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Die Erfindung betrifft ein Radarsystem für ein Fahrzeug, aufweisend eine zentrale Steuereinheit zum Senden von Daten und zum Verarbeiten von empfangenen Daten, mindestens ein von der zentralen Steuereinheit beabstandeter Radarsensorkopf mit mindestens einer Sendeantenne zum Erzeugen und mindestens einer Empfangsantenne zum Empfangen von Radarwellen und aufweisend mindestens eine Datenleitung zwischen der zentralen Steuereinheit und dem mindestens einen Radarsensorkopf.
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Stand der Technik
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Bei Fahrzeuge mit einem hohem Level an Fahrerassistenzfunktionen oder automatisierten Fahrfunktion werden immer mehr Radarsensoren verbaut. Durch eine höhere Anzahl an Radarsensoren wird eine höhere Leistungsfähigkeit der automatisierten oder teilautomatisierten Fall Funktionen gegenüber einzelnen Radarsensoren angestrebt. Bisherige Lösungen in diesem Bereich bestehen aus Radarsensoren, welche sensorintern umfangreiche Datenverarbeitung der empfangenen Radarwellen durchführen. Somit können die Radarsensoren Daten auf Objekt- oder Ortungsebene für eine weitere Auswertung durch das Fahrzeug liefern. Hierdurch kann die an das Fahrzeug übertragene Datenmenge reduziert werden, jedoch müssen die jeweiligen Radarsensoren eine höhere Rechenleistung und einen größeren Speicher aufweisen.
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Nachteilig ist hierbei, dass die Rechenleistung und die Speichergröße verhältnismäßig ungünstig in Bezug auf gesteigerte Leistungsfähigkeit skalierbar sind. Dies resultiert insbesondere daraus, dass ausgehend von einer definierten Anforderung an die Leistungsfähigkeit die Mikrocontroller-Technologie für die notwendigen Verarbeitungsschritte der empfangenen Radarwellen nicht mehr ausreicht. Daher müssen zum Steigern der Leistungsfähigkeit die notwendigen Berechnungen und Analysen sensorintern im Rahmen von Mikroprozessortechnologien durchgeführt werden. Dies kann sich nachteilig auf einen Preis, eine Größe und auf Verlustleistungen eines Radarsensors auswirken.
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Des Weiteren sind zum Gewährleisten einer hohen Leistungsfähigkeit aktuelle Kalibrierungsdaten notwendig, um die Hardwareeigenschaften eines Sensors beschreiben zu können. Diese Kalibrierungsdaten können, insbesondere bei Reparaturen, üblicherweise nur durch Aktualisieren der jeweiligen sensorinternen Datenverarbeitungsvorrichtungen berücksichtigt werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann darin gesehen werden, ein Radarsystem für Fahrzeuge vorzuschlagen, welches preiswert und flexibel im Hinblick auf die Anzahl der verwendeten Radarsensoren und der Leistungsfähigkeit skalierbar ist sowie technisch einfach kalibrierbar ist.
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Diese Aufgabe wird mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.
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Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Radarsystem für ein Fahrzeug bereitgestellt. Das Radarsystem weist mindestens eine zentrale Steuereinheit zum Senden von Daten und zum Verarbeiten von empfangenen Daten auf. Des Weiteren weist das Radarsystem mindestens einen von der zentralen Steuereinheit beanstandeten Radarsensorkopf mit mindestens einer Sendeantenne zum Erzeugen von Radarwellen und mindestens einer Empfangsantenne zum empfangen von Radarwellen auf. Zum Übertragen von Daten weist das Radarsystem mindestens eine Datenleitung zwischen der mindestens einen zentralen Steuereinheit und dem mindestens einen Radarsensorkopf auf. Erfindungsgemäß weist der mindestens eine Radarsensorkopf einen Kalibrierungsdatenspeicher zum Bereitstellen von Kalibrierungsdaten für ein Verarbeiten von Daten durch die mindestens eine zentrale Steuereinheit auf.
