenzbereich bestimmt werden. Neben den dielektrischen Eigenschaften des zur Herstellung der Leiterplatten verwendeten Ausgangsmaterials ist dabei auch die Beschaffenheit der Metallbeschichtung von Bedeutung. Insbesondere bei sehr hohen Frequenzen hat die Oberflächenrauheit des Metalls wesentlichen Einfluß auf die Leitungsverluste.

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Sparse array opt

Optimization of a Non-Uniform Antenna Array In this work, a non-uniform arrangement of 16(24) planar antennas in an antenna array should be investigated. The antennas will be arranged in a dome structure to achieve a hemispherical coverage. The main problem to solve when designing such a sparse antenna array is how to distribute the few antenna elements on the surface of the dome. The goal is to achieve good array characteristics by optimizing array parameters like sidelobe level and mainlobe beamwidth. This optimization problem should be approached by an iterative evolutionary method as particle swarm optimization (PSO) algorithm, which needs to be extended from an existing implementation in Matlab.

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3D Occupancy Grid

Ein Nachteil aktueller Automobilradare ist die fehlende Höheninformation der detektierten Ziele. Neuartige Sensoren ermitteln jedoch neben dem Azimut- auch den Elevationswinkel, sodass die Zielhöhe relativ zum Untergrund berechenbar ist. Ziel dieser Abschlussarbeit ist die Entwicklung eines 3D Occupancy Grids, das als Goldstandard in der autonomen Pfadplanung gilt. Hierbei sollen zunächst mit einem Testfahrzeug Daten typischer innerstädtischer Szenen aufgenommen werden, um diese im Anschluss zu prozessieren. Arbeitsgrundlage soll dabei der Software-Framework ROS (Robot Operating System) sein, der sich neben Robotikanwendungen in den letzten Jahren auch im Automobilbereich etabliert hat.

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Planare Uebergänge

Dielektrische Leitungen für mmW-Anwendungen sind der Koaxial-Leitung in nahezu allen Bereichen überlegen: Transmissionseigenschaften, Gewicht, Kosten. Um die Industrie jedoch vollkommen von der neuartigen dielektrischen Leitungstechnologie zu überzeugen, bedarf es noch einer gezielten Forschungs- & Entwicklungsarbeit im Bereich der Konnektivität dielektrischer Leitungen. Vor allem die Chip-to-Chip Kommunikation wird dabei eine wichtige Rolle spielen, weshalb in dieser Arbeit planare Übergänge auf dielektrische Leitungen untersucht werden sollen.

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Automatisierte HF-Messungen

Leiterplatten für Hochfrequenzanwendungen müssen vor dem Bestücken zu Testzwecken temporär mit Prüfeinrichtungen verbunden werden. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf einer breitbandigen, automatisierbaren Verbindungstechnik zur Signaleinkopplung. Anisotrope Leitelastomere erlauben zudem die Konstruktion neuartiger, leiterplattenbasierter Prüfsockel für den IC-Test. In beiden Anwendungsfeldern ist das temporäre Kontaktelement Haupttreiber für Prüfkosten und präzise Charakterisierung der zu untersuchenden Strukturen.

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Clustering

Neuartige Radare liefern dank ihrer hohen Ortsauflösung eine Vielzahl von Zielen. Die Zuordnung von Zielen zu einem Objekt wird als Clustering bezeichnet. Hierbei begegnet man insbesondere im innerstädtischen Bereich aufgrund von Mehrwegausbreitungen enormen Herausforderungen. Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung von verschiedenen Algorithmen, um das Clustering Problem zu lösen. Dabei sind neben klassischen Methoden wie DBSCAN oder k-means Clustering auch Tools aus dem Bereich des maschinellen Lernens denkbar.

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Eigenlokalisierung

Ein Testfahrzeug erfasst mithilfe von 4x79 GHz Radarsensoren Ziele in seiner unmittelbaren Umgebung. Diese Ziele werden in speziellen „Target Lists“ organisiert und in einer Gridmap dargestellt. Um das Testfahrzeug und dessen Umgebung korrekt in dieser Karte darzustellen wird die exakte Bewegung des Fahrzeugs benötigt. Gegenstand der Abschlussarbeit ist es, sich einen Überblick über die verschiedenen Methoden zur Eigenlokalisierung zu verschaffen (Odometrie, radarbasierte Lokalisierungstechniken, SLAM,A) und eine davon in eine bestehende MATLAB Umgebung zu implementieren. Als Referenzsystem dient hierbei eine hochpräzise Inertialsensorik mit DGPS Unterstützung.

