Lokalisierung von Unterwasserrobotern mit Hilfe von elektrischen Feldern

Abstract

In dieser Arbeit wird ein Verfahren vorgestellt, mit dessen Hilfe es möglich ist, elektrische Spannungsquellen unter Wasser anhand im Wasser gemessener elektrischer Potentialunterschiede, sowie weiterer Informationen, die einem Roboter zur Verfügung stehen könnten -- wie z.B. der Umgebungsdruck -- zu lokalisieren. Grundlage des Verfahrens ist die mathematische Modellierung der Ausbreitung von elektrischen Feldern unter Wasser, sowie die Kombination der Inversen Problemtheorie mit dem Downhill-Optimierungsverfahren nach Nelder und Mead. In der Arbeit werden verschiedene Ansätze von physikalischen Modellen betrachtet, in einer Simulationsumgebung in Matlab implementiert und verglichen. Abschließend wird eine Implementierung des Verfahrens anhand eines praktischen Versuches getestet und die Versuchsergebnisse ausgewertet, sowie ein Ausblick auf mögliche Verbesserungen gegeben. This thesis describes a method of locating electrical current sources under water, based on measuring the differences of the electrical potentials as well as other information, which could be available to a swarm robot. The method is based on a mathematical model of the electrical field distribution under water and the combination of the inverse problem theory and the downhill-optimization algorithm of Nelder and Mead. Different physical models are examined and implemented as well as compared in a simulation environment in Matlab. A real-world implementation of the complete method is tested in an experiment and its results are evaluated. An outlook on possible improvements is given.