Thesis (Ph. D)--University of Pennsylvania, 1993. / Includes bibliographical references (p. [257]-271).

Thesis (doctoral) - Humboldt-Universität, Berlin, 2003. / Includes bibliographical references (p. 198-218).

This work presents a robust dual band local positioning system (LPS) working in the 2.4GHz and 5.8GHz industrial science medical (ISM) bands. Position measurement is based on the frequency-modulated continuous wave (FMCW) radar approach, which uses radio frequency (RF) chirp signals for propagation time and therefore distance measurements. Contrary to state of the art LPS, the presented system uses data from both bands to improve accuracy, precision and robustness. A complete system prototype is designed consisting of base stations and tags encapsulating most of the RF and analogue signal processing in custom integrated circuits. This design approach allows to reduce size and power consumption compared to a hybrid system using off-the-shelf components. Key components are implemented using concepts, which support operation in multiple frequency bands, namely, the receiver consisting of a low noise amplifier (LNA), mixer, frequency synthesizer with a wide band voltage-controlled oscillator (VCO) having broadband chirp generation capabilities and a dual band power amplifier. System imperfections occurring in FMCW radar systems are modelled. Effects neglected in literature such as compression, intermodulation, the influence of automatic gain control, blockers and spurious emissions are modeled. The results are used to derive a specification set for the circuit design. Position estimation from measured distances is done using an enhanced version of the grid search algorithm, which makes use of data from multiple frequency bands. The algorithm is designed to be easily and efficiently implemented in embedded systems. Measurements show a coverage range of the system of at least 245m. Ranging accuracy in an outdoor scenario can be as low as 8.2cm. Comparative dual band position measurements prove an effective outlier filtering in indoor and outdoor scenarios compared to single band results, yielding in a large gain of accuracy. Positioning accuracy in an indoor scenario with an area of 276m² can be improved from 1.27m at 2.4GHz and 1.86m at 5.8GHz to only 0.38m in the dual band case, corresponding to an improvement by at least a factor of 3.3. In a large outdoor scenario of 4.8 km², accuracy improves from 1.88m at 2.4GHz and 5.93m at 5.8GHz to 0.68m with dual band processing, which is a factor of at least 2.8. / Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Entwurf eines robusten lokalen Positionierungssystems (LPS), welches in den lizenzfreien Frequenzbereichen für industrielle, wissenschaftliche und medizinische Zwecke (industrial, scientific, medical, ISM) bei 2,4GHz und 5,8GHz arbeitet. Die Positionsbestimmung beruht auf dem Prinzip des frequenzmodulierten Dauerstrichradars (frequency modulated continuous wave, FMCW-Radar), welches hochfrequente Rampensignale für Laufzeitmessungen und damit Abstandsmessungen benutzt. Im Gegensatz zu aktuellen Arbeiten auf diesem Gebiet benutzt das vorgestellte System Daten aus beiden Frequenzbändern zur Erhöhung der Genauigkeit und Präzision sowie Verbesserung der Robustheit. Ein Prototyp des kompletten Systems bestehend aus Basisstationen und mobilen Stationen wurde entworfen. Fast die gesamte analoge hochfrequente Signalverarbeitungskette wurde als anwendungsspezifische integrierte Schaltung realisiert. Verglichen mit Systemen aus Standardkomponenten erlaubt dieser Ansatz die Miniaturisierung der Systemkomponenten und die Einsparung von Leistung. Schlüsselkomponenten wurden mit Konzepten für mehrbandige oder breitbandige Schaltungen entworfen. Dabei wurden Sender und Empfänger bestehend aus rauscharmem Verstärker, Mischer und Frequenzsynthesizer mit breitbandiger Frequenzrampenfunktion implementiert. Außerdem wurde ein Leistungsverstärker für die gleichzeitige Nutzung der beiden definierten Frequenzbänder entworfen. Um Spezifikationen für den Schaltungsentwurf zu erhalten, wurden in der Fachliteratur vernachlässigte Nichtidealitäten von FMCW-Radarsystemen modelliert. Dazu gehören Signalverzerrungen durch Kompression oder Intermodulation, der Einfluss der automatischen Verstärkungseinstellung sowie schmalbandige Störer und Nebenschwingungen. Die Ergebnisse der Modellierung wurden benutzt, um eine Spezifikation für den Schaltungsentwurf zu erhalten. Die Schätzung der Position aus gemessenen Abständen wurde über eine erweiterte Version des Gittersuchalgorithmus erreicht. Dieser nutzt die Abstandsmessdaten aus beiden Frequenzbändern. Der Algorithmus ist so entworfen, dass er effizient in einem eingebetteten System implementiert werden kann. Messungen zeigen eine maximale Reichweite des Systems von mindestens 245m. Die Genauigkeit von Abstandsmessungen im Freiland beträgt 8,2cm. Positionsmessungen wurden unter Verwendung beider Einzelbänder durchgeführt und mit den Ergebnissen des Zweiband-Gittersuchalgorithmus verglichen. Damit konnte eine starke Verbesserung der Positionsgenauigkeit erreicht werden. Die Genauigkeit in einem Innenraum mit einer Grundfläche von 276m² kann verbessert werden von 1,27m bei 2,4GHz und 1,86m bei 5,8GHz zu nur 0,38m im Zweibandverfahren. Das entspricht einer Verbesserung um einen Faktor von mindestens 3,3. In einem größeren Außenszenario mit einer Fläche von 4,8 km² verbessert sich die Genauigkeit um einen Faktor von mindestens 2,8 von 1,88m bei 2,4GHz und 5,93m bei 5,8GHz auf 0,68m bei Nutzung von Daten aus beiden Frequenzbändern.