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Unter dem Aspekt, dass mehrere Radarsensoren in einem Fahrzeug eingesetzt werden ist es vorteilhaft die benötigte Rechenleistung in mindestens einem zentralen Steuergerät zu konzentrieren. Die jeweiligen Radarsensoren können somit als kompakte und preiswerte Radarsensorköpfe ohne signifikante Verlustleistungen gestaltet sein. Dadurch kann insgesamt ein besseres Preis-LeistungsVerhältnis erzielt und eine höhere Leistungsfähigkeit des Radarsystems realisiert werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Radarsystem weist der mindestens eine Radarsensorkopf Komponenten zum Erzeugen und Senden von Radarwellen sowie Komponenten zum Empfangen und Verarbeiten von empfangenen Radarwellen auf. Die Verarbeitung der empfangenen Radarwellen beschränkt sich hierbei auf ein möglichst geringes Maß bzw. findet mit einem möglichst geringen Aufwand statt. Insbesondere können die Messdaten der empfangenen Radarwellen durch den Analog-Digital-Wandler digitalisiert und anschließend mit einer hohen Bandbreite an das mindestens eine zentrale Steuergerät übertragen werden. Die Weiterverarbeitung der digitalisierten Messdaten von dem mindestens einen Radarsensorkopf kann anschließend in dem mindestens einen zentralen Steuergerät erfolgen.
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Hierdurch können die Kosten für die jeweiligen Radarsensorköpfen reduziert werden, da weniger Rechenleistung in den Radarsensorköpfen notwendig ist. Darüber hinaus kann eine geringere Verlustleistung in den jeweiligen Radarsensorköpfen aufgrund der geringeren Anzahl an Verarbeitungsschritten anfallen. Zwar steigt der Rechenaufwand in der mindestens einen zentralen Steuereinheit, jedoch kann hierbei die Rechenleistung im Vergleich zu den anfallenden Kosten leichter bzw. mit einem geringeren Aufwands skaliert werden. Bei einer Gesamtbetrachtung des Radarsystems kann das erfindungsgemäße Radarsystem preiswert und flexibel gegenüber bisherigen Lösungen erweitert und skaliert werden. Des Weiteren können durch die höhere Rechenleistung der mindestens einen zentralen Steuereinheit komplexere und leistungsfähigere Algorithmen zum Verarbeiten der empfangenen Radarwellen eingesetzt werden.
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Damit die mindestens eine zentrale Steuereinheit die durch den mindestens einen Radarsensorkopf ermittelten Messdaten verarbeiten kann, müssen definierte Hardwareeigenschaften des mindestens einen Radarsensorkopfes bekannt sein. Diese Informationen über die jeweiligen Radarsensorköpfe können vorzugsweise durch Kalibrierungsdaten der mindestens einen zentralen Steuereinheit bereitgestellt werden. Dazu können unterschiedliche Daten gehören, wie beispielsweise das Rauschniveau. Zu relevanten Kalibrierungsdaten kann insbesondere die Antennenkalibrierung bzw. das Antennendiagramm gehören. Das Antennendiagramm beschreibt die Abhängigkeit der mindestens einen Sendeantenne und der mindestens einen Empfangsantenne von einer Richtung, in Form eines Azimutwinkels und eines Elevationswinkels, der gesendeten Radarwellen bzw. der empfangenen Radarwellen. Diese Kalibrierungsdaten können in dem Kalibrierungsdatenspeicher des mindestens einen Radarsensorkopfes hinterlegt sein und der mindestens einen zentralen Steuereinheit zum Auswerten und zum Verarbeiten der Messdaten des mindestens einen Radarsensorkopfes zur Verfügung gestellt werden.
