Die heute auf dem Markt erhältlichen integrierten Bausteine für höchste Frequenzen erlauben es auf relativ einfache Weise HF-Übertragungssysteme zu realisieren. Das Ziel unserer Diplomarbeit war, ein komplettes System zur drahtlosen Übertragung des FBAS-Videosignals, über eine Distanz von 50m, zu realisieren. Unser System wird in einem Lokomotivsimulator verwendet, wobei der Sender in einer Modelllokomotive eingebaut ist. Er überträgt das Bild einer Kamera, welche Bilder aus der Sicht des Lokomotivführers liefert, zu einem festen Standort.Auf Grund der Verwendung im Lokomotivsimulator sind kleinstmögliche mechanische Dimensionen des Senders eines der wichtigsten Kriterien. Um ein Bild hoher Güte zu erhalten, kommt zur Übertragung nur die Frequenzmodulation in Frage. Bei einer maximalen Basisbandfrequenz von 5MHz und einem Spitzenhub von 10MHz ergibt sich ein S/N-Demodulationsgewinn von 15dB. Die Bandbreite des modulierten Trägersignals beträgt somit 30MHz, deshalb sind wir gezwungen die Übertragung im ISM-Band (2.4 - 2.5GHz) zu realisieren. Die vom Bakom maximal erlaubte Sendeleistung liegt in diesem Band bei 10mW. Um die Übertragung über eine Distanz von 50m zu gewährleisten, mussten wir einen sehr empfindlichen Empfänger realisieren.In der Arbeit entstand das komplette System. Das modulare Konzept erlaubt den blockweisen Aufbau und Test der einzelnen Systemkomponenten. Die hochgesteckten Anforderungen bezüglich Bildqualität und Übertragungsdistanz wurden erreicht. Auch bei einer Distanz von 50m, was einer Streckendämpfung von 74dB entspricht, ist der S/N-Abstand genügend gross und die nichtlinearen Verzerrungen sind genügend klein, um keine sichtbaren Einbussen im Bild in Kauf nehmen zu müssen.Entwicklung und Aufbau eines vollständigen Systems übersteigen die 7 Wochen, die uns für die Diplomarbeit zur Verfügung standen. Deshalb stützten wir uns auf den Systementwurf und erste Entwicklungsarbeiten, welche wir in unserer ersten Projektarbeit geleistet haben.

Im Rahmen des LokSIM-Projektes hatten wir in unserer Diplomarbeit "Steuerung einer Modellokomotive über Funk" sechs Teilaufgaben zu lösen. Als erstes bauten wir unser Konzept für die transparente, asynchrone Funkübertragung aus, indem wir die Sicherheit der Funkverbindung verbesserten. Um die Übertragungsgeschwindigkeit zu erhöhen implementierten wir eine Software für das Konfigurationsmanagement der Funkmodule. Mit dieser Software ist möglich auf die Speicher der Funkmodule in der Funkbox und den Modelloks zuzugreifen. Eine weitere Aufgabe war die Realisierung der Speisung für die gesamte Elektronik in der Modellok. In dieser Stromversorgung haben wir einen Puffer für die Speisespannung des Mikroprozessors integriert, damit das Betriebssystem bei einem Stromunterbruch nicht abstürzt. Als nächstes entwickelten wir eine digitale Geschwindigkeitsregelung für die Modellok. Dank unseren Kenntnissen aus dem Fach Regelungstechnik, waren wir auch in der Lage, die auftretenden Stabilitätsprobleme in den Griff zu bekommen. Eine optionale Aufgabe bildete die Erstellung eines Konzeptes und der Aufbau einer Müslibox. Mit einer an die Funkbox angeschlossenen Müslibox ist es möglich, eine Modellok anzusteuern. In der Diplomarbeit haben wir einen funktionsfähigen Prototypen hergestellt und getestet. Als letzte Aufgabe haben wir versucht einen Stromabnehmer der Modellok als Funkmodulantenne einzusetzen. Die Originalantenne auf der Funkbox haben wir ebenfalls durch eine von uns konstruierte Antenne ersetzt. Die Tests haben gezeigt, dass die Funkübertragung nach wie vor einwandfrei funktioniert.

