Windleistungsvorhersagen verbessern die technische und ökonomische Einbindung großer Anteile an Windenergie in die Stromversorgung. In dieser Arbeit wird die Unsicherheit von Kurzzeit-Vorhersagen der Leistungsabgabe von Windparks eingehend untersucht. Dabei wird unter Unsicherheit der Bereich, in dem Abweichungen zwischen der Vorhersage und dem tatsächlichen Wert wahrscheinlich auftreten können, verstanden. Die grundlegende Idee ist, die Vorhersageunsicherheit nicht mehr nur als Jahresmittelwert und für einzelne Windparks anzugeben, sondern einen neuen, der jeweiligen Situation angepassten Ansatz zur Angabe der Unsicherheit zu entwickeln und darüber hinaus die Vorteile einer Vorhersage der Summenleistung von regional verteilten Windparks zu analysieren. Da sich Vorhersagefehler kaum vermeiden lassen, wird in dieser Arbeit eine Methode zur Beschreibung der individuellen Unsicherheit von Windleistungsvorhersagen unter Berücksichtigung der jeweiligen meterologischen Situation vorgestellt. <dt.>
Wind power predictions improve the technical and economical integration of large shares of wind energy into the existing electricity supply system. In this work the uncertainty related to short-term predictions of the power output of wind farms is investigated in detail where uncertainty refers to the interval in which deviations between predicted value and real value are likely to occur. The main idea is to assess the prediction uncertainty not only in terms of annual averages and for individual wind farms but to introduce a new situation dependent approach to the uncertainty and, in addition, to analyse the benefits of predicting the aggregated power output of regionally dispersed wind farms. As forecast errors are hardly avoidable this work presents a method of predicting the individual uncertainty of wind power forecasts under consideration of the specific meteorological situation. <engl.>
In dieser Dissertation werden neuartige spektro-temporale Merkmale untersucht, die einer Verbesserung der Robustheit automatischer Spracherkennungssysteme unter ungünstigen akustischen Bedingungen dienen sollen. Ergebnisse physiologischer und psychoakustischer Arbeiten weisen auf eine wichtige Rolle spektro-temporaler Verarbeitung bei der Sprachwahrnehmung des Menschen hin. Daher werden Sigma-pi Zellen und Gabor Filter als Methoden zur Extraktion sekundärer Merkmale auf Basis einer spektro-temporalen Repräsentation evaluiert. Insbesondere die Gabor Merkmale beinhalten das Cepstrum sowie eine rein zeitliche Filterung als Spezialfälle, wobei darüber hinaus auf spektro-temporale Modulationen gezielt wird. Eine datenbasierte Methode zur Merkmalsselektion wird zur Optimierung der Merkmalssätze verwendet. Beide Typen von Merkmalen zeigen eine erhöhte Robustheit bei Experimenten mit kleinen Wortschätzen. Sigma-p Zellen erlauben zudem eine Schätzung des Sprach-zu-Rausch-Abstandes des Eingangssignals allein aufgrund kleiner spektro-temporaler Modulationen. Durch Anhängen von Gabor-basierten Merkmalen kann die Erkennungsleistung des Qualcomm-ICSI-OGI Erkenners im Aurora Experiment weiter verbessert werden. <dt.>
In this thesis, novelle spectro-temporal feature extraction techniques are evaluated for enhancing the robustness of automatic speech recognition systems (ASR) in adverse acoustical conditions. Recent physiological and psychoacoustical findings indicate that spectro-temporal processing plays an important role in human speech perception. Therefore, sigma-pi cells and Gabor filter functions are investigated as secondary feature extraction methods based on a spectro-temporal representation. Especially the Gabor features are versatile enough to include cepstral features and purely temporal filtering as special cases, while additionally aiming at combined spectro-temporal modulations. A data driven feature selection method is applied for feature set optimization. For small vocabularies, both types of features are shown to increase the robustness of ASR systems. Sigma-pi cells also allow for estimating the speech-to-noise ratio of an input signal solely based on low spectro-temporal modulation. The Gabor based Tandem feature sets increase the performance of the Qualcomm-ICSI-OGI system for the Aurora task, when concatenating the two streams. <engl.>
