雷電探測(cè)的制作方法

專利名稱：雷電探測(cè)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種移動(dòng)射頻設(shè)備和一種在這類移動(dòng)射頻設(shè)備中探測(cè)雷擊的方法。本發(fā)明同樣涉及一種用于這類移動(dòng)射頻設(shè)備的軟件程序產(chǎn)品和一種包括這類移動(dòng)射頻設(shè)備的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
雷暴是一種主要的氣候?yàn)?zāi)害，但是難以預(yù)測(cè)。它們能以20km/h到40km/h的速度傳播，并且雷擊可能在雨云前多于10km處發(fā)生，并且同樣地在雨云后某些距離處發(fā)生。雖然雷擊是由云層或鋒面產(chǎn)生的，但是許多最危險(xiǎn)的雷擊實(shí)際上都發(fā)生在沒有可見云存在作為雷暴警報(bào)的時(shí)候。從而，即使在它們變得可見之前僅僅大約十分鐘，警報(bào)可能造成傷害的雷暴的系統(tǒng)可以被考慮為主要的安全措施。
將有眾多的人群受益于這樣的一種安全措施。對(duì)于某些人來說，它可能只是提供一種樂于知曉的常識(shí)。然而，對(duì)于相當(dāng)多的一部分人來說，來自風(fēng)暴和雷電的威脅具有重要的含意，其形式為增加的風(fēng)險(xiǎn)、財(cái)產(chǎn)損失乃至致命的后果。例如在戶外度過很長(zhǎng)時(shí)間的人、同樣地對(duì)于飛行員、導(dǎo)航系統(tǒng)等等來說對(duì)雷電警報(bào)系統(tǒng)具有特殊的興趣。即使當(dāng)天氣看起來非常平靜并晴朗，提供雷電警報(bào)的系統(tǒng)也可以使人們及時(shí)采取適當(dāng)?shù)陌踩胧?，例如尋找隱避處等等。
從當(dāng)前的技術(shù)現(xiàn)狀已經(jīng)知曉了許多單一目的的雷電探測(cè)器，但是它們從商業(yè)觀點(diǎn)看具有一些缺點(diǎn)。
被用于氣象學(xué)的科學(xué)雷電探測(cè)器非常大并且它們的范圍是數(shù)百千米。
此外，使用單一射頻(RF)頻帶的其他高端雷電探測(cè)器也大并且例如相對(duì)于移動(dòng)電話來說較為昂貴。而且，它們通常被要求具有具體的方向以便獲得所要求的精確度和方向性，例如固定在墻上或書桌上。從而，它們不是很適合于真實(shí)的移動(dòng)使用。在可靠的雷電探測(cè)變得可能之前，這些設(shè)備通常還必須被垂直地放置并且保持穩(wěn)定幾分鐘。
另外，現(xiàn)在已出現(xiàn)了相當(dāng)便宜的低端雷電探測(cè)器，它們的尺寸完全便于攜帶并且不需要具體的方向性。然而，這些探測(cè)器對(duì)于來自汽車等等的電磁兼容性(EMC)輻射極其敏感并且從而往往會(huì)造成假警報(bào)，尤其是在都市環(huán)境中。
對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的有線電話，從美國(guó)專利文獻(xiàn)5,959,815 A1可知，基于在額外的調(diào)制解調(diào)器線路中感應(yīng)的電流來探測(cè)潛在的破壞性電場(chǎng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為移動(dòng)射頻設(shè)備提供一種可靠的雷電探測(cè)裝置。
建議了一種包括電磁干擾探測(cè)組件的移動(dòng)射頻設(shè)備，其中電磁干擾探測(cè)組件用于探測(cè)由用于通信鏈路的移動(dòng)射頻設(shè)備接收的射頻信號(hào)中的電磁干擾。所建議的設(shè)備還包括處理組件，其適合于通過由電磁干擾探測(cè)組件探測(cè)的電磁干擾來確定雷擊是否可以被假定為已經(jīng)發(fā)生在該設(shè)備的附近，并且適合于經(jīng)由用戶界面引起關(guān)于假定的雷擊發(fā)生的用戶通知。
而且，建議了一種包括某些網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)元和所建議的移動(dòng)射頻設(shè)備的系統(tǒng)。該設(shè)備另外包括射頻模塊，其能夠借助于射頻信號(hào)與該網(wǎng)元至少進(jìn)行單向通信。所述網(wǎng)絡(luò)例如可以是移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)或諸如GPS之類的基于衛(wèi)星的網(wǎng)絡(luò)。
而且，建議了一種借助于移動(dòng)射頻設(shè)備來探測(cè)雷擊存在的方法。該方法包括探測(cè)由用于通信鏈路的移動(dòng)射頻設(shè)備接收的射頻信號(hào)中的電磁干擾；基于探測(cè)到的電磁干擾來確定雷擊是否可以被假定已經(jīng)發(fā)生在該設(shè)備附近；以及經(jīng)由用戶界面來向用戶通知假定的雷擊發(fā)生。
最后，建議了一種軟件程序產(chǎn)品，在其中存儲(chǔ)了用于探測(cè)在移動(dòng)射頻設(shè)備附近發(fā)生的雷擊的軟件代碼被存儲(chǔ)。當(dāng)在移動(dòng)射頻設(shè)備的處理組件中運(yùn)行時(shí)，該軟件代碼基于在用于通信鏈路的移動(dòng)射頻設(shè)備接收的射頻信號(hào)中探測(cè)到的電磁干擾來確定是否可以假定雷擊已經(jīng)發(fā)生在該設(shè)備附近。而且，該軟件代碼經(jīng)由用戶界面向用戶發(fā)出關(guān)于假定的雷擊發(fā)生的通知。
應(yīng)當(dāng)理解，本文檔中的術(shù)語(yǔ)“射頻信號(hào)”用來描述無線通信中采用的所有電磁信號(hào)。而且，被接收用于通信鏈路的射頻信號(hào)包括被接收為現(xiàn)有通信鏈路一部分的信號(hào)，而且同樣包括啟動(dòng)通信鏈路建立的信號(hào)。另外，用于接收射頻信號(hào)的通信鏈路可以是用于單向或雙向通信的鏈路。用于單向通信的射頻信號(hào)還可以例如包括由大量沒有傳輸能力的移動(dòng)射頻設(shè)備接收的廣播信號(hào)，比如無線電信號(hào)或GPS信號(hào)。
本發(fā)明是出自這樣的考慮，即雷擊是單個(gè)的閃電，其除了產(chǎn)生可見信號(hào)和部分地可聽壓力信號(hào)之外還產(chǎn)生短暫但強(qiáng)的在廣泛的波長(zhǎng)范圍上擴(kuò)展的電磁脈沖。最強(qiáng)的電磁脈沖信號(hào)是由雷擊中的垂直電流所引起的感應(yīng)電場(chǎng)，并且這是在支持大范圍距離的設(shè)備中最通常地被測(cè)量的參數(shù)。然而，由于雷擊現(xiàn)象的復(fù)雜性，還存在幾百赫茲或更小的極低頻(ELF)范圍內(nèi)的強(qiáng)信號(hào)，以及可延伸至千兆赫范圍以及更高的較弱的信號(hào)。由于產(chǎn)生電磁干擾(EMI)信號(hào)的氣象機(jī)理稍有不同，所以它們的正確特征和時(shí)間范圍在兆赫范圍中與千赫和赫茲范圍中不相同，這是眾所周知的事實(shí)。然而，為了本發(fā)明的目的，注意到在所有關(guān)心的頻率處雷擊伴隨有可以在許多千米距離處標(biāo)識(shí)的EMI脈沖就足夠了。
作為EMI脈沖的結(jié)果，在附近的雷擊期間發(fā)射的射頻信號(hào)立刻被強(qiáng)烈地干擾。射頻接收機(jī)由于雷擊引起的EMI而造成的損傷可能在AM/FM無線電、電視乃至供電線路中以啪嗒聲、劃痕、聲音或圖像消失、噪聲等等的形式遭遇到。射頻信號(hào)中由于雷擊的干擾可以在很大的距離內(nèi)被檢測(cè)到。專用和大范圍的雷電探測(cè)器能夠從距離雷擊數(shù)百千米的距離處探測(cè)到雷電干擾，即所謂的天電探測(cè)，然而這些探測(cè)器通常都是通過測(cè)量感應(yīng)電場(chǎng)而不是像本發(fā)明一樣測(cè)量射頻信號(hào)中的干擾來工作的。已知普通的AM無線電會(huì)在距離雷擊30千米或更遠(yuǎn)處遭受EMI干擾，其甚至可以如各種啪嗒聲直接在聲頻信號(hào)中被聽見。在比AM更高的頻率，信號(hào)通常由于大氣衰減和不同的起因機(jī)理而要弱得多，但是仍然可在較大距離處被探測(cè)。
