Dr.-Ing. Stefan Leinen

Studienordnung 2021 (beginnend im Wintersemester 2021/2022)

Bachelor of Science Bauingenieurwesen und Geodäsie

• Parameterschätzung I (4. Semester, 6 CP, 3+1 SWS)
• Erdmessung und Bezugssysteme (4. Semester, 3 CP, 1+1 SWS)
• Satellitennavigation (GNSS) (5. Semester, 3 CP, 1+1 SWS)
• Positionierung und Navigation (6. Semester, 3 CP, 1+1 SWS)

Master of Science Geodäsie und Geoinformation

• Parameterschätzung II (1. Semester, 6 CP, 3+1 SWS)
• Physikalische Geodäsie (1. Semester, 3 CP, 1+1 SWS)
• Geodätische Bezugssysteme (1. Semester, 3 CP, 1+1 SWS)
• Satellite Geodesy (2. Semester, 3 CP, 1+1 SWS)
• Integrated Navigation (2. Semester, 3 CP, 1+1 SWS)
• Projekt Erdmessung (3. Semester, 6 CP, 0+4 SWS)
• Parameterschätzung III (3. Semester, 3 CP, 1+1 SWS)

Studienordnung 2014 (auslaufend)

Bachelor of Science Bauingenieurwesen und Geodäsie

• Parameterschätzung I (4. Semester, 6 CP, 3+1 SWS)
• Erdmessung (2./4. Semester, 2+0 SWS, Teilmodul)
• Satellitengeodäsie I und Navigation I (5. Semester, 6 CP, 2+2 SWS)
• Physikalische Geodäsie I und Referenzsysteme I (6. Semester, 6 CP, 2+2 SWS)

Master of Science Geodäsie und Geoinformation

• Parameterschätzung II (1. Semester, 6 CP, 3+1 SWS)
• Physikalische Geodäsie II und Satellitengeodäsie II (1. Semester, 6 CP, 2+2 SWS)
• Geodätisches Seminar II (2. Semester, 3 CP, 0+2 SWS)
• Projekt Geodätische Metrologie I (2. Semester, 6 CP, 0+4 SWS)
• Parameterschätzung III (3. Semester, 3 CP, 1+1 SWS)

Hochpräzise kinematische GNSS-Positionierung

Der Schwerpunkt in der Forschung liegt in der Nutzung von globalen Navigations-Satellitensystemen (GNSS, derzeit vor allem GPS, zum Teil Glonass, künftig Galileo) für hochgenaue Anwendungen in der Geodäsie sowie zur Navigation. Dabei stehen die folgenden Arbeitsgebiete im Zentrum der Forschungstätigkeit:

OTF-Algorithmen und Echtzeitfähigkeit:

Zielsetzung der Arbeit ist die Entwicklung von Methoden und Algorithmen, die zuverlässig eine präzise (d.h. differentiell mit Phasenbeobachtungen) kinematische (bewegte Systeme) Positionsbestimmung in Echtzeit (RTK, real-time kinematic) ermöglichen, und dies insbesondere auch über große Entfernungen (d.h. über einen lokalen Arbeitsbereich von 10 bis 25 km hinaus, Zielsetzung hierbei über 50 km). Kernpunkt hierbei ist die die Entwicklung von Algorithmen zur Ambiguitätenbestimmung in der Bewegung (OTF, on-the-fly) mit der notwendigen Robustheit gegenüber systematischen Fehlereinflüssen in den GNSS-Beobachtungen.

GNSS/INS-Integration:

Durch die Integration von GNSS und INS in einem System ergänzen sich die zueinander komplementären Eigenschaften bzw. Vorteile der Einzelsysteme: die hohe absolute und zeitlich annähernd konstante Genauigkeit des GPS sowie die gute relative, kurzzeitige Genauigkeit des INS mit seiner hohen Positionierungsrate. Die lange Tradition des Instituts auf diesem Gebiet (u.a. im Rahmen des SFB 228 Hochgenaue Navigation) wird fortgesetzt mit der Weiterentwicklung des bestehenden Systems auf der Basis eines Honeywell Lasernav II INS. Im Fokus der weiteren Arbeiten stehen Untersuchungen bzgl. der Eignung von sogenannten Low-Cost-Sensoren (MEMS-Kreisel und -Beschleunigungsmesser, u.a.) zur Integration im Hinblick auf hochgenaue Navigation.

