專利名稱：閃電的探測(cè)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種閃電探測(cè)器。本發(fā)明具體涉及一種其中探測(cè)器使用至少兩個(gè)獨(dú)立信道用于閃電探測(cè)的閃電測(cè)器。本發(fā)明還涉及 一種用于探測(cè)閃電的方法。
背景技術(shù)：
雷暴是主要的天氣危害，但是很難預(yù)測(cè)。雷暴能夠以20km/h至 40km/h的速度傳播，并且雷擊可能在雨云之前大于10km處發(fā)生， 并且可以在雨云之后的相等的一段距離處發(fā)生。雖然雷擊是由云或 天氣前鋒造成的，但是很多最危險(xiǎn)的雷擊實(shí)際上發(fā)生在沒有可見的 云如上所述出現(xiàn)作為雷暴的警告的時(shí)候。因此，可以認(rèn)為以下系統(tǒng) 是主要的安全特性，即該系統(tǒng)僅在有害雷暴變?yōu)榭梢娭按蠹s十分鐘發(fā)出有害雷暴可能性的警告。很多人將從這樣的安全特性中獲益。對(duì)于某些人，這種安全特性可能僅提供每天希望知道的知識(shí)。然而，對(duì)于相當(dāng)數(shù)量的人來說， 源自暴風(fēng)雨以及閃電的威脅嚴(yán)重的牽扯到以下方面增加的風(fēng)險(xiǎn)、 財(cái)產(chǎn)損失乃至是致命的結(jié)果。閃電警報(bào)系統(tǒng)例如對(duì)于經(jīng)常在戶外的 人來說尤為重要，并且對(duì)于飛行員、航海員等也同樣重要。配備有 閃電警告的系統(tǒng)甚至在天氣似乎非常平靜并且晴天時(shí)也使人能夠及 時(shí)采取適當(dāng)?shù)陌踩胧?，例如尋找掩蔽處等。根?jù)本領(lǐng)域的現(xiàn)狀，已知很多專用閃電探測(cè)器，但是它們?cè)谏?用方面具有某些缺點(diǎn)。氣象學(xué)中使用的科學(xué)閃電探測(cè)器非常大并且 它們的范圍是數(shù)百公里。而且，使用單個(gè)射頻(RF)頻帶的其他高端閃電探測(cè)器相比于 例如移動(dòng)電話來說很大并且相對(duì)昂貴。而且，它們通常需要具有指定的方位，例如放置在墻上或桌架上，從而獲得所需的準(zhǔn)確度或方 向性。因此，它們不能很好地適合真實(shí)的移動(dòng)使用。這些設(shè)備通常 必須被進(jìn)一步以特定方式放置，并且在對(duì)雷暴進(jìn)行可靠探測(cè)成為可 能之前保持?jǐn)?shù)分鐘的靜止。另外，存在現(xiàn)有不太貴的低端閃電探測(cè)器，其在尺寸方面完全 可攜帶并且不需要指定方位。然而，這些探測(cè)器極易受到人造電磁兼容(EMC)發(fā)射的影響，并且因此很可能在市區(qū)環(huán)境中或公路附 近引起偽警報(bào)。目前，大部分在商業(yè)上可獲得的移動(dòng)閃電探測(cè)器通過測(cè)量由閃 電在甚低頻(VLF:3-30kHz)上引起的電磁發(fā)射來探測(cè)雷擊。另夕卜， 數(shù)十年中已經(jīng)了解到可以通過使用傳統(tǒng)的AM廣播無線電接收器"聽 到，，雷擊，該傳統(tǒng)AM廣播無線電接收器工作于長(zhǎng)波頻率(150 kHz 至300 kHz)、中波頻率(500 kHz至1700 kHz)和短波頻率(SW: 2 MHz至30MHz )。然而，存在多個(gè)出版物，其中已經(jīng)通過閃電在 3-300MHz之間的HF和VHF頻率以及甚至在更高(UHF)頻率上的 發(fā)射來探測(cè)并且測(cè)量閃電。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明源自以下考慮，即雷擊是單次閃光，除了生成可視信號(hào) 和部分可聽的壓力信號(hào)之外，該單次閃光還生成在多種波長(zhǎng)上延伸 的強(qiáng)電磁脈沖。由雷擊引起的典型的電磁脈沖覆蓋10Hz和5GHz之 間的頻率，即位于音頻頻率范圍中，該電磁脈沖具有大約500Hz的 峰值。在lOkm的標(biāo)準(zhǔn)化距離上，此類脈沖幅度的范圍在lkHz帶寬 中從107mV/m至1 mV/m。電磁脈沖的最強(qiáng)信號(hào)是雷擊中的垂直電 流引起的感生電場(chǎng)，并且這是大型距離-方位設(shè)備中最普通測(cè)量的參 數(shù)。然而，由于雷擊現(xiàn)象的復(fù)雜性，在幾百Hz或更小的甚低頻(ELF) 范圍中還存在強(qiáng)信號(hào)，并且較弱的信號(hào)延伸高達(dá)GHz范圍及以上。 眾所周知的事實(shí)是電磁干擾(EMI)特征信號(hào)的準(zhǔn)確特性以及時(shí)間譜在MHz范圍與在kHz和Hz范圍中是不同的，這是因?yàn)槁晕⒉?同的氣象學(xué)原理所致。出于本發(fā)明的目的，足以引起注意的是，在所有感興趣的頻率 上雷擊伴有EMI脈沖，該EMI脈沖可以在數(shù)公里的距離處識(shí)別。由于雷擊所生成的EMI脈沖，RF信道僅在附近區(qū)域中雷擊期間 受到干擾。在使用AM/FM收音機(jī)、TV或在靜電、搭接以及電梳形 式的供電線路時(shí)，由于雷擊引起的EMI造成的RF接收器的損壞可 能經(jīng)歷聲音或圖片的噪聲或損耗?？梢栽诜浅４蟮木嚯x處感應(yīng)由雷 擊造成的RF信道中的擾動(dòng)。專用且大型閃電探測(cè)器能夠在距離雷擊 數(shù)百公里的距離處探測(cè)閃電擾動(dòng)，即所謂的天電探測(cè)(sferics),即 使這些探測(cè)器通常通過測(cè)量感生電場(chǎng)或磁場(chǎng)來操作，而不是如本發(fā) 明那樣測(cè)量音頻或RF信號(hào)中的干擾。