Diese Arbeit leistet einen Beitrag zur Modellierung und Regelung nichtlinearer dynamischer Systeme mit Hilfe von Takagi-Sugeno Fuzzy-Systemen. Zielsetzung ist es, zur Modellierung von nichtlinearen dynamischen Systemen fuzzy-verknüpfte, lokal gültige lineare Modelle einzusetzen, deren Systemverhalten lokal dem der nichtlinearen Systeme entspricht. Ein Schwerpunkt der Arbeit liegt auf der Ableitung einer geeigneten Partition des Eingangsgrößenbereichs, d.h. auf der Ableitung optimaler Klassen, bestehend aus Gültigkeitsbereichen und lokalen Modellen, die sich durch geringe Redundanz auszeichnen. Dazu wird ein adaptives Verfahren hergeleitet, das die Anpassung der Gültigkeitsbereiche durch die Bewertung der Ähnlichkeit zwischen den lokalen Modellen und dem zu approximierenden Referenzsystem durchführt. Die Leistungsfähigkeit des Verfahrens wird anhand der Simulation und der Regelung des Antriebsstrangs einer Windkraftanlage mit Überlagerungsgetriebe demonstriert. Hierzu wird für die nichtlineare Abhängigkeit des Rotormoments eine Modellstruktur abgeleitet, die zur Modellierung mit lokalen linearen Modellen verwendet werden kann. Zur Regelung wird auf das Prinzip der LQI-Zustandsregler zurückgegriffen, wobei der Einfluss der Windgeschwindigkeit mit dem Prinzip der Störgrößenaufschaltung reguliert wird. Um dies realisieren zu können, werden die Werte der nicht exakt messbaren Windgeschwindigkeit durch einen Störgrößenbeobachter bereitgestellt, der ebenfalls auf dem Prinzip der lokalen linearen Modelle basiert.

Diese Dissertation entwickelt neue lokal adaptive Methoden zur Schaetzung und Vorhersage von Zeitreihendaten. Diese Methoden sind fuer die Volatilitaetsschaetzung von Finanzmarktrenditen und fuer Regressions- und Autoregressionsprobleme konstruiert worden. Die vorgeschlagenen Ansaetze werden als lokal adaptiv bezeichnet, denn, anstatt einen globalen datenerzeugenden Prozess aufzuzwingen, welcher durch eine endliche Anzahl von Parametern beschrieben werden kann, nehmen sie nur an, dass Beobachtungen, welche chronologisch nah bei einander liegen, durch einen konstanten Prozess gut approximiert werden koennen. Diese Prozeduren sind adaptiv, weil sie fuer jede Beobachtung in einer datengesteuerten Art und Weise das Intervall der Zeithomogenitaet,d.h. die Anzahl der chronologisch benachbarten und homogen vergangenen Daten, aussuchen, fuer welchen die Hypothese einer konstanten Struktur nicht verworfen werden kann. Nichtasymptotische theoretische Ergebnisse werden hergeleitet, welche die Optimalitaet der betrachteten Algorithmen zeigen. Vergleiche mit Standardansaetzen verdeutlichen, dass die neuen Prozeduren sich kompetitiv verhalten und eine nuetzliche Alternative bieten, ausserdem liefern intensive Simulationsstudien und Anwendungen an reellen Daten gute Ergebnisse und bezeugen dabei ihre Effektivitaet und praktische Relevanz. / This thesis develops new locally adaptive methods for estimation and forecasting of financial time series data. These methods are mainly tailored for volatility estimation of financial returns and for regression and autoregression problems. The proposed approaches are defined locally adaptive because instead of imposing a stationary data generating process which can be globally described by a finite number of parameters, they only assume that observations which are chronologically close to each other can be well approximated by a constant process. These procedures are adaptive in the sense that for each observation they choose in a data driven way the interval of time homogeneity, i.e. the number of chronologically close and homogeneous past data where the hypothesis of a constant structure can not be rejected. Nonasymptotic theoretical results are derived, which show the optimality of the suggested algorithms. Comparisons with standard approaches demonstrate that the new procedures behave competitively and offer a valuable alternative, furthermore, intensive simulation studies and applications to real data provide good results, confirming their effectiveness and practical relevance.

