Inhalt

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   Vorwort
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   Abstract
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   Inhaltsverzeichnis
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   Abkürzungen und Begriffserläuterungen
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   Symbole und Formelzeichen
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  1. Einleitung
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   1.1 Motivation
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   1.2 Zielsetzung
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   1.3 Gliederung
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  2. Sensorkonzepte zur Anwesenheitserkennung
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   2.1 Einleitung
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   2.2 Messgrößen zur Anwesenheitserkennung
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   2.2.1 Personenerkennung in Videobildern
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   2.2.1.1 Trennung und Adaption komplexer Hintergrundszenen
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   2.2.1.2 Modellbasierte Ansätze zur Erkennung und Verfolgung von Personen
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   2.2.2. Messtechnische Erfassung körpereigener Vitalfunktionen
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   2.3 Präsenzkontrolle durch Bewegungserkennung
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   2.3.1 Ultraschallsensoren zur Präsenzkontrolle
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   2.3.2 Mikrowellensensoren zur Bewegungserkennung
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   2.3.3 Intensitätsmessende optische Sensoren im Bereich des sichtbaren Lichts und des nahen Infrarot
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   2.3.3.1 Lichttaster als Ersatz für taktile Lichtschalter und Dimmer
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   2.3.3.2 Zusätzliche Informationen bei Verwendung von optischen Sensoren
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  2.3.4 Photomischdetektoren zur Messung der Laufzeit des Licht
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   2.3.4.1 Funktionsweise eines Photogate-PMD
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   2.3.4.2 PMD-Grundstrukturen und Kenndaten
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   2.3.4.3 Entfernungsmessung mit CW-Verfahren
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   2.3.4.4 Systemkonzept für PMD-basierte Entfernungsmessung
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   2.3.4.5 Entfernungsmessergebnisse mit einem 1D-PMD-Sensor
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   2.3.4.6 Parallele Entfernungsmessung mit PMD-Arrays
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   2.3.5 Sensoren zur Erfassung von Wärmestrahlung
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   2.3.5.1 Thermoelemente und Thermopiles zur Anwesenheitskontrolle
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   2.3.5.2 Bewegungserkennung mit pyroelektrischen Detektoren
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   2.4 Literaturverzeichnis
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  3. Bildgebende Sensoren zur Anwesenheitserkennung
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   3.1 Einleitung
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  3.2 Strahlungsphysikalische Grundlagen
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   3.2.1 Senderseitige Kenngrößen und Definition des Raumwinkels
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   3.2.2 Empfängerseitige Kenngrößen
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   3.2.3 Wellenausbreitung und Energieübertragung
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   3.2.4 Geometrische Optik
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   3.2.5 Berücksichtigung einer Linse im Übertragungsweg
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   3.2.6 Strahlungsrauschen
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  3.3 Bildgebende Sensoren
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   3.3.1 Lichtempfindliche Elemente in CCD- und CMOS-Technologie
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  3.3.2 Kenngrößen zur Beurteilung der Sonsorperformance
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   3.3.2.1 Geometrische Daten
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   3.3.2.2 Pattern Noise
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   3.3.2.3 Dunkelstrom und Dunkelstromrauschen
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   3.3.2.4 Rauschquellen
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   3.3.2.5 Signal-Rausch-Verhältnis und Dynamikbereich
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   3.3.2.6 Spektrale Empfindlichkeit
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   3.3.2.7 Zusätzliche Eigenschaften
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   3.3.3 Kamera- und Weltkoordinatensystem
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   3.3.4 Gesichtsfeld und Bereichsauflösung
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   3.3.5 Systemkonzept des Bildwächters
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   3.4 Literatur
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  4. Auswerteverfahren für bildgebende Sensoren
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   4.1 Einleitung
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   4.2 Differenzbildverfahren zur Bewegungserkennung
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   4.3 Bewegungserkennung mit Zeilen- und Spaltenmittelwerten
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   4.4 Varianzauswertung bei konstanter Grauwertinterpolation
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   4.5 Varianzauswertung bei linearer Grauwertinterpolation
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   4.6 Matrixorientiertes Verfahren zur Grauwertinterpolation
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   4.7 Anwendung des t-Tests
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   4.8 Anwendung des F-Tests
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   4.9 Literatur
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  5. Komponenten von PIR-Bewegungsmeldern
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  5.1 Pyroelektrische Detektoren
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   5.1.1 Pyroelektrische Festkörper und pyroelektrisches Verhalten
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   5.1.2 Ferroelektrizität, Polarisation und pyroelektrischer Effekt
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   5.1.3 Thermisches Verhalten eines pyroelektrischen Sensors
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   5.1.4 Elektrisches Verhalten eines pyroelektrischen Sensors
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   5.1.5 Übertragungsfunktion eines Einzelelementdetektors
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   5.1.6 Rauschquellen bei pyroelektrischen Detektoren
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   5.1.6.1 Temperaturrauschen
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   5.1.6.2 Dielektrisches Rauschen
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   5.1.6.3 Widerstandsrauschen
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   5.1.6.4 Verstärkerrauschen
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   5.1.6.5 Mikrophonie
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  5.1.7 Kenngrößen von pyroelektrischen Detektoren
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   5.1.7.1 Rauschäquivalente Strahlungsleistung
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   5.1.7.2 Detektivität und spezifische Detektivität
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   5.1.8 Übertragungsverhalten eines Doppelelementsensors