已知普通的AM收音機(jī)在距雷擊高達(dá)30km或30km以上的距離 處受到EMI擾動(dòng)，這甚至可以在音頻信號(hào)中直接聽到，類似于各種 ?？ㄠ?。在比AM頻帶高的頻率上，信號(hào)通常由于大氣衰減和不同 原因的機(jī)制變得非常弱，但是在很大的距離處還是可探測(cè)的。雖然在已知的移動(dòng)RF設(shè)備中，諸如在普通移動(dòng)電話中，通過濾 波即時(shí)消除了接收的RF信號(hào)中的電磁干擾，但是本發(fā)明提出對(duì)受監(jiān) 測(cè)RF信道中的此類電磁千擾進(jìn)行估計(jì)。如果探測(cè)到的干擾似乎是由 雷擊引起的，則可以向例如移動(dòng)電話的用戶發(fā)出警報(bào)。例如，如果 干擾超過了預(yù)定的閾值或者如果它具有屬于雷擊特性的頻譜，則可 以假設(shè)該干擾是由雷擊引起的。只要打開RF探測(cè)就可以打開閃電探因此，本發(fā)明提供可以在例如蜂窩電話之類的移動(dòng)RJF設(shè)備中實(shí) 現(xiàn)的新的安全特征。雖然在很多情況中，對(duì)于探測(cè)鄰近區(qū)域中的雷擊的愿望還沒能 大到足以證明使用專用閃電探測(cè)的成本和困難是合理的，但是很多 人將理解一種低成本傳感系統(tǒng)，其可以與人們已經(jīng)在任何情況'中都使用的設(shè)備，特別是移動(dòng)電話進(jìn)行集成。已知技術(shù)沒有提供在已知的移動(dòng)RF設(shè)備中將此類閃電探測(cè)的集成作為新功能。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，例如在移動(dòng)電話中，閃電探測(cè)和測(cè)距特征將是期望 的特征。移動(dòng)產(chǎn)品中雷擊探測(cè)特征的足夠的探測(cè)范圍將大約是 20-30km。此探測(cè)范圍可能根據(jù)接收器靈敏度以及來自于雷擊的期望 發(fā)射功率而限制在一個(gè)合適的范圍。圖IO以圖表形式示出了已經(jīng)由 雷擊產(chǎn)生的頻率和幅度，如由很多研究者確定的。因此，根據(jù)圖10 的圖可以用作估計(jì)信號(hào)強(qiáng)度的導(dǎo)向圖表，可以期望該信號(hào)來自于不 同距離上的雷擊。在該圖中，將距離標(biāo)準(zhǔn)化為10km并且將帶寬標(biāo)準(zhǔn) 化為lkHz。根據(jù)該圖，可以探測(cè)至少高達(dá)300MHz的雷擊信號(hào)。本發(fā)明是基于如下思想的，使用可用于諸如蜂窩電話之類的移 動(dòng)RF設(shè)備中的所有或很多可用RF信道研究了雷暴產(chǎn)生的輸入頻 譜。由于很多無線電接口 (即，在三頻帶接收器中的三個(gè)頻帶中每 個(gè)頻帶中的數(shù)百個(gè)信道、藍(lán)牙接收器頻率、包括導(dǎo)頻音信道的FM 收音機(jī)、Wi-Fi收音機(jī)局域接收器、RFID標(biāo)簽讀取器以及甚至RDS 和/或DARC接收器)，本發(fā)明提供了用于閃電探測(cè)的新的且可行的 方法。因此，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明基于至少兩個(gè)信道的使 用用于閃電探測(cè)，其中至少一個(gè)信道是電信信道。因此針對(duì)本發(fā)明的第 一方面提出閃電探測(cè)器是配備有針對(duì)至少 兩個(gè)頻率范圍的無線電接口用于閃電探測(cè)的移動(dòng)RF設(shè)備，從而其中至少一個(gè)頻率范圍是正常電信信道。在本發(fā)明的其他有效實(shí)施方式中，認(rèn)為來自于雷擊的發(fā)射是寬 帶突發(fā)，針對(duì)電信所保留的若干信道或完全的頻帶至少用于提供接 收最大能量的觸發(fā)模式以及因此而來的增加的靈敏度。根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施方式，至少一個(gè)頻帶是FM廣播頻帶。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式是在閃電探測(cè)中使用F M無線電接收器 的合適的部分，并且將專用閃電探測(cè)支路添加到該接收器。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn) 一 步包括修改F M接收器以識(shí)別并且 測(cè)量雷擊的多個(gè)實(shí)施方式。根據(jù)理論，特別選擇FM調(diào)制用于廣播，從而最小化由類似于閃電的大氣擾動(dòng)所引起的靜電和噼啪聲。但是，如果FM解調(diào)制(尤其是在限幅器級(jí))被旁路并且結(jié)果信號(hào)是例如 經(jīng)AM解調(diào)制的，則可以對(duì)源自雷擊的擾動(dòng)進(jìn)行分析。以及探測(cè)閃電的方法的特性特征。本發(fā)明具有以下優(yōu)勢(shì)，其可以提供與移動(dòng)電話集成的便攜式閃 電探測(cè)器。本發(fā)明的另一個(gè)方面是可以最小化對(duì)硬件的改變，因此在可以最小化硬件(HW)改變的方法中限制了成本并且縮短了投放 到市場(chǎng)的時(shí)間。


