CN1926436B - 雷电探测 - Google Patents

Abstract

一种向用户提供可靠而且便宜的雷电告警的移动射频设备。该设备包括电磁干扰探测组件，用于探测由用于通信链路的移动射频设备接收的射频信号中的电磁干扰。该设备还包括处理组件，用于通过由电磁干扰探测组件探测到的电磁干扰来确定雷击是否可以被认为已经发生在该设备的附近，并且用于经由用户界面向用户发出假定的雷击的通知。同样地，本发明涉及一种包括这类设备和通信网络的网元的系统、一种对应的方法以及一种对应的软件程序产品。

Description

雷电探测

技术领域

本发明涉及一种移动射频设备和一种在这类移动射频设备中探测雷击的方法。本发明同样涉及一种用于这类移动射频设备的软件程序产品和一种包括这类移动射频设备的系统。

背景技术

雷暴是一种主要的气候灾害，但是难以预测。它们能以20km/h到40km/h的速度传播，并且雷击可能在雨云前多于10km处发生，并且同样地在雨云后某些距离处发生。虽然雷击是由云层或锋面产生的，但是许多最危险的雷击实际上都发生在没有可见云存在作为雷暴警报的时候。从而，即使在它们变得可见之前仅仅大约十分钟，警报可能造成伤害的雷暴的系统可以被考虑为主要的安全措施。

将有众多的人群受益于这样的一种安全措施。对于某些人来说，它可能只是提供一种乐于知晓的常识。然而，对于相当多的一部分人来说，来自风暴和雷电的威胁具有重要的含意，其形式为增加的风险、财产损失乃至致命的后果。例如在户外度过很长时间的人、同样地对于飞行员、导航系统等等来说对雷电警报系统具有特殊的兴趣。即使当天气看起来非常平静并晴朗，提供雷电警报的系统也可以使人们及时采取适当的安全措施，例如寻找隐避处等等。

从当前的技术现状已经知晓了许多单一目的的雷电探测器，但是它们从商业观点看具有一些缺点。

被用于气象学的科学雷电探测器非常大并且它们的范围是数百千米。

此外，使用单一射频(RF)频带的其他高端雷电探测器也大并且例如相对于移动电话来说较为昂贵。而且，它们通常被要求具有具体的方向以便获得所要求的精确度和方向性，例如固定在墙上或书桌上。从而，它们不是很适合于真实的移动使用。在可靠的雷电探测变得可能之前，这些设备通常还必须被垂直地放置并且保持稳定几分钟。

另外，现在已出现了相当便宜的低端雷电探测器，它们的尺寸完全便于携带并且不需要具体的方向性。然而，这些探测器对于来自汽车等等的电磁兼容性(EMC)辐射极其敏感并且从而往往会造成假警报，尤其是在都市环境中。

对于标准的有线电话，从美国专利文献5,959,815 A1可知，基于在额外的调制解调器线路中感应的电流来探测潜在的破坏性电场。

发明内容

本发明的目的是为移动射频设备提供一种可靠的雷电探测装置。

建议了一种包括电磁干扰探测组件的移动射频设备，其中电磁干扰探测组件用于探测由用于通信链路的移动射频设备接收的射频信号中的电磁干扰。所建议的设备还包括处理组件，其适合于通过由电磁干扰探测组件探测的电磁干扰来确定雷击是否可以被假定为已经发生在该设备的附近，并且适合于经由用户界面引起关于假定的雷击发生的用户通知。

而且，建议了一种包括某些网络的网元和所建议的移动射频设备的系统。该设备另外包括射频模块，其能够借助于射频信号与该网元至少进行单向通信。所述网络例如可以是移动通信网络或诸如GPS之类的基于卫星的网络。

而且，建议了一种借助于移动射频设备来探测雷击存在的方法。该方法包括：探测由用于通信链路的移动射频设备接收的射频信号中的电磁干扰；基于探测到的电磁干扰来确定雷击是否可以被假定已经发生在该设备附近；以及经由用户界面来向用户通知假定的雷击发生。