Kinematische Präzise Punktpositionierung (PPP):

Die Verfügbarkeit von präzisen Ephemeriden für die GNSS-Satelliten, von Korrekturmodellen für ionosphärische und troposphärische Refraktion und zahlreiche weitere Fehlereinflüsse in den GNSS-Beobachtungen (im wesentlichen durch die Arbeit des International GNSS Service) eröffnet nunmehr ein enorm erhöhtes Genauigkeitspotential für die nicht-differenzielle Präzise Punktpositionierung (PPP). Gegenstand der Forschung ist die Analyse der erreichbaren Genauigkeiten in Abhängigkeit von der Beobachtungsdauer bei statischem PPP sowie für kinematische PPP. Für letztere bildet die Entwicklung von geeigneten Filter- bzw. Parameterschätzalgorithmen den Kern der Arbeiten.

Innovation durch Galileo:

Die durch den Aufbau von Galileo sich eröffnenden neuen Möglichkeiten für die oben genannten sowie andere Forschungsgebiete sind ebenfalls Gegenstand von wissenschaftlichen Untersuchungen. Durch geeignete Simulationen sollen diese Möglichkeiten qualitativ und quantitativ analysiert und prädiziert sowie in Algorithmen umgesetzt werden, so dass rechtzeitig zum Aufbau von Galileo geeignete Software zur Nutzung des erweiterten Positionierungspotentials zur Verfügung steht.

Geodätische Datenanalyse

Neben den traditionellen Verfahren der Ausgleichungsrechnung, z.B. in der Anwendung auf geodätische Netze, werden die Chancen alternativer Verfahren der Parameterschätzung im Bezug auf geodätische Beobachtungen erforscht. Bisherige Arbeiten und künftige Untersuchungen befassen sich mit folgenden Themen:

• Entscheidungsfindung in der Ambiguitätenfestsetzung mittels Fuzzy-Logic zur optimalen Berücksichtigung heterogener Information (MADM-Algorithmus, MADM = multi attribute decision making, auf der Basis unscharfer Attribute);
• Integrierte Parameterschätzung auf der Basis von GNSS, terrestrischen geodätischen Messungen (Nivellement, Totalstation, etc.), astrogeodätischen Beobachtungen sowie sonstiger Informationen unter korrekter Modellierung der Zusammenhänge zwischen geometrischen und physikalischen Referenzsystemen;
• Deformationsanalyse auf der Basis von GNSS Resultaten kombiniert mit terrestrischen geodätischen Meßverfahren, angewandt auf natürliche (geodynamische) Prozesse als auch auf die Überwachung von größeren Baustrukturen;
• Zeitreihenanalyse, insbesondere zur Auswertung und Interpretation der Daten von permanenten GNSS Referenzstationen, mit den Mitteln der stochastischen Signalanalyse, Signalanalyse im Frequenzraum, Wavelets, usf., mit der Zielsetzung der Selbstadaption der Analyse an die Datenqualität und Umgebungseigenschaften der Referenzstation und letztendlich der Trennung von systematischen Effekten und deformationsverursachten Anteilen in den Positionsänderungen;

Gottschalg, G.; Leinen, S.: Comparison and Evaluation of Integrity Algorithms for Vehicle Dynamic State Estimation in Different Scenarios for an Application in Automated Driving. Sensors 2021, 21, 1458. https://doi.org/10.3390/s21041458. 22pages.

Gottschalg, G., Becker, M., Leinen, S.: Integrity Concept for Sensor Fusion Algorithms used in a Prototype Vehicle for Automated Driving. The European Navigation Conference ENC 2020, November 23-24, 2020, Online-Event, 978-3-944976-28-0, DGON. 10 pages.

Buchholz, M.; Gies, F.; Danzer, A.; Henning, M.; Hermann, C.; Herzog, M.; Horn, M.; Schön, M.; Rexin, N.; Dietmayer, K.; Fernandez, C.; Janosovits, J.; Kamran, D.; Kinzig, C.; Lauer, M.; Molinos, E.; Stiller, C.; Ackermann, S.; Homolla, T.; Winner, H.; Gottschalg, G.; Leinen, S.; Becker, M.; Feiler, J.; Hoffmann, S.; Diermeyer, F.; Lampe, B.; Beemelmanns, T.; van Kempen, R.; Woopen, T.; Eckstein, L.; Voget, N.; Moormann, D.; Jatzkowski, I.; Stolte, T.; Maurer, M.; Graf, J.; v. Hinüber, E.; Siepenkötter, N. (2020): Automation of the UNICARagil vehicles. 29. Aachen Colloquium Sustainable Mobility 2020; Vol. 2, pp. 1531–1560. Zweitveröffentlicht auf OPARU, dem OPen Access Repositorium der Universität Ulm, doi:10.18725/OPARU-34024.