Ziel dieser Arbeit ist es, die Verarbeitung amplituden-modulierter (AM) akustischer Signale durch das auditorische System der Säuger zu verstehen. Hierzu ist ein biologisch motiviertes neuronales Modell entwickelt worden. Die erste Komponente des Modells ermöglicht die Simulation der Antworten sogenannter "ideal onset" Neurone im Nucleus Cochlearis. Diese Neurone zeichnen sich besonders dadurch aus, daß sie die Modulationsfrequenz von AM-Signalen durch ihre zeitliche Aktivität kodieren. Die zweite Komponente des Modells besteht aus einer Verschaltung verschiedener neuronaler Antworttypen. Mit Hilfe dieser Verschaltung wird die zeitliche AM-Information, die durch das "ideal onset" Modell bereitgestellt wird, in einen auf Feuerraten basierenden AM-Code umgewandelt. Der auf Feuerraten basierende AM-Code wird durch Neurone repräsentiert, die für bestimmte Modulationsfrequenzen selektiv sind, da sie bandpaßförmige Raten-Modulationsübertragungsfunktionen mit unterschiedlichen besten Modulationsfrequenzen besitzen. Das neuronale Modell erlaubt die Kodierung der Modulationsfrequenzkomponenten für eine Reihe von unterschiedlichen AM-Signalen. Im dritten Teil der Arbeit wird eine Erweiterung des Modells vorgestellt, mit deren Hilfe ein Vergleich zwischen den Simulationsergebnissen und dem psychoakustischen Konzept der Modulationsfilter ermöglicht wird. Dabei wird gezeigt, daß das im Rahmen dieser Arbeit entwickelte neuronale Modell sich sowohl mit Ergebnissen aus neurophysiologischen Ableitungen als auch mit psychoakustischen Konzepten im Einklang befindet und somit einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der AM-Verarbeitung im auditorischen System der Säuger leistet. <dt.>
This thesis aims at understanding the processing of amplitude modulated (AM) acoustic stimuli in the mammalian auditory system. A biologically motivated neural model of AM processing has been developed. The first main component of the model allows for the simulation of the response properties of cochlear nucleus ideal onset units, a neuron type that is known to encode the modulation frequency of AM stimuli by its distinct temporal responses. The second model component consists of a neural circuit that transforms temporal AM information, provided by the ideal onset model, into a rate-based representation of AM information. This rate-based representation is given by modulation-frequency selective neurons exhibiting bandpass shaped rate modulation transfer functions with different best modulation frequencies. The neural model allows for encoding the modulation content of a variety of AM stimuli. In the third part of the thesis, the model is further extended in order to compare the simulation results to the amplitude modulation filter concept derived from recent psychoacoustical data. Overall, the biologically motivated neural model is found to be in line with results from both neurophysiological recordings and psychoacoustic concepts and might therefore provide an important step towards a better quantitative understanding of the AM processing principles in the mammalian auditory system. <engl.>
Konfokale Fluoreszenz-Korrelations-Spektroskopie (FCS) ermöglicht über zeitliche Signalfluktuationen, die Dynamik von Biomolekülen zu erfassen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden neuartige Mehrfarben-Konzepte kombiniert mit Zweiphotonenanregung entwickelt, die eine Analyse molekularer Wechselwirkungen bei extrem niedrigen Probenkonzentrationen in transparenten Medien erlauben, bis hin zu lebenden Zellen. Diese Methoden bieten erhebliche Vorteile bzgl. Signalqualität und Zellviabilität mit der zusätzlichen Option, zwei spektral verschieden emittierende Fluorophore effizient mit nur einer Laserlinie anzuregen. Unter Einsatz von zwei- und dreifarbig markierten Assays konnten z.B. Protein-Protein-Wechselwirkungen in vitro und in vivo quantitativ verfolgt werden. Die Konzepte eröffnen somit vielversprechende Perspektiven, Michaelis-Menten-Komplexe oder Rezeptor-Komplexe zu charakterisieren, insbesondere im Hinblick auf die Entschlüsselung intrazellulärer Signalübertragung, welches Ziel vieler aktueller biowissenschaftlicher Forschung ist. <dt.>