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Carrier Cancelation

Backscatter-Transponder basierte Systeme wie UHF-RFID werden in Produktions- und Logistikprozessen eingesetzt, um eine lückenlose Materialverfolgung zu gewährleisten. Um die passiven Transponder mit Energie zu versorgen, sendet ein Lesegerät permanent einen CW-Träger aus. Zur Kommunikation mit dem Lesegerät moduliert der RFID-Transponder diesem Trägersignal ein Datensignal auf. Damit die hohe Träger-Signalleistung die Dynamik der Lesegerät-Empfangsstufe und damit die Lesereichweite nicht zu stark beeinträchtigt, nutzen aktuelle Lesegeräte Ansätze zur Trägerunterdrückung, die den Träger im Optimalfall vor den Verstärkerstufen auslöschen. In dieser Arbeit soll ein Systemmodell entworfen werden, mit dessen Hilfe eine Regelschleife für eine Trägerunterdrückung erstellt und auf bestehender Hardware evaluiert werden kann. Zur Inbetriebnahme und dem Test der Einheit sind grundlegende Programmier- und Hardwarekenntnisse empfehlenswert.

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Massive MIMO Kalibration durch Auto-Focussing

Nach der Etablierung von LTE (4G) ist inzwischen schon die nächste Mobilfunkgeneration (5G) in der Entwicklung. Maßgeblich profitieren soll diese (vor allem in den Basisstationen) von der gleichzeitigen Verwendung einer sehr großen Zahl von Antennen zum Senden und Empfangen, dem sog. Massive MIMO Konzept. Auch in der Radartechnik gewinnt Massive MIMO schnell an Bedeutung, sodass sich in beiden Gebieten vielfältige interessante Forschungsgebiete ergeben. Da solche Systeme bisher vor allem theoretisch untersucht worden sind, soll vor Ort ein solches System designt und aufgebaut werden. Diese Arbeit stellt einen wichtigen Schritt zu dessen Realisierung dar.

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In-situ Kalibration eines Antennenarrays

Um hochgenaue Positionsschätzung (Fehler < 1mm) mithilfe eines Radarsystems zu ermöglichen, müssen die Positionen der genutzten Antennen mindestens auf gleichem Genauigkeitslevel bekannt sein. Hierfür werden an bekannten Referenzpunkten Messungen durchgeführt und zunächst anhand der gewonnenen Daten sowohl die Position jeder einzelnen Antenne des Antennenarrays wie auch deren Phasenversatz geschätzt. Im Anschluss kann das Model der Antennen beliebig erweitert werden um des Weiteren Parameter wie Dämpfung oder die Richtdiagramme der Antennen zu schätzen.

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Hochauflösende Algorithmen in realen Anwendungen

In einem aktuellen Forschungsprojekt wird ein Lokalisierungssystem, beruhend auf dem Sekundärradarpinzip entwickelt. Ein Faktor, der den Einsatz solcher Systeme stark beeinträchtigt, stellt die Mehrwegeausbreitung, insbesondere in Gebäuden, dar. In dieser Arbeit sollen zunächst hochauflösende Algorithmen analysiert werden. Anschließend soll ein Modell für relevante Fehlerterme, sowie eine geeignete Methode zur Kalibration erarbeitet und anhand von Messdaten erprobt werden.

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Verteilte faseroptische Sensorik

Themengebiete:
• Ortsaufgelöste Temperaturmessung mit Raman-Streuung
• Quasi-verteilte Messung von Temperatur und Dehnung mit Faser-Bragg-Gittern
• Signalverarbeitung, Compressed-Sensing, modellbasierte Auswertung

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Faser-Bragg-Gitter und Faseroptik

Themengebiete:
• Ortsaufgelöste Temperaturmessung mit Raman-Streuung
• Quasi-verteilte Messung von Temperatur und Dehnung mit Faser-Bragg-Gittern
• Signalverarbeitung, Compressed-Sensing, modellbasierte Auswertung

