Empfindlichkeitsuntersuchungen an Sensortechnik unter Einfluss hochfrequenter Störsignale

Masterprojekt Elektrotechnik - Schwerpunkt Elektrotechnische Systementwicklung

KURZBESCHREIBUNG:

Moderne Systeme beinhalten heutzutage eine Vielzahl von elektronischen Komponenten. Viele technische Innovationen sind dabei erst durch den hohen Integrationsgrad mikroelektronischer Schaltungen ermöglicht worden, wodurch sie gegenüber elektromagnetischen Hochfrequenzfeldern (HF) hoher Leistung (High Power Electromagnetics, HPEM) anfälliger werden. Solche Felder können für bewusste Angriffe auf die Elektronik kritischer Infrastrukturen eingesetzt werden (Intentional Electromagnetic Interference, IEMI). Das Fraunhofer INT führt HPEM-Empfindlichkeitsuntersuchungen durch, um diese Art Anfälligkeit zu untersuchen. Dafür stehen verschiedene leistungsstarke Quellen im Mikrowellenbereich zur Verfügung.

Durch die zunehmende Digitalisierung kommen in vielen Lebensbereichen vermehrt Sensoren zum Einsatz, insbesondere durch sinkende Kosten sowie die Miniaturisierung im Zuge des technischen Fortschritts ergeben sich immer neue Anwendungsfelder. Fanden sich Sensoren in früheren Zeiten vornehmlich in Industrieanlagen zur Prozesssteuerung und Kontrolle, so sind inzwischen beispielsweise Fahrzeuge, Mobiltelefone und ganz allgemein die Städte der Zukunft, die Smart Cities, mit einer Vielzahl an Sensoren ausgestattet. Je nach Einsatzzweck können ausbleibende oder fehlerhafte Sensordaten erheblichen Einfluss auf den regulären Betrieb der zugehörigen Systeme und Einrichtungen haben. Insbesondere, wenn deren Betrieb kritische Bedeutung beigemessen wird, kommt der Kenntnis über die Empfindlichkeit der eingesetzten Sensorsysteme gegenüber elektromagnetischen Störsignalen, wie sie auch von Kriminellen mit vertretbarem Aufwand erzeugt werden können, ein erhöhter Stellenwert zu.

Im Rahmen des vorliegenden Masterprojekts soll am Beispiel einer Sensorgruppe deren Störbarkeit sowie die daraus für deren Einsatzzweck resultierenden Konsequenzen untersucht werden. Eine eingehende exemplarische Untersuchung an einem Testsystem kann Aufschluss über Schwachstellen und mögliche Härtungsmaßnahmen geben. In einem ersten Schritt sollen Sensoren mit der zugehörigen Auswerte- und Kommunikationselektronik in einem Prüfaufbau integriert werden, der über seine Nähe zu realen Systemen einen Transfer der Ergebnisse auf gängige Anwendungsfälle begünstigt. Um dessen Reaktionen bei Störung nachvollziehen zu können, sind geeignete Ansätze zur Überwachung des Gesamtaufbaus sowie seiner Komponenten während der testweisen Beaufschlagung mit starken elektromagnetischen Störfeldern zu entwickeln. Das kann die einfache Videoüberwachung der Systemanzeigen ebenso einschließen wie die Auslese von Betriebsparametern über Datenverbindungen.

Nach der Erarbeitung von Kriterien zur Einschätzung der Schwere eines Systemversagens unter IEMI sollen mit den vorhandenen Experimentiereinrichtungen am Fraunhofer INT realistische Störversuche im Labor nachgestellt werden. Auf der Grundlage der gewonnenen Kenntnisse über die Empfindlichkeit des Gesamtsystems sollen außerdem Ansätze zur Verbesserung der Immunität des Aufbaus entstehen.

Geschäftsfeld Elektromagnetische Effekte und Bedrohungen am Fraunhofer INT:

Das Fraunhofer-Institut für Naturwissenschaftlich-Technische Trendanalysen INT erstellt einen umfassenden Überblick über die allgemeine Forschungs- und Technologielandschaft und das gesamte Spektrum technologischer Entwicklungen und führt theoretische und experimentelle Arbeiten auf dem Gebiet elektromagnetischer und nuklearer Effekte durch. Das Geschäftsfeld Elektromagnetische Effekte und Bedrohungen betreibt angewandte Forschung auf den Gebieten der Einkopplung elektromagnetischer Felder in Geräte und Systeme, der Beeinflussung elektronischer Schaltungen durch Felder und Störsignale sowie der Analyse elektromagnetischer Bedrohungen und greift dazu auf eigene hochmoderne und vielseitige Messinfrastruktur zurück.

PROJEKTPHASEN:

Masterprojekt 1:

• Recherche Sensortechnik/-systeme, Entwicklung Konzept für Testaufbau und Monitoring.

Masterprojekt 2:

• Beschaffung der Gerätschaften, Aufbau des Prüfsetups, Implementierung des Monitoring-Konzepts.     

Masterthesis:

• Messungen am Prüfaufbau, Analyse der Empfindlichkeiten, Entwicklung von Ansätzen zur Härtung.

Anzahl Plätze: 1

Co-Betreuer:

• Dr. Michael Suhrke (Fraunhofer Institut für Naturwissenschaftlich-Technische Trendanalysen INT)