Reuper, B., Becker, M., and Leinen, S. (2018):: Benefits of Multi-Constellation/Multi-Frequency GNSS in a Tightly Coupled GNSS/IMU/Odometry Integration Algorithm. Sensors 2018, 18, 3052; doi:10.3390/s18093052. 25 pages.

Reuper, B., Becker, M., and Leinen, S. (2018): Performance Evaluation of a Tightly Coupled GNSS/IMU Integration Algorithm with Multi-Constellation/Multi-Frequency GNSS. European Navigation Conference 2018 (ENC2018), May 14-17, 2018, Gothenburg, Sweden.

Woopen, Timo; Lampe, Bastian; Böddeker, Torben; Eckstein, Lutz; Kampmann, Alexandru; Alrifaee, Bassam; Kowalewski, Stefan; Moormann, Dieter; Stolte, Torben; Jatzkowski, Inga; Maurer, Markus; Möstl, Mischa; Ernst, Rolf; Ackermann, Stefan; Amersbach, Christian; Leinen, Stefan; Winner, Hermann; Püllen, Dominik; Katzenbeisser, Stefan; Becker, Matthias; Stiller, Christoph; Furmans, Kai; Bengler, Klaus; Diermeyer, Frank; Lienkamp, Markus; Keilhoff, Dan; Reuss, Hans-Christian; Buchholz, Michael; Dietmayer, Klaus; Lategahn, Henning; Siepenkötter, Norbert; Elbs, Martin; Hinüber, Edgar von; Dupuis, Marius; Hecker, Christian (2018): UNICARagil – Disruptive Modular Architectures for Agile, Automated Vehicle Concepts. S. 1-32, Aachen, Germany, 27th Aachen Colloquium Automobile and Engine Technology 2018, Aachen, 2018, DOI: 10.18154/RWTH-2018-229909.

Reuper, B., Becker, M., and Leinen, S. (2017): Performance Assessment of Automotive Localization Algorithms via Metrics on a Modular Level. European Journal of Navigation Vol 15, No. 2, August 2017, p. 17-23, 2017.

Reuper, B., Becker, M., and Leinen, S. (2017): Performance Assessment of Automotive Localization Algorithms via Metrics on a Modular Level. International Symposium on Certification of GNSS Systems & Services, CERGAL, 05-06 July 2017, Darmstadt, Germany.

Zhao, Y., Becker, M., Becker D., and Leinen, S. (2015): Improving the performance of tightly coupled GPS/INS navigation by using time-difference GPS carrier-phase measurements and low-cost MEMS IMU. Gyroscopy and navigation 06(02), p. 133-142, 2015.

Steinhardt, N. and Leinen, S. (2015): Data fusion for accurate localization. In Handbook of Driver Assistance Systems, Springer, print in preparation, online: http://link.springer.com/referenceworkentry/10.1007/978-3-319-09840-1_26-1.

Steinhardt, N. und Leinen, S. (2015): Datenfusion für die präzise Lokalisierung. In Handbuch Fahrerassistenzsysteme, Winner et al. (Hrsg.), S. 481-511, Verlag SpringerVieweg.

Becker, D., Becker, M., Leinen, S., and Zhao, Y. (2014): Estimability in Strapdown Airborne Vector Gravimetry. IAG Symposia – The 3rd International Gravity Field Service (IGFS) General Assembly, June 30 – July 6 2014, Shanghai, China. Proceedings: Springer Verlag 2015, DOI 10.1007/1345_2015_209.

Zhao, Y., Becker, M., Becker D., and Leinen, S. (2014): Improving the performance of tightly-coupled GPS/INS navigation by using time-differenced GPS-carrier-phase measurements and low-cost MEMS IMUs. In Proceedings of 21st Saint Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems, page 43-52. 26.-28. May 2014, Saint Petersbrug, Russia.

Leinen, S. (2014): Zur Signifikanz von Phänomenen in GNSS-Zeitreihen – Der Weg zur statistisch plausiblen Aussage. in: 129. DVW-Seminar, Zeitabhängige Messgrößen – Ihre Daten haben (Mehr-)Wert, Seiten 129-147. Hannover, 26./27.02.2014.