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   5.1.9 Simulation zum Übertragungsverhalten eines Dualsensors
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   5.2 Hardwarekomponenten von Bewegungsmeldern
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   5.3 Fresnellinsen zur Bündelung langwelliger Temperaturstrahlung
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   5.4 Literatur
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  6. Systementwicklung von PIR-Bewegungsmeldern
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   6.1 Simulationstool zum Entwurf von Fresnellinsenarrays
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   6.1.1 Simulation des Erfassungsfeldes
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  6.1.2 Berücksichtigung der Systemparameter und der Erfassungsfeldspezifikationen
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   6.1.2.1 Sensorpositionen und Orientierung
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   6.1.2.2 Geometrie und Positionierung der Gesamtlinsenfläche
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   6.1.3 Initialisierung und Optimierung eines Fresnellinsenarrays
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  6.1.4 Beispiel zur Erfassungsfeldsimualtion
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   6.1.4.1 270°-Wächter mit drei Doppelelementdetektoren
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   6.1.4.2 90°-Wächter mit einem 4x2-PIR-Array
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   6.1.5 Anwendungsmöglichkeiten des Simulationstools
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   6.2 Aufzeichnung und Verarbeitung von Wächtersignalen
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   6.2.1 Datenaufnahme, Kommunikationsprotokoll und Dateihandling
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   6.2.2 Softwareentwicklung, Auswertung und Ergebnisausgabe
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   6.2.3 Parameteroptimierung und Beurteilung des Schaltverhaltens
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   6.3 Literatur
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  7. Konventionelle Signalverarbeitungskonzepte
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   7.1 Signale aus unterschiedlichen Bewegungsrichtungen
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   7.2 Referenzpegelnachführung und Schwellenauswertung
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   7.3 Ermittlung typischer Signaleigenschaften
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   7.4 Bewertung charakteristischer Signaleigenschaften
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  7.5 Korrelationstechniken zur Bewegungserkennung
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   7.5.1 Autokorrelation zur Erkennung von deterministischen Signalanteilen
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   7.5.2 Kreuzkorrelationsfunktion zum Vergleich von Signalen
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   7.6 Literatur
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  8. Modellbasierter Ansatz zur Bewegungserkennung
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   8.1 Einleitung
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   8.2 Systemkonzept mit Kalman-Filter
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   8.3 Abgleichprozess zwischen Model und realem Verhalten
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   8.4 Zeitkontinuierliche und zeitdiskrete Zustandsraummodelle
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   8.5 Modellierung von Nutz- und Störsignalen
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   8.6 Sensorielles Beobachtungsmodell
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   8.7 Allgemeine Beschreibung des Kalman-Filters
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   8.8 Anwendungsmöglichkeiten zur Bewegungserkennung
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   8.9 Literatur
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  9. Entwicklung eines zeitdiskreten Systemmodells zur Signalvorverarbeitung
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  9.1 Modellierung des Bewegungsmelderverhaltens
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   9.1.1 Übertragungsfunktion und Stoßantwort des vereinfachten Bewegungsmeldermodells
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   9.1.2 Herleitung des zeitkontinuierlichen Zustandsraummodells
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   9.1.3 Ableitung des äquivalenten zeitdiskreten Systemmodells
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   9.1.4 Berücksichtung von Rauschprozessen
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   9.1.5 Filtergleichungen des Kalman-Filters
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   9.1.6 Simulationsergebnisse bei Verwendung des vereinfachten Bewegungsmeldermodells
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   9.1.7 Modellerweiterung des einfachen Bewegungsmeldermodells
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  9.2 Allgemeines Modell zur Signalverfolgung
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   9.2.1 Herleitung der zeitkontinuierlichen Zustandsraummodells
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   9.2.2 Ableitung des zeitdiskreten Systemmodells
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   9.2.3 Simulationsergebnisse bei Verwendung des allgemeinen Signalmodells
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  9.3 Allgemeines Signalmodell mit spezieller Berücksichtigung von Drifteinflüssen
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   9.3.1 Herleitung des erweiterten Signalmodells
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   9.3.2 Simulationsergebnisse bei Verwendung des allgemeinen Signalmodells
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  10. Anwendung des Kalman-Filters zur Bewegungserkennung
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   10.1 Einleitung
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  10.2 Parametrierung des Kalman-Filters anhand von typischen Sensorsignalen
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   10.2.1 Kovarianz des Ausgangsrauschprozesses
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  10.2.2 Kovarianzmatrix des Eingangsrauschprozesses
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   10.2.2.1 Störmodell ohne Objekt im Erfassungsfeld
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   10.2.2.2 Allgemeines Signalmodell ohne Objekt im Erfassungsfeld
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   10.2.2.3 Allgemeines Signalmodell mit Objekt im Erfassungsfeld
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  10.3 Bewegungserkennung anhand von internen Größen des Kalman-Filters
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   10.3.1.1 Schwellenauswertung der Residuensequenz (Verfahren 1)
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   10.3.1.2 Auswertung der 1. Komponente der Zustandsprädiktion (Verfahren 2)
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   10.3.1.3 Auswertung der 2. Komponente der Zustandsprädiktion (Verfahren 3)
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  10.4 Schaltverhalten der verschiedenen Auswerteverfahren
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   10.4.1 Schaltverhalten bei konventioneller Signalauswertung
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   10.4.2 Schaltverhalten bei Auswertung der Residuensequenz
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   10.4.3 Bewertung der 1. Komponente des Zustandsvektors der Prädiktion
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   10.4.4 Bewertung der 2. Komponente des Zustandsvektors der Prädikation
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   10.4.5 Fehlschaltverhalten bei starken Störsignalen
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   11. Zusammenfassung und Ausblick