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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auswählen eines Arbeitsfrequenzbereiches einer Umfeldsensoreinrichtung und eine entsprechende Umfeldsensoreinrichtung.
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Stand der Technik
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Die
US 4 328 497 A betrifft ein Störanalyse- und Sendeselektionssystem für ein Radar, das eine akustische-Oberflächenwellenvorrichtung verwendet, um störende Frequenzen zu erkennen, die sich in der Nähe der erlaubten Sendefrequenzen des Radars befinden können. Die
DE 40 235 38 A1 beschreibt eine Kollisionswarneinrichtung, insbesondere zur Vermeidung von Kollisionen mit stehenden Hindernissen im Nahbereich eines Kraftfahrzeugs, mit einer Einrichtung zur berührungslosen Abstandsmessung, wobei bei der Kollisionswarneinrichtung mindestens zwei Ultraschallsensoren in einem vorgegebenen Abstand angeordnet sind.
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Bei der dort beschriebenen Einrichtung ist eine Auswertung der Laufzeiten zwischen dem Aussenden jeweils eines Ultraschallsignals und dem Empfangen eines reflektierten Ultraschallsignals vorgesehen, wobei das Ultraschallsignal des jeweils gleichen und des jeweils anderen Ultraschallsensors verwendet wird.
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Die Druckschrift mit dem Titel „Fast Bearing Measurement with a Single Ultrasonic Transducer“ von T. Yata, L. Kleeman und S. Yuta erschienen im International Journal of Robotics Research, Ausgabe 17, Nummer 11, auf den Seiten 1202-1213 erschienen im Jahr 1998 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ultraschall-Abtastung. Bei dem dort beschriebenen Verfahren wird zur Extraktion von Informationen ein einziger Ultraschallwandler verwendet, welcher in einem Ultraschall-Puls-Echo-Erkennungsmodus betrieben wird.
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Die
FR 281 797 3 A1 beschreibt ein Verfahren zum Erfassen der Position von Objekten zur Unterstützung beim Einparken eines Kraftfahrzeugs, wobei das Verfahren unter Verwendung eines Netzes von Ultraschall-Sensoren am Kraftfahrzeug durchgeführt wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Auswählen eines Arbeitsfrequenzbereiches einer Umfeldsensoreinrichtung mit folgenden Verfahrensschritten: Erfassen eines Frequenzspektrums über einen Frequenzbereich mittels einer Empfängereinrichtung und Bereitstellen von Betriebsdaten zu der Umfeldsensoreinrichtung; Ermitteln einer Menge von möglichen Arbeitsfrequenzbereichen innerhalb des Frequenzbereichs anhand des erfassten Frequenzspektrums und anhand der bereitgestellten Betriebsdaten durch eine Rechnereinrichtung; und Auswählen des Arbeitsfrequenzbereiches der Umfeldsensoreinrichtung durch die Rechnereinrichtung aus der ermittelten Menge der möglichen Arbeitsfrequenzbereiche anhand eines vorgegebenen Kriteriums.
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Ferner schafft die vorliegende Erfindung eine Umfeldsensoreinrichtung mit: einer Empfängereinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, ein Frequenzspektrum über einen Frequenzbereich zu erfassen; einer Speichereinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, Betriebsdaten zu der Umfeldsensoreinrichtung bereitzustellen; und einer Rechnereinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, eine Menge von möglichen Arbeitsfrequenzbereichen innerhalb des Frequenzbereichs anhand des erfassten Frequenzspektrums und anhand der bereitgestellten Betriebsdaten zu ermitteln und den Arbeitsfrequenzbereich der Umfeldsensoreinrichtung aus der ermittelten Menge der möglichen Arbeitsfrequenzbereiche anhand eines vorgegebenen Kriteriums auszuwählen.
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Vorteile der Erfindung
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Der Kern der Erfindung ist eine adaptive Anpassung der Frequenz des von der Umfeldsensoreinrichtung ausgesendeten Schallimpulses an das Frequenzspektrums des Umgebungsschalls mit Hilfe breitbandiger Sender- oder Empfangseinheiten oder mit Hilfe mehrerer schmalbandiger Sender- oder Empfängereinheiten unterschiedlicher Arbeitsfrequenz. Dies ermöglicht der erfindungsgemäßen adaptiven, breitbandigen Umfeldsensoreinrichtung flexibel auf externe Störschallquellen zu reagieren und Interferenzen mit ähnlichen oder gleichartigen Systemen in der Umgebung zu vermeiden. Dadurch ist eine Funktion der Umfeldsensoreinrichtung auch unter unterschiedlichen Störeinflüssen gewährleistet.