雖然在許多移動(dòng)射頻設(shè)備中，所接收的射頻信號(hào)中的電磁干擾立即通過濾波被消除，但是在本發(fā)明中建議了正確地評(píng)估在被接收用于現(xiàn)有或可能的通信鏈路的射頻信號(hào)中的這類電磁干擾。如果被探測(cè)干擾看上去是由雷擊所引起，則移動(dòng)射頻設(shè)備的用戶可能被告警。例如，如果干擾超過預(yù)定閾值或者其頻譜具有雷擊特征，則它可以被假定為由雷擊所引起。只要射頻探測(cè)開啟，就可以進(jìn)行雷電探測(cè)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，它提供了可以在移動(dòng)射頻設(shè)備中，例如在蜂窩電話中，執(zhí)行的新的安全特性。所建議的被接收射頻信號(hào)的監(jiān)視允許用現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)、模塊和信令處理或計(jì)算可能性來創(chuàng)建一個(gè)綜合系統(tǒng)。幾乎不需要額外的組件，而只需要對(duì)設(shè)備的射頻部分進(jìn)行最小的改變。因此，所建議的裝置可以用低額外費(fèi)用并且只用特別小的額外尺寸來實(shí)施。例如，可以實(shí)現(xiàn)較之現(xiàn)有設(shè)備基本上不需要新的硬件組件的實(shí)施，導(dǎo)致相對(duì)于現(xiàn)有產(chǎn)品中的至少幾十歐元增加了幾歐元的成本。
雖然在很多情況下，探測(cè)附近雷擊的希望可能不夠大到克服成本和攜帶專用雷電探測(cè)器的困難，許多人都可能會(huì)欣賞廉價(jià)的檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)被集成到其在任何情況下都已經(jīng)攜帶的設(shè)備，像移動(dòng)電話或AM/FM無線電。已知的技術(shù)沒有提供這樣的雷電探測(cè)的集成作為在其他現(xiàn)有便攜設(shè)備中的新功能。
被接收射頻信號(hào)中由于雷擊的EMI干擾的探測(cè)可以在設(shè)備的不同組件中得以實(shí)現(xiàn)。例如，它可以在射頻接收天線或射頻接收機(jī)模塊中或在信號(hào)處理路徑中的別處得以實(shí)現(xiàn)。而且，干擾可以基于麥克風(fēng)信號(hào)或例如信號(hào)放大器的適合的半導(dǎo)體的p/n邊界中的波動(dòng)而得以探測(cè)。
取決于探測(cè)位置和設(shè)備實(shí)施，干擾的探測(cè)和估計(jì)可以通過軟件和/或具體的探測(cè)器電路來專門地實(shí)現(xiàn)。例如，在通過軟件來分析所接收高頻射頻信號(hào)的直接轉(zhuǎn)換射頻接收機(jī)中，特殊的探測(cè)器電路必須被采用來捕獲干擾，因?yàn)閱为?dú)的基于軟件的處理不能夠探測(cè)到射頻信號(hào)的異常行為。
選擇性地，射頻信號(hào)中的EMI干擾的探測(cè)可以由來自該設(shè)備其它組件的測(cè)量來補(bǔ)充，所述的其它組件未被用于射頻接收，但是其對(duì)由雷擊引起的快速電磁干擾做出響應(yīng)。這類組件可以選擇性地只對(duì)電磁干擾的一部分做出響應(yīng)，即它們觀察到的現(xiàn)象可以是靜電和/或磁性感應(yīng)的。這類組件例如可以包括用于羅盤應(yīng)用的電磁傳感器、紅外線收發(fā)信機(jī)模塊(IrDA)、靜電放電(ESD)保護(hù)濾波器或藍(lán)牙TM接收機(jī)。射頻信號(hào)中的EMI干擾的探測(cè)結(jié)果和補(bǔ)充測(cè)量的結(jié)果然后必須以適合的方式被結(jié)合起來。
將多個(gè)數(shù)據(jù)源用于識(shí)別雷擊可以增加探測(cè)的可靠性。
與傳統(tǒng)的大范圍的設(shè)備相反，不要求方向性。如在現(xiàn)有低端便攜式雷電探測(cè)器中所完成的，雷暴的可能運(yùn)動(dòng)和靠近速度可以通過評(píng)估探測(cè)到的相關(guān)EMI干擾的幅度而被統(tǒng)計(jì)地確定。被探測(cè)的EMI脈沖的強(qiáng)度和頻譜特性還被用于估計(jì)雷擊的距離。如果未提供幅度，則通過例如確定每分鐘所探測(cè)到的相關(guān)干擾的數(shù)目，可以可選擇地確定被探測(cè)雷擊的出現(xiàn)頻率。然后，取決于雷擊頻率中的變化，用低但非零的精度來估計(jì)雷暴是否將變得更強(qiáng)烈是可能的。在這種情況下，系統(tǒng)可以被特別地用于提供初始的“快速響應(yīng)”告警，那將使用戶在雷擊在附近無論何處被探測(cè)到的同時(shí)做出較接近的觀測(cè)。實(shí)際上，這是現(xiàn)有廉價(jià)和小規(guī)模雷電探測(cè)器所提供的典型服務(wù)類型。最低端的探測(cè)器基本上只是起這個(gè)作用，并且每當(dāng)它們探測(cè)到雷擊僅發(fā)出蜂鳴聲。
關(guān)于假定的雷擊的用戶通知可以用不同的方法來實(shí)現(xiàn)。該通知可以是視覺和/或聲學(xué)和/或觸覺的，例如通過振動(dòng)告警。而且，它可以用一個(gè)或幾個(gè)步驟來執(zhí)行。例如，第一種通知可能指示雷暴被認(rèn)為在附近，而第二種通知可以警報(bào)用戶雷暴被認(rèn)為正在接近以及以什么速度接近。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所建議的雷電探測(cè)還通過基于在頻率范圍中接收的聲音信號(hào)來另外探測(cè)雷聲而得到改進(jìn)，聲音信號(hào)至少包括次聲信號(hào)，即具有低于大約20Hz并且例如低至1Hz乃至更低的頻率的聲音信號(hào)，并且可能還包括可聽頻率范圍中的別的信號(hào)。
至少基于次聲來探測(cè)雷聲的提議出于較高頻率比較低頻率在空氣中衰減得較快的考慮?？陕犘盘?hào)的探測(cè)受限于幾千米的距離，對(duì)應(yīng)于大約20秒的傳播時(shí)間，因?yàn)榭陕犅曇粝鄬?duì)快速地衰減。相比之下，人耳聽不見的次聲在某些環(huán)境下可以比可聽聲音明顯地傳播較遠(yuǎn)的距離。由雷擊所引起的快速氣壓變化產(chǎn)生非常寬帶的聲音信號(hào)并且因此在可聽雷聲之外產(chǎn)生很強(qiáng)的次聲信號(hào)，所述的次聲信號(hào)比可聽信號(hào)傳播得較遠(yuǎn)。
因此，這個(gè)實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于，它允許在距離與雷擊位置相對(duì)較遠(yuǎn)距離處來探測(cè)雷聲，所述距離比人耳可以聽到的距離要遠(yuǎn)很多。
雷聲探測(cè)可以被特別地用來確定移動(dòng)射頻設(shè)備到雷擊的當(dāng)前距離，或者被用來基于探測(cè)到的所接收射頻信號(hào)的EMI干擾來改善這個(gè)距離的估計(jì)。這個(gè)方法出自眾所周知的事實(shí)，即雷擊距離可以通過確定參見雷擊和聽見雷聲之間的時(shí)差來估計(jì)。作為一個(gè)已知的經(jīng)驗(yàn)法則，這個(gè)以秒計(jì)算的時(shí)間可以被除以3以便獲得以千米為單位的近似的距離。
次聲信號(hào)可以由不同的傳感器來探測(cè)，特別是可以被任何能夠檢測(cè)快速機(jī)械振動(dòng)或通過次聲產(chǎn)生的大氣壓力變化的傳感器來探測(cè)。