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Dziubek, N., Winner, H., Becker, M., and Leinen, S. (2012): Sensordatenfusion zur hochgenauen Ortung von Kraftfahrzeugen mit integrierter Genauigkeits- und Integritätsbewertung der Sensorsignale. Proceedings of '5. Tagung Fahrerassistenz', Technische Universität München, 15.-16.05.2012, München.

Dziubek, N., Winner, H., Becker, M., and Leinen, S. (2011): Fahrstreifengenaue Ortung von Kraftfahrzeugen durch Datenfusion und Fehlerkompensation von Standard-Seriensensoren. Proceedings of Symposium POSNAV ITS 2011: Positionierung und Navigation für Intelligente Verkehrssysteme. Deutsche Gesellschaft für Ortung und Navigation, 22.-23.11.2011, Darmstadt.

Läufer, G., Becker, M., Leinen, S. und Heckmann, B. (2011): Untersuchung zu Stabilität, Zuverlässigkeit und Integrität des hessischen SAPOS-Referenznetzes, 2011. Proceedings of Symposium POSNAV ITS 2011: Positionierung und Navigation für Intelligente Verkehrssysteme. Deutsche Gesellschaft für Ortung und Navigation, 22.-23.11.2011, Darmstadt.

Läufer, G., Leinen, S. und Becker M. (2011): Reprozessierung der Daten des hessischen SAPOS®-Netzes und Analyse von Stationsstabilität und Geschwindigkeitsfeld. Studie für das Hessische Landesamt für Bodenmanagement und Geoinformation (HLBG), Technischer Report, 143 Seiten, Nr. IPGD-2010-03, Schriftenreihe des Instituts für Physikalische Geodäsie der TU Darmstadt, 2011.

Fernandes, R. M. S., Leinen S., Romero, I., Farah, H., Combrinck, L., and Khalil, H. (2009): AFREF08 and AFREF09: Case-studies towards the implementation of AFREF. Presentation by R. Fernandes at IAG 2009, Buenos Aires, Argentina, 31 August 2009.

Fernandes, R. M. S., Farah, H., Combrinck, L., Khalil, H., and Leinen S. (2009): Towards the implementation of AFREF: results of case-studies for the computation of the reference solution. Presentation by R. Fernandes at EGU 2009 General Assembly, Vienna, 24 April 2009.

G. Läufer, M. Becker, R. Drescher, C. Gerstenecker, S. Leinen, and S. Rödelsperger (2008): Ground based Deformation Monitoring within the Geotechnologien Project ”Éxupéry”. In Proceedings of 14th General Assembly of WEGENER, Darmstadt, Germany, 15.-18.09.2008, 2008.

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Becker, M., Leinen, S. und Müller, K. (2008): Analyse der Einsatzmöglichkeiten mehrerer GNSS bei stark eingeschränkter Satellitensichtbarkeit. Studie für das Hessische Landesamt für Bodenmanagement und Geoinformation (HLBG), Technischer Report, 97 Seiten, 2008.

Leinen, S., Schönemann, E., und Becker, M. (2007): Analyse, Konzeption und Dokumentation begleitend zur Einführung von Glonass und Galileo im hessischen SAPOS. Studie für das Hessische Landesamt für Bodenmanagement und Geoinformation (HLBG), Technischer Report, 83 Seiten, 2007.

Drescher, R., Leinen, S., Becker, M. (2007): Volcano monitoring by a GPS based hybrid sensor system. in Heft 28, Schriftenreihe der Fachrichtung Geodäsie, Fachbereich Bauingenieurwesen und Geodäsie, Technische Universität Darmstadt, ISBN 978-3-935631-17-4, Dezember 2007, S. 23-36.

Leinen, S., Becker, M., Lewi, E., Söhne, W., Weber, G. (2007): The New IGS Station ADIS and its Role for Geodesy and Geodynamics. submitted to Proceedings of the Symposium on occasion of the 50th anniversary of the Addis Ababa University Geophysical Observatory.

Leinen, S., Becker, M., Dow., J., Feltens, J., and Sauermann, K. (2007): Geodetic Determination of Radio Telescope Antenna Reference Point and Rotation Axis Parameters. Journal of Surveying Engineering, Vol. 133, no. 2, May 1, 2007, pp. 41-51. ISSN 0733-9453/2007/2-41-51.

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LEINEN, S., and BECKER, M. (2005): Determination of precise ITRF positions for ground-station satellite tracking antennae. Proceedings of ION GNSS 2005, September 13-16, 2005, Long Beach, California, USA.

