Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde eine neuartige Lidartechnik in ein leistungsstarkes Lidar-System implementiert. Mit Hilfe des realisierten Aufbaus wurden Aerosol-Wolken-Wechselwirkungen in Flüssigwasserwolken über Leipzig untersucht. Die angewandte Messmethode beruht auf der Detektion von Licht, das an Wolkentröpfchen mehrfach in Vorwärtsrichtung gestreut und an Stickstoffmolekülen inelastisch zurückgestreut wurde. Dabei werden zwei Gesichtsfelder unterschiedlicher Größe verwendet. Ein Vorwärtsiterations-Algorithmus nutzt die gewonnenen Informationen zur Ermittlung von Profilen wolkenmikrophysikalischer Eigenschaften. Es können der Extinktionskoeffizient, der effektive Tröpfchenradius, der Flüssigwassergehalt sowie die Tröpfchenanzahlkonzentration bestimmt werden. Weiterhin wird die exakte Erfassung der Wolkenunterkantenhöhe durchdie eingesetzte Messtechnik ermöglicht. Darüber hinaus ist die Bestimmung von Aerosoleigenschaften mit dem eingesetzten Lidargerät möglich. Die Qualität des realisierten Messaufbaus wurde geprüft und eine Fehleranalyse durchgeführt. Unter anderem wurde der aus einer Wolkenmessung bestimmte Flüssigwassergehalt mit einem Mikrowellen-Radiometer bestätigt. Anhand von Fallbeispielen konnte das Potential dieser Messtechnik demonstriert werden. Die Bedeutung von Profilinformationen von Wolkeneigenschaften für die Untersuchung von Aerosol-Wolken-Wechselwirkungen wurde gezeigt. Weiterhin wurde mit Hilfe eines Doppler-Windlidars der Einfluss der Vertikalwindgeschwindigkeit auf Wolkeneigenschaften und damit Aerosol-Wolken-Wechselwirkungen verdeutlicht. Neunundzwanzig Wolkenmessungen wurden für eine statistische Auswertung bezüglich Aerosol-Wolken-Wechselwirkungen genutzt. Dabei konnte erstmalig die Abhängigkeit von Aerosol-Wolken-Wechselwirkungen von der Wolkeneindringtiefe untersucht werden. Es wurde festgestellt, dass diese auf die untersten 70m von Wolken beschränkt sind. Weiterhin wurden deutlich stärkere Aerosol-Wolken-Wechselwirkungen in Wolkengebieten festgestellt, die von Aufwinden dominiert werden. Für der Quantifizierung der Stärke von Aerosol-Wolken-Wechselwirkungen wurden ACIN-Werte genutzt, welche den Zusammenhang zwischen der Tröpfchenanzahlkonzentration und dem Aerosol-Extinktionskoeffizienten beschreiben. Dabei wurde zwischen der Untersuchung der entsprechenden mikrophysikalischen Prozesse und deren Bedeutung für die Wolkenalbedo und damit dem Strahlungsantrieb der Wolken unterschieden. Für die erstgenannte Zielstellung wurde ein ACIN-Wert von 0.80 +/- 0.40 ermittelt, für Letztere 0.13 +/- 0.07.

A key component for automated driving is 360◦ environment detection. The recognition capabilities of mod- ern sensors are always limited to their direct field of view. In urban areas a lot of objects occlude important areas of in- terest. The information captured by another sensor from an- other perspective could solve such occluded situations. Fur- thermore, the capabilities to detect and classify various ob- jects in the surrounding can be improved by taking multiple views into account. In order to combine the data of two sensors into one co- ordinate system, a rigid transformation matrix has to be de- rived. The accuracy of modern e.g. satellite based relative pose estimation systems is not sufficient to guarantee a suit- able alignment. Therefore, a registration based approach is used in this work which aligns the captured environment data of two sensors from different positions. Thus their relative pose estimation obtained by traditional methods is improved and the data can be fused. To support this we present an approach which utilizes the uncertainty information of modern tracking systems to de- termine the possible field of view of the other sensor. Fur- thermore, it is estimated which parts of the captured data is directly visible to both, taking occlusion and shadowing ef- fects into account. Afterwards a registration method, based on the iterative closest point (ICP) algorithm, is applied to that data in order to get an accurate alignment. The contribution of the presented approch to the achiev- able accuracy is shown with the help of ground truth data from a LiDAR simulation within a 3-D crossroad model. Re- sults show that a two dimensional position and heading esti- mation is sufficient to initialize a successful 3-D registration process. Furthermore it is shown which initial spatial align- ment is necessary to obtain suitable registration results.