例如，次聲信號(hào)可以由移動(dòng)射頻設(shè)備中集成的加速度計(jì)來探測(cè)。這類加速度計(jì)主要在移動(dòng)射頻設(shè)備中被用于觸覺應(yīng)用。通常，加速度計(jì)對(duì)幾Hz到50Hz的范圍中的運(yùn)動(dòng)做出響應(yīng)，從而對(duì)次聲信號(hào)做出響應(yīng)。次聲還可以例如由被調(diào)整來探測(cè)可聽頻率范圍之下的信號(hào)的振動(dòng)音頻麥克風(fēng)來探測(cè)，或者由產(chǎn)生可以通過電子儀器探測(cè)的小信號(hào)的揚(yáng)聲器線圈來探測(cè)。在后一種情況中，次聲可以移動(dòng)揚(yáng)聲器膜片和附著于所述薄膜的線圈組。所述線圈組包括一般被用來發(fā)聲的揚(yáng)聲器線圈。移動(dòng)通過電磁感應(yīng)在線圈組中創(chuàng)建小電流，這是起因于附著于揚(yáng)聲器膜片的線圈和環(huán)繞的揚(yáng)聲器磁鐵之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。通過使用具體的附加電路，這個(gè)小信號(hào)可以被探測(cè)到并且被用于次聲探測(cè)。
只有當(dāng)相關(guān)的EMI干擾已經(jīng)被寄存時(shí)，所建議的次聲檢測(cè)可以被激活或者被設(shè)置到其最高靈敏度。即使存在由于所需計(jì)算的延遲，也有足夠的時(shí)間來激活次聲檢測(cè)，因?yàn)橥ǔＴ诶讚艉拖嚓P(guān)聯(lián)的聲音和次聲信號(hào)之間存在至少幾秒的間隔。這個(gè)延遲甚至可以被用于進(jìn)一步的功率減小，因?yàn)殡娐坊蚰K只有當(dāng)需要時(shí)才被通電。因此，功率消耗可以首先在只有EMI敏感探測(cè)活動(dòng)的時(shí)候被保持得很低，并且在次聲檢測(cè)被接通以用于更精確或可靠的雷暴探測(cè)的時(shí)候增加。在有利的實(shí)施例中，探測(cè)到的EMI干擾的分析首先被用來估計(jì)雷擊距離，并且用于確定對(duì)應(yīng)雷聲應(yīng)該被探測(cè)到的時(shí)間范圍。例如，如果EMI脈沖建議10km的距離，則次聲檢測(cè)器將在開始檢測(cè)之前至少等待30秒并且將最高的權(quán)重給予在大約30秒接收的信號(hào)。如果探測(cè)到的EMI干擾建議雷擊距離過大以至于甚至無法用次聲探測(cè)，則次聲檢測(cè)器根本不被開啟。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例意在所建議的移動(dòng)射頻設(shè)備的功率消耗的附加降低。正如許多其他的環(huán)境現(xiàn)象，雷暴的概率很強(qiáng)地取決于位置和時(shí)間。例如，在美國(guó)中西部，龍卷風(fēng)的概率在六月很高二在十二月卻非常低。從而，始終以全功率活動(dòng)的雷電告警功能在十二月是對(duì)電能的浪費(fèi)。
因此，對(duì)于這個(gè)進(jìn)一步的實(shí)施例，建議移動(dòng)射頻設(shè)備的雷電告警功能的校正是基于在給定的位置和給定的時(shí)間的已知的雷暴概率。
所述位置可以例如基于全球定位系統(tǒng)(GPS)由設(shè)備自動(dòng)地確定，或者例如在設(shè)置世界時(shí)間的范圍中由用戶輸入。所述時(shí)間可以是世界時(shí)鐘或從GPS被知曉等等。所述時(shí)間也可以是一年中的時(shí)間，例如按月，和/或一天的時(shí)間，例如按小時(shí)。
所述校正可以包括在低雷暴危險(xiǎn)的情況下完全地關(guān)閉雷電告警功能?？商鎿Q地，用于射頻信號(hào)中的EMI脈沖的探測(cè)和/或測(cè)量速率的閾值可以在低雷暴危險(xiǎn)的情況下被降低。這導(dǎo)致功率消耗的直接降低。進(jìn)一步可替換地，在低雷暴危險(xiǎn)的情況下，處理級(jí)別可以用大多數(shù)探測(cè)到的EMI脈沖不用于詳細(xì)的后續(xù)處理的方式進(jìn)行調(diào)整，由于處理器使用的降低將導(dǎo)致較低的功率消耗。進(jìn)一步可替換地，校正可能只或另外影響用戶界面，即用戶在低危險(xiǎn)時(shí)間中可能不被通知，或者只有當(dāng)附近極有可能出現(xiàn)雷暴時(shí)才被通知。在后一種情況中，系統(tǒng)時(shí)常處于睡眠模式中。例如通過改變顯示器上的指出雷電探測(cè)部件被開啟的圖標(biāo)的大小和可見性，已確定的雷暴危險(xiǎn)還可以被用于調(diào)整用戶界面。
所建議的校正在一個(gè)設(shè)備上被最好地執(zhí)行，所述設(shè)備具有邏輯上分離的位置/時(shí)間模塊、測(cè)量模塊和用戶界面/顯示模塊。所述校正可以以設(shè)備內(nèi)的增加的模塊的形式，并且例如以軟件的形式被執(zhí)行。取決于地理位置和時(shí)間的概率參數(shù)可以被存儲(chǔ)在表格中和/或通過算法產(chǎn)生。所述概率參數(shù)可以被輸入到校正模塊，校正模塊然后基于這些概率來計(jì)算危險(xiǎn)參數(shù)并產(chǎn)生適合的校正。
必須注意，只要在現(xiàn)象發(fā)生和地理位置和時(shí)間之間存在統(tǒng)計(jì)相關(guān)，所述校正還可以被用于具有與任何其它除雷電之外的環(huán)境現(xiàn)象相關(guān)的某些能力的移動(dòng)裝置。所述能力可以例如是用于測(cè)量的能力或從某些網(wǎng)絡(luò)下載的能力。
在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，移動(dòng)射頻設(shè)備能夠與移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信并且能夠向這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)元提供關(guān)于設(shè)備附近的假定雷擊的信息。這類信息可以在假定雷擊或詳細(xì)測(cè)量數(shù)據(jù)的情況下簡(jiǎn)單地包括一個(gè)標(biāo)志。從而，所述網(wǎng)元能夠向其附近的其它移動(dòng)設(shè)備發(fā)送警報(bào)。另外或可替換地，所述網(wǎng)元還可以包括雷電探測(cè)器本身并且向其附近的移動(dòng)設(shè)備發(fā)送警報(bào)。移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)也可能給出對(duì)更多的專業(yè)氣象服務(wù)的訪問，用戶可以用所述訪問在被給出警報(bào)之后借助于他們的移動(dòng)射頻設(shè)備來獲取更精確的數(shù)據(jù)。
根據(jù)本發(fā)明的所有估計(jì)還可以與其它傳感器數(shù)據(jù)一起使用來做出粗糙的短期天氣預(yù)測(cè)。
本發(fā)明可以在其中執(zhí)行的移動(dòng)射頻設(shè)備可以例如是，但不僅僅是，全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM)接收機(jī)、碼分多址(CDMA)接收機(jī)、寬帶碼分多址(WCDMA)接收機(jī)、無線局域網(wǎng)(WLAN)接收機(jī)、藍(lán)牙TM接收機(jī)、GPS接收機(jī)和/或AM/FM接收機(jī)或它們的變體。從而，被監(jiān)視的射頻信號(hào)可以例如包括，但而不僅僅包括，GSM信號(hào)、CDMA信號(hào)、WCDMA信號(hào)、WLAN信號(hào)、藍(lán)牙TM信號(hào)、GPS信號(hào)、AM無線電信號(hào)和/或FM無線電信號(hào)。