FELTENS, J., DOW, J., BECKER, M., LEINEN, S., SAUERMANN, K. (2005): The ESA Tracking Site Directory II. in Proceedings of the 28th Antenna Workshop on Space Antenna Systems and Technologies, ESA/ESTEC, Noordwijk, The Netherlands, May 31 to June 3, 2005.

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CELIK, R.N., T. AYAN, H. DENLI, T. ÖZLÜDEMIR, S. EROL, E. GROTEN and S. LEINEN (1999): Land Sliding Monitoring Using GPS and Conventional Techniques in Gürpinar. Proceedings of Third Turkish-German Joint Geodetic Days, Istanbul, Turkey.

RABAH M., and LEINEN S. (1998): Real-Time Crustal Movement Determination over Long Baselines. Proceedings of Ninth International Symposium on Recent Crustal Movements, November 1998, Cairo, Egypt.

LEINEN S., GROTEN E. and AYAN T. (1998): The Combined Use of GPS and Levelling for Deformation Monitoring – Experiences from a Large Highway Viaduct. Proceedings of Ninth International Symposium on Recent Crustal Movements, November 1998, Cairo, Egypt.

GROTEN E., LEINEN S. and AYAN T. (1998): Deformation Monitoring around a Large Viaduct close to Istanbul using GPS and Levelling. Proceedings of Symposium Geodynamics of the Alps-Adria Area, 28.9.-2.10.98, Dubrovnik, Croatia.

HEINZE O., LEINEN S., MATHES A., SÖHNE W. (1997): Erprobung und Anwendung Geodätischer Trägheitsnavigationssysteme, in Abschlußbericht des SFB 228, September 1997, Stuttgart.

AYAN T., CELIK R., ALANKO G., DENLI H., ÖZLÜDEMIR T., GROTEN E., LEINEN S., TRAISER J. (1997): Die ersten Ergebnisse der Deformationsmessungen mit GPS auf dem Karasu-Viadukt, Proceedings of Second Turkish-German Joint Geodetic Days, May 1997, Berlin.

LEINEN S. (1997): Hochpräzise Positionierung über große Entfernungen und in Echtzeit mit dem Global Positioning System. DGK, Reihe C, Heft Nr. 472.

RABAH M., GROTEN E. and LEINEN S. (1996): Developing a Real-Time Algorithm for Detecting and Estimating Cycle-Slips in Undifferenced Mode. Proceedings of IAG Regional Symposium on Deformations and Crustal Movement Investigations Using Geodetic Techniques, Aug. 31 – Sept. 5, 1996, Szekesfehervar, Hungary.

GROTEN E., LEINEN S. and MATHES A. (1995): About the Possibility of Monitoring Deformations by a Real-Time DGPS Network. Proceedings of First Turkish-German Joint Geodetic Days, 25-27 September 1995 , Istanbul.

LEINEN S., MATHES A. und GIANNIOU M. (1995): Zentimetergenauigkeit in Echtzeit – Von der Offline-Auswertung zum automatisierten GPS-Meßsystem. DVW-Hessen Mitteilungen 1/1995.

GROTEN E., LEINEN S., KARTAL F., HOSBAS G., ERSOY N., ERKÜCÜK G., GÜZEL G., UZEL T. and EREN K. (1994): Dam Monitoring By Continous GPS Observations. Proceedings of First Turkish International Symposium on Deformations, 5-9 September 1994 , Istanbul.

LEINEN S., WACHTER J. und GOECKE W. (1994): Nutzung von GPS zur Erarbeitung von Planungsgrundlagen für ein Straßenbauprojekt in Benin/Westafrika. Allgemeine Vermessungs-Nachrichten, 11-12, 1994, S. 439-446.

BECKER M., GROTEN E., LEINEN S. und SAUERMANN K. (1993): Studie zu Einrichtung und Betrieb von DGPS-Referenzstationen in Hessen. Report des IPGD für das Hessische LVA.

JÄGER R. and LEINEN S. (1992): Spectral Analysis of GPS-Networks and -Processing Strategies due to Random and Systematic Errors. Proceedings of 6th International Geodetic Symposium on Satellite Positioning, Columbus, Ohio (USA).

LEINEN S., JÄGER R., ILLNER M. and MIERLO J. van (1991): GPS-Alps-Traverse: Determination of an optimum session-/fiducialpoint-design and processing strategy by simulation studies and theoretical investigations reagarding sources of random and systematic errors with respect to precision, bias and sensitivity. Paper presented at the IUGG General Assembly, Wien 1991, published in: Report of SFB 108, University of Karlsruhe, Germany, 1992.