In einer Teamarbeit entwickelten wir einen Lokomotivsimulator. Von einem Führerstand werden alle Manipulationen in einen PC eingelesen. Ein Simulationsprogramm wertet alle Manipulationen aus und berechnet die Geschwindigkeit der Lokomotive, die dann via Funk an die Modellokomotive übertragungen wird. Auf dem Modell befindet sich eine Videokamera, von welcher das Bild via Funk zu einem Videoprojektor gesendet wird. Der Videoprojektor projiziert das Bild auf eine Leinwand vor dem Führerstand .In unsere Diplomarbeit realisierten wir das komplette Mikrocontrollersystem (MC-System) des Führerstands sowie die zugehörige Systemsoftware. Dieses System liest über 30 Sensoren ein und steuert über 60 Aktoren.Für die Modellokomotiven entwickelten wir eine Schaltung in HO-Modellgrösse, auf welchem der MC, diverse Lämpchentreiber, eine Signalerkennung und noch andere Komponenten Platz finden.Alle MC Anwendungen werden mit einem von uns in einer Projektarbeit entwickelten Multitaskingsystem betrieben, das wir in der Diplomarbeit benutzerfreundlicher gestalteten.Nebst den Mikrocontroller Anwendungen programmierten wir die Software 'Simulation einer Re 4/4 II' inklusive einer frei wählbaren Zuglast. Auch äussere Einflüsse wie Signale, Schienenzustand, Tunnelquerschnitte und vieles mehr sind in dieser Simulation berücksichtigt.Als Initianten des ganzen Projekts lag seine Gesamtleitung bei uns.

In der Firma Sulzer Innotec AG hat man oft mit Messsignalen von rotierenden Maschinen zu tun. Möchte man die rotierende Maschine auf Schwingungen untersuchen, dann ist man an den periodischen Signalanteilen interessiert, welche im Messsignal vorhanden sein könnten. Werden die Signale mit konstanter Abtastzeit erfasst, ergeben sich Probleme bei der Berechnung des Spektrums, falls die Drehzahl der Maschine nicht konstant ist. Das Spektrum ist dann infolge Schmier- und Leckeffekte nicht aussagekräftig. Die unerwünschten Effekte lassen sich verhindern, falls die Abtastwerte des Messsignals nicht äquidistant bezüglich der Zeit, sondern äquidistant bezüglich des Drehwinkels der Welle vorliegen.

In der Arbeit SIS_TB98_006 von Olaf Hermann, Sulzer Innotec AG, wird gezeigt, wie sich aus einem Signal, welches mit konstanter Abtastzeit aufgenommen wurde, ein winkelsynchron abgetastetes Signal rekonstruieren lässt. Als erste Näherung ist dort die Drehzahl der Maschine während einer Umdrehung als konstant betrachtet worden. Für schnelle Drehzahländerungen ist dieses Modell jedoch nicht geeignet.

In dieser Diplomarbeit wurde in einem ersten Teil eine Modellierung für nichtkonstante Drehzahlen während einer Umdrehung vorgenommen. Mit einer kubischen Interpolation konnte das Drehzahlverhalten einer Welle mit guten Resultaten angenähert werden. Im zweiten Teil wurden für die Berechnung der winkelsynchronen Abtastwerte neue Interpolationskerne untersucht, welche bessere Konvergenzeigenschaften besitzen als die gewöhnliche sinc-Interpolation.

Die Algorithmen wurden in der Programmiersprache C implementiert. Dabei musste darauf geachtet werden, dass die Programmstrukturen so ausgelegt werden, dass sie für einen allfälligen Echtzeitbetrieb tauglich sind. Da C-Funktionen auf einfache Weise in MATLAB eingebunden werden können, sind alle Tests in Matlab durchgeführt worden.