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Die Erfindung soll die Umfeldsensierung von laufzeitbasierten aktiven dreidimensionalen Entfernungsensoren mit Schall bei einer Störschallsituation verbessern. Zu diesem Zweck wird ein adaptives System in Form einer Umfeldsensoreinrichtung bereitgestellt, die zuerst passiv mit einem breitbandigen Empfänger oder mit mehreren schmalbandigen Empfängereinheiten unterschiedlicher Arbeitsfrequenz das Frequenzspektrum des Umgebungsschalls aufnimmt, den Frequenzbereich oder das Frequenzband mit dem niedrigsten Umgebungsschall aufgrund einer geeigneten Strategie mittels des Empfängers oder mittels der mehreren schmalbandigen Empfängereinheiten identifiziert und den Schallpuls zur aktiven Entfernungsmessung mit Hilfe des breitbandigen Senders oder der mehreren schmalbandigen Sendereinheiten unterschiedlicher Arbeitsfrequenz in dem identifizierten Frequenzband aussendet.
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Vorteilhaft können dadurch externe Schallquellen das System nicht stören, sofern die externen Schallquellen nicht das gesamte, für die Umfeldsensoreinrichtung relevante Frequenzspektrum belegen. Diese externen Störschallquellen können bei Fahrerassistenzsysteme durch Abrollen eines Kraftfahrzeugreifen auf dem Straßenbelag entstehen oder bei Transportroboter durch bestimmte elektrische Komponenten in Gebäuden, wie etwa ein Vorschaltgerät einer Leuchtstoffröhre.
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Ähnliche oder gar gleichartige Systeme auf unterschiedlichen, sich begegnenden Fahrzeugen/Robotern stören sich nicht gegenseitig, sofern die Identifizierungsstrategie dies bei ihrer Frequenzauswahl berücksichtigt.
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Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Frequenzspektrum als ein Amplitudenspektrum erfasst wird. Dies erlaubt eine einfache Datenverarbeitung bei der Umfeldsensierung.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine Bandbreite des Arbeitsfrequenzbereiches an die bereitgestellten Betriebsdaten zu der Umfeldsensoreinrichtung angepasst wird. Dadurch kann die Bandbreite des Arbeitsfrequenzbereiches vorteilhaft an die Kenndaten der Sendeeinrichtung oder der Empfängereinrichtung angepasst werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass als das vorgegebene Kriterium für das Auswählen des Arbeitsfrequenzbereiches der Umfeldsensoreinrichtung eine beliebige Auswahl verwendet wird. Dies vermeidet vorteilhaft eine Überlagerung zweier identischer oder zweier ähnlicher Umfeldsensoreinrichtungen beim Einparken auf einem belebtem Parkplatz oder eine Überlagerung, wenn sich zwei Transportroboter mit jeweils einer Umfeldsensoreinrichtung an einer Kreuzung begegnen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass als das vorgegebene Kriterium für das Auswählen des Arbeitsfrequenzbereiches der Umfeldsensoreinrichtung ein Abgleichen eines Frequenzspektrums einer schallaussenden Störquelle mit der ermittelten Menge der möglichen Arbeitsfrequenzbereiche von der Rechnereinrichtung verwendet wird. Dadurch kann vorteilhaft die Ausfallsicherheit der Umfeldsensoreinrichtung erhöht werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass als das vorgegebene Kriterium für das Auswählen des Arbeitsfrequenzbereiches der Umfeldsensoreinrichtung ein Abgleichen von zu erwartenden Störungen einer schallaussende Störquelle mit der ermittelten Menge der möglichen Arbeitsfrequenzbereiche von der Rechnereinrichtung verwendet wird. Dadurch kann die Umfeldsensoreinrichtung an die Situation des Umgebungsschalls mit Hilfe breitbandiger Sender- und Empfängereinrichtung angepasst werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass durch das Auswählen des Arbeitsfrequenzbereiches ein bisher verwendeter Arbeitsfrequenzbereich der Umfeldsensoreinrichtung geändert wird. Dadurch kann die Umfeldsensoreinrichtung flexibel auf externe Störschallquellen reagieren.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verfahren von einem Assistenzsystem für ein Kraftfahrzeug oder für ein Flurförderfahrzeug oder für ein autonom fahrendes Kraftfahrzeug, von einem Flurförderfahrzeug oder von einem Roboter oder einem System zur Unterstützung sehbehinderter Menschen durchgeführt wird.
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Die beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich beliebig miteinander kombinieren.
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Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung.
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Figurenliste
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Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung.
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Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die dargestellten Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Frequenz-Zeit-Diagramms zur Erläuterung der Erfindung;
- 2 eine schematische Darstellung einer Umfeldsensoreinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und
- 3 eine schematische Darstellung eines Flussdiagramms eines Verfahrens zum Auswählen eines Arbeitsfrequenzbereiches einer Umfeldsensoreinrichtung gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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In den Figuren der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, Bauteile, Komponenten oder Verfahrensschritte, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Frequenz-Zeit-Diagramms zur Erläuterung der Erfindung.