本發(fā)明的其它目的和特征將從結(jié)合附圖考慮的以下詳細(xì)說明中變得明顯。然而應(yīng)當(dāng)理解，附圖只是被設(shè)計(jì)用于說明的目的，而不是作為限制本發(fā)明的定義，為此應(yīng)該參考所附的權(quán)利要求書。還應(yīng)當(dāng)理解，附圖不是按比例描繪的，并且它們只是試圖從概念上說明此處所描述的結(jié)構(gòu)和過程。


圖1是包括根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的第一實(shí)施例的系統(tǒng)的示意性框圖；圖2是說明圖1的設(shè)備的操作的流程圖；圖3是用于圖1的設(shè)備校正的第一示例性表格的組；圖4是用于圖1的設(shè)備校正的第二示例性表格的組；圖5是說明圖1的設(shè)備校正的流程圖；圖6是用于圖1的設(shè)備校正的進(jìn)一步的示例性表格；圖7說明作為設(shè)備校正的一部分的圖1的設(shè)備的用戶界面的可能的調(diào)整；圖8表示說明在距離上的可聽聲音和次聲頻譜的示圖；圖9是包括根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的第二實(shí)施例的示意性框圖；圖10是說明圖9的設(shè)備的操作的流程圖；以及圖11是說明在圖9的設(shè)備中正確的次聲脈沖探測(cè)的示圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示例性地表示了可以在其中實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的雷電探測(cè)的系統(tǒng)。
該系統(tǒng)包括作為移動(dòng)射頻設(shè)備的蜂窩電話10以及作為蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)元的基站30。另外，指示了雷暴40的存在。
蜂窩電話10包括微處理器11，微處理器11可以訪問RF模塊12、麥克風(fēng)16、ESD保護(hù)濾波器17、羅盤組件18、紅外線收發(fā)信機(jī)模塊IrDA 19、顯示器20、揚(yáng)聲器21、時(shí)鐘22以及存儲(chǔ)器23。RF模塊12連接到多個(gè)天線24并且包括用于經(jīng)由GSM天線接收和發(fā)射蜂窩RF信號(hào)的組件13、用于經(jīng)由WLAN天線接收和發(fā)射WLAN信號(hào)的組件14和用于經(jīng)由藍(lán)牙TM天線接收和發(fā)射藍(lán)牙TM信號(hào)的組件15。應(yīng)當(dāng)理解，蜂窩電話10可以另外包括由常規(guī)蜂窩電話已知的任何其他組件。
所述基站30是蜂窩電話10目前連接的基站。
現(xiàn)在將參考圖2的流程圖描述系統(tǒng)的基本操作。
在快速瞬態(tài)峰值為未受干擾的信號(hào)的后續(xù)處理被濾波掉之前，在RF模塊12的蜂窩接收機(jī)組件13中的觸發(fā)電路就這樣的峰值監(jiān)視進(jìn)入的原始信號(hào)。
觸發(fā)電路可以特別地識(shí)別具有雷電專門的信號(hào)特性的瞬態(tài)峰值。在蜂窩或其他RF傳輸系統(tǒng)中已經(jīng)通過標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)基本上所有類型的通信很好地定義了RF頻帶的使用。因此，接收到的RF信號(hào)從標(biāo)準(zhǔn)行為的任何偏離都可以被可靠地探測(cè)為電磁干擾EMI，電磁干擾在探測(cè)到的EMI脈沖的幅度非常高的情況下，給出了發(fā)生雷擊的強(qiáng)烈暗示。
如果觸發(fā)電路識(shí)別出瞬態(tài)峰值具有雷電專門的信號(hào)特性，則包括探測(cè)到的峰值的相應(yīng)的指示將被轉(zhuǎn)發(fā)到微處理器11。
作為選擇，用于在RF信號(hào)中探測(cè)快速瞬態(tài)峰值的觸發(fā)電路將被包括在接收這樣的RF信號(hào)的任何其他組件中，例如在天線24之一中、在接收組件14、15的另一個(gè)中、在麥克風(fēng)16中或在例如用于所接收的RF信號(hào)放大的半導(dǎo)體組件(未示出)中。在后一種情況下，快速瞬態(tài)峰值由于在p/n邊界的波動(dòng)變得明顯。
同時(shí)，至少一個(gè)其他組件尋找由于EMI脈沖的異常行為以證明發(fā)生雷擊的探測(cè)。這樣的其他組件可以是例如ESD保護(hù)濾波器17、羅盤組件18的電磁傳感器、紅外線收發(fā)信機(jī)模塊19和藍(lán)牙TM接收機(jī)組件15。
在圖1中，以示例的方式，假設(shè)從外部接線插頭濾波高壓放電的ESD保護(hù)濾波器17監(jiān)視其自己的行為。在ESD保護(hù)濾波器1記錄異常行為的情況下，例如快速瞬態(tài)電壓峰值超過預(yù)定的閾值并且具有雷電專門的特性，相應(yīng)的指示將被轉(zhuǎn)發(fā)到微處理器11。
由微處理器11運(yùn)行的雷電探測(cè)軟件模塊評(píng)估接收到的指示。
如果微處理器11從RF模塊12和從ESD保護(hù)濾波器17同時(shí)接收到關(guān)于可能的雷擊的指示，則微處理器11經(jīng)由顯示器20和/或揚(yáng)聲器21通知蜂窩電話10的用戶在附近有可能出現(xiàn)雷擊。
此外微處理器11監(jiān)視由RF模塊12提供的瞬態(tài)峰值的幅度。每個(gè)峰值本身可以用來粗略地確定雷擊的距離。此外探測(cè)的瞬態(tài)峰值序列的相對(duì)幅度的增加指示了雷暴正在逼近。如果記錄了相對(duì)幅度，則如目前的產(chǎn)品已知地甚至可以相當(dāng)可靠地估計(jì)逼近的速度。在探測(cè)到增加的相對(duì)幅度的情況下，微處理器11則經(jīng)由顯示器20和/或揚(yáng)聲器21警報(bào)蜂窩電話10的用戶雷暴有可能正在逼近。該警報(bào)可以包括關(guān)于探測(cè)到的雷擊的當(dāng)前距離的信息和關(guān)于雷暴預(yù)計(jì)到達(dá)蜂窩電話10的位置的時(shí)間的信息。
如果探測(cè)到雷擊，則蜂窩電話10另外向基站30發(fā)射標(biāo)志，用于分發(fā)給在該基站30的覆蓋區(qū)域內(nèi)的其他蜂窩電話。
傳輸了這樣的標(biāo)志后，蜂窩電話10可以經(jīng)由基站30從專業(yè)的氣象服務(wù)自動(dòng)地接收更精確的數(shù)據(jù)。然后該數(shù)據(jù)也可以經(jīng)由顯示器20和/或揚(yáng)聲器21呈現(xiàn)給用戶。
為了使圖1的蜂窩電話10的功率消耗最小化，其雷電探測(cè)裝置可以如將參考圖3至圖6所描述地進(jìn)行校正。
圖3和圖4表示兩個(gè)可選擇表格的組，其可以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器23中以支持校正。兩個(gè)組包括了分別為各種位置指示在特定的月和在特定的天的時(shí)間的雷暴的危險(xiǎn)級(jí)別的月表格和小時(shí)表格。表格是為雷暴的特定情況而優(yōu)化的，雷暴的月危險(xiǎn)性在非常小的范圍內(nèi)變化，而小時(shí)危險(xiǎn)性則在大的范圍內(nèi)變化，但較不可靠。
圖3的月表格在各自的行中以示例的方式列出了作為位置的各種地理區(qū)域，佛羅里達(dá)州FL、德克薩斯州TX、新墨西哥州NM和田納西州TN，并且與每個(gè)區(qū)域相關(guān)聯(lián)在各自的列中列出了每個(gè)月的雷暴的危險(xiǎn)級(jí)別，即一月為J到十二月為D?？赡艿奈ｋU(xiǎn)級(jí)別為“0”表示無危險(xiǎn)N、“1”表示低危險(xiǎn)性L、“2”表示值得注意的危險(xiǎn)A、“3”表示高危險(xiǎn)H、“4”表示非常高危險(xiǎn)V和“5”表示極高危險(xiǎn)E。小時(shí)表格指示各種較大的地理區(qū)域，即中西部和加勒比地區(qū)，并且分開夏季和冬季指示每?jī)尚r(shí)的雷暴危險(xiǎn)級(jí)別，即從午夜“00”到晚上10點(diǎn)“22”。可能的危險(xiǎn)級(jí)別同樣為“0”到“5”。