下面，將參考附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明，附圖中 圖1示出了可操作環(huán)境， 圖2示出了輔助接收頻帶， 圖3示出了單無線電實(shí)現(xiàn)的框圖， 圖4示出了單無線電操作的流程圖， 圖5示出了多無線電實(shí)現(xiàn)的框圖， 圖6示出了多無線電操作的流程圖， 圖7示出了具有閃電探測(cè)的接收器的框圖， 圖8示出了具有閃電探測(cè)的接收器的可替換框圖， 圖9示出了具有閃電探測(cè)的經(jīng)修改的接收器調(diào)制器的另一個(gè)框 圖，以及圖IO是閃電數(shù)據(jù)圖形，以及圖11示出了經(jīng)修改的1/Q解調(diào)器，以及圖12示出了具有開關(guān)的經(jīng)修改的I/Q解調(diào)器。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的基本原理是在閃電探測(cè)中使用電信無線電接收器的合 適部分，并且將專用閃電探測(cè)支路添加到該接收器。雷擊發(fā)射可在用于廣播無線電的頻率上探測(cè)出的脈沖的突發(fā)。最初，引入FM無線電廣播系統(tǒng)是因?yàn)楝F(xiàn)存的AM無線電系統(tǒng)對(duì)于 例如由雷擊產(chǎn)生的干擾太敏感。AM無線電對(duì)于雷擊敏感的原因是來 自于雷擊的干擾與調(diào)幅信號(hào)的總和。聽到的幅度中的干擾如AM無 線電接收器中的噼啪的靜電噪聲。而且，雷擊所發(fā)射的信號(hào)強(qiáng)度在 AM廣播頻率(1 MHz附近)上高于在FM廣播頻率(100 MHz附近) 上。由于在FM系統(tǒng)中，將音頻信號(hào)調(diào)制到載波，如頻率或相位改 變，幅度中的干擾不引起接收信號(hào)中可聽到的噼啪聲或其他錯(cuò)誤， 因?yàn)橛捎谠摲葲]有承載調(diào)制，所以其可以由在F M鑒頻器或比例 檢波器之前的限幅器來限制。然而，如果雷擊發(fā)生在FM接收器附 近(在幾/〉里內(nèi))，則可以;見測(cè)到例如從電池供電的FM接收器聽 到的千擾噪聲和電閃之間的相關(guān)性。但是如果不考慮解調(diào)，則雷擊仍舊發(fā)射出可在用于FM無線電接 收的頻率上探測(cè)出的脈沖的突發(fā)，該用于FM無線電接收的頻率在 歐洲是87.5至108 MHz頻帶，在美國(guó)是88至108 MHz頻帶，在日 本是76至91 MHz頻帶。由于FM調(diào)制對(duì)于雷擊引起的干擾具有強(qiáng) 健性，所以該干擾不能通過使用傳統(tǒng)的FM無線電接收器聽到。閃 電探測(cè)特征要求解調(diào)器如AM解調(diào)器那樣工作。如上所述，AM解 調(diào)器對(duì)于雷擊引起的干擾敏感得多?？梢耘cFM解調(diào)器/接收器并行 地添加附加的雷擊探測(cè)器。修正級(jí)在下變頻混頻器之后并且在FM 無線電接收器中的限幅器級(jí)之前，在該修正級(jí)處應(yīng)該添加閃電探測(cè)器HW。如圖2中所示出的，F(xiàn)M立體聲廣播除了包括主要單聲道FM廣 播21之外還包括用于立體聲音頻內(nèi)容的抑制的38 kHz中心頻帶和 30kHz寬子載波23，以及19kHz導(dǎo)頻音子載波22以利于左右立體 聲聲道的重現(xiàn)。為了發(fā)送節(jié)目?jī)?nèi)容和其他數(shù)據(jù)到裝備有顯示器的無線電接收 器，稍后將另一個(gè)57kHz為中心頻率和7kHz寬的RDS (無線電數(shù) 據(jù)系統(tǒng))子載波24添加到大部分FM廣播。以76kHz為中心的新的32 kHz寬的DARC(數(shù)據(jù)無線電信道)子載波25已經(jīng)額外地被ETSI 在1995年標(biāo)準(zhǔn)化為ETS 300751。當(dāng)前，F(xiàn)M信道間隔在歐洲是100kHz并且在美國(guó)是200kHz。 RDS信號(hào)的接收需要比100 kHz稍微寬的帶寬，但是不清楚帶有RDS 廣播的信道是否在歐洲也具有更寬的信道間隔。將來，所有新的FM 接收器可能能夠接收整個(gè)(大約200kHz寬)頻帶，該頻帶包含RDS 和DARC子載波?？梢岳?00 MHz附近的載波頻率上(至少在空的FM信道上) 的接收器對(duì)雷擊產(chǎn)生的脈沖突發(fā)進(jìn)行探測(cè)。如圖2所示，如果接收 信道是大約300 kHz寬，則接收脈沖突發(fā)至少是可行的。更窄的帶 寬可能也是可行的。根據(jù)實(shí)際實(shí)施，如上所述，F(xiàn)M接收器前端的信 道寬大約是100 - 200 kHz。由于來自于雷擊的RF發(fā)射的頻譜在低頻上強(qiáng)度更大，所以FM 頻率的較低端比較高端好。最可行的FM信道在FM頻帶的低端附近， 其是76 MHz (在日本)、87.5 MHz (在歐洲)或88 MHz (在美國(guó))。方式。圖7中示出了一種布置，其中用于閃電探測(cè)塊80的信號(hào)81或 83在限幅器75之前分支，因?yàn)榇蟛糠珠W電噪聲信息將被限幅器75 中的限幅動(dòng)作損失掉，但是經(jīng)分支的信號(hào)81、 82在圖中示出為類似 于現(xiàn)有電路中的典型的差分信號(hào)，該經(jīng)分支的信號(hào)81、 82不受影響 并且仍舊包含雷擊噪聲的相關(guān)信息。可以認(rèn)為從天線到鑒頻器70、 71、 72、 73、 74、 75和76的FM 接收器路徑類似于Philips銷售的商用IC中的相應(yīng)路徑TEA5767。 實(shí)施方式1在第一實(shí)施方式中，從天線到鑒頻器70、 71、 72、 73、 74、 75 和76的FM接收器路徑具有附加的中間輸出81,該中間輸出81將 介于下變頻混頻器73和限幅器級(jí)75之間。