We investigate the effect of general-purpose transfers on different expenditure categories and tax rates in the municipalities of Saxony (eastern Germany) and North Rhine-Westphalia (western Germany). Findings from the panel data analysis suggest the existence of the “flypaper effect” – municipalities use transfers to increase expenditures but do not reduce taxes. For most expenditure subcategories the estimated coefficients are alike, suggesting similarity of spending priorities in the two federal states despite the differences in the transfer dependency. Targeted support of eastern municipalities could potentially explain few identified differences in the spending behavior.

Diese Doktorarbeit trägt durch eine Analyse der chinesischen Landgenossenschaften zum Verständnis von Politik und Prozessen im Ko-Management natürlicher Ressourcen bei. Im Mittelpunkt dieser Arbeit steht die Frage wie der lokale Kontext und Haushaltscharakteristika mit der Implementierung von Landgenossenschaften interagieren. Ich adressiere diese Frage in drei empirischen Forschungsartikeln. Im ersten Artikel untersuchen ich die Wirkung verschiedener lokaler Kontextvariablen in verschiedenen Dörfern auf den Anteil der Landflächen, der von einer Landgenossenschaft verwaltet wird. Es wird gezeigt, wenn lokale Eliten, wie Regierungsbeamte, Dorfkader oder gebildete Menschen, Genossenschaftsvorsitzende sind, ist der Anteil von Land, der an die Genossenschaft übertragen wird, deutlich größer. Im zweiten Artikel wenden ich uns der Haushaltsebene zu und untersuchen Bestimmungsfaktoren der Mitgliedschaft in einer Genossenschaft und die Auswirkungen der Mitgliedschaft auf die Allokation der verfügbaren Arbeitskraft. Ich stelle keinen allgemeinen Effekt von Genossenschaftsmitgliedschaft auf die Wahrscheinlichkeit der außerlandwirtschaftlichen Berufstätigkeit des Haushaltsvorstandes fest. Im dritten Artikel analysieren ich, wir den Zusammenhang zwischen Partizipation in Entscheidungsprozessen und Haushaltseinkommen aus Landgenossenschaften. Ich zeige, wohlhabendere Mitglieder und solche mit Mitgliedschaft in der kommunistischen Partei haben eine höhere Wahrscheinlichkeit an Entscheidungsprozessen teilzunehmen. Genossenschaftsmitglieder weniger von ihrer Mitgliedschaft profitieren, wenn sie nicht in Entscheidungsprozesse involviert sind. Zusammenfassend zeigt diese Dissertation, dass der lokale Kontext einen Unterschied in der Implementierung von Landgenossenschaften macht. Um die Genossenschaften zu fördern sollten politische Entscheidungsträger die Heterogenität der lokalen Bevölkerung. / This thesis contributes to the understanding of politics and processes in the co-management of natural resources through an analysis of Chinese land cooperatives. The focus of this work is the question of how local context and household characteristics interact with the implementation of land cooperatives. I address this question in three empirical research articles. In the first article, I examine the effect of different local context variables in different villages on the share of land area managed by a rural cooperative. It is shown that when local elites, such as government officials, village cadres or educated people, are co-operative chairmen, the proportion of land transferred to the cooperative is significantly larger. In the second article, I turn to the household level and examine determinants of membership in a cooperative and the impact of membership on the allocation of available labor. I do not state any general effect of cooperative membership on the probability of the head of household's non-agricultural employment. In the third article, I analyze the connection between participation in decision-making and household income from land cooperatives. I show that wealthier members and members of the Communist Party are more likely to participate in decision-making. Cooperative members benefit less from their membership if they are not involved in decision-making. In summary, this dissertation shows that the local context makes a difference in the implementation of land cooperatives. To encourage cooperatives, policy makers should consider the heterogeneity of the local population.