危險(xiǎn)級(jí)別與地理區(qū)域的這樣的關(guān)聯(lián)的優(yōu)點(diǎn)是便于表格的更新。然而，必須通過附加的算法或表格確定各自要求的行，該算法或表格作為輸入接收蜂窩電話10的當(dāng)前位置的坐標(biāo)并且作為輸出提供正確行的識(shí)別。
相反，圖4的表格是存儲(chǔ)了經(jīng)度和緯度的簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)查找表。月表格以示例的方式在各自的行中列出了地理位置090W 30N、110W20N、120W 30N和130W 30N，并且與每個(gè)位置相關(guān)聯(lián)在各自的列中列出了每個(gè)月的雷暴的危險(xiǎn)級(jí)別，即一月為J到十二月為D。可能的危險(xiǎn)級(jí)別同樣為“0”到“5”。圖4的小時(shí)表格指示各種由經(jīng)度和緯度劃界的大區(qū)域，例如090W 30N到120W SON以及060W 10N到100W30N，并且分開夏季和冬季指示每?jī)尚r(shí)的雷暴危險(xiǎn)，即從午夜“00”到晚上10點(diǎn)“22”。可能的危險(xiǎn)級(jí)別同樣為“0”到“5”。
圖4的表格的優(yōu)點(diǎn)是各自要求的行的選擇只是簡(jiǎn)單地內(nèi)插或查找，而不需要其他表格。如圖4所述的表格還完全可壓縮，以允許節(jié)省存儲(chǔ)器空間。
圖5是說明圖1的蜂窩電話10校正的流程圖，蜂窩電話10在其存儲(chǔ)器23中存儲(chǔ)圖3或圖4的表格。
每天一次，由微處理器11運(yùn)行的校正軟件模塊確定蜂窩電話10的當(dāng)前位置。位置的確定可以是例如基于當(dāng)前使用的世界時(shí)鐘22的時(shí)間調(diào)整值。位置也可以從由用戶先前的輸入被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器23中，例如為將蜂窩電話10的世界時(shí)鐘22自動(dòng)調(diào)整到特定的位置。
另外，校正軟件模塊，例如從由蜂窩電話10的日歷功能提供的當(dāng)前天，每天一次地確定當(dāng)前月。
接下來，校正軟件模塊基于確定的位置并且基于確定的月決定使用存儲(chǔ)的月表格的哪個(gè)列。校正軟件模塊然后從存儲(chǔ)的月表格中、在由確定的行和確定的列標(biāo)識(shí)的字段中檢索指示的危險(xiǎn)級(jí)別作為月危險(xiǎn)級(jí)別。取決于進(jìn)一步的處理，校正軟件然后可以基于檢索的危險(xiǎn)級(jí)別確定月概率。為此目的，指示的危險(xiǎn)級(jí)別被分為5。例如低危險(xiǎn)級(jí)別“1”導(dǎo)致概率為1/5，高危險(xiǎn)級(jí)別“3”導(dǎo)致概率為3/5等。
每小時(shí)一次，校正軟件模塊另外從世界時(shí)鐘22確定當(dāng)前時(shí)間。此外，校正軟件模塊基于為當(dāng)天確定的位置決定使用小時(shí)表格的哪個(gè)行，并且基于確定的當(dāng)天的時(shí)間使用存儲(chǔ)的小時(shí)表格的哪個(gè)列。校正軟件模塊然后在由確定的行和確定的列標(biāo)識(shí)的字段中檢索指示的危險(xiǎn)級(jí)別作為小時(shí)危險(xiǎn)級(jí)別。進(jìn)一步，校正軟件可以基于檢索的小時(shí)危險(xiǎn)級(jí)別確定小時(shí)概率。為此目的，指示的危險(xiǎn)被分為5。例如低危險(xiǎn)級(jí)別“1”導(dǎo)致概率為1/5，高危險(xiǎn)級(jí)別“3”導(dǎo)致概率為3/5等。
校正軟件模塊然后為能夠進(jìn)行靈敏度設(shè)置估計(jì)聯(lián)合的危險(xiǎn)級(jí)別和聯(lián)合的概率。
聯(lián)合危險(xiǎn)級(jí)別可以通過將確定的月危險(xiǎn)級(jí)別與確定的小時(shí)危險(xiǎn)級(jí)別相乘來確定，得到的聯(lián)合危險(xiǎn)級(jí)別R在0到25之間。聯(lián)合危險(xiǎn)級(jí)別R然后可以與如下的某個(gè)整體危險(xiǎn)相關(guān)聯(lián)R＜＝1無危險(xiǎn)1＜R＜＝2 低危險(xiǎn)2＜R＜＝4 值得注意的危險(xiǎn)4＜R＜9 高危險(xiǎn)9＜R＜＝12非常高危險(xiǎn)R＞12 極高危險(xiǎn)作為選擇，聯(lián)合概率可以通過將確定的月概率與確定的小時(shí)概率相乘來進(jìn)行計(jì)算。以下的規(guī)則可以用來將某個(gè)整體危險(xiǎn)與得到的聯(lián)合概率P相關(guān)聯(lián)無危險(xiǎn)P＜＝1×1/25值得注意的危險(xiǎn)1×1/25＜P＜＝2×1/25高危險(xiǎn)2×1/25＜P＜＝2×2/25非常高危險(xiǎn)2×2/25＜P＜＝3×3/25極高危險(xiǎn) P＞3×4/25例如，可以假定在4月的一個(gè)中午蜂窩電話位于佛羅里達(dá)州。從月表格可以確定4月中雷擊的概率為2/5或40％。從小時(shí)表格可以確定在中午雷擊的概率為4/5或80％。聯(lián)合概率則為2×4/25或32％。如上的定義，這對(duì)應(yīng)于整體“高危險(xiǎn)”。
分別通過簡(jiǎn)單地將月和小時(shí)危險(xiǎn)級(jí)別或概率相乘來確定整體危險(xiǎn)的缺點(diǎn)在于其不允許考慮在月和小時(shí)危險(xiǎn)級(jí)別或概率中的極端差異并且不允許考慮月和小時(shí)危險(xiǎn)級(jí)別的不同的可靠性。例如，確定的月危險(xiǎn)級(jí)別可能非常高，但教不可靠的確定的小時(shí)危險(xiǎn)級(jí)別可能非常低。
在進(jìn)一步的選擇中，假定在圖1的蜂窩電話10中實(shí)現(xiàn)，通過利用所謂的模糊法則定義整體危險(xiǎn)來解決這一問題。更具體地，整體危險(xiǎn)被自由地分配了月危險(xiǎn)和小時(shí)危險(xiǎn)的任何可能的組合。圖6表示一個(gè)表格，其中可能的月危險(xiǎn)N、L、A、H、V和E與不同的行相關(guān)聯(lián)，其中可能的小時(shí)危險(xiǎn)N、L、A、H、V和E與不同的列相關(guān)聯(lián)，并且其中表格中的每個(gè)字段為對(duì)應(yīng)于具體的月危險(xiǎn)和具體的小時(shí)危險(xiǎn)的組合分配了具體的整體危險(xiǎn)。以此方式，例如有可能為在某個(gè)月無危險(xiǎn)N但在某個(gè)小時(shí)有極高危險(xiǎn)E的情況分配僅為值得注意的整體危險(xiǎn)A，而盡管如此為在某個(gè)月無危險(xiǎn)N但在某個(gè)小時(shí)有極高危險(xiǎn)E的情況分配非常高的整體危險(xiǎn)V。
如果基于圖6的表格估計(jì)的整體危險(xiǎn)偏離了一小時(shí)前確定的整體危險(xiǎn)，則校正軟件模塊將因此重新校正蜂窩電話的雷電警報(bào)功能。
整體危險(xiǎn)可用于例如校正環(huán)境傳感器本身。例如，在RF模塊12中的用于探測(cè)瞬態(tài)峰值的探測(cè)閾值設(shè)置得較高和/或由RF模塊12使用的用于探測(cè)瞬態(tài)峰值的采樣速率設(shè)置得較低，從而有較低的整體危險(xiǎn)而不是有較高的整體危險(xiǎn)。這樣的調(diào)整在當(dāng)整體危險(xiǎn)為低時(shí)直接導(dǎo)致了較低的功率消耗。如ESD保護(hù)濾波器17等的其他傳感器可以相應(yīng)地進(jìn)行校正。作為選擇，在低危險(xiǎn)的情況下處理級(jí)別可以調(diào)整為使得大部分探測(cè)的峰值不被由RF模塊12等指示給微處理器11用于更詳細(xì)的后續(xù)處理。由于微處理器11較少使用，所以這導(dǎo)致了低功率消耗。