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Durch den in den mindestens einen Radarsensorkopf angeordneten Kalibrierungsdatenspeicher können aktuelle Kalibrierungsdaten flexibel und technisch einfach der mindestens einen zentralen Steuereinheit bereitgestellt werden. Somit bleiben aktuelle Kalibrierungsdaten in den jeweiligen Radarsensorköpfen auch bei einem austauschen der mindestens einen zentralen Steuereinheit bestehen. Darüber hinaus können einzelne Radarsensorköpfe auch nachträglich kalibriert bzw. justiert werden, wodurch eine Genauigkeit und eine Leistungsfähigkeit des erfindungsgemäßen Radarsystems erhöht werden kann. Der Kalibrierungsdatenspeicher ermöglicht es, stets die korrekten Kalibrierungsdaten der jeweiligen Radarsensorköpfe abrufbereit vorzuhalten.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Radarsystems weist mindestens eine zentrale Steuereinheit eine Signalverarbeitungsvorrichtung zum Verarbeiten von Daten mindestens eines Radarsensorkopfes auf. Die Kalibrierungsdaten der jeweiligen Radarsensorköpfe müssen bei der Signalverarbeitung in der mindestens einen zentralen Steuereinheit berücksichtigt werden. Die Signalverarbeitung findet vorzugsweise in der Signalverarbeitungsvorrichtung statt. Die Signalverarbeitungsvorrichtung kann beispielsweise ein Modul innerhalb der mindestens einen zentralen Steuereinheit sein, welches für die Auswertung und die Verarbeitung der Messdaten unterschiedlicher Radarsensorköpfe zuständig ist.
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Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel des Radarsystems sind die Kalibrierungsdaten des mindestens einen Radarsensorkopfes von der Signalverarbeitungsvorrichtung nach einer Montage, einem Austausch oder einer Wartung des mindestens einen Radarsensorkopfes über die mindestens eine Datenleitung abrufbar. Insbesondere kann ein Wechsel eines oder mehrerer Radarsensorköpfe aufgrund eines Werkstattaufenthalts notwendig sein. Durch Reparaturen, Inspektionen oder Wartungsarbeiten der Radarsensorköpfe kann der Bedarf für eine erneute Kalibrierung entstehen. Durch den in dem mindestens einen Radarsensorkopf angeordneten Kalibrierungsdatenspeicher, können die jeweiligen Radarsensorköpfe individuell und bei Bedarf kalibriert werden. Die entsprechenden Informationen bzw. Kalibrierungsdaten hierfür können in den jeweiligen Kalibrierungsdatenspeicher abgelegt werden. Vorzugsweise kann die mindestens eine zentrale Steuereinheit auf die jeweiligen Kalibrierungsdatenspeicher der Radarsensorköpfe zugreifen und die hinterlegten Informationen für die Auswertung der Messdaten der Radarsensorköpfe verwerten. Die durch den mindestens einen Radarsensorkopf bereitgestellten Kalibrierungsdaten können über die mindestens eine Datenleitung von der mindestens einen zentralen Steuereinheit abgerufen werden. Vorzugsweise können die Kalibrierungsdaten in den entsprechenden Kalibrierungsdatenspeichern permanent hinterlegt werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Radarsystems sind die Kalibrierungsdaten des mindestens einen Radarsensorkopfes von der Signalverarbeitungsvorrichtung kontinuierlich abrufbar. Hierdurch kann die mindestens eine zentrale Steuereinheit bei Bedarf jederzeit auf die in den jeweiligen Kalibrierungsdatenspeichern hinterlegten Informationen über den mindestens einen Radarsensorkopf zurückgreifen. Dies kann auch während einer beliebigen Laufzeit des Radarsystems möglich sein, wodurch auch bereits abgerufene Kalibrierungsdaten im Rahmen einer Signalverarbeitung durch die Signalverarbeitungsvorrichtung auf Korrektheit geprüft werden können.