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Hohlleiter-Schlitzantennen-Array für Automobilradaranwendungen

Additive Fertigung unter Einsatz von 3D-Druckern vereinigt diverse Herstellungsverfahren zur generativen Erzeugung von Strukturen sowohl für Rapid Prototyping als auch für produktreife Entwicklungen. Zusätzliche Freiheitsgrade dieser Fertigungstechnologien bezüglich Geometrie und Materialkombinationen eröffnen neue Möglichkeiten in Entwurf und Integration von elektrischen Systemen. Zudem können viele Produktionsschritte rationalisiert und somit die Produktionskosten reduziert werden, was dem Verfahren insbesondere in der Entwicklung einen besonderen Charme verleiht. Zwar steckt diese Technologie beim Einsatz in der Hochfrequenztechnik noch in den Kinderschuhen, die rapide wachsende Anzahl an Veröffentlichungen und Projekten in den letzten zwei Jahren deutet aber auf ein großes Potential in diesem Einsatzgebiet hin.

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Maschinenlernen zerstörungsfreie Werkstoffprüfung

In dieser Arbeit soll das Konzept des maschinellen Lernens für die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung eingesetzt werden. Hierzu soll zunächst mit einem Millimeterwellen-Synthetik-Apertur-Radar ein geeigneter großer Datensatz von Kunststoff-Prüfkörpern aufgenommen werden. Daraufhin sollen in MATLAB Verfahren implementiert werden, die es ermöglichen, an anderen, ähnlich gearteten Testobjekten typische Merkmale (z.B. Kontur, typische Fehlerbilder) zu erkennen. Somit soll eine Beurteilung der Qualität des Testobjekts bereits aus den Rohdaten des Mess-Standes, ohne weitere Prozessierung, möglich werden. Der Umfang der Arbeit wird in Absprache je nach Art der Arbeit angepasst.

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Robotergestützte UHF-RFID Tag-Lokalisierung

Ziel dieser Arbeit ist es, mit Hilfe eines vorhandenen RFID-Lesegerätes, das als mehrkanaliges Radarsystem ausgeführt ist, passive UHF-RFID Tags von einem mobilen Roboter aus dreidimensional zu orten. Hierzu soll ein geeigneter Ortungsalgorithmus basierend auf Apertursyntheseverfahren entwickelt werden. Das Verfahren soll durch Simulation validiert und anschließend mit der verfügbaren Hardware experimentell erprobt werden. Zur Inbetriebnahme und dem Test der Einheit sind VHDL Kenntnisse empfehlenswert.

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Freie Studien- und Bachelorarbeiten


3D Occupancy Grid

Ein Nachteil aktueller Automobilradare ist die fehlende Höheninformation der detektierten Ziele. Neuartige Sensoren ermitteln jedoch neben dem Azimut- auch den Elevationswinkel, sodass die Zielhöhe relativ zum Untergrund berechenbar ist. Ziel dieser Abschlussarbeit ist die Entwicklung eines 3D Occupancy Grids, das als Goldstandard in der autonomen Pfadplanung gilt. Hierbei sollen zunächst mit einem Testfahrzeug Daten typischer innerstädtischer Szenen aufgenommen werden, um diese im Anschluss zu prozessieren. Arbeitsgrundlage soll dabei der Software-Framework ROS (Robot Operating System) sein, der sich neben Robotikanwendungen in den letzten Jahren auch im Automobilbereich etabliert hat.

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Multistatisches Radar zur Multicopter Ortung

Implementierung eines multistatischen Radars zur Multicopter Ortung. Multistatische Radare verwenden mehrere räumlich verteilte Sender und Empfänger, um die Diversität des Szenarios auszunutzen, welche zu einer verbesserten Detektion der Leistung führen kann. Die Anwendung dieses Konzepts, z.B. auf die Detektion der Mikro-Doppler-Signatur kleinen UAVs, wird derzeit am LHFT untersucht. Im Rahmen dieser Arbeit soll ein komplettes multistatisches System mit einem 24 GHz Transceiver entwickelt werden. Diese Arbeit umfasst folgende Schritte: Systemdesign. Board-Design und Herstellung eines 24 GHz Transceivers. Validierung des Systems anhand von ausgewählten Messungen. Implementation of a multistatic radar for localization of Multicopters. Multistatic radars utilize multiple transmitter and receiver sites to provide spatial diversity which leads to improved detection performance. The application of this concept is being studied in the LHFT for the extraction of the micro-Doppler signature of e.g. small UAVs. In this thesis a complete multistatic system is to be developed using a 24 GHz transceiver. The work is divided into the following tasks: System design. Board design and manufacture for a 24 GHz transceiver. Validation of the system with field measurements.