此外，校正可以影響用戶警報(bào)的方式是在低整體危險(xiǎn)期間，只有當(dāng)雷暴的存在極其有可能時(shí)才給出警報(bào)。因此，蜂窩電話10的雷電探測(cè)裝置在大部分時(shí)間是處于睡眠或低功率空閑模式。
進(jìn)一步，例如如圖7中所示校正可以包括調(diào)整用戶界面。圖7表示在三種情況下的蜂窩電話10的顯示器20。在非常低整體危險(xiǎn)期間，指示雷電探測(cè)裝置開啟的圖標(biāo)被完全關(guān)閉。在此情況下，顯示器20呈現(xiàn)在圖7的左手側(cè)。在中等整體危險(xiǎn)期間，圖標(biāo)71被一直地以小尺寸進(jìn)行顯示。在此情況下，顯示器20呈現(xiàn)在圖7的中間。在高整體危險(xiǎn)期間，圖標(biāo)72被顯著地一直進(jìn)行顯示。在此情況下，顯示器20呈現(xiàn)在圖7的右手側(cè)。該調(diào)整在低整體危險(xiǎn)期間幫助避免蜂窩電話10的屏幕混亂，同時(shí)確保當(dāng)整體危險(xiǎn)為高時(shí)可以清晰地看到警報(bào)。在后面的兩種情況下，在探測(cè)到雷擊時(shí)顯示的圖標(biāo)71、72開始閃光或閃爍。此外或作為選擇，可以經(jīng)由揚(yáng)聲器21輸出蜂鳴聲等。
此外，當(dāng)使用基于網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)時(shí)，確定的整體危險(xiǎn)可以被用來優(yōu)化和調(diào)整經(jīng)由基站30的數(shù)據(jù)下載，例如天氣預(yù)報(bào)或雷電位置的實(shí)時(shí)地圖的下載。在高整體危險(xiǎn)期間，可以在快速間隔上進(jìn)行下載。相反，當(dāng)整體危險(xiǎn)為低時(shí)，可以很少地或完全不進(jìn)行下載。應(yīng)當(dāng)理解，在實(shí)踐中蜂窩電話10可以詢問用戶是否實(shí)際地期望進(jìn)行下載，以便節(jié)省帶寬和用戶的成本。
所表示的校正的優(yōu)點(diǎn)是其能夠相當(dāng)可觀地節(jié)省功率和用戶的成本，特別是如果在低整體危險(xiǎn)期間可以完全關(guān)閉某些裝置時(shí)。另外，校正的使用性和方便性很好并且可以使用戶界面在某些程度上更加清晰。還有，實(shí)施相對(duì)簡(jiǎn)單并且可以以模塊的方式實(shí)現(xiàn)。
校正可以結(jié)合現(xiàn)有的世界時(shí)鐘應(yīng)用得以使用。然而，采用的表格作為模塊進(jìn)行添加和修改，而不需要改變?nèi)諝v、時(shí)鐘或傳感器軟件，因?yàn)樾Ｕ梢员粚?shí)現(xiàn)為附加功能性。另外校正不取決于任何網(wǎng)絡(luò)提供商服務(wù)，因?yàn)楸砀癖槐４嬖诜涓C電話本身內(nèi)。然而，當(dāng)然有可能網(wǎng)絡(luò)提供商通過允許較高質(zhì)量或較高分辨率的數(shù)據(jù)被下載來提供增強(qiáng)的或改進(jìn)的服務(wù)。如果在存儲(chǔ)的表格中省略位置列表值并且如果使用了算法取代查找相應(yīng)的位置，則校正所需要的存儲(chǔ)器空間可以減少。在此情況下，當(dāng)定義新的位置時(shí)仍然不需要更新該表格。
現(xiàn)在參考圖8到圖11描述根據(jù)本發(fā)明的雷電探測(cè)的第二實(shí)施例。雷電探測(cè)還是實(shí)現(xiàn)于作為移動(dòng)射頻設(shè)備的蜂窩電話中。在此實(shí)施例中，蜂窩電話90可以包括圖1的蜂窩電話10的所有裝置和功能，但是其在評(píng)估電磁干擾之外還至少評(píng)估由空氣壓力變化所引起的次聲信號(hào)。該裝置能夠改進(jìn)探測(cè)的雷擊到蜂窩電話90的距離的確定。
同時(shí)第二實(shí)施例可以允許在對(duì)大約20Hz以下的真次聲信號(hào)的探測(cè)和評(píng)估之外對(duì)大約20Hz以上的可聽信號(hào)的探測(cè)和評(píng)估。本實(shí)施例的真正的附加價(jià)值來源于對(duì)用戶不能自己探測(cè)的聲音信號(hào)的探測(cè)和評(píng)估，這在目前技術(shù)中是已知的。
圖8表示描述可聽聲音和次聲頻譜相對(duì)于雷擊距離的4個(gè)理論上的示圖。該瞬態(tài)示圖說明在蜂窩電話的位置處在不同聲音頻率的可探測(cè)范圍中的不同。
所有的可聽聲音和次聲頻率的信號(hào)可以在到信號(hào)源1km的距離處被探測(cè)，這對(duì)應(yīng)于大約3秒的信號(hào)傳播時(shí)間。這在圖8的第一示圖中得以說明。清晰的低音可在到信號(hào)源5km的距離處被探測(cè)，這對(duì)應(yīng)于大約15秒的信號(hào)傳播時(shí)間。這在圖8的第二示圖中得以說明。遠(yuǎn)距離的低音可在到信號(hào)源10km的距離處被探測(cè)，這對(duì)應(yīng)于大約30秒的信號(hào)傳播時(shí)間。這在圖8的第三示圖中得以說明。然而，只有次聲信號(hào)可在到信號(hào)源20km的距離處被探測(cè)，這對(duì)應(yīng)于大約60秒的信號(hào)傳播時(shí)間。這在圖8的第四示圖中得以說明。
圖9是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的蜂窩電話90的示意性框圖。
蜂窩電話90包括如參考圖1描述的支持雷電探測(cè)的組件。在圖9中，將這些組件概括為除分開地示出的微處理器92、麥克風(fēng)93和顯示器94之外的方框EMI探測(cè)系統(tǒng)91。此外，蜂窩電話包括加速度計(jì)95。微處理器92可以訪問EMI探測(cè)系統(tǒng)91、加速度計(jì)95、麥克風(fēng)93和顯示器94。
圖10的流程圖說明圖9的蜂窩電話的操作。
只要雷擊的整體危險(xiǎn)不為低，EMI探測(cè)系統(tǒng)91就開啟。當(dāng)EMI探測(cè)系統(tǒng)91，例如借助于圖1的RF模塊12，探測(cè)到雷擊的EMI脈沖特性時(shí)，由微處理器92運(yùn)行的雷電探測(cè)軟件模塊，基于如上參考圖1和圖2描述的探測(cè)到的EMI脈沖的幅度，估計(jì)假定的雷擊的距離。
在可以假定雷擊處于允許次聲信號(hào)探測(cè)的范圍中的情況下，由微處理器92運(yùn)行的聲音探測(cè)軟件模塊開啟加速度計(jì)95作為次聲傳感器。在可以假定雷擊甚至處于允許聲音信號(hào)探測(cè)的范圍中的情況下，聲音探測(cè)軟件模塊因此開啟麥克風(fēng)92作為音頻傳感器。
然后加速度計(jì)95和可能地麥克風(fēng)93在探測(cè)到雷擊后的時(shí)間范圍內(nèi)分別試圖識(shí)別次聲和聲音脈沖，這對(duì)應(yīng)于雷擊的估計(jì)的距離。由微處理器92的聲音探測(cè)軟件模塊評(píng)估探測(cè)的信號(hào)。
圖11是在示意性情況中在60秒的時(shí)間上描述由加速度計(jì)95探測(cè)到的次聲信號(hào)的幅度的理論上的示圖。此外，將各自的3秒時(shí)間元(3-second-bin)的標(biāo)準(zhǔn)化的能量值指示在時(shí)間軸之下。基于由EMI探測(cè)系統(tǒng)91的指示，微處理器92假定具有估計(jì)的雷擊目前位于大約12km±3km的距離。這相對(duì)于雷擊的探測(cè)對(duì)應(yīng)于次聲信號(hào)的大約36s±9s的時(shí)延。在圖11中同樣指示了該范圍。