Confocal fluorescence correlation spectroscopy FCS, as a time-averaging fluctuation analysis, has proved to be a powerful tool for detection and temporal investigation of biomolecules. Within the scope of this work, advanced multi-color concepts combined with two-photon excitation have been developed allowing for analysis of molecular interactions at extremely low concentrations in any transparent microenvironment, including living cells. This technique offers considerable advantages in signal quality and cell viability, along with the ability to simultaneously excite two spectrally distinct fluorophores with a single laser line. Studies on dual- and triple fluorophore assays assessing (reversible) protein-protein interactions are exemplified in vitro and in vivo. This concepts offer bright prospects to characterize Michaelis-Menten complexes or receptor complexes, particularly with regard to decoding intracellular signaling as a goal of many current in vivo studies. <engl.>
In dieser Dissertation wird die Digitale Speckle-Korrelation (DSC) als Methode zur Messung von dreidimensionalen Verformungsfeldern und Oberflächenprozessen, d.h. Änderungen in der Mikrostruktur der Oberfläche, präsentiert. Das Verfahren beruht auf einer detaillierten Analyse von Änderungen im gestreuten Specklefeld einer mit Laserlicht beleuchteten rauen Oberfläche mittels digitaler Bildverarbeitung. Der extrem einfache und robuste optische Aufbau ist gut für Anwendungen in rauer Umgebung außerhalb des Labors geeignet, z.B. in der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung (NDT). Im ersten Teil der Arbeit wird ein neues Verfahren zur Bestimmung des vollständigen Verformungsfeldes - insbesondere der bisher nicht zugänglichen out-of-plane Komponente - entwickelt. Die Messung basiert auf einer Analyse der spektralen Abhängigkeit der durch lokale Verkippung hervorgerufenen Dekorrelation. Die Messgenauigkeit liegt im Bereich 1/10 Wellenlänge und ist mit interferometrischen Verfahren (z. B. ESPI) vergleichbar. Im zweiten Teil werden verschiedene Theorien zur Lichtstreuung an rauen Oberflächen (u.a. Störungstheorie, Kirchhoff Näherung, 2-Skalen Modell) weiterentwickelt, um die Korrelation der gestreuten Specklefelder durch Parameter der Mikrostrukturänderung zu beschreiben. Die theoretischen Zusammenhänge werden durch Vergleichsmessungen mit hochauflösender Rasterkraftmikroskopie (SFM) und durch Korrelationsmessungen mit variierenden Parametern experimentell verifiziert. Die Ergebnisse erlauben erstmals eine quantitative Beobachtung von Oberflächenprozessen mit einem berührungslosen optischen Verfahren. <dt.>
This thesis presents a detailed investigation of Digital Speckle Correlation (DSC) as a tool for the measurement of three-dimensional deformation fields and surface processes, i.e. changes in the microstructure of the surface. The method is based on a detailed analysis of the changes in the speckle field that is scattered from a laser-illuminated rough surface, using digital image processing. The extremely simple and robust optical setup is suited for uses in harsh environments outside the laboratory, e.g. in Non-Destructive Testing (NDT) applications. In the first part of the thesis, a new technique is presented to determine the complete deformation field, in particular the hitherto inaccessible out-of-plane component. The measurement relies on the analysis of the spectral properties of the decorrelation which is caused by local tilt. The accuracy of the measurement is about one tenth of the used wavelength, and thus comparable to interferometric techniques (e.g. ESPI). In the second part, different theoretical approaches to describe the scattering at random rough surfaces, including perturbation theory, Kirchhoff theory and the two-scale model, are advanced to determine the correlation of the scattered speckle fields in terms of parameters of the surface microstructure changes. The theoretical relations are verified by comparative measurements with high resolution scanning force microscopy (SFM) and by correlation measurements under a variation of experimental parameters. The results allow for the first time a quantitative whole-field monitoring of surface processes by remote optical means.<engl.>