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Nach einem Ausführungsbeispiel des Radarsystems sind die von der mindestens einen Empfangsantenne des mindestens einen Radarsensorkopfes empfangenen Radarwellen durch einen Analog-Digital-Wandler in digitale Messdaten wandelbar und mit mindestens einer Zeitinformation markierbar. Hierdurch können die empfangenen Radarwellen bzw. Messdaten in ein digitales Format umgewandelt und somit einfacher weiterverarbeitet werden. Vorteilhafterweise können die in ein digitales Format umgewandelten Messdaten mit einem Zeitstempel versehen werden. Es kann beispielsweise jedes aufgezeichnete Spektrum einen eigenen Zeitstempel erhalten.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Radarsystems weist der mindestens eine Radarsensorkopf eine dem Analog-Digital-Wandler nachgeschaltete und der mindestens einen Datenleitung vorgeschaltete Analyseeinheit zum Durchführen einer schnellen Fourier-Transformation auf. Mit zunehmender Verbesserung von elektrotechnischen Herstellungsverfahren ist es möglich, in einen Hochfrequenzbaustein, wie beispielsweise einen so genannten Monolithic Microwave Integrated Circuit (MMIC), zusätzlich eine erste Verarbeitungsstufe zu integrieren. Dies kann vorzugsweise eine Analyseeinheit zum Durchführen einer Fourier-Analyse sein. Beispielsweise kann die Analyseeinheit eine Range FFT der digitalisierten Messdaten durchführen. Abhängig von den verwendeten Modulationsverfahren können auch andere Fourier-Transformationen verwendet werden. Diese erste Verarbeitungsstufe ist in der Regel preiswert in die bestehenden Komponenten eines Radarsensorkopfes integrierbar, da die benötigte Fläche im Hochfrequenzbaustein sehr gering ist und ein geringer Speicherbedarf besteht. Somit kann bei der Herstellung des entsprechenden Hochfrequenzbausteins die verwendete Siliziumfläche üblicherweise gleich bleiben. Somit werden die Abtastwerte bzw. empfangenen Radarwellen nach dem digitalisieren nicht direkt übertragen, sondern einer ersten Verarbeitungs-stufe unterzogen. Die schnelle Fourier-Transformation kann beispielsweise auf den jeweiligen Verwendungszweck angepasst sein. Beispielsweise kann die schnelle Fourier-Transformation nur bis zur Anti Aliasing Filter Grenze durchführbar sein.
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Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel des Radarsystems sind die digitalen Messdaten durch die mindestens eine Datenleitung an die zentrale Steuereinheit übertragbar und in der zentralen Steuereinheit durch die mindestens eine Zeitinformation synchronisierbar. Durch die Verarbeitung der empfangenen Messdaten im Radarsensorkopf durch die Analyseeinheit findet eine definierte Pufferung der anfallenden Datenmenge statt. Die hieraus resultierenden Abweichungen zwischen dem mindestens einen Radarsensorkopf und dem mindestens einen zentralen Steuereinheit können basierend auf der vergebenen Zeitinformation kompensiert werden. Die Zeitinformationen können vorzugsweise in Form eines Zeitstempels oder mehrere Zeitstempel realisiert sein. Somit können die Zeitstempel für eine zeitliche Synchronisation der Messdaten zwischen dem mindestens einen Radarsensorkopf der mindestens einen zentralen Steuereinheit eingesetzt werden. Hierdurch können auch verzögert an die mindestens eine zentrale Steuereinheit übertragenen Messdaten zeitlich korrekt eingeordnet und für weitere Anwendungen oder Berechnungen verwendet werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Radarsystems ist die mindestens eine Zeitinformation durch eine in dem mindestens einen Radarsensorkopf angeordneten Zeit und Steuervorrichtung erzeugbar. Der mindestens eine Radarsensorkopf kann somit eine zusätzliche, parallel zu der Analyseeinheit angeordnete, Schaltung aufweisen. Die Zeit und Steuervorrichtung kann beispielsweise über die mindestens eine Datenverbindung übertragene Steuerbefehle empfangen und umsetzen und die digitalisierten Messdaten mit präzisen Zeitinformationen versehen. Des Weiteren kann die Zeit und Steuervorrichtung für eine Steuerung des mindestens einen Radarsensorkopfes sowie beispielsweise zur Überwachungssteuerung oder eine Zyklussteuerung eingesetzt werden. Damit eine zeitliche Synchronisation im Radarsystem stattfinden kann, müssen von der Zeit und Steuervorrichtung den übertragenen Messdaten beispielsweise Zeitstempel für jeden übertragenen Chirp oder Zyklus eines Radarsensorkopfes zugefügt werden, damit die mindestens eine zentrale Steuereinheit die übertragenen Messdaten sinnvoll nutzen kann.