最后，建议了一种软件程序产品，在其中存储了用于探测在移动射频设备附近发生的雷击的软件代码被存储。当在移动射频设备的处理组件中运行时，该软件代码基于在用于通信链路的移动射频设备接收的射频信号中探测到的电磁干扰来确定是否可以假定雷击已经发生在该设备附近。而且，该软件代码经由用户界面向用户发出关于假定的雷击发生的通知。

应当理解，本文档中的术语“射频信号”用来描述无线通信中采用的所有电磁信号。而且，被接收用于通信链路的射频信号包括被接收为现有通信链路一部分的信号，而且同样包括启动通信链路建立的信号。另外，用于接收射频信号的通信链路可以是用于单向或双向通信的链路。用于单向通信的射频信号还可以例如包括由大量没有传输能力的移动射频设备接收的广播信号，比如无线电信号或GPS信号。

本发明是出自这样的考虑，即雷击是单个的闪电，其除了产生可见信号和部分地可听压力信号之外还产生短暂但强的在广泛的波长范围上扩展的电磁脉冲。最强的电磁脉冲信号是由雷击中的垂直电流所引起的感应电场，并且这是在支持大范围距离的设备中最通常地被测量的参数。然而，由于雷击现象的复杂性，还存在几百赫兹或更小的极低频(ELF)范围内的强信号，以及可延伸至千兆赫范围以及更高的较弱的信号。由于产生电磁干扰(EMI)信号的气象机理稍有不同，所以它们的正确特征和时间范围在兆赫范围中与千赫和赫兹范围中不相同，这是众所周知的事实。然而，为了本发明的目的，注意到在所有关心的频率处雷击伴随有可以在许多千米距离处标识的EMI脉冲就足够了。

作为EMI脉冲的结果，在附近的雷击期间发射的射频信号立刻被强烈地干扰。射频接收机由于雷击引起的EMI而造成的损伤可能在AM/FM无线电、电视乃至供电线路中以啪嗒声、划痕、声音或图像消失、噪声等等的形式遭遇到。射频信号中由于雷击的干扰可以在很大的距离内被检测到。专用和大范围的雷电探测器能够从距离雷击数百千米的距离处探测到雷电干扰，即所谓的天电探测，然而这些探测器通常都是通过测量感应电场而不是像本发明一样测量射频信号中的干扰来工作的。已知普通的AM无线电会在距离雷击30千米或更远处遭受EMI干扰，其甚至可以如各种啪嗒声直接在声频信号中被听见。在比AM更高的频率，信号通常由于大气衰减和不同的起因机理而要弱得多，但是仍然可在较大距离处被探测。

虽然在许多移动射频设备中，所接收的射频信号中的电磁干扰立即通过滤波被消除，但是在本发明中建议了正确地评估在被接收用于现有或可能的通信链路的射频信号中的这类电磁干扰。如果被探测干扰看上去是由雷击所引起，则移动射频设备的用户可能被告警。例如，如果干扰超过预定阈值或者其频谱具有雷击特征，则它可以被假定为由雷击所引起。只要射频探测开启，就可以进行雷电探测。

本发明的优点在于，它提供了可以在移动射频设备中，例如在蜂窝电话中，执行的新的安全特性。所建议的被接收射频信号的监视允许用现有的结构、模块和信令处理或计算可能性来创建一个综合系统。几乎不需要额外的组件，而只需要对设备的射频部分进行最小的改变。因此，所建议的装置可以用低额外费用并且只用特别小的额外尺寸来实施。例如，可以实现较之现有设备基本上不需要新的硬件组件的实施，导致相对于现有产品中的至少几十欧元增加了几欧元的成本。

虽然在很多情况下，探测附近雷击的希望可能不够大到克服成本和携带专用雷电探测器的困难，许多人都可能会欣赏廉价的检测系统，该系统被集成到其在任何情况下都已经携带的设备，像移动电话或AM/FM无线电。已知的技术没有提供这样的雷电探测的集成作为在其他现有便携设备中的新功能。

被接收射频信号中由于雷击的EMI干扰的探测可以在设备的不同组件中得以实现。例如，它可以在射频接收天线或射频接收机模块中或在信号处理路径中的别处得以实现。而且，干扰可以基于麦克风信号或例如信号放大器的适合的半导体的p/n边界中的波动而得以探测。