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PM OFDR

Oertlich verteilte Messung von faseroptischen Sensoren mittels polarisationsaufgeloester Frequenzbereichs-Reflektometrie

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Clustering

Neuartige Radare liefern dank ihrer hohen Ortsauflösung eine Vielzahl von Zielen. Die Zuordnung von Zielen zu einem Objekt wird als Clustering bezeichnet. Hierbei begegnet man insbesondere im innerstädtischen Bereich aufgrund von Mehrwegausbreitungen enormen Herausforderungen. Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung von verschiedenen Algorithmen, um das Clustering Problem zu lösen. Dabei sind neben klassischen Methoden wie DBSCAN oder k-means Clustering auch Tools aus dem Bereich des maschinellen Lernens denkbar.

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Eigenlokalisierung

Ein Testfahrzeug erfasst mithilfe von 4x79 GHz Radarsensoren Ziele in seiner unmittelbaren Umgebung. Diese Ziele werden in speziellen „Target Lists“ organisiert und in einer Gridmap dargestellt. Um das Testfahrzeug und dessen Umgebung korrekt in dieser Karte darzustellen wird die exakte Bewegung des Fahrzeugs benötigt. Gegenstand der Abschlussarbeit ist es, sich einen Überblick über die verschiedenen Methoden zur Eigenlokalisierung zu verschaffen (Odometrie, radarbasierte Lokalisierungstechniken, SLAM,A) und eine davon in eine bestehende MATLAB Umgebung zu implementieren. Als Referenzsystem dient hierbei eine hochpräzise Inertialsensorik mit DGPS Unterstützung.

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Kabelgebundene Synchronisation

Um räumlich verteilte Aufbauten hochgenau synchron betreiben zu können, sollen Synchronisations-Module entwickelt werden, die per Standard-Patch-Kabel verbunden werden. Die Module sollen selbsttätig die Laufzeit auf den verwendeten Kabeln messen und bei der Abgabe von Zeitsignalen diese Laufzeiten kompensieren. Die angestrebte Genauigkeit deutlich unterhalb einer Nanosekunde stellt höchste Ansprüche an die Gestaltung der Signalkette und der Signalverarbeitung.

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Maschinenlernen zerstörungsfreie Werkstoffprüfung

In dieser Arbeit soll das Konzept des maschinellen Lernens für die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung eingesetzt werden. Hierzu soll zunächst mit einem Millimeterwellen-Synthetik-Apertur-Radar ein geeigneter großer Datensatz von Kunststoff-Prüfkörpern aufgenommen werden. Daraufhin sollen in MATLAB Verfahren implementiert werden, die es ermöglichen, an anderen, ähnlich gearteten Testobjekten typische Merkmale (z.B. Kontur, typische Fehlerbilder) zu erkennen. Somit soll eine Beurteilung der Qualität des Testobjekts bereits aus den Rohdaten des Mess-Standes, ohne weitere Prozessierung, möglich werden. Der Umfang der Arbeit wird in Absprache je nach Art der Arbeit angepasst.

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Labormessplatz für mmW-THz-Bildgebung

Ein einsatzfähiges Kurzpuls-Terahertz- (THz-TDS-) System und eine zuvor entwickelte Positioniereinheit (PU) werden zu einem Messaufbau für THz-Bildgebung vereint. Darüber hinaus wird der Labormessplatz so konstruiert, dass er ohne größere Umbaumaßnahmen zur Radar-Nahbereichsbildgebung mittels synthetischer Apertur (SAR) im Millimeterwellen- (mmW-) Bereich verwendet werden kann. Auch für die SAR-Bildgebung existieren bereits Teile der entsprechenden Hard- und Software, die mit dem Aufbau und der Ansteuerung der THz-TDS-Systems fusioniert werden. Abschließend wird die Funktion des Aufbaus durch Testmessungen in beiden Betriebsmodi verifiziert.