Autonomous vehicles perceive their environment based on several sensors that are onboard the vehicle. These sensors constantly monitor the vehicle’s movement as well as the environment. There is a wide variety of sensors that can be utilized based on the type of data it provides, accuracy and cost. While not all of them are required, some combination of sensors is required to have a functional and reliable autonomous vehicle. For a robust autonomous vehicle, typically, the sensor quality and accuracy need to be high. Having high-quality sensors drives up the procurement costs and computational requirements, which in turn increases the vehicle cost for manufacturers and customers alike. One way to reduce costs is to limit the number of sensors. However, this also limits the vehicle’s sensing capability and range. A vehicle’s sensing capability and range can be improved with the use of off-board sensors, such as an external camera, placed strategically at crucial points on the road, such as in intersections. These off-board sensors can be connected to an autonomous vehicle over the internet using low-latency communication technologies such as 5G. The problem that this work tried to tackle was how to improve the reliability of an autonomous vehicle while limiting the need for many expensive sensors. It aims to show how a camera placed off-board can be used to complement one or more vehicles’ onboard sensors and achieve an extension of the vehicle’s operational design domain, while relaxing constraints on the onboard sensors. This was investigated by building a physical prototype using a 1/5th scaled car with a Lidar and an Inertial Measurement Unit and extending its sensing capability and range with the use of a camera based off-board sensor. The car was robust enough to navigate and make driving decisions. This also meant that the costs of procuring the hardware needed can be reduced. The minimum distance for a lane merging scenario was first derived mathematically and then compared to experimental data. The experimental findings were consistent with the mathematical model within an 11 percent margin of error. / Autonoma fordon uppfattar dess omgivning baserat på flera sensorer som är ombord fordonet. Dessa sensorer mäter konstant fordonets rörelse och omgivning. Ther finns en stor variation av sensorer som kan användas baserat på vad för typ av data som mäts, dess precision och kostnad. Alla sensorer är inte nödvändiga men någon kombination av sensorer krävs för att ha ett funktionellt och tillförlitligt autonomt fordon. För ett robust autonomt fordon brukar sensorers kvalite och precision vara hög. Att använda sig av hög kvalité på sensorer driver upp anskaffningsvärde samt höjer mängden datorberäkningar. Detta i sin tur höjer kostnaden för biltillverkare och kunder. Ett sätt att minska kostnaden är att minska antalet sensorer. Dock så minskar detta även fordonets möjlighet till att uppfatta omgivningen samt sensorers utsträckning. Ett fordons uppfattnings kapabilitet och utsträckning kan förbättras genom att använda sig av externa sensorer, såsom en extern kamera placerad vid en strategisk position i trafiken, såsom i en korsning. Dessa externa sensorer kan vara uppkopplade till ett autonomt fordon över internet genom att använda sig av kommunikations teknologier med låg latens såsom 5G. Det problem som adresseras i detta arbete är hur man kan förbättra pålitligheten för ett autonomt fordon när antalet dyra