取决于探测位置和设备实施，干扰的探测和估计可以通过软件和/或具体的探测器电路来专门地实现。例如，在通过软件来分析所接收高频射频信号的直接转换射频接收机中，特殊的探测器电路必须被采用来捕获干扰，因为单独的基于软件的处理不能够探测到射频信号的异常行为。

选择性地，射频信号中的EMI干扰的探测可以由来自该设备其它组件的测量来补充，所述的其它组件未被用于射频接收，但是其对由雷击引起的快速电磁干扰做出响应。这类组件可以选择性地只对电磁干扰的一部分做出响应，即它们观察到的现象可以是静电和/或磁性感应的。这类组件例如可以包括用于罗盘应用的电磁传感器、红外线收发信机模块(IrDA)、静电放电(ESD)保护滤波器或蓝牙^TM接收机。射频信号中的EMI干扰的探测结果和补充测量的结果然后必须以适合的方式被结合起来。

将多个数据源用于识别雷击可以增加探测的可靠性。

与传统的大范围的设备相反，不要求方向性。如在现有低端便携式雷电探测器中所完成的，雷暴的可能运动和靠近速度可以通过评估探测到的相关EMI干扰的幅度而被统计地确定。被探测的EMI脉冲的强度和频谱特性还被用于估计雷击的距离。如果未提供幅度，则通过例如确定每分钟所探测到的相关干扰的数目，可以可选择地确定被探测雷击的出现频率。然后，取决于雷击频率中的变化，用低但非零的精度来估计雷暴是否将变得更强烈是可能的。在这种情况下，系统可以被特别地用于提供初始的“快速响应”告警，那将使用户在雷击在附近无论何处被探测到的同时做出较接近的观测。实际上，这是现有廉价和小规模雷电探测器所提供的典型服务类型。最低端的探测器基本上只是起这个作用，并且每当它们探测到雷击仅发出蜂鸣声。

关于假定的雷击的用户通知可以用不同的方法来实现。该通知可以是视觉和/或声学和/或触觉的，例如通过振动告警。而且，它可以用一个或几个步骤来执行。例如，第一种通知可能指示雷暴被认为在附近，而第二种通知可以警报用户雷暴被认为正在接近以及以什么速度接近。

在本发明的一个实施例中，所建议的雷电探测还通过基于在频率范围中接收的声音信号来另外探测雷声而得到改进，声音信号至少包括次声信号，即具有低于大约20Hz并且例如低至1Hz乃至更低的频率的声音信号，并且可能还包括可听频率范围中的别的信号。

至少基于次声来探测雷声的提议出于较高频率比较低频率在空气中衰减得较快的考虑。可听信号的探测受限于几千米的距离，对应于大约20秒的传播时间，因为可听声音相对快速地衰减。相比之下，人耳听不见的次声在某些环境下可以比可听声音明显地传播较远的距离。由雷击所引起的快速气压变化产生非常宽带的声音信号并且因此在可听雷声之外产生很强的次声信号，所述的次声信号比可听信号传播得较远。

因此，这个实施例的优点在于，它允许在距离与雷击位置相对较远距离处来探测雷声，所述距离比人耳可以听到的距离要远很多。

雷声探测可以被特别地用来确定移动射频设备到雷击的当前距离，或者被用来基于探测到的所接收射频信号的EMI干扰来改善这个距离的估计。这个方法出自众所周知的事实，即雷击距离可以通过确定参见雷击和听见雷声之间的时差来估计。作为一个已知的经验法则，这个以秒计算的时间可以被除以3以便获得以千米为单位的近似的距离。

次声信号可以由不同的传感器来探测，特别是可以被任何能够检测快速机械振动或通过次声产生的大气压力变化的传感器来探测。

例如，次声信号可以由移动射频设备中集成的加速度计来探测。这类加速度计主要在移动射频设备中被用于触觉应用。通常，加速度计对几Hz到50Hz的范围中的运动做出响应，从而对次声信号做出响应。次声还可以例如由被调整来探测可听频率范围之下的信号的振动音频麦克风来探测，或者由产生可以通过电子仪器探测的小信号的扬声器线圈来探测。在后一种情况中，次声可以移动扬声器膜片和附着于所述薄膜的线圈组。所述线圈组包括一般被用来发声的扬声器线圈。移动通过电磁感应在线圈组中创建小电流，这是起因于附着于扬声器膜片的线圈和环绕的扬声器磁铁之间的相对运动。通过使用具体的附加电路，这个小信号可以被探测到并且被用于次声探测。

