Masterarbeiten
Masterarbeiten
GNSS spoofing detection with machine learning with an array of antennas (ID: 153)
- Themenbeschreibung: Spoofing is the transmission of fake Global Navigation Satellite System (GNSS) signals. It is a
malicious attack, which misleads a GNSS receiver to calculate the wrong position and time. A receiver,
which successfully detects a spoofing event, can warn a user that the position and time cannot be
trusted. Therefore, reliable spoofing detection is necessary for GNSS integrity.
Previous work on spoofing detection implemented rudimentary machine learning methods. It showed
that training on simulated data facilitates good performance when evaluating real recorded data.
However, there were several limitations in this study. First, the lack of variance in the real recorded data
was insufficient to allow successful training on the data and was adequate to evaluate the data. Second,
feature engineering was omitted, and leaves room for improvement. Furthermore, no sufficient studies
on the use of deep neural networks have been conducted.
This topic aims to improve spoofing detection by advanced machine learning techniques, including
feature optimization and deep learning methods. The evaluation is focused on generalization over
datasets, reliability and computational complexity.
- Literature review on GNSS, GNSS spoofing, antenna arrays, feature engineering, and supervised machine learning
- Analysis of provided datasets and identification of features
- Identification of suitable machine learning methods (feature based or deep learning)
- Implementation and optimization of the identified machine learning methods
- Evaluation of results
- Documentation of results and final thesis
Tracking of a LEO satellite for PNT (ID: 154)
- Themenbeschreibung: Low earth orbit (LEO) positioning, navigation and timing (PNT) has become a hot topic for
satellite?based navigation. LEO mega?constellations, i.e., constellations exceeding 1000 satellites, provide
excellent coverage and a good dilution of precision (DOP) for positioning. The much lower altitude – in
comparison to medium earth orbit (MEO) or geo?synchronous orbit (GSO) global navigation satellite
systems (GNSS) – also provides improved path?loss, yielding better signal to noise ratios (SNRs) for
detection, acquisition, and tracking. Furthermore, LEO satellites have high velocity; hence, allowing
Doppler?based positioning. Lastly, the LEO constellations selected for PNT are primarily communication
satellites, which makes them much less prone to spoofing attacks, in comparison to the predictable GNSS
satellites. In conclusion, LEO PNT is a good alternative or complimentary approach to legacy satellite
navigation.
LEO PNT does have several issues, as these signals are not designed for PNT. First, alternative acquisition
and tracking methods are required to extract appropriate observables from the satellites for navigation.
Second, these satellites do not necessarily provide their ephemeris information (orbital data) nor are
these precise, when they do. Therefore, accurate ephemeris information needs to be estimated. Third,
many LEO satellites do not necessarily have a timing reference; hence, this should also be determined.
Lastly, LEO satellites rarely have high precision atomic clocks like GNSSs, requiring additional clock
corrections. This project focuses on the first challenge, of designing and developing alternative
acquisition and tracking methods.
As an initial case study, Iridium is proposed. The Iridium downlink is in the 1.6 GHz frequency band,
which is adjacent to the L1 GNSS band. Therefore, state?of?the?art GNSS antennas, and modified GNSS
recording receivers may be used for a comparable evaluation. Although, Iridium is proposed, the student
may identify other suitable LEO constellations and adapt the project accordingly.
- Literature review on GNSS, LEO-PNT methods, and acquisition-tracking methods
- Analysis of opportunistic LEO constellations and selection of a suitable constellation
- Signal recording and analysis of the selected LEO constellation
- Identification of suitable acquisition-tracking architecture and extraction of observables
- Implementation and of an acquisition-tracking architecture to show that a satellite can be used
Interference signal localization with the DARCY GNSS sensor-network (ID: 155)
- Themenbeschreibung: Global Navigation Satellite Systems (GNSSs) provide global positioning capabilities to any
capable receiver — whether integrated into smartphones or used for aeronautical navigation. An issue with
GNSS signals are their low received signal power on earth’s surface, which makes them sensitive to
interference signals. Other licensed spectrum users, the result of old or poorly designed equipment leaking
in from adjacent frequency bands, opportunistic use of the spectrum by radio operators, or even
purposefully designed interferences, may be the cause interference signals. Therefore, it is crucial for the
local service quality to monitor the GNSS frequency bands and to report any interference signal to the
appropriate authorities.
The DARCY system consists of a network of low-cost sensor nodes to monitor the GNSS spectrum over a
larger geographic area. Each node consists of e.g. a Raspberry Pi Single Board Computer (SBC), a low-cost
GNSS receiver to monitor the GNSS signal quality, and a Software Defined Receiver (SDR) Frontend to
monitor the spectrum. The sensor nodes monitor and report any data to a server, which does interference
detection, interference localization, and reporting of any suspicious activity.
This master’s project focuses on algorithm development for collaborative interference localization. It uses
the DARCY sensor nodes to locate potential interference.