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Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel des Radarsystems weist die mindestens eine Sendeantenne des mindestens einen Radarsensorkopfes einen Frequenzsynthesizer zum Erzeugen einer Trägerfrequenz auf. Dabei ist der Frequenzsynthesizer durch die Zeit und Steuervorrichtung von der zentralen Steuereinheit einstellbar. Durch die Implementierung der Zeit und Steuervorrichtung in den mindestens einen Radarsensorkopf, kann eine Beeinflussung der Komponenten des mindestens einen Radarsensorkopfes durch die mindestens eine zentrale Steuereinheit realisiert werden. Somit kann der Frequenzsynthesizer des mindestens einen Radarsensorkopfes direkt oder indirekt gesteuert oder geregelt werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Radarsystems sind Frequenzsynthesizer von mindestens zwei Radarsensorköpfen durch die zentrale Steuereinheit miteinander synchronisierbar. In einem Fahrzeug können mehrere voneinander beanstandeter Radarsensorköpfe verbaut und mit einem oder mehreren zentralen Steuereinheiten über Datenleitungen datenleitend verbunden sein. Durch die implementierten Zeit und Steuervorrichtungen in den unterschiedlichen Radarsensorköpfen können bei einer Verwendung von mehreren Radarsensorköpfen die jeweiligen Frequenzsynthesizer der Sendeantennen miteinander synchronisiert werden. Somit kann die Genauigkeit der Messergebnisse gesteigert werden. Hierdurch können die Fahrerassistenzfunktionen oder die automatisierten Fahrfunktionen des Fahrzeugs optimiert werden. Darüber hinaus kann die Anzahl der verwendeten Radarsensorköpfe ohne negative Einflüsse der Leistungsfähigkeit beliebig erhöht werden.
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Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel des Radarsystems sind die durch die mindestens eine Datenleitung übertragenen Daten mit einer höheren Datenrate übertragbar als einer Referenzfrequenz der mindestens einen Sendeantenne des mindestens einen Radarsensorkopfes. Damit die Zeit und Steuervorrichtung zum Steuern oder Regeln des mindestens einen Radarsensorkopfes optimal betrieben werden kann, muss die Übertragung der Daten durch die mindestens eine Datenleitung mit einer höheren Zeitauflösung erfolgen als der Radarbetrieb. Hierdurch können weitere Funktionen, wie beispielsweise Sicherheitsfunktionen zum Überwachen von Frequenz-abweichungen unterschiedlicher Frequenzsynthesizer, in das erfindungsgemäße Radarsystem integriert werden. Die höhere Zeitauflösung für die Daten-Übertragung kann im Rahmen von einer MMIC-Technologie technisch einfach realisiert werden, da die Technologie Frequenzen von mehreren Gigahertz ermöglicht. Somit kann ein Zeitstempel beispielsweise mit 1 GHz und einer zeitlichen Auflösung von 1 ns problemlos übertragen werden. Die interne Referenzfrequenz kann beispielsweise 50 MHz für eine PLL-Referenz der mindestens einen Sendeantenne betragen, wodurch die Datenrate gemäß dem Beispiel höher als 50 Mbit/s sein muss.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Radarsystems weist die mindestens eine zentrale Steuereinheit mindestens einen Prozessor, eine Signalverarbeitungsvorrichtung zum Verarbeiten von empfangenen Daten und mindestens einen Speicher zum zumindest zeitweisen Speichern von Daten auf. Hierdurch kann die mindestens eine zentrale Steuereinheit die durch die mindestens eine Datenleitung übertragenen Messdaten von mindestens einem Radarsensorkopf zumindest zeitweisen Speichern und gemäß Anforderung der jeweiligen Anwendung verarbeiten, weiterleiten oder ausgeben. Die mindestens eine zentrale Steuereinheit kann bei Bedarf durch eine leistungsfähigere Steuereinheit getauscht werden. Da hier bereits Mikroprozessortechnologie verwendet wird, können anspruchsvolle Algorithmen zum Verarbeiten der Messdaten eingesetzt und somit genauere Berechnungsergebnisse erzielt werden.