只有当相关的EMI干扰已经被寄存时，所建议的次声检测可以被激活或者被设置到其最高灵敏度。即使存在由于所需计算的延迟，也有足够的时间来激活次声检测，因为通常在雷击和相关联的声音和次声信号之间存在至少几秒的间隔。这个延迟甚至可以被用于进一步的功率减小，因为电路或模块只有当需要时才被通电。因此，功率消耗可以首先在只有EMI敏感探测活动的时候被保持得很低，并且在次声检测被接通以用于更精确或可靠的雷暴探测的时候增加。在有利的实施例中，探测到的EMI干扰的分析首先被用来估计雷击距离，并且用于确定对应雷声应该被探测到的时间范围。例如，如果EMI脉冲建议10km的距离，则次声检测器将在开始检测之前至少等待30秒并且将最高的权重给予在大约30秒接收的信号。如果探测到的EMI干扰建议雷击距离过大以至于甚至无法用次声探测，则次声检测器根本不被开启。

本发明的另一个实施例意在所建议的移动射频设备的功率消耗的附加降低。正如许多其他的环境现象，雷暴的概率很强地取决于位置和时间。例如，在美国中西部，龙卷风的概率在六月很高二在十二月却非常低。从而，始终以全功率活动的雷电告警功能在十二月是对电能的浪费。

因此，对于这个进一步的实施例，建议移动射频设备的雷电告警功能的校正是基于在给定的位置和给定的时间的已知的雷暴概率。

所述位置可以例如基于全球定位系统(GPS)由设备自动地确定，或者例如在设置世界时间的范围中由用户输入。所述时间可以是世界时钟或从GPS被知晓等等。所述时间也可以是：一年中的时间，例如按月，和/或一天的时间，例如按小时。

所述校正可以包括在低雷暴危险的情况下完全地关闭雷电告警功能。可替换地，用于射频信号中的EMI脉冲的探测和/或测量速率的阈值可以在低雷暴危险的情况下被降低。这导致功率消耗的直接降低。进一步可替换地，在低雷暴危险的情况下，处理级别可以用大多数探测到的EMI脉冲不用于详细的后续处理的方式进行调整，由于处理器使用的降低将导致较低的功率消耗。进一步可替换地，校正可能只或另外影响用户界面，即用户在低危险时间中可能不被通知，或者只有当附近极有可能出现雷暴时才被通知。在后一种情况中，系统时常处于睡眠模式中。例如通过改变显示器上的指出雷电探测部件被开启的图标的大小和可见性，已确定的雷暴危险还可以被用于调整用户界面。

所建议的校正在一个设备上被最好地执行，所述设备具有逻辑上分离的位置/时间模块、测量模块和用户界面/显示模块。所述校正可以以设备内的增加的模块的形式，并且例如以软件的形式被执行。取决于地理位置和时间的概率参数可以被存储在表格中和/或通过算法产生。所述概率参数可以被输入到校正模块，校正模块然后基于这些概率来计算危险参数并产生适合的校正。

必须注意，只要在现象发生和地理位置和时间之间存在统计相关，所述校正还可以被用于具有与任何其它除雷电之外的环境现象相关的某些能力的移动装置。所述能力可以例如是用于测量的能力或从某些网络下载的能力。

在本发明的又一个实施例中，移动射频设备能够与移动通信网络进行通信并且能够向这个网络的网元提供关于设备附近的假定雷击的信息。这类信息可以在假定雷击或详细测量数据的情况下简单地包括一个标志。从而，所述网元能够向其附近的其它移动设备发送警报。另外或可替换地，所述网元还可以包括雷电探测器本身并且向其附近的移动设备发送警报。移动通信网络也可能给出对更多的专业气象服务的访问，用户可以用所述访问在被给出警报之后借助于他们的移动射频设备来获取更精确的数据。