Die Arbeit behandelt die strukturelle, elektrische und optische Charakterisierung von Cd 2 SnO 4 -Schichten (CTO). TEM- und GIXRD-Messungen zeigen, daß die Schichten aus Cd2 SnO 4 mit Anteilen von CdO bestehen. Schichtwiderstände von 14 Omega bei gleichzeitiger Transmission von 85% bei 550 nm wurden realisiert. Die Leitfähigkeit der CTO-Schichten erreicht 2800 Omega -1 cm -1 bei Ladungsträgerdichten von 4x10 20 cm -3 und Ladungsträgerbeweglichkeiten von 41 cm 2 V -1 s -1. Durch spektrale Rückrechnung mit Hilfe des Programmes RIG-VM wurden die dielektrischen Funktionen der Schichten bestimmt. Dabei wurden zum ersten Mal die Modelle von Leng et al. und von Hamberg et al. auf CTO angewendet. Im Vergleich mit ITO und ZnO:Al werden die gleichwertigen Eigenschaften des CTO zu diesen Materialien aufgezeigt. Auf einer CTO-Schicht als Ersatz für den ITO/SnO 2 -Frontkontakt wurde eine CdS/CdTe-Solarzelle mit einem Wirkungsgrad von 7,4% hergestellt. <dt.>
The work treats the structural, electrical and optical characterisation of Cd 2 SnO 4 thin films (CTO). TEM- und GIXRD-investigations show that the prepared films consist of cubic Cd 2 SnO 4 with CdO inclusions. Sheet resistances of 14 omega with simultaneous transparency of 85% at 550 nm have been reached. The conductivity of the CTO-films reach 2800 omega -1 cm -1 with carrier densities of 4x10 20 cm -3 and carrier mobilities of 41 cm 2 V -1 s -1. By simulation of the transmission/reflection- and the ellipsometrical spectra with the simulation program RIG-VM the dielectric functions of the CTO-films could be determined. The dielectric funcion models of Leng et al. and of Hamberg et al. have been applied for the first time on CTO. A comparison with ITO and ZnO:Al demonstrates the equivalent properties of CTO. A CdS/CdTe solar cell with a conversion efficiency of 7.4% has been prepared on a CTO-film as a substitute of the commonly used ITO/SnO 2 -frontcontact. <engl.>
Ziel der in dieser Arbeit zur stochastischen Analyse experimenteller Daten verwendeten sog. Markowanalyse ist es, aus gegebenen Daten Rückschlüsse über den den Daten zugrunde liegenden stochastischen Prozess zu ziehen ohne physikalische Annahmen über das betrachtete System machen zu müssen. Im ersten Teil der Arbeit wird die Anwendung dieser Methode in der Turbulenzforschung erläutert, insbesondere auf das Problem der Intermittenz, dem unerwartet häufigen Auftreten sehr grosser Geschwindigkeitsfluktuationen auf sehr kleinen Längenskalen. Die anhand eines exemplarisch ausgewählten Datensatzes ausführlich diskutierte Methode beschreibt diesen Effekt korrekt. Der zweite Teil der Arbeit befasst sich mit der Analyse hochfrequenter Wechselkursdaten (US-Dollar/DM). Auch hier findet sich das Phänomen überproportional häufiger starker Kursschwankungen auf sehr kleinen Zeitskalen. Der Vergleich zwischen den stochastischen Prozessen für Wechselkursmärkte und turbulente Daten eröffnet interessante Analogien. <dt.>
It is the aim of the so-called Markovanalysis to obtain information about stochastic processes of a given system by analysing experimental data without using any assumptions about the physics of the system. In the first part of this thesis, the application of this method in turbulence research is discussed, in particular with respect to the problem of intermittency, i.e. the unexpected frequent occurrences of large velocity fluctuations on small length scales. The method, which is discussed extensively for one exemplarily chosen dataset, yields a correct description of this phenomenon. The second part of this thesis is concerned with the analysis of high frequency exchange rate data (US-Dollar/DM). Theses exchange rates show similarities to turbulence, namely unexpected frequent occurrences of very large price fluctuations on small time scales. A comparison of the stochastic processes underlying FX-markets and turbulence shows interesting analogies. <engl.>