電路塊74包含放大和頻 率選擇裝置。包含由來自于雷擊的RF發(fā)射引起的幅度信息的中間信號(hào)經(jīng)由81輸入到閃電探測(cè)專用塊80。在此可替換的實(shí)施中，探測(cè)帶 寬將類似于所選擇的FM信道(100-200 kHz)。 實(shí)施方式2在另一個(gè)可替換的實(shí)施方式中，中間輸出82布置在緊挨低噪前 置放大器72之后。在此可替換的方案中，探測(cè)帶寬將是全部FM頻 帶(例如歐洲的87.5 - 108 MHz ),如通過天線70和低噪前置放大 器72之間的FM頻帶濾波器71來傳遞。此可替換實(shí)施方式可以優(yōu) 勢(shì)地在用于閃電式信號(hào)的觸發(fā)模式中使用。頻帶上接收的功率可以 利用寬帶功率探測(cè)器來測(cè)量，并且如果快速寬帶信號(hào)(類似于雷擊) 存在于信號(hào)中，則可以例如在 一 個(gè)F M信道上啟動(dòng)更準(zhǔn)確的探測(cè)。一種可能性是具有附加的獨(dú)立的用于閃電探測(cè)器的下變頻混頻 器。這表示為圖8的閃電探測(cè)塊80中的83并且該布置將允許閃電 探測(cè)和在不同或相同的FM頻帶上的FM無線電接收同時(shí)進(jìn)行。然而，此種實(shí)施需要專用于閃電下變頻的附加HW,其中如果信 號(hào)82類似于第一實(shí)施方式中在下變頻混頻器73之后分支，則不需 要該附加HW。 實(shí)施方式3閃電4冢測(cè)可以優(yōu)勢(shì)地發(fā)生在空FM信道中。使用傳統(tǒng)的FM立體 聲接收器路徑可以很容易地找到空FM信道。找到的空信道可以用 于閃電探測(cè)。如上所述，空FM信道上的閃電探測(cè)將需要FM接收器 中的下混頻器之后的中間輸出。這是因?yàn)镕M經(jīng)調(diào)制的信號(hào)在FM鑒 頻器76中的頻率解調(diào)之前被限制為低幅度。該限制抽取由來自于雷 擊的RF發(fā)射引起的信號(hào)，并且在限幅器之后不能進(jìn)行閃電探測(cè)。另 外，如果在FM信道上不存在FM信號(hào)，則FM解調(diào)器的噪聲顯著增 加。僅此噪聲的增加就使閃電探測(cè)非常困難，即使它可能來自于經(jīng) 解調(diào)的但是是空的FM信道。對(duì)于閃電探測(cè)，應(yīng)該使用對(duì)幅度改變 敏感的AM探測(cè)器來代替FM鑒頻器。在空FM信道上，可以利用整個(gè)信道。如果是基本的FM立體聲 接收器，則Rx信道寬度是載波頻率左右+Z-53 kHz。如果是立體聲FM RDS接收器，則Rx信道寬度是+/-60 kHz,并且如果是兼容DARC 的FM接收器，則該信道寬度是載波中心頻率左右+Z-92kHz。 實(shí)施方式4:當(dāng)FM接收處于活3夭時(shí)的探測(cè)對(duì)于用戶來說，最佳情況是實(shí)現(xiàn)閃電探測(cè)特征，其允許閃電探 測(cè)和FM無線電廣播的接收兩者同時(shí)進(jìn)行。但是FM無線電信號(hào)是連 續(xù)的，并且因此在傳輸中不存在間隙，所以如果雷擊是弱的(例如， 由于遠(yuǎn)距離雷擊)，則可能很難在其中無線電傳輸是活躍的FM信 道上探測(cè)到雷擊，但是此實(shí)施方式仍舊可以用于閃電警報(bào)或觸發(fā)目 的。以下列出用于實(shí)施的 一 些概念a) 可以基于19-kHz子載波附近接收的信號(hào)進(jìn)行閃電測(cè)試。當(dāng) 前立體聲FM廣播保留了除了窄的19-kHz導(dǎo)頻子載波之外的15-23 kHz空之間的信道。導(dǎo)頻載波附近的這些頻率部分在每個(gè)FM信道上 都是可用的。b) —個(gè)可替換的方案是探測(cè)雷擊的同時(shí)在不活躍的RDS或 DARC信道上接收FM立體聲。另外，如果RDS和/或DARC在傳輸 中包含間隙，則該間隙可以用于同時(shí)探測(cè)雷擊和接收立體聲FM。c) 可以在接收FM傳輸?shù)耐瑫r(shí)探測(cè)干擾。如果例如可探測(cè)的干 擾存在于例如19-kHz導(dǎo)頻子載波附近的信道上，則可以激活更準(zhǔn)確 的閃電探測(cè)模式。更準(zhǔn)確的探測(cè)將在空FM無線電信道上進(jìn)行并且 更準(zhǔn)確的探測(cè)還可以包含距離估計(jì)。觸發(fā)模式將僅探測(cè)閃電式的干 擾。d) 如果接收帶寬可以布置為寬于FM廣播信道所需的200 kHz 帶寬和100 kHz帶寬，則閃電探測(cè)或閃電觸發(fā)可以在FM信道之間執(zhí) 行，因?yàn)閷?shí)際上，極少使用相鄰的信道。實(shí)施方式5: AGC (自動(dòng)增益控制)的使用可行的一個(gè)思想是利用FM接收器的AGC級(jí)用于閃電探測(cè)。 AGC功能廣泛地在FM接收器中(參見，例如Philips TEA5767 FM 接收器)使用。如果可以使AGC電路中的某些回路對(duì)由雷擊產(chǎn)生的信號(hào)分量敏感的話，則可以直接從AGC級(jí)獲得足夠的中間信號(hào)并且 在FM接收器級(jí)中不需要其他修改。然而，將AGC電路突發(fā)的時(shí)間 常數(shù)調(diào)節(jié)到足夠短以支持對(duì)由雷擊引起的短脈沖的探測(cè)。在實(shí)現(xiàn)芯片上AGC級(jí)中經(jīng)常需要外部電容，并且因此如果中間 輸出可以連接到這些外部電容，則僅需要對(duì)集成電路進(jìn)行小修改。 如果脈沖探測(cè)是可行的，則如果不可能進(jìn)行更準(zhǔn)確的探測(cè)，該思想 至少可以用于觸發(fā)模式?？