在圖11中可見，在15s存在峰值，這可以被微處理器92錯(cuò)誤地識(shí)別為由探測(cè)的雷擊引起的峰值。然而，利用雷擊的距離應(yīng)該大約為12km的知識(shí)，微處理器92能夠選擇在大約27s開始的峰值，作為更有可能是正確的峰值。應(yīng)當(dāng)指出，此方法是統(tǒng)計(jì)方法，因此應(yīng)當(dāng)包括可靠性估計(jì)。
這樣，使用時(shí)間序列的峰值分析允許估計(jì)來自探測(cè)的次聲信號(hào)的假噪聲。這樣的假噪聲是關(guān)鍵的問題，特別是在包含了眾多的例如汽車電車等的次聲噪聲源的都市環(huán)境中。都市環(huán)境還包含了假EMI脈沖源，并且事實(shí)上傳統(tǒng)的低端雷電探測(cè)器在都市環(huán)境中性能非常差并引起假警報(bào)。可以通過統(tǒng)計(jì)方法改進(jìn)在都市環(huán)境中的性能，并且同時(shí)使用在此描述的EMI脈沖和次聲信號(hào)可以進(jìn)一步增加統(tǒng)計(jì)分析的魯棒性。
如圖11的示例，在開始于t＝27s的期望的時(shí)間范圍內(nèi)可見到次聲脈沖，其中27s對(duì)應(yīng)于9km的距離，微處理器92可以假定真正的距離接近于9km到15km。
在麥克風(fēng)93也開啟并且將探測(cè)的次聲信號(hào)提供給微處理器92的聲音探測(cè)軟件模塊的情況下，相應(yīng)地對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行評(píng)估。
由雷電探測(cè)軟件模塊指示的次聲或聲音脈沖的允許的時(shí)間范圍由聲音探測(cè)軟件模塊使用以設(shè)置超時(shí)的值。如果在超時(shí)發(fā)生之前對(duì)接收的次聲和聲音信號(hào)的監(jiān)視沒有導(dǎo)致次聲和聲音脈沖的探測(cè)，則將返回一個(gè)標(biāo)志，其指示為探測(cè)到次聲和聲音信號(hào)。
如果在由雷電探測(cè)軟件模塊指示的時(shí)間范圍中對(duì)接收的次聲或聲音信號(hào)的監(jiān)視導(dǎo)致了次聲或聲音脈沖的探測(cè)，則此脈沖的開始構(gòu)成對(duì)雷擊的距離的附加估計(jì)。
基于探測(cè)的次聲或聲音脈沖的距離估計(jì)可以與基于EMI脈沖的距離估計(jì)相結(jié)合。最終的距離例如可以是兩個(gè)距離的加權(quán)平均。作為選擇，基于探測(cè)的次聲或聲音脈沖的距離估計(jì)可以作為基于EMI脈沖的距離估計(jì)的邊界值。甚至有可能使用基于探測(cè)的次聲或聲音脈沖的估計(jì)作為距離的基本值。
因?yàn)橥ǔ?duì)于用戶重要的只是知道最接近的千米數(shù)的雷擊距離，甚至比較大的幾秒鐘的誤差在次聲或聲音脈沖的探測(cè)中也是可接受的。這意味著帶寬和其他要求不需要非?？量?，其結(jié)果是功率的節(jié)省。
本發(fā)明的第二實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)增加了距離確定的可靠性，而無需額外的硬件，因?yàn)榉涓C電話總是包括了麥克風(fēng)，并且加速度計(jì)也在變得越發(fā)普遍。所表示的實(shí)施例運(yùn)行在加速度計(jì)的自然頻率范圍，即幾Hz到50Hz，所以采用的加速度計(jì)無需仔細(xì)調(diào)諧。因?yàn)榇温暤臋z測(cè)只是當(dāng)探測(cè)到EMI脈沖時(shí)才觸發(fā)，所以功率消耗的增加與第一實(shí)施例相比只是輕微的。EMI脈沖的早期探測(cè)以及借助于次聲分析的可靠性增加在監(jiān)視雷暴的同時(shí)甚至支持了功率的節(jié)省，如果為運(yùn)行聲音分析的話。
盡管已經(jīng)應(yīng)用其優(yōu)選實(shí)施例示出、描述和指出了本發(fā)明的基本的新穎性特征，但應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在所描述的設(shè)備和方法的形式和細(xì)節(jié)中做出各種省略、替換和變化，而不背離本發(fā)明的精神。例如，可以明確地意指這些以基本上相同的方式執(zhí)行基本上相同的功能達(dá)到基本上相同的結(jié)果的元件和方法步驟的所有組合都在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。然而，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，關(guān)于本發(fā)明的任何公開的形式或?qū)嵤├境龊?或描述的結(jié)構(gòu)和/或元件和/或方法步驟可以作為設(shè)計(jì)選擇的一般內(nèi)容與任何其他公開的或描述的或建議的形式或?qū)嵤├嘟Y(jié)合。因此，意圖是只受限于所附權(quán)利要求書指示的范圍。
權(quán)利要求
1.一種移動(dòng)射頻設(shè)備，包括電磁干擾探測(cè)組件，在由用于通信鏈路的所述移動(dòng)射頻設(shè)備接收的射頻信號(hào)中探測(cè)電磁干擾；以及處理組件，適合于由于由所述電磁干擾探測(cè)組件探測(cè)的電磁干擾確定是否在所述移動(dòng)射頻設(shè)備的附近可以假定已經(jīng)發(fā)生雷擊，并且適合于經(jīng)由用戶界面引起關(guān)于假定的雷擊的用戶通知。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動(dòng)射頻設(shè)備，進(jìn)一步包括附加的干擾探測(cè)組件，用于在所述移動(dòng)射頻設(shè)備的至少一個(gè)組件中探測(cè)靜電和磁干擾中的至少一個(gè)，該組件對(duì)靜電和磁干擾中的至少一個(gè)敏感并且該組件不用來接收或處理射頻信號(hào)，其中如果同時(shí)由所述電磁干擾探測(cè)組件和由所述附加干擾探測(cè)組件探測(cè)到干擾，則所述處理組件假定雷擊的發(fā)生。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動(dòng)射頻設(shè)備，其中所述處理組件進(jìn)一步適合于基于探測(cè)的電磁干擾的幅度、強(qiáng)度和頻譜特性中的至少一個(gè)，估計(jì)假定的雷擊的距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動(dòng)射頻設(shè)備，其中所述處理組件進(jìn)一步適合于基于在探測(cè)的電磁干擾的強(qiáng)度的變化和探測(cè)的電磁干擾的發(fā)生頻率的變化中的至少一個(gè)，估計(jì)雷暴運(yùn)動(dòng)的方向。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動(dòng)射頻設(shè)備，其中所述處理組件進(jìn)一步適合于基于探測(cè)的電磁干擾的幅度，估計(jì)雷暴運(yùn)動(dòng)的速度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動(dòng)射頻設(shè)備，進(jìn)一步包括聲音探測(cè)組件，用于在至少包括次聲信號(hào)的頻率的頻率范圍中探測(cè)指示雷聲的信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的移動(dòng)射頻設(shè)備，其中所述聲音探測(cè)組件包括用于探測(cè)次聲信號(hào)的加速度計(jì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的移動(dòng)射頻設(shè)備，其中所述處理組件進(jìn)一步適合于基于由所述電磁干擾探測(cè)組件探測(cè)的電磁干擾的探測(cè)的時(shí)間以及基于由所述聲音探測(cè)組件探測(cè)的次聲信號(hào)的探測(cè)的時(shí)間，估計(jì)假定的雷擊到所述移動(dòng)射頻設(shè)備的距離。