Resonatorintern frequenzverdoppelte Festkörperlaser besitzen insbesondere im spektralen Bereich von grün bis blau ein beträchtliches technisches Potential. Der wichtigste Grund dafür ist der hohe Wirkungsgrad, der sich durch die resonatorinterne Frequenzverdoppelung erzielen läßt. Ein aus technischer Sicht unerwünschter Nebeneffekt der resonatorinternen Frequenzwandlung sind starke zeitliche Fluktuationen der Ausgangsleistung. Verursacht wird dieses nichtlinear-dynamische Phänomen durch das Zusammenspiel der Modenkopplung im nichtlinear optischen Kristall mit dem räumlichen Lochbrennen im optisch aktiven Material des Lasers. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein klassisches elektronisches Regelverfahren zur Stabilisierung der Ausgangsleistung eines resonatorintern frequenzverdoppelten Nd:YAG-Lasers entwickelt, technisch implementiert und theoretisch fundiert. Darüber hinaus wurden die dynamischen und die optischen Phänomene des Lasers systematisch erfaßt und mit den entsprechenden Vorhersagen eines klassischen Ratengleichungsmodells verglichen. <dt.>
Intra-cavity frequency doubled solid state lasers have a remarkable technical potential in particular at the spectral range of green to blue. The most important reason for that is the high efficiency achievable using the intra-cavity frequency conversion. From the technical point of view there is an unwanted effect of the intra-cavity frequency conversion appearing in strong fluctuations of the output intensity. This nonlinear-dynamical phenomenon is caused by an interaction of mode coupling into the nonlinear optical crystal and the spatial hole burning into the laser media. Within the scope of this thesis a classical feedback control for stabilization of the output intensity of an intra-cavity frequency doubled Nd:YAG-laser was developed, implemented and theoretically funded. Furthermore the dynamical and optical phenomena of the laser were collected systematically and compared to the corresponding predictions of a classical rate equation model. <engl.>
Für die Planung und den Betrieb von Offshore Windparks ist ein tiefes Verständnis der meteorologischen Gegebenheiten unabdingbar. Diese Arbeit widmet sich der Modellierung der marinen atmosphärischen Grenzschicht unter besonderer Berücksichtigung der Windpotentialprognose. Für die Analyse wurden Daten des Offshore Meßprogramms Rødsand in der Dänischen Ostsee verwendet. Der Kern der Arbeit ist die Untersuchung von verschiedenen mikrometeorologischen Modellen für die marine atmosphärische Grenzschicht in küstennahen Gebieten: Die Möglichkeit einer Erweiterung der Charnock Gleichung zu einer wellenfeldabhängigen Oberflächenrauhigkeit des Meeres und der Einfluß thermischer Effekte des Land-Meer Übergangs auf das vertikale Windgeschwindigkeitsprofil wurden untersucht. Die verschiedenen Modelle wurden in einer Testanwendung zur Extrapolation der Windgeschwindigkeit in der Höhe benutzt. Sie wurden auch mit dem Windpotentialprognoseprogramm WAsP verglichen. <dt.>
For planning and operation of offshore wind farms a profound knowledge of the meteorological conditions is indispensable. This thesis is concerned with modelling the structure of the marine atmospheric boundary layer, with focus on effects, which are important for wind resource assessment. Data from the offshore measurement program Rødsand in the Danish Baltic Sea have been used for the analysis. The core of the work is the investigation of different micrometeorological models for the marine atmospheric boundary layer in the coastal zone: The possibility and significance of extending the Charnock relation to a wave field dependent sea surface roughness has been studied. The influence of thermal effects of the land-sea discontinuity on the vertical wind speed profile has been investigated. The different models have than been used in a test application to extrapolate the wind speed from 10 m to 50 m height. They have also been compared with the standard resource assessment program WAsP. <engl.>