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Auf der X-Achse ist die Zeit t dargestellt, die Y-Achse gibt die Frequenz in Hz wieder. Ein Frequenzbereich FB umfasst vier Arbeitsfrequenzbereiche A, B, C, D.
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Das in der 1 gezeigte Frequenz-Zeit-Diagramm stellt beispielsweise eine Situation mit zwei Robotern dar, die mit derselben Umfeldsensoreinrichtung zur aktiven, schallbasierten Umfelderfassung ausgerüstet sind, sowie mehreren zeitlich begrenzten Störschallquellen.
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Diese Situation kann beispielsweise beim Aufeinandertreffen zweier mit einer Umfeldsensoreinrichtung 100 ausgestatteter Transportroboter an einer Kreuzung mit schallabstrahlenden technischen Geräten wie etwa einem Transformator oder einem Vorschaltgerät einer Leuchtstoffröhre auftreten. Ein möglicher zeitlicher Ablauf bezüglich der Belegung der Arbeitsfrequenzbereiche A, B, C, D innerhalb des Frequenzbereiches FB ist in dem in der 1 gezeigten Frequenz-Zeit-Diagramm dargestellt.
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Dabei wurden zur Vereinfachung die Arbeitsfrequenzbereiche A, B, C, D als diskrete Frequenzbänder eines Frequenzbereiches FB dargestellt. Eine erste schallausendende Störquelle SG1 sendet beginnend zum Zeitpunkt t0 und endend zum Zeitpunkt t1 Störschall innerhalb der beiden Arbeitsfrequenzbereiche B und C aus.
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Eine zweite schallausendende Störquelle SG2 sendet beginnend zum Zeitpunkt t1 und endend zum Zeitpunkt t2 Störschall innerhalb der beiden Arbeitsfrequenzbereiche C und D aus.
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Ein erster Roboter beginnt zum Zeitpunkt t0 mit der passiven Messung des Umgebungsschalls in dem Bereich SB1, detektiert eine Störung innerhalb der Frequenzbänder B sowie C und entscheidet sich für eine aktive Messung den Arbeitsfrequenzbereich A in dem Bereich AB1 zu benutzen.
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Ein zweiter Roboter beginnt beispielsweise später mit der passiven Messung in dem Bereich SB2. Der zweite Roboter erkennt zusätzlich eine Belegung des Frequenzbandes A durch den ersten Roboter und entscheidet sich daher für die Arbeitsfrequenzbereich B innerhalb des Bereiches AB2.
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Als die Störquelle SG1 versiegt, entscheidet sich der erste Roboter beispielsweise aufgrund einer auf einem Zufallsalgorithmus basierenden Auswahlstrategie für den Arbeitsfrequenzbereich B. Der zweite Roboter wird zwar bei der dritten aktiven Messung in Arbeitsfrequenzbereich D durch die neu entstehende externe Störquelle SG2 zwar gestört, erkennt dies aber bei der nächsten passiven Messung und entscheidet sich für den nun frei gewordenen Arbeitsfrequenzbereich A.
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Die 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Umfeldsensoreinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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Eine Umfeldsensoreinrichtung 100 umfasst eine Speichereinrichtung 10, eine Empfängereinrichtung 20, eine Sendereinrichtung 30 und eine Rechnereinrichtung 40.
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Die Empfängereinrichtung 20 ist dazu ausgelegt, ein Frequenzspektrum über einen Frequenzbereich FB zu erfassen und in Form von elektrischen Signalen zu der Rechnereinrichtung 40 zu übermitteln. Die Sendereinrichtung 30 ist beispielsweise dazu ausgelegt, elektrische Signale der Rechnereinrichtung 40 in Schall umzuwandeln und auszusenden.
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Die Speichereinrichtung 10 ist dazu ausgelegt, Betriebsdaten zu der Umfeldsensoreinrichtung 100 bereitzustellen. Die Betriebsdaten zu der Umfeldsensoreinrichtung 100 umfassen beispielsweise Daten zu den möglichen Arbeitsfrequenzbereichen A, B, C, D, zu den Kenndaten der Empfängereinrichtung 20 und der Sendereinrichtung 30 oder zu weiteren Komponenten der Umfeldsensoreinrichtung 100.
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Die Rechnereinrichtung 40 ist dazu ausgelegt, eine Menge von möglichen Arbeitsfrequenzbereichen A, B, C, D innerhalb des Frequenzbereichs FB anhand des erfassten Frequenzspektrums und anhand der bereitgestellten Betriebsdaten zu ermitteln und den Arbeitsfrequenzbereich A, B, C, D der Umfeldsensoreinrichtung 100 aus der ermittelten Menge der möglichen Arbeitsfrequenzbereiche A, B, C, D anhand eines vorgegebenen Kriteriums auszuwählen.