Durch Kreuzkorrelation von ECoG- und EEG-Signalen hoher Bandbreite (10 - 400 Hz) mit dem Muster eines Amplituden - Zeit - Templates von 10 ms Dauer können Subpotentiale (SP) selektiert werden, die dem sogenannten ?local field potential? ähnlich sind.Diese Ähnlichkeit ergibt sich i. durch den Vergleich mit dem ermittelten Amplituden - Zeit - Template des SP. ii. durch den Vergleich mit der Lage der Quellstrukturen zur ableitenden Elektrode. Die SP - Modulanalyse liefert Potentialverteilung für jede untersuchte Elektrode. Diese ist stets in ein Nahfeld und Fernfelder organisiert, wobei die Polarität des Nahfeld der Polarität des Trigger- SP entspricht und das Fernfeld von entgegengesetzter Polarität ist. Diese Quellstrukturen sind um so kleiner, je geringer der Elektrodenabstand ist. iii. aus der Kohärenz von SP, die im Ableitfeld auftreten. Dafür wurde die SP- Zweikanalkopplungsanalyse entwickelt.Die einzelnen Schritte dieser SP - Methode, die sich aus der SP - event-, SP - Modul- und SP - Zweikanalkopplungsanalyse zusammensetzt, werden beschrieben und an einem Beispiel einer 30 kanaligen subduralen interiktalen ECoG - Ableitung eines Patienten mit fokaler Epilepsie unter drei verschiedenen Bedingungen (normales ECoG, ECoG mit spikes bzw. ECoG mit slow waves) sowie am Beispiel einer 30 kanaligen EEG-Ableitung eines Probanden unter drei verschiedenen kognitiven Anforderungen (relaxierte Wachheit, Kopfrechnen, beim Anhören eines Hörspiels) vergleichend demonstriert. Beide Beispiele sind repräsentativ für zwei größere Untersuchungsreihen. / We obtained subpotentials (SP), similar to so called ?local field potentials? by application of cross - correlation on ECoG- and EEG- Signals with large band width (10 - 400 Hz) with the pattern of an amplitude-time-template with a duration of 10ms. This similarity is given by i. the comparison with obtained amplitude-time-template of the SP ii. the comparison with the position of source- structures to the deriving electrode. The potential distribution is given by the SP - moduleanalysis for each investigated electrode. This SP - module - analysis is always organised in a near- and in a far-field. The polarity of the near-field corresponds to the trigger-SP and the far-field to the opposite. The smaller the source-structure, the lower the distance of the electrodes iii.the coherence of SP in the deriving array The SP - method, consisting of SP - event, SP - module and SP ?two-channel-coupling -analysis? is described. The comparison between an example of an 30 channel subdural interictal derived ECoG of a patient, who was suffering from focal epilepsy, under three conditions (normal ECoG, ECoG with spikes and ECoG with slow-waves) and one of an 30 channel derived EEG of a candidate under three different cognitive demands (relaxed vigilance, doing mental arithmetic, listening to a radio serial) is demonstrated an discussed. Both examples are representatives for two extensive serials.