- Literature review on GNSS, interference localization, Received Signal Strength (RSS) positioning, Time Difference of Arrival (TDoA) positioning, collaborative techniques, and information fusion
- Analysis of interference localization methods and data available from the sensor nodes
- Design and implementation of localization algorithm(s)
- Setup of simulation environment to test selected algorithms
- Field recording with interferences and sensor nodes
Bestimmung der Permittivität dielektrischer Substrate bei kryogenen Temperaturen (ID: 208)
- Themenbeschreibung: Mit dem Aufstieg der Quantencomputertechnologie, insbesondere der supraleitenden Qbits, ist es nötig die elektrischen Eigenschaften der genutzten Materialien bei kryogenen Temperaturen im GHz-Bereich genau zu charakterisieren. Dazu sollen in dieser Arbeit planare Leitungsstrukturen zum Einsatz kommen. Ziel dieser Arbeit ist es, die Permittivität (sowie die dielektrischen Verluste) verschiedener Materialen zu bestimmen. Hierfür sollen unterschiedliche Methoden miteinander verglichen und die bestmögliche gefunden werden. Dabei sollen die Verfahren zunächst simulativ erprobt werden. Anschließend müssen die Simulationsergebnisse messtechnisch verifiziert und die elektrischen Eigenschaften der Materialien bestimmt werden.
Du interessierst Dich für Quantencomputertechnologie und möchtest die Zukunft mitgestalten?
Dann schau Dir gerne unser Angebot an!
Was Du bei uns tust
• Du recherchierst die Literatur zum Stand der Technik
• Du analysierst die verschiedenen Methoden zur Materialcharakterisierung
• Du designst und simulierst geeignete Resonator Strukturen
• Du implementierst Auswertungsalgorithmen in Python
• Du baust, vermisst und wertest die entwickelten Strukturen aus
• Du vergleichst die Ergebnisse der Simulationen und Messungen
Was Du mitbringst
• Du studierst Elektrotechnik, Informations- und/oder Kommunikationstechnik oder ein verwandtes Studienfach
• Du verfügst über gute elektrotechnische Kenntnisse
• Du hast Erfahrung mit Simulationstools
• Du bringst Grundkenntnisse in der Python-Programmierung mit
• Du hast Interesse an eigenverantwortlichen ArbeitenMehr: https://jobs.fraunhofer.de/job/Erlangen-Masterarbeit-Bestimmung-der-Permittivit%C3%A4t-dielektrischer-Substrate-bei-kryogenen-Temperaturen-91058/824074301/
Kontakt am LIKE: sebastian.klob@fau.de
- Themengebiete:
- Voraussetzungen:
- Betreuer: Hans Adel, Christian Steinmetz
- Hochschullehrer:
Entwurf und Charakterisierung von elektronisch steuerbaren Reflectarray Antennen (ID: 209)
- Themenbeschreibung: Elektronisch steuerbare Reflectarray Antennen können ihr Reflexionsverhalten gegenüber einer einfallenden elektromagnetischen Welle kontrolliert ändern und ermöglichen somit die Manipulation der Funkkanalausbreitung. Dies eröffnet für die Kommunikationssysteme der Zukunft (5G & beyond) neue Möglichkeiten, dem Bedarf an steigenden Endgerätezahlen und zunehmenden Datenmengen bei hoher Netzabdeckung gerecht zu werden. Beispielsweise können Reflectarray Antennen verwendet werden um bei Terrestrischen- oder Satelliten Kommunikationssystemen Abschattung zu umgehen und die Abdeckung im Innenraum von Häusern, Häuserschluchten oder Tunneln zu verbessern.
Du interessierst Dich für Antennentechnik und möchtest Kommunikationssysteme der Zukunft mitgestalten?
Dann schau Dir gerne unser Angebot an!
Was Du bei uns tust
• Du entwirfst und implementierst eine elektrisch steuerbare Reflectarray Antenne
• Du verwendest dafür elektronisch ansteuerbare PIN-Dioden, um die Abstrahlcharakteristik der Antennenelemente zu verändern
• Du erstellst ein Codebook für das Gesamtarray, um durch eine variierende Einstellung der PIN Dioden in Durchlass- oder Sperrrichtung den zurückreflektierenden Beam steuern zu können
• Du überprüfst idealerweise am Ende der Arbeit die Beamsteuerung in der hauseigenen Antennenmesskammer des Fraunhofer IIS
Was Du mitbringst
• Du studierst Elektrotechnik, Informations- und/oder Kommunikationstechnik oder ein verwandtes Studienfach
• Du verfügst über gute Kenntnisse im Bereich Antennentechnik und Hochfrequenztechnik
• Du kannst auf Erfahrung im Bereich der Messtechnik und den Einsatz von Feldsimulationswerkzeugen zurückgreifen
• Du hast möglicherweise bereits Erfahrung mit Designwerkzeugen zum Schaltungsentwurf sammeln könnenMehr: https://jobs.fraunhofer.de/job/Erlangen-Masterand-%28wmd%29-Entwurf-und-Charakterisierung-von-elektronisch-steuerbaren-Reflectarray-Antennen-91058/792741401/
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- Voraussetzungen:
- Betreuer: Hans Adel, Christian Steinmetz
- Hochschullehrer:
Anfragen zu Themen und der Betreuung einer MA-Arbeit können sie auch unabhängig von den ausgeschriebenen Themen direkt an die Ansprechpartner der jeweiligen Forschungsschwerpunkte schicken.
Telemetrie
Satellitenkommunikation
Navigation und Ortsbestimmung / Autonome Robotik
Navigation und Ortsbestimmung / GPS und Allg.