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Die Empfängereinrichtung 20, die Speichereinrichtung 10 und die Rechnereinrichtung 40 sind beispielsweise als netzwerkmäßig verbundene Rechnereinheiten ausgeführt.
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Die Rechnereinrichtung 40 und die Speichereinrichtung 10 ist sind beispielsweise als eine Prozessoreinheit oder als eine sonstige elektronische Datenverarbeitungseinheit ausgebildet.
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Eine Anzeigeneinrichtung 50 der Umfeldsensoreinrichtung 100 ist beispielsweise mit der Rechnereinrichtung 40 gekoppelt und ist zum Anzeigen der Funktion der Umfeldsensoreinrichtung vorgesehen.
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Die Anzeigeneinrichtung 50 kann als eine Flüssigkristallanzeige oder als ein Flüssigkristallbildschirm ausgebildet sein, dessen Funktion darauf beruht, dass Flüssigkristalle die Polarisationsrichtung von Licht beeinflussen, wenn ein bestimmtes Maß an elektrischer Spannung angelegt wird.
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Die Empfängereinrichtung 20 ist beispielsweise als ein Mikrofon oder als ein sonstiger Schallwandler ausgebildet, der Luftschall als Schallwechseldruckschwingungen in entsprechende elektrische Spannungsänderungen als Mikrofonsignal umwandelt.
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Die Sendereinrichtung 30 ist beispielsweise als ein elektrodynamischer Lautsprecher mit zentralem Antrieb oder als ein elektrostatischer Lautsprecher oder als ein ferroelektrischer Lautsprecher oder als ein elektromagnetischer Lautsprecher oder als ein sonstiger Lautsprecher ausgebildet.
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Die Rechnereinrichtung 40 ist beispielsweise als ein Mikrocontroller, auch µController, ausgebildet, welcher neben einem Prozessor auch Einheiten für Peripheriefunktionen auf einem Chip vereint.
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Die Umfeldsensoreinrichtung 100 kann über eine von der Rechnereinrichtung 40 gemessene Laufzeit des Schallpulses die Entfernung eines Reflexionspunktes P1 an einem Objekt O bestimmen.
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Optional kann durch die Umfeldsensoreinrichtung 100 die Ortsbestimmung des Reflexionspunktes P1 des Objektes O über eine Methode basierend auf einer Frequenzverschiebung oder auf einer Trilateration oder auf einer Phasenverschiebung vorgenommen werden, wobei mittels mehrere räumlich distanzierter Empfängereinrichtungen 20 und/oder mehrere räumlich distanzierter Sendereinrichtungen 30 die Richtung und die vollständigen Raum-Koordinaten des Reflexionspunktes P1 bestimmt werden oder mittels einer Phasenverschiebung des Signals zwischen mehreren räumlich distanzierten Empfängern 20 die Richtung und die vollständige Raumkoordinaten von P1 bestimmt werden. Die maximale Laufzeit eines Schallpulses in der Szene wird als Burstlaufzeit der Umfeldsensoreinrichtung 100 bezeichnet und bestimmt die maximale Reichweite für eine Objektdetektion der Umfeldsensoreinrichtung 100.
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Die 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Flussdiagramms eines Verfahrens zum Auswählen eines Arbeitsfrequenzbereiches einer Umfeldsensoreinrichtung gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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Als ein erster Verfahrensschritt erfolgt ein Erfassen S1 eines Frequenzspektrums über einen Frequenzbereich FB mittels einer Empfängereinrichtung 20 und ein Bereitstellen von Betriebsdaten zu der Umfeldsensoreinrichtung 100.
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Als ein zweiter Verfahrensschritt erfolgt ein Ermitteln S2 einer Menge von möglichen Arbeitsfrequenzbereichen A, B, C, D innerhalb des Frequenzbereichs FB anhand des erfassten Frequenzspektrums und anhand der bereitgestellten Betriebsdaten durch eine Rechnereinrichtung 40.
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Als ein dritter Verfahrensschritt erfolgt ein Auswählen S3 des Arbeitsfrequenzbereiches A; B; C; D der Umfeldsensoreinrichtung 100 durch die Rechnereinrichtung 40 aus der ermittelten Menge der möglichen Arbeitsfrequenzbereiche A, B, C, D anhand eines vorgegebenen Kriteriums.
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Die einzelnen Verfahrensschritte des Verfahrens zum Auswählen eines Arbeitsfrequenzbereiches einer Umfeldsensoreinrichtung können dabei in beliebiger Weise, etwa iterativ oder rekursiv, wiederholt werden.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