sensorer är begränsat. Målet är att påvisa hur en extern sensor, i form av en kamera, kan användas som ett komplement till en eller flera sensorer ombord fordonet och därmed förlänga fordonets användningsområde medans kraven på fordonets sensorer blir mindre. Detta undersöktes genom att bygga en fysisk prototyp med en skala på 1 till 5 för en bil. Denna bil hade Lidar och en tröghetssensor och den kamerabaserade externa sensorn förlänger fordonets uppfattning av omgivningen. Bilen var robust nog för att kunna navigera och göra körningsbeslut. Detta betydde att anskaffningsvärdet för nödvändig hårdvara var lägre. Det minsta avståndet för ett experiment av sammanfogning av två körfält räknades först ut matematiskt och jämfördes sedan med experimentell data. Resultatet från experimentet visade sig vara överens med den matematiska modellen med en felmarginal på 11 procent.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde eine neuartige Lidartechnik in ein leistungsstarkes Lidar-System implementiert. Mit Hilfe des realisierten Aufbaus wurden Aerosol-Wolken-Wechselwirkungen in Flüssigwasserwolken über Leipzig untersucht. Die angewandte Messmethode beruht auf der Detektion von Licht, das an Wolkentröpfchen mehrfach in Vorwärtsrichtung gestreut und an Stickstoffmolekülen inelastisch zurückgestreut wurde. Dabei werden zwei Gesichtsfelder unterschiedlicher Größe verwendet. Ein Vorwärtsiterations-Algorithmus nutzt die gewonnenen Informationen zur Ermittlung von Profilen wolkenmikrophysikalischer Eigenschaften. Es können der Extinktionskoeffizient, der effektive Tröpfchenradius, der Flüssigwassergehalt sowie die Tröpfchenanzahlkonzentration bestimmt werden. Weiterhin wird die exakte Erfassung der Wolkenunterkantenhöhe durchdie eingesetzte Messtechnik ermöglicht. Darüber hinaus ist die Bestimmung von Aerosoleigenschaften mit dem eingesetzten Lidargerät möglich. Die Qualität des realisierten Messaufbaus wurde geprüft und eine Fehleranalyse durchgeführt. Unter anderem wurde der aus einer Wolkenmessung bestimmte Flüssigwassergehalt mit einem Mikrowellen-Radiometer bestätigt. Anhand von Fallbeispielen konnte das Potential dieser Messtechnik demonstriert werden. Die Bedeutung von Profilinformationen von Wolkeneigenschaften für die Untersuchung von Aerosol-Wolken-Wechselwirkungen wurde gezeigt. Weiterhin wurde mit Hilfe eines Doppler-Windlidars der Einfluss der Vertikalwindgeschwindigkeit auf Wolkeneigenschaften und damit Aerosol-Wolken-Wechselwirkungen verdeutlicht. Neunundzwanzig Wolkenmessungen wurden für eine statistische Auswertung bezüglich Aerosol-Wolken-Wechselwirkungen genutzt. Dabei konnte erstmalig die Abhängigkeit von Aerosol-Wolken-Wechselwirkungen von der Wolkeneindringtiefe untersucht werden. Es wurde festgestellt, dass diese auf die untersten 70m von Wolken beschränkt sind. Weiterhin wurden deutlich stärkere Aerosol-Wolken-Wechselwirkungen in Wolkengebieten festgestellt, die von Aufwinden dominiert werden. Für der Quantifizierung der Stärke von Aerosol-Wolken-Wechselwirkungen wurden ACIN-Werte genutzt, welche den Zusammenhang zwischen der Tröpfchenanzahlkonzentration und dem Aerosol-Extinktionskoeffizienten beschreiben. Dabei wurde zwischen der Untersuchung der entsprechenden mikrophysikalischen Prozesse und deren Bedeutung für die Wolkenalbedo und damit dem Strahlungsantrieb der Wolken unterschieden. Für die erstgenannte Zielstellung wurde ein ACIN-Wert von 0.80 +/- 0.40 ermittelt, für Letztere 0.13 +/- 0.07.