根据本发明的所有估计还可以与其它传感器数据一起使用来做出粗糙的短期天气预测。

本发明可以在其中执行的移动射频设备可以例如是，但不仅仅是，全球移动通信系统(GSM)接收机、码分多址(CDMA)接收机、宽带码分多址(WCDMA)接收机、无线局域网(WLAN)接收机、蓝牙^TM接收机、GPS接收机和/或AM/FM接收机或它们的变体。从而，被监视的射频信号可以例如包括，但而不仅仅包括，GSM信号、CDMA信号、WCDMA信号、WLAN信号、蓝牙^TM信号、GPS信号、AM无线电信号和/或FM无线电信号。

本发明的其它目的和特征将从结合附图考虑的以下详细说明中变得明显。然而应当理解，附图只是被设计用于说明的目的，而不是作为限制本发明的定义，为此应该参考所附的权利要求书。还应当理解，附图不是按比例描绘的，并且它们只是试图从概念上说明此处所描述的结构和过程。

附图说明

图1是包括根据本发明的设备的第一实施例的系统的示意性框图；

图2是说明图1的设备的操作的流程图；

图3是用于图1的设备校正的第一示例性表格的组；

图4是用于图1的设备校正的第二示例性表格的组；

图5是说明图1的设备校正的流程图；

图6是用于图1的设备校正的进一步的示例性表格；

图7说明作为设备校正的一部分的图1的设备的用户界面的可能的调整；

图8表示说明在距离上的可听声音和次声频谱的示图；

图9是包括根据本发明的设备的第二实施例的示意性框图；

图10是说明图9的设备的操作的流程图；以及

图11是说明在图9的设备中正确的次声脉冲探测的示图。

具体实施方式

图1示例性地表示了可以在其中实现根据本发明的雷电探测的系统。

该系统包括作为移动射频设备的蜂窝电话10以及作为蜂窝通信网络的网元的基站30。另外，指示了雷暴40的存在。

蜂窝电话10包括微处理器11，微处理器11可以访问RF模块12、麦克风16、ESD保护滤波器17、罗盘组件18、红外线收发信机模块IrDA 19、显示器20、扬声器21、时钟22以及存储器23。RF模块12连接到多个天线24并且包括用于经由GSM天线接收和发射蜂窝RF信号的组件13、用于经由WLAN天线接收和发射WLAN信号的组件14和用于经由蓝牙^TM天线接收和发射蓝牙^TM信号的组件15。应当理解，蜂窝电话10可以另外包括由常规蜂窝电话已知的任何其他组件。

所述基站30是蜂窝电话10目前连接的基站。

现在将参考图2的流程图描述系统的基本操作。

在快速瞬态峰值为未受干扰的信号的后续处理被滤波掉之前，在RF模块12的蜂窝接收机组件13中的触发电路就这样的峰值监视进入的原始信号。

触发电路可以特别地识别具有雷电专门的信号特性的瞬态峰值。在蜂窝或其他RF传输系统中已经通过标准化对基本上所有类型的通信很好地定义了RF频带的使用。因此，接收到的RF信号从标准行为的任何偏离都可以被可靠地探测为电磁干扰EMI，电磁干扰在探测到的EMI脉冲的幅度非常高的情况下，给出了发生雷击的强烈暗示。

如果触发电路识别出瞬态峰值具有雷电专门的信号特性，则包括探测到的峰值的相应的指示将被转发到微处理器11。

作为选择，用于在RF信号中探测快速瞬态峰值的触发电路将被包括在接收这样的RF信号的任何其他组件中，例如在天线24之一中、在接收组件14、15的另一个中、在麦克风16中或在例如用于所接收的RF信号放大的半导体组件(未示出)中。在后一种情况下，快速瞬态峰值由于在p/n边界的波动变得明显。

同时，至少一个其他组件寻找由于EMI脉冲的异常行为以证明发生雷击的探测。这样的其他组件可以是例如ESD保护滤波器17、罗盘组件18的电磁传感器、红外线收发信机模块19和蓝牙^TM接收机组件15。

在图1中，以示例的方式，假设从外部接线插头滤波高压放电的ESD保护滤波器17监视其自己的行为。在ESD保护滤波器1记录异常行为的情况下，例如快速瞬态电压峰值超过预定的阈值并且具有雷电专门的特性，相应的指示将被转发到微处理器11。