梢葬槍?duì)距離估計(jì)等實(shí)現(xiàn)另 一個(gè)測(cè)量模式。 實(shí)施方式6:多模式探測(cè)在最簡(jiǎn)單的模式中，探測(cè)期間僅使用一個(gè)無線電裝置(即，F(xiàn)M 無線電接收器)。圖3示出了包括單個(gè)無線電裝置31的系統(tǒng)34。處 理器33使用不同的模式以優(yōu)化功耗。例如，在較少功耗模式中，在 功率節(jié)省模式中可能僅打開前端，并且模擬峰值探測(cè)用于觸發(fā)更多 如ADC和處理器的功耗部件，如上文實(shí)現(xiàn)示例2中所述的。在全面 操作閃電探測(cè)和觸發(fā)模式之間，可以存在監(jiān)測(cè)模式，該模式將決定 設(shè)備應(yīng)該切換到閃電測(cè)量模式還是回到觸發(fā)模式。用于單個(gè)無線電 裝置實(shí)現(xiàn)的操作的操作圖的示例在圖4中示出。在步驟42中對(duì)在步 驟41中的低功率監(jiān)視模式期間所接收到的信號(hào)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，并且 如果探測(cè)到閃電活動(dòng)，則在步驟43中選擇更大功耗但更精確的探測(cè) 模式，并且如果在步驟44中分析符合用戶警報(bào)的標(biāo)準(zhǔn)，則在步驟45 中進(jìn)行警報(bào)，否則系統(tǒng)返回到步驟41中的低功率監(jiān)測(cè)模式。另一種可能性是在圖5示出的系統(tǒng)53中使用兩個(gè)獨(dú)立的無線電 裝置，其使用公用天線或獨(dú)立天線，主要閃電探測(cè)無線電裝置51和 另一個(gè)無線電裝置52,該另一個(gè)無線電裝置52使用的功率較少，則 較不準(zhǔn)確。在此情況中，在觸發(fā)模式中使用較少功耗的無線電裝置 52,例如RFID標(biāo)簽讀取器。用于多無線電實(shí)施的操作的操作圖的示 例在圖6中示出。對(duì)空信道的低功耗監(jiān)測(cè)發(fā)生在步驟61中，其針對(duì) 閃電探測(cè)優(yōu)勢(shì)地使用AM探測(cè)。當(dāng)在步驟62中AM探測(cè)器探測(cè)到閃 電能量時(shí)，在步驟63中處理器52控制其他無線電裝置以分析接收 的信號(hào)，并且如果步驟64中的分析符合用戶警報(bào)的標(biāo)準(zhǔn)，則在步驟65中進(jìn)行警報(bào)，否則系統(tǒng)在預(yù)定時(shí)間之后返回到步驟41中使用無線 電裝置51的低功耗監(jiān)測(cè)模式。實(shí)施方式7:閃電探測(cè)的能量?jī)?yōu)化、多模式多頻帶、觸發(fā)系統(tǒng)移動(dòng)設(shè)備能夠以至少兩個(gè)模式工作，在已知技術(shù)中描述了能夠 進(jìn)行某種水平的閃電探測(cè)和測(cè)距的每個(gè)模式。這些模式可以以不同 的方式使用同 一 無線電裝置或者針對(duì)各種模式使用各自的無線電裝 置。此實(shí)施方式包括圖3、圖5中分別示出的控制器33、 53，該控 制器能夠盡可能地將設(shè)備保持在低能量"觸發(fā)"模式中，僅當(dāng)觸發(fā) 時(shí)啟動(dòng)較高功耗模式。該控制器選擇最佳無線電裝置用于半無源低 能耗"觸發(fā)"模式無線電裝置僅響應(yīng)于可能與閃電相關(guān)的所有EMI 脈沖，但是不進(jìn)行進(jìn)一步的處理。取而代之的是，當(dāng)觸發(fā)時(shí)，無線 電裝置打開可以消耗更多能量的"監(jiān)測(cè)"模式。這可以是不同的無 線電裝置，或是操作于不同模式中的同一無線電裝置。監(jiān)測(cè)模式更 準(zhǔn)確地評(píng)估EMI脈沖。如果它探測(cè)到很可能是閃電事件的事件，那 么僅打開"測(cè)量，，模式。在此模式中，全部處理功率用于探測(cè)、識(shí) 別以及評(píng)估可能的雷擊以達(dá)到可能的最大準(zhǔn)確度。在優(yōu)選的實(shí)施方 式中，測(cè)量模式打開多于一個(gè)的可能的探測(cè)信道。注意，該模式結(jié)構(gòu)可以比上述結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單或更復(fù)雜。在最簡(jiǎn)單 可行模式中，僅存在觸發(fā)模式(例如RFID)，該觸發(fā)模式直接啟動(dòng) 測(cè)量模式。在更復(fù)雜的系統(tǒng)中，可以存在多個(gè)觸發(fā)和監(jiān)測(cè)以及測(cè)量 模式?？赡苡迷陂W電探測(cè)中的可行的無線電接收器組合的數(shù)量相對(duì)較 大。下面是可行的組合和估計(jì)的簡(jiǎn)短列表，其中估計(jì)是通過分別使 用觸發(fā)和探測(cè)模式可以節(jié)省多少功率。使用音頻+AM/FM大部分當(dāng)前商用的閃電探測(cè)器工作于相對(duì)低的頻率上，即在從 數(shù)百Hz至10-100 kHz的音頻頻率上。某些商用或研究探測(cè)器還工 作于AM或FM頻率上。以下內(nèi)容似乎很有可能良好且功耗有效 閃電探測(cè)器的實(shí)現(xiàn)將同時(shí)利用音頻上和AM/FM頻率上的接收器，特別是在其中總是存在AM和/或FM接收器的設(shè)備中。對(duì)于多頻帶(彼 此相距足夠遠(yuǎn))的探測(cè)給出了關(guān)于雷擊距離的更好的估計(jì)。另一方 面，如果若干接收器同時(shí)是活躍的，則功耗必然較高。