<p>When users begin to experience virtual reality (VR) for the first time, they can be met with some degree of motion sickness and nausea, especially if continuous joystick locomotion is used. The symptoms that are induced during these VR experiences fall under the umbrella term cybersickness, and due to these uncomfortable experiences, these users can get a bad first impression and abandon the innovative technology, not able to fully appreciate the convenience and fascinating adventures VR has to offer. As such, this project compares the effects of two cybersickness mitigation methods (Dynamic Field of View (FOV) and Virtual Reference Frame), both against each other and combined, on user-reported cybersickness symptoms to determine the best combination to implement in commercial applications to help create more user-friendly VR experiences. The hypothesis is that combining the FOV reduction and the resting frame methods can mitigate VR cybersickness more effectively without hindering the user’s experience and the virtual nose method is more potent at mitigating cybersickness compared to dynamic FOV. To test these hypotheses, an experimental game was developed for the Meta Quest 2 with five levels: a tutorial level and four maze levels (one for each scenario). The participants were asked to complete the tutorial level until they got used to the virtual reality controls, and then they were instructed to complete the maze level twice with one of the following conditions for each run: no method, dynamic field of view only, virtual nose only, and dynamic field of view and virtual nose combined. After completing each maze trial, the participants were asked to complete a simulator sickness questionnaire to get their thoughts on how much sickness they felt during the test. Upon concluding the testing phase with 36 participants and compiling the data, the results showed that while the subjects preferred the dynamic FOV method even though they were able to complete the trials significantly faster with the virtual nose method, it is inconclusive regarding which method is truly more effective. Furthermore, the results showed that it is also inconclusive if the scenario with both methods enabled is significantly better or worse than either method used separately.</p>

This work presents a research in the field of robotic visual telepresence. At the beginning explains the principle of teleprezence and it makes classification of robots according to their properties and concepts. Furthermore, there is a review of modern existing robots. The following chapter discusses the human visual system, the basic parameters and functions including parameters of head movements. Subsequently have been selected critical parameters for visual telepresence. At the conclusion of the theoretical part were designed some experiments to validation of human body biological parameters. In the practical part was conducted measuring the extent and speed of head movements, eye distinction depending on the lighting and measurement of visual field man. Also, a series of experiments was performed for practical technical embodiment of the telepresence system rescue robot for class Orpheus.

An ergonomically designed work environment may decrease work related musculoskeletal disorders, lead to less sick leaves and increase production time for operators and companies all around the world. Volvo Construction Equipment wants to deepen the knowledge and investigate more carefully how operators are actually sitting whilst operating the machines, how this affects placement of controls and furthermore optimize controls placements accordingly. The purpose is to enhance their product development process by suggesting guidelines for control placement with improved ergonomics based on operators’ sitting postures. The goal is to deliver a process which identifies and transfers sitting postures to RAMSIS and uses them for control placement recommendations in the cab and operator environments. Delimitations concerns: physical ergonomics, 80% usability of the resulted process on the machine types, and the level of detail for controls and their placements. Research, analysis, interviews, test driving of machines, video recordings of operators and the ergonomic software RAMSIS has served as base for analysis. The analysis led to (i) the conclusion that sitting postures affect optimal ergonomic placement of controls, though not ISO-standards, (ii) the conclusion that RAMSIS heavy truck postures does not seem to correspond to Volvo CE’s operators’ sitting postures and (iii) and to an advanced engineering project process suitable for all machine types and applicable in the product development process. The result can also be used for other machines than construction equipment. The resulted process consists of three independent sub-processes with step by step explanations and recommendations of; (i) what information that needs to be gathered, (ii) how to identify and transfer sitting postures into RAMSIS, (iii) how to use RAMSIS to create e design aid for recommended control placement. The thesis also contains additional enhancements to Volvo CE’s product development process with focus on ergonomics. A conclusion is that the use of motion capture could not be verified to work for Volvo Construction Equipment, though it was verified that if motion capture works, the process works. Another conclusion is that the suggested body landmarks not could be verified that they are all needed for this purpose except for those needed for control placement. Though they are based on previous sitting posture identification in vehicles and only those that also occur in RAMSIS are recommended, and therefore they can be used. This thesis also questions the most important parameters for interior vehicle design (hip- and eye locations) and suggests that shoulder locations are just as important. The thesis concluded five parameters for control categorization, and added seven categories in addition to those mentioned in the ISO-standards. Other contradictions and loopholes in the ISO-standards were identified, highlighted and discussed. Suggestions for improving the ergonomic analyses in RAMSIS can also be found in this report. More future research mentioned is more details on control placement as well as research regarding sitting postures are suggested. If the resulted process is delimited to concern upper body postures, other methods for posture identification may be used.