由微处理器11运行的雷电探测软件模块评估接收到的指示。

如果微处理器11从RF模块12和从ESD保护滤波器17同时接收到关于可能的雷击的指示，则微处理器11经由显示器20和/或扬声器21通知蜂窝电话10的用户在附近有可能出现雷击。

此外微处理器11监视由RF模块12提供的瞬态峰值的幅度。每个峰值本身可以用来粗略地确定雷击的距离。此外探测的瞬态峰值序列的相对幅度的增加指示了雷暴正在逼近。如果记录了相对幅度，则如目前的产品已知地甚至可以相当可靠地估计逼近的速度。在探测到增加的相对幅度的情况下，微处理器11则经由显示器20和/或扬声器21警报蜂窝电话10的用户雷暴有可能正在逼近。该警报可以包括关于探测到的雷击的当前距离的信息和关于雷暴预计到达蜂窝电话10的位置的时间的信息。

如果探测到雷击，则蜂窝电话10另外向基站30发射标志，用于分发给在该基站30的覆盖区域内的其他蜂窝电话。

传输了这样的标志后，蜂窝电话10可以经由基站30从专业的气象服务自动地接收更精确的数据。然后该数据也可以经由显示器20和/或扬声器21呈现给用户。

为了使图1的蜂窝电话10的功率消耗最小化，其雷电探测装置可以如将参考图3至图6所描述地进行校正。

图3和图4表示两个可选择表格的组，其可以存储在存储器23中以支持校正。两个组包括了分别为各种位置指示在特定的月和在特定的天的时间的雷暴的危险级别的月表格和小时表格。表格是为雷暴的特定情况而优化的，雷暴的月危险性在非常小的范围内变化，而小时危险性则在大的范围内变化，但较不可靠。

图3的月表格在各自的行中以示例的方式列出了作为位置的各种地理区域，佛罗里达州FL、德克萨斯州TX、新墨西哥州NM和田纳西州TN，并且与每个区域相关联在各自的列中列出了每个月的雷暴的危险级别，即一月为J到十二月为D。可能的危险级别为“0”表示无危险N、“1”表示低危险性L、“2”表示值得注意的危险A、“3”表示高危险H、“4”表示非常高危险V和“5”表示极高危险E。小时表格指示各种较大的地理区域，即中西部和加勒比地区，并且分开夏季和冬季指示每两小时的雷暴危险级别，即从午夜“00”到晚上10点“22”。可能的危险级别同样为“0”到“5”。

危险级别与地理区域的这样的关联的优点是便于表格的更新。然而，必须通过附加的算法或表格确定各自要求的行，该算法或表格作为输入接收蜂窝电话10的当前位置的坐标并且作为输出提供正确行的识别。

相反，图4的表格是存储了经度和纬度的简单的数学查找表。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，并且与每个位置相关联在各自的列中列出了每个月的雷暴的危险级别，即一月为J到十二月为D。可能的危险级别同样为“0”到“5”。图4的小时表格指示各种由经度和纬度划界的大区域，例如090W 30N到120W SON以及060W 10N到100W30N，并且分开夏季和冬季指示每两小时的雷暴危险，即从午夜“00”到晚上10点“22”。可能的危险级别同样为“0”到“5”。

图4的表格的优点是各自要求的行的选择只是简单地内插或查找，而不需要其他表格。如图4所述的表格还完全可压缩，以允许节省存储器空间。

图5是说明图1的蜂窝电话10校正的流程图，蜂窝电话10在其存储器23中存储图3或图4的表格。

每天一次，由微处理器11运行的校正软件模块确定蜂窝电话10的当前位置。位置的确定可以是例如基于当前使用的世界时钟22的时间调整值。位置也可以从由用户先前的输入被存储在存储器23中，例如为将蜂窝电话10的世界时钟22自动调整到特定的位置。

另外，校正软件模块，例如从由蜂窝电话10的日历功能提供的当前天，每天一次地确定当前月。

接下来，校正软件模块基于确定的位置并且基于确定的月决定使用存储的月表格的哪个列。校正软件模块然后从存储的月表格中、在由确定的行和确定的列标识的字段中检索指示的危险级别作为月危险级别。取决于进一步的处理，校正软件然后可以基于检索的危险级别确定月概率。为此目的，指示的危险级别被分为5。例如低危险级别“1”导致概率为1/5，高危险级别“3”导致概率为3/5等。