因此，將觸 發(fā)和測(cè)量模式分開是有優(yōu)勢(shì)的。根據(jù)不同接收器以及部分的當(dāng)前消 耗和靈敏度，觸發(fā)接收器可以是音頻、AM或FM接收器。例如，在 音頻頻率路徑上實(shí)現(xiàn)的峰值探測(cè)器可以是觸發(fā)器，其激活對(duì)于若干 頻率的更準(zhǔn)確的探測(cè)。 使用RFID:如上所述，經(jīng)修改的RFID讀取器可以用作觸發(fā)設(shè)備以開始更準(zhǔn) 確的閃電探測(cè)模式。可以例如通過添加頻率選擇(5-10kHz)峰值探 測(cè)器來修改RFID讀取器前端。如果在觸發(fā)模式中超過了某個(gè)預(yù)定義 的峰值水平，則將開始測(cè)量模式。該測(cè)量模式可以包括例如使用基 于音頻和/或AM/FM的纟笨測(cè)和測(cè)距?；谔綔y(cè)頻率100MHz及其以上頻率的探測(cè)根據(jù)閃電相關(guān)文獻(xiàn)，取決于閃電的相位和類型，在相對(duì)高的頻 率上存在電磁發(fā)射。例如，云間閃電在GHz頻率上發(fā)射信號(hào)。而且， 云對(duì)地閃電的步進(jìn)導(dǎo)流相發(fā)射高頻率。因此，在較高頻率上發(fā)射的 探測(cè)可以是增加的閃電概率的指示器，該指示器可以觸發(fā)測(cè)量模式。 然而，如從圖9中所示的圖形中可以看到的，在GHz頻率上發(fā)射的 能量相對(duì)較低并且因此觸發(fā)接收器的靈敏度應(yīng)該較高。人造EMC消除而且，所謂的人造噪聲消除可以以軟件功能實(shí)現(xiàn)，該軟件功能 能夠在接收的信號(hào)中找到固定的間隔峰值并且將其濾除。這可以例 如通過保持探測(cè)的間隔的記錄并且分析某些指定間隔是否恒定地出 現(xiàn)或是否恒定地覆蓋特定時(shí)間周期來實(shí)施。在人造噪聲期間，可以 關(guān)閉閃電探測(cè)。使用其他輔助接收器雖然上面的描述主要涉及閃電探測(cè)中FM無線電的使用，但是可 以使用其他頻率范圍，即三頻帶接收器中三個(gè)頻帶的每一個(gè)頻帶中的數(shù)百個(gè)信道、藍(lán)牙接收器頻率、包括導(dǎo)頻音信道的FM無線電、 Wi-Fi無線電局域接收器、RFID標(biāo)簽讀取器以及甚至RDS接收器。 非對(duì)稱地使用I/O支路在接收期間，通常在具有同相支路和正交支路的解調(diào)器中對(duì)信 號(hào)進(jìn)行解碼。將這些支路布置得盡可能地如傳統(tǒng)接收器中那樣對(duì)稱， 從而最小化在取消本地振蕩器信號(hào)中的錯(cuò)誤。例如，頻率和增益通 常對(duì)于兩個(gè)支路來說是相同的。然而，在雷擊閃電的電磁特征信號(hào) 中，不存在相位信息，因此可以僅基于信號(hào)幅度以及包線形狀進(jìn)行 閃電探測(cè)。因此，可以分開地使用該接收器的I和Q支路，即可以 修改該接收器使得閃電探測(cè)器利用探測(cè)該信號(hào)不同特性的兩個(gè)信 道。在I/0支路中使用不同LO頻率可以在將要用于在不同頻率上探測(cè)雷擊的一個(gè)模式中布置典型 的雙支路I/Q解調(diào)器，而同時(shí)在另 一個(gè)正常模式中傳統(tǒng)地執(zhí)行功能， 特別是如果該布置不影響此正常使用中的精確的支路平衡。例如， 并且如圖IO所示，可以使用數(shù)字裝置，例如使用調(diào)節(jié)本地振蕩器信 號(hào)的可編程計(jì)數(shù)器101來改變一個(gè)支路的本地振蕩器頻率。以此方 式使用I / Q解調(diào)器的相位支路和正交支路等價(jià)于使兩個(gè)不同的無線 電接收器工作于不同頻率上，并且以非常節(jié)省成本的方式來實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn) 單的多個(gè)接收器。在1/0支路中使用不同增益可以在一個(gè)用每個(gè)支路上的不同增益工作的模式中進(jìn)一步布置 典型的雙支路I/Q解調(diào)器，而同時(shí)在另一個(gè)模式中，該解調(diào)器正常地 工作以便廣播接收。這在圖11中示出，其中控制裝置111和112調(diào) 節(jié)同相支路和正交支路中的增益。因?yàn)槔讚粜盘?hào)的幅度顯示出巨大 的變化，所以這是實(shí)現(xiàn)雷擊的遠(yuǎn)和近探測(cè)的非常有效的方式，并且 此方法還可以有優(yōu)勢(shì)地用于前述監(jiān)視模式中的觸發(fā)。在基帶模式中使用一個(gè)支路圖12示出了在基帶模式中沒有任何頻率轉(zhuǎn)換的情況下可以如何使用一個(gè)支路并且非常有效地接收雷擊，根據(jù)圖9所示的圖形，其具有非常豐富的低頻能量，尤其是在低頻率91。合適的較長(zhǎng)的導(dǎo)線 天線121，例如手機(jī)導(dǎo)線天線可以優(yōu)勢(shì)地用于此方式中。如果開關(guān) 124布置用于來自于前端122或直接來自于天線的信號(hào)，并且通過該 開關(guān)124將該信號(hào)切換到放大以及濾波路徑以被圖12中的模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波以及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換126裝置。當(dāng)出于此目的使用放大和濾波路徑時(shí)， 可以使用控制器125選擇合適的增益。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的是，本發(fā)明的不同實(shí)施方式 不限于以上描述的示例，而是這些實(shí)施方式可以在所包含的權(quán)項(xiàng)的 范圍內(nèi)改變。