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的移動(dòng)射頻設(shè)備，其中只有當(dāng)所述電磁干擾探測(cè)組件探測(cè)到由于它所述處理組件假定雷擊的存在的電磁干擾時(shí)，所述聲音探測(cè)組件才被激活。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動(dòng)射頻設(shè)備，進(jìn)一步包括校正組件，被安排為基于在給定的位置和在給定的時(shí)間的雷暴的已知概率，校正所述移動(dòng)射頻設(shè)備。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的移動(dòng)射頻設(shè)備，其中所述時(shí)間為一年的時(shí)間和一天的時(shí)間中的至少一個(gè)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的移動(dòng)射頻設(shè)備，其中所述校正組件通過至少以下手段之一校正所述設(shè)備開啟或關(guān)閉電磁干擾探測(cè)組件，調(diào)整由電磁干擾探測(cè)組件采用的測(cè)量速率以探測(cè)電磁干擾，調(diào)整由電磁干擾探測(cè)組件采用的閾值以探測(cè)電磁干擾，允許或阻止關(guān)于探測(cè)的電磁干擾的數(shù)據(jù)處理，允許或阻止關(guān)于雷擊的假定的存在的用戶通知，以及調(diào)整用戶界面。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動(dòng)射頻設(shè)備，進(jìn)一步包括適合于能夠與移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的射頻模塊，其中所述處理組件進(jìn)一步適合于在所述處理組件假定雷擊的存在的情況下，引起所述通信組件將相應(yīng)的指示發(fā)射到所述移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。
14.一種包括網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)元和移動(dòng)射頻設(shè)備的系統(tǒng)，所述移動(dòng)射頻設(shè)備包括射頻模塊，借助于射頻信號(hào)能夠與所述網(wǎng)元進(jìn)行通信；電磁干擾探測(cè)組件，在由用于通信鏈路的所述移動(dòng)射頻設(shè)備接收的射頻信號(hào)中探測(cè)電磁干擾；以及處理組件，適合于由于由所述電磁干擾探測(cè)組件探測(cè)的電磁干擾確定是否在所述移動(dòng)射頻設(shè)備的附近可以假定已經(jīng)發(fā)生雷擊，并且適合于經(jīng)由用戶界面引起關(guān)于假定的雷擊的用戶通知。
15.一種借助于移動(dòng)射頻設(shè)備探測(cè)雷擊的存在的方法，所述方法包括在由用于通信鏈路的所述移動(dòng)射頻設(shè)備接收的射頻信號(hào)中探測(cè)電磁干擾；基于探測(cè)的電磁干擾確定是否在所述移動(dòng)射頻設(shè)備的附近可以假定已經(jīng)發(fā)生雷擊；以及經(jīng)由用戶界面向用戶通知假定的雷擊。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括在所述移動(dòng)射頻設(shè)備的至少一個(gè)組件中探測(cè)靜電和磁干擾中的至少一個(gè)，該至少一個(gè)組件對(duì)靜電和磁干擾中的至少一個(gè)敏感并且該至少一個(gè)組件不用來接收或處理射頻信號(hào)；其中如果在接收的射頻信號(hào)中的電磁干擾同時(shí)被探測(cè)為在所述至少一個(gè)組件中的靜電和磁干擾，則才假定雷擊會(huì)發(fā)生。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括在至少包括次聲信號(hào)的頻率的頻率范圍中探測(cè)指示雷聲的聲音信號(hào)。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，包括基于在給定的位置和在給定的時(shí)間的雷暴的已知概率，校正所述移動(dòng)射頻設(shè)備的前述步驟。
19.一種軟件程序產(chǎn)品，在其中存儲(chǔ)了用于探測(cè)所述移動(dòng)射頻設(shè)備的附近的雷擊的存在的軟件代碼，所述軟件代碼當(dāng)在所述移動(dòng)射頻設(shè)備的處理組件中運(yùn)行時(shí)，實(shí)現(xiàn)以下步驟基于由用于通信鏈路的所述移動(dòng)射頻設(shè)備接收到的射頻信號(hào)中的電磁干擾，確定雷擊是否可以被假定已經(jīng)發(fā)生在所述移動(dòng)射頻設(shè)備的附近；以及經(jīng)由用戶界面產(chǎn)生關(guān)于假定的雷擊的用戶通知。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的軟件程序產(chǎn)品，其中只有在接收到的射頻信號(hào)中的所述電磁干擾在所述移動(dòng)射頻設(shè)備的至少一個(gè)組件中被同時(shí)探測(cè)為靜電和磁干擾中的至少一個(gè)的情況下，所述軟件代碼才假定雷擊已經(jīng)發(fā)生，所述的至少一個(gè)組件對(duì)靜電和磁干擾中的至少一個(gè)敏感，并且所述的至少一個(gè)組件不被用于接收或處理射頻信號(hào)。
21.根據(jù)權(quán)利要求19的軟件程序產(chǎn)品，其中所述軟件代碼進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了確定在至少包括次聲信號(hào)頻率范圍中探測(cè)到的信號(hào)是否表示雷聲的步驟。
22.根據(jù)權(quán)利要求19的軟件程序產(chǎn)品，其中所述軟件代碼進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了基于在給定的位置和在給定的時(shí)間的已知雷暴概率來校正所述的移動(dòng)射頻設(shè)備的步驟。
全文摘要
一種向用戶提供可靠而且便宜的雷電告警的移動(dòng)射頻設(shè)備。該設(shè)備包括電磁干擾探測(cè)組件，用于探測(cè)由用于通信鏈路的移動(dòng)射頻設(shè)備接收的射頻信號(hào)中的電磁干擾。該設(shè)備還包括處理組件，用于通過由電磁干擾探測(cè)組件探測(cè)到的電磁干擾來確定雷擊是否可以被認(rèn)為已經(jīng)發(fā)生在該設(shè)備的附近，并且用于經(jīng)由用戶界面向用戶發(fā)出假定的雷擊的通知。同樣地，本發(fā)明涉及一種包括這類設(shè)備和通信網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)元的系統(tǒng)、一種對(duì)應(yīng)的方法以及一種對(duì)應(yīng)的軟件程序產(chǎn)品。
文檔編號(hào)G01W1/16GK1926436SQ200580006777
公開日2007年3月7日 申請(qǐng)日期2005年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月4日
發(fā)明者雅克凱·馬凱拉, 泰爾奧·凱屈朗塔, 佩克卡·諾拉 申請(qǐng)人:諾基亞公司