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Freie Themen für Forschungspraktika


UHF-RFID Reader

Die Kommunikation zwischen einem Lesegerät und einem UHF-RFID Tag findet nach dem EPC Gen2-Protokoll statt. Dort finden sich viele Parameter zur Signalform, als auch dem Kommunikationsprotokoll. Da nicht alle möglichen Kommunikationsabläufe benötigt werden soll in dieser Arbeit ein RFID-Lesegerät aufgebaut werden, das kostengünstig ist und nur bestimmte Betriebsmodi bereitstellt. Das Protokoll, sowie die Steuerung der Hardware sollen von einem FPGA übernommen werden. Für den Aufbau sowie der Inbetriebnahme werden Hardware- und VHDL-Grundkenntnisse benötigt.

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MIMO Radar

Ein MIMO-Radarsystem (z.B. für die Kfz-Sensorik) beschreibt eine Anordnung mit mehreren Sende- und Empfangskanälen, welche zur kohärenten Prozessierung verwendet werden können. Hierbei zeigt sich, dass die Genauigkeit und Auflösung der Winkelschätzung, bei vergleichbar geringem Hardwareaufwand, mit MIMO-Ansätzen deutlich verbessert werden kann. Zudem bieten MIMO-Systeme mehr Freiheitsgrade bezüglich der gesendeten Wellenformen als ein klassisches, phasengesteuertes Array. Im Besonderen erweist sich die Verwendung des sogenannten "frequency diverse array" (FDA) Ansatzes als nützliche Methode, um Mehrdeutigkeiten bei der Abstandsschätzung zu vermeiden. Im Rahmen dieser Arbeit soll die FDA-Methode implementiert und anhand von Simulationen untersucht werden. Weitergehend sollen Messungen mit einem bestehenden 77GHz-MIMO-Radarsystem mit 4 Sende- und 8 Empfangskanälen durchgeführt werden.

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Labormessplatz für mmW-THz-Bildgebung

Ein einsatzfähiges Kurzpuls-Terahertz- (THz-TDS-) System und eine zuvor entwickelte Positioniereinheit (PU) werden zu einem Messaufbau für THz-Bildgebung vereint. Darüber hinaus wird der Labormessplatz so konstruiert, dass er ohne größere Umbaumaßnahmen zur Radar-Nahbereichsbildgebung mittels synthetischer Apertur (SAR) im Millimeterwellen- (mmW-) Bereich verwendet werden kann. Auch für die SAR-Bildgebung existieren bereits Teile der entsprechenden Hard- und Software, die mit dem Aufbau und der Ansteuerung der THz-TDS-Systems fusioniert werden. Abschließend wird die Funktion des Aufbaus durch Testmessungen in beiden Betriebsmodi verifiziert.

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Kalibration eines kuppelförmigen Antennenarrays

Für ein geplantes Adhoc-Lokalisierungs-Netzwerk auf dem Mars wird der Einsatz eines kuppelförmigen Antennenarrays untersucht. Am Lehrstuhl wurde ein solches Antennenarray entwickelt. Als nächster Schritt steht die Integration in eine mehrkanalige 24 GHz-FMCW-Radarstation und der Einbau in einen Rover/Quadrocopter an. Dies wird die Abstands- und Winkelmessungen zu anderen Swarmteilnehmer ermöglichen. Das Ziel dieser Arbeit ist die Kalibration und Messungen des Radars mit Kuppel-Array im Roboterlabor.

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Maschinenlernen zerstörungsfreie Werkstoffprüfung

In dieser Arbeit soll das Konzept des maschinellen Lernens für die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung eingesetzt werden. Hierzu soll zunächst mit einem Millimeterwellen-Synthetik-Apertur-Radar ein geeigneter großer Datensatz von Kunststoff-Prüfkörpern aufgenommen werden. Daraufhin sollen in MATLAB Verfahren implementiert werden, die es ermöglichen, an anderen, ähnlich gearteten Testobjekten typische Merkmale (z.B. Kontur, typische Fehlerbilder) zu erkennen. Somit soll eine Beurteilung der Qualität des Testobjekts bereits aus den Rohdaten des Mess-Standes, ohne weitere Prozessierung, möglich werden. Der Umfang der Arbeit wird in Absprache je nach Art der Arbeit angepasst.

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