權(quán)利要求
1.一種閃電探測(cè)器，其中所述探測(cè)器使用至少兩個(gè)獨(dú)立的信道或頻帶用于閃電探測(cè)，所述閃電探測(cè)器其特征在于所述閃電探測(cè)器是配備有無線電接口的移動(dòng)RF設(shè)備，用于至少兩個(gè)通信信道或頻帶，從而所述至少兩個(gè)通信信道或頻帶中的至少一個(gè)通信信道或頻帶是正常的電信信道/頻率范圍，并且其中在閃電探測(cè)中使用這些信道/范圍。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動(dòng)閃電探測(cè)器，其特征在于來自于 雷擊的發(fā)射是寬帶突發(fā)，為電信保留的若干信道或全部頻帶至少用 于提供觸發(fā)模式。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動(dòng)閃電探測(cè)器，其特征在于至少一 個(gè)所述信道是FM頻率信道。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動(dòng)閃電探測(cè)器，其特征在于特別是 在限幅器級(jí)，對(duì)FM解調(diào)器進(jìn)行旁路并且對(duì)結(jié)果信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，從 而可以對(duì)源自雷擊的擾動(dòng)進(jìn)行分析。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的移動(dòng)閃電探測(cè)器，其特征在于所述結(jié) 果信號(hào)是AM解調(diào)的。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的移動(dòng)閃電探測(cè)器，其特征在于將附加 的雷擊探測(cè)器與所述FM解調(diào)器/接收器并行布置。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的移動(dòng)閃電探測(cè)器，其特征在于在下變 頻混頻器之后并且在FM無線電接收器中的限幅器級(jí)之前添加所述 閃電探測(cè)器HW。
8. 根據(jù)權(quán)利秀求3所述的移動(dòng)閃電探測(cè)器，其特征在于空FM 信道用于閃電探測(cè)，從而所述探測(cè)器在所述FM接收器中的下混頻 器之后具有中間輸出。
9. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的移動(dòng)閃電探測(cè)器，其特征在于為了實(shí)現(xiàn)閃電探測(cè)特征，同時(shí)使用閃電探測(cè)和FM無線電信號(hào)的接收。
10. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的移動(dòng)閃電探測(cè)器，其特征在于在閃電 探測(cè)中使用FM接收器的AGC級(jí)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的移動(dòng)閃電探測(cè)器，其特征在于在所述 探測(cè)期間僅使用一個(gè)無線電裝置(即，F(xiàn)M無線電接收器)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的移動(dòng)閃電探測(cè)器，其特征在于使用兩 個(gè)獨(dú)立無線電裝置，主要閃電探測(cè)無線電裝置和另一無線電裝置， 該另一無線電裝置使用較小的功率，但較不準(zhǔn)確。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的移動(dòng)閃電探測(cè)器，其特征在于在觸 發(fā)模式中使用較小功耗的無線電裝置，例如RFID標(biāo)簽。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動(dòng)閃電探測(cè)器，其特征在于I/Q解 調(diào)器可以用于探測(cè)雷擊，而同時(shí)所述I/Q解調(diào)器還在另 一模式中正常 工作。
15. —種閃電^:測(cè)方法，其中所述探測(cè)使用至少兩個(gè)獨(dú)立信道或 頻率范圍用于閃電探測(cè)，其特征在于所述閃電探測(cè)器是配備有無線電接口的移動(dòng)RF設(shè)備，用于至少 兩個(gè)通信信道或頻率范圍，從而所述至少兩個(gè)通信信道或頻率范圍中的至少 一個(gè)通信信道 或頻率范圍是正常的電信信道/頻率范圍，并且其中在閃電探測(cè)中使 用這些信道/范圍。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于來自于雷擊的發(fā) 射是寬帶突發(fā)，為電信所保留的若干信道或全部頻帶至少用于提供 觸發(fā)模式。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于至少所述頻帶所 述信道中之一是FM頻率信道。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于特別是在限幅器 級(jí)，對(duì)FM解調(diào)器進(jìn)行旁路并且對(duì)所述結(jié)果信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，從而可 以對(duì)源自雷擊的擾動(dòng)進(jìn)行分析。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于所述結(jié)果信號(hào)是 AM解調(diào)的。
20. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于將附加的雷擊探 測(cè)器與所述FM解調(diào)器/接收器并行布置。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于在下變頻混頻器 之后并且在FM無線電接收器中的限幅器級(jí)之前添加所述閃電探測(cè) 器HW。
22. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于空FM信道用于 閃電探測(cè)，從而所述探測(cè)器在所述FM接收器中的下混頻器之后具 有中間輸出。
23. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于為了實(shí)現(xiàn)閃電探 測(cè)特征，同時(shí)使用閃電探測(cè)和FM無線電信號(hào)的接收。
24. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于在閃電探測(cè)中使 用FM接收器的AGC級(jí)。
25. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于在所述探測(cè)期間 僅使用一個(gè)無線電裝置(即，F(xiàn)M無線電接收器)。
26. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于使用兩個(gè)獨(dú)立射 頻，所述主要閃電探測(cè)無線電裝置和另一無線電裝置，該另一無線 電裝置使用較小的功率，但較不不準(zhǔn)確。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于在觸發(fā)模式中使 用較小功耗的無線電裝置，例如RFID標(biāo)簽。
28. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于1/Q解調(diào)器可以 用于探測(cè)雷擊，而同時(shí)所述I/Q解調(diào)器還在另 一模式中正常工作。
29. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于可以將人造噪聲 消除實(shí)施為軟件功能，所述軟件功能能夠在接收的信號(hào)中找到固定 的間隔峰值并且將其濾除。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于在所述人造噪聲 期間，可以關(guān)閉所述閃電纟笨測(cè)。
31. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于對(duì)探測(cè)模式以及信道進(jìn)行選擇以優(yōu)化設(shè)備功率使用。
32. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于所述設(shè)備是移動(dòng) RF設(shè)備，并且所述選擇也可以必須考慮哪些信道是可用的；如果給 定的無線電裝置處于使用中，則需要切換到另一個(gè)可用無線電裝置。
33. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的閃電探測(cè)器，其特征在于所述接收器 的I/Q下混頻器布置用于使用具有不同本地振蕩器頻率的同相支路 和正交支路。
34. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的閃電探測(cè)方法，其特征在于所述接收 器的I/Q下混頻器布置用于使用具有不同本地振蕩器頻率的同相支 路和正交支路。
35. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的閃電探測(cè)器，其特征在于所述接收器 的I/Q下混頻器布置用于使用具有不同支路增益的同相支路和正交 支路。
36. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的閃電探測(cè)方法，其特征在于所述接收 器的I/Q下混頻器布置用于使用具有不同支路增益的同相支路和正 交支路。
全文摘要
一種用于閃電探測(cè)的閃電探測(cè)器和一種閃電探測(cè)方法，其中閃電探測(cè)器使用至少兩個(gè)獨(dú)立的信道或頻帶用于閃電探測(cè)，并且其中閃電探測(cè)器是配備有無線電接口的移動(dòng)RF設(shè)備，該無線電接口用于至少兩個(gè)通信信道或頻帶，從而其中至少一個(gè)通信信道或頻帶是正常的電信信道/頻率范圍并且其中在閃電探測(cè)中使用這些信道/范圍。
文檔編號(hào)G01W1/16GK101287992SQ200580051815
公開日2008年10月15日 申請(qǐng)日期2005年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月14日
發(fā)明者A·宇西塔洛, J·勒宇納瑪基, J·讓蒂南, J·馬克拉, K·卡爾利奧雅爾維, T·凱屈朗塔, T·阿奧拉 申請(qǐng)人:諾基亞公司