Vor dem Hintergrund unkontrollierter Schadstoffemissionen durch Großbrände oder Industrieunfälle stellt die zielgerichtete, zuverlässige und schnelle Aufklärung potenziell kontaminierter Umgebungen einen wesentlichen Erfolgsfaktor zur Eingrenzung und Bekämpfung von Gefahrenlagen dar. Derzeit sind Messungen durch ABC-Einheiten der Feuerwehren auf die unmittelbare Bodennähe beschränkt und liefern unzureichende Informationen über Art und Ausmaß von Kontaminationen. Der Einsatz eines neuartigen Systems, in dem Flugroboter, so genannte Micro Unmanned Aerial Vehicles (MUAVs), in einem Schwärm agieren, schafft demgegenüber einen erheblichen Mehrwert bei der Erkundung und Aufklärung kontaminierter Umgebungen. In der vorliegenden Arbeit werden der Systementwurf und verschiedene Methoden zur kontextsensitiven Vernetzung für entsprechende avionische Sensorsysteme vorgestellt. In bisherigen Forschungsarbeiten stehen die Steuerung einzelner UAVs, vermaschte Sensornetze am Boden sowie die zentralistische oder deterministische Erkundung von Gebieten im Vordergrund. Demgegenüber wird in dieser Arbeit ein autonomes Verhalten des MUAV-Schwarms angestrebt, so dass ein effizienter und stabiler Einsatz auch in einer komplexen und zeitvarianten Systemumgebung möglich wird. Hierzu wurde zunächst eine Systemarchitektur entwickelt, die es ermöglicht mit Hilfe eines agentenbasierten Ansatzes die erforderliche Autonomie zu erzielen. Darauf aufbauend besteht ein wesentlicher Beitrag dieser Arbeit im Entwurf kommunikationssensitiver Mobilitätsalgorithmen, die in der Lage sind die Kohärenz eines MUAV-Netzes aufrecht zu erhalten und im Extremfall eines vollständigen Verbindungsabbruches die Kohärenz durch geeignete kontrollierte Mobilität wiederherzustellen. Hierzu werden deterministische wie auch zufallsbasierte Mobilitätsalgorithmen entwickelt und untersucht, die ein Gleichgewicht zwischen optimaler Netztopologie und Konnektivität auf Basis von Kanalmessungen und -Schätzungen herstellen. Zur Beurteilung der Leistungsfähigkeit werden die neu entwickelten Algorithmen Cluster Breathing, Cooperative Repelling Walk und Smart Cube mit makroskopischen Erkundungsstrategien kombiniert. Dazu werden die Interdependenzen zwischen Mikro- und Makromobilität im Hinblick auf Explorationseffizienz und Kommunikationsgüte für unterschiedliche Ausbreitungskanäle analysiert und bewertet. In diesem Zusammenhang wurde ein neuartiges Kanalmodell für MUAV-Übertragungskanäle abgeleitet. Die Leistungsbewertung mit einer detaillierten Systemsimulation zeigt, dass der Einsatz der vorgestellten kommunikationssensitiven Mobilitätsstrategien sowohl im Hinblick auf eine durchgängige Vernetzung als auch im Hinblick auf die Erkundungseffizienz sehr gute Ergebnisse erzielt und aufgrund seiner Flexibilität und Robustheit rein-deterministischen Verfahren deutlich überlegen ist.


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    Titel :

    Kontextsensitive Vernetzungsstrategien für avionische Sensorsysteme


    Beteiligte:
    Daniel, Kai (Autor:in)


    Erscheinungsdatum :

    2012


    Format / Umfang :

    205 Seiten, Bilder, Tabellen, 146 Quellen




    Medientyp :

    Hochschulschrift


    Format :

    Print


    Sprache :

    Deutsch





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