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Im Folgenden wird anhand von einer stark vereinfachten schematischen Darstellung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Radarsystems 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Das Radarsystem 1 besteht hierbei aus einem Radarsensorkopf 2, welcher über eine Datenleitung 4 mit einer zentralen Steuereinheit 6 gekoppelt ist.
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Der Radarsensorkopf 2 weist mindestens eine Sendeantenne 8 auf, welche über eine Antennensteuerung 10 betreibbar ist. Die Antennensteuerung 10 ist mit einem Frequenzsynthesizer 12 zum Erzeugen einer Trägerfrequenz der Radarwellen verbunden.
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Des Weiteren ist mindestens eine Empfangsantenne 14 mit einer entsprechenden Auswerteeinheit 16 zum empfangen von Radarwellen im Radarsensorkopf 2 angeordnet. Die empfangenen Radarwellen können von einem Analog-Digital-Wandler 18 in digitale Messdaten umgewandelt werden und anschließend von einer Analyseeinheit 20 im Radarsensorkopf 2 in einem ersten Verarbeitungs-schritt transformiert werden.
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Die transformierten digitalen Messdaten können anschließend über eine breitbandige Datenleitung 4 an die zentrale Steuereinheit 6 übertragen werden. Den übertragenen digitalen Messdaten wird durch eine im Radarsensorkopf 2 angeordnete Zeit und Steuervorrichtung 21 ein Zeitstempel Z zugeordnet und ebenfalls an die zentrale Steuereinheit 6 übertragen.
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Die zentrale Steuereinheit 6 kann die übertragenen digitalen Messdaten empfangen und weiterverarbeiten. Durch die mit den Messdaten übertragenen Zeitstempel Z können diese zeitlich präzise eingeordnet werden.
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Des Weiteren weist der Radarsensorkopfes 2 einen Kalibrierungsdatenspeicher 22 auf. In dem Kalibrierungsdatenspeicher 22 sind Kalibrierungsdaten des Radarsensorkopfes 2 hinterlegt.
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Die zentrale Steuereinheit 6 weist mindestens einen Prozessor 24 und ein Signalverarbeitungsvorrichtung 26 zum Verarbeiten und zum Auswerten von empfangenen Messdaten. Zum präzisen und aussagekräftigen verwerten der Messdaten kann die Signalverarbeitungsvorrichtung 26 über die Datenleitung 4 auf den Kalibrierungsdatenspeicher 22 zugreifen. Dies kann entweder direkt oder indirekt über die Zeit und Steuervorrichtung 21 erfolgen. Dabei kann basierend auf einer entsprechenden Anfrage durch die zentrale Steuereinheit 6 gemeinsam mit den Zeitstempel Z entsprechende Kalibrierungsdaten den Messdaten vor einer Übertragung durch die Datenleitung 4 hinzugefügt werden. Des Weiteren weist die zentrale Steuereinheit 6 mindestens einen Speicher 28 zum zumindest zeitweisen Speichern von empfangenen digitalen Messdaten auf.