Phased array weather radar antennas with beam steering capabilities are suitable alternatives to weather radars with mechanically scanning reflector antennas. Dual-polarized phased-array weather radar antennas, however, demand careful assessment of the x-polar characteristics. The low x-pol radiation of polarimetric weather radar antennas is of significant importance for the proper classification and qualitative estimation of hydrometeors in illuminate volumes. Unfortunately, array antennas display changing x-pol contributions during the electronical beam steering process. Typically, the x-pol radiation will be substantially increased in the co-polar main beam direction but also in other angular directions. Consequently, it is a vital challenge to design arrays with low x-pol contribution during beam steering. In this dissertation a new phased-array weather radar concept is developed. The phased array system configuration can be used to substitute state-of-the-art weather radars with reflector antennas. Furthermore, a dense network of these phased-array radars can be used to substitute a network of high power weather radars, which are used nowadays. The research focus of this work is the development of a dual-polarized microstrip patch antenna with phased-array capability and very high polarization purity. In this regard, new graphical techniques are developed to investigate the causes and the reduction of the x-pol radiation of isolated (stand-alone) microstrip patch antennas. To further reduce the x-pol contribution of antennas, optimization methods have been investigated, evaluated and developed. For the first time in literature, differential-feed antenna arrays are compared to excitation optimized single-feed antenna arrays in their x-pol contribution in the boresight direction and during beam steering. In particular, two dual-polarized 4x8 antenna arrays have been developed and simulated by CST MWS, produced as multilayer PCB and verified at the compact antenna test range at RWTH Aachen. The results show that the x-pol contributions of arrays are significantly reduced for differentially-feed antenna arrays, even when beam steering is performed. During the azimuth scan of 120_ a record setting x-pol suppression of -45 dB and -36 dB could be measured for the horizontal and vertical polarization channels, respectively. / Wetterradarsysteme mit phasengesteuerten Antennen stellen eine echte Alternative zu Wetterradarsystemen mit mechanisch drehenden Reflektorantennen dar. Dual-polarisierte phasengesteuerte Antennen müssen jedoch sehr genau in ihrem Kreuzpolarisationsverhalten verifiziert werden, um für den Wetterradarbereich von Nutzen zu sein. Die Unterdrückung der kreuzpolaren Anteile von Radarantennen ist von fundamentaler Bedeutung, um Hydrometeore mit Hilfe von polarimetrischen Wetterradarsystemen klassifizieren und qualitativ bestimmen zu können. Die hohe Anforderung an Polarisationsreinheit ist mit aktuell erhältlichen Arraydesigns nur schwierig zu realisieren, da sich die Kreuzpolarisationsunterdrückung während des elektronischen Schwenks der Hauptkeule signifikant verschlechtert. Diese Dissertation stellt ein Wetterradar Systemkonzept mit phasengesteuerter Gruppenantenne vor, welches die aktuell genutzten Wetterradare mit Reflektorantennen ablösen könnte. Der Fokus der Arbeit wurde auf die Entwicklung einer Dual-polarimetrischen, polarisationsreinen und phasengesteuerten Mikrostreifenleiterantennen gelegt. Hierbei wurden neue grafische Verfahren entwickelt, die es ermöglichen, die Generierung der kreuzpolaren Anteile von isolierten Patchantennen (Einzelpatche) zu erklären und zu minimieren. Um die kreuzpolaren Anteile weiter herabzusetzen wurden Optimierungsverfahren für Arrayantennen erforscht, bewertet und neu entwickelt. Zum ersten Mal wurden differentiell gespeiste mit einzeln gespeisten Antennenarrays in ihrem Kreuzpolarisationsverhalten während des elektronischen Schwenks der Hauptkeule verglichen. Zwei Dual- polarimetrische 4x8 Antennenarrays (differentiell gespeist und mit optimierter Phasenansteuerung) wurden zu diesem Zweck mittels CST MWS entworfen, simuliert, als Multilagenplatine gefertigt und an der Antennentestanlage der RWTH Aachen vermessen. Die Resultate zeigen, dass die Kreuzpolarisationsanteile bei differentiell gespeisten Mikrostreifenleiterantennen in Gruppenkonfiguration, selbst beim elektronischen Schwenk der Hauptkeule, signifikant minimiert werden konnten. Für einen azimutalen Scanbereich von 120_ konnte eine exzellente Kreuzpolarisationsunterdrückung zwischen -45 dB und -36 dB messtechnisch für den horizontalen und vertikalen Polarisationskanal nachgewiesen werden.