Die stärksten Erdbeben treten an Subduktionszonen auf, so z.B. das stärkste instrumentell jemals gemessene Erdbeben vom 22. Mai 1960 mit einer Magnitude von 9,5 Mw in Süd Chile. In dieser Arbeit werden lokal gewonnene seismologische Daten aus dem zentralen Bereich des 1960er-Bebens vorgestellt. Das seismologische Netzwerk umfasste den chilenischen Forearc zwischen Tiefseegraben und den vulkanischen Bogen zwischen 41,5°-43,5°S und überdeckte sowohl die Insel Chiloé als auch die Nord-Süd-streichende Liquiñe-Ofqui Störungszone (LOFZ). Zwischen November 2004 und Oktober 2005 konnten 364 lokale Ereignisse registriert werden. Die gewonnen Aufzeichnungen erlauben Aussagen sowohl über das aktuelle Spannungsfeld im Forearc als auch über das lokale Geschwindigkeitsmodell und die Geometrie der subduzierten Benioff-Zone. Mit einer Auswahl von P- und S-Laufzeiten von gut lokalisierbaren Erdbeben wurden ein Minimum 1-D Geschwindigkeitsmodell, Stationsresiduen und die Hypozentralparameter invertiert. Dieses Geschwindigkeitsmodell diente als Startmodell für die 2-D Tomographie. Das 2-D vp-Modell zeigt eine Zone erhöhter Geschwindigkeiten unterhalb des Längstals und des östlichen Bereiches der Insel Chiloé, die als Mantelaufwölbung interpretiert werden kann. Die Benioff-Zone wird als eine mit ca. 30° ostwärts einfallende Struktur abgebildet. Die seismische Hauptaktivität findet parallel zur Küste der Insel Chiloé in Tiefen zwischen 12 und 30 km statt; es handelt sich um Beben, die wahrscheinlich auf der Plattengrenzfläche stattfinden. In Tiefen über 70 km lässt die Seismizität bereits stark nach, die tiefsten Beben wurden in 120 km Tiefe registriert. Die Abwesenheit tieferer Seismizität wird auf das junge Alter (und eine damit verbundene hohe Temperatur) der ozeanischen Platte zurückgeführt. Neben der Seismizität in der Benioff-Zone treten flache, krustale Beben in verschiedenen Häufungen entlang des magmatischen Bogens auf. Diese Bereiche erhöhter Seismizität sind räumlich mit der LOFZ und den Vulkanen Chaitén, Michinmahuida und Corcovado verknüpft. Beben bis zu einer Magnitude von 3,8 Mw zeigen die gegenwärtige Aktivität der LOFZ. Herdflächen entlang der LOFZ wurden aus Momententensor-Inversion anhand von Amplitudenspektren von Raumwellen gewonnen. Ergebnisse einer Spannungsfeldinversion zeigen ein Blattverschiebungsregime für den magmatischen Bogen und ein Überschiebungsregime für Beben in der Benioff-Zone auf. Die hier gemachten seismologischen Beobachtungen, zusammen mit teleseismischen Erdbeben und geologischen Befunden, unterstützen die Modellvorstellung eines sich nordwärts bewegenden kontinentalen Forearc-Blocks für Süd Chile. / While the northern and central part of the South American subduction zone has been intensively studied, the southern part has attracted less attention, which may be due to its difficult accessibility and lower seismic activity. However, the southern part exhibits strong seismic and tsunamogenic potential with the prominent example of the Mw=9.5 May 22, 1960 Valdivia earthquake. In this study data from an amphibious seismic array (Project TIPTEQ) is presented. The network reached from the trench to the active magmatic arc incorporating the Island of Chiloé and the north-south trending Liquiñe-Ofqui fault zone (LOFZ). 364 local events were observed in an 11-month period from November 2004 until October 2005. The observed seismicity allows to constrain for the first time the current state of stress of the subducting plate and magmatic arc, as well as the local seismic velocity structure. The downgoing Benioff zone is readily identifiable as an eastward dipping plane with an inclination of ~30°. Main seismic activity occurred predominantly in a belt parallel to the coast of Chiloé Island in a depth range of 12-30 km, which is presumably related to the plate interface. The down-dip termination of abundant intermediate depth seismicity at approximately 70 km depth seems to be related to the young age (and high temperature) of the oceanic plate. A high-quality subset of events was inverted for a 2-D velocity model. The vp model resolves the sedimentary basins and the downgoing slab. Increased velocities below the longitudinal valley and the eastern part of Chiloé Island suggest the existence of a mantle bulge. Apart from the events in the Benioff Zone, shallow crustal events were observed mainly in different clusters along the magmatic arc. These crustal clusters of seismicity are related to the LOFZ, as well as to the volcanoes Chaitén, Michinmahuida and Corcovado. Seismic activity up to a magnitude of 3.8 Mw reveals the recent activity of the fault zone. Focal mechanisms for the events along the LOFZ were calculated using a moment tensor inversion of amplitude spectra for body waves which mostly yield strike-slip mechanisms indicating a SW-NE striking of sigma_1 for the LOFZ. Focal mechanism stress inversion indicates a strike-slip regime along the arc and a thrust regime in the Benioff zone. The observed deformation - which is also revealed by teleseismic observations - suggests a confirmation for the proposed northward movement of a forearc sliver acting as a detached continental micro-plate.

Die Arbeit beschreibt ein Modell, dass den Materialfluss in Transport- und Puffersystemen mit Hilfe eines agenten-basierten Ansatzes realistisch abbildet. Auf der Basis von Produktionsprogrammen werden individuelle Güter in beliebigen Netzwerkstrukturen mit Hilfe direkter und indirekter Interaktionen behinderungsvermeidend gesteuert. / The thesis describes a model that realistically illustrates the material flow in transport and buffer systems by means of an agent-based approach. Individual goods are steered hindrance-avoiding in arbitrary network structures based on production programs by means of direct and indirect interactions.