每小时一次，校正软件模块另外从世界时钟22确定当前时间。此外，校正软件模块基于为当天确定的位置决定使用小时表格的哪个行，并且基于确定的当天的时间使用存储的小时表格的哪个列。校正软件模块然后在由确定的行和确定的列标识的字段中检索指示的危险级别作为小时危险级别。进一步，校正软件可以基于检索的小时危险级别确定小时概率。为此目的，指示的危险被分为5。例如低危险级别“1”导致概率为1/5，高危险级别“3”导致概率为3/5等。

校正软件模块然后为能够进行灵敏度设置估计联合的危险级别和联合的概率。

联合危险级别可以通过将确定的月危险级别与确定的小时危险级别相乘来确定，得到的联合危险级别R在0到25之间。联合危险级别R然后可以与如下的某个整体危险相关联：

R＜＝1：           无危险

1＜R＜＝2：        低危险

2＜R＜＝4：        值得注意的危险

4＜R＜9：          高危险

9＜R＜＝12：       非常高危险

R＞12：            极高危险

作为选择，联合概率可以通过将确定的月概率与确定的小时概率相乘来进行计算。以下的规则可以用来将某个整体危险与得到的联合概率P相关联：

无危险：            P＜＝1×1/25

值得注意的危险：    1×1/25＜P＜＝2×1/25

高危险：            2×1/25＜P＜＝2×2/25

非常高危险：        2×2/25＜P＜＝3×3/25

极高危险：          P＞3×4/25

例如，可以假定在4月的一个中午蜂窝电话位于佛罗里达州。从月表格可以确定4月中雷击的概率为2/5或40％。从小时表格可以确定在中午雷击的概率为4/5或80％。联合概率则为2×4/25或32％。如上的定义，这对应于整体“高危险”。

分别通过筒单地将月和小时危险级别或概率相乘来确定整体危险的缺点在于其不允许考虑在月和小时危险级别或概率中的极端差异并且不允许考虑月和小时危险级别的不同的可靠性。例如，确定的月危险级别可能非常高，但教不可靠的确定的小时危险级别可能非常低。

在进一步的选择中，假定在图1的蜂窝电话10中实现，通过利用所谓的模糊法则定义整体危险来解决这一问题。更具体地，整体危险被自由地分配了月危险和小时危险的任何可能的组合。图6表示一个表格，其中可能的月危险N、L、A、H、V和E与不同的行相关联，其中可能的小时危险N、L、A、H、V和E与不同的列相关联，并且其中表格中的每个字段为对应于具体的月危险和具体的小时危险的组合分配了具体的整体危险。以此方式，例如有可能为在某个月无危险N但在某个小时有极高危险E的情况分配仅为值得注意的整体危险A，而尽管如此为在某个月无危险N但在某个小时有极高危险E的情况分配非常高的整体危险V。

如果基于图6的表格估计的整体危险偏离了一小时前确定的整体危险，则校正软件模块将因此重新校正蜂窝电话的雷电警报功能。

整体危险可用于例如校正环境传感器本身。例如，在RF模块12中的用于探测瞬态峰值的探测阈值设置得较高和/或由RF模块12使用的用于探测瞬态峰值的采样速率设置得较低，从而有较低的整体危险而不是有较高的整体危险。这样的调整在当整体危险为低时直接导致了较低的功率消耗。如ESD保护滤波器17等的其他传感器可以相应地进行校正。作为选择，在低危险的情况下处理级别可以调整为使得大部分探测的峰值不被由RF模块12等指示给微处理器11用于更详细的后续处理。由于微处理器11较少使用，所以这导致了低功率消耗。

此外，校正可以影响用户警报的方式是在低整体危险期间，只有当雷暴的存在极其有可能时才给出警报。因此，蜂窝电话10的雷电探测装置在大部分时间是处于睡眠或低功率空闲模式。

进一步，例如如图7中所示校正可以包括调整用户界面。图7表示在三种情况下的蜂窝电话10的显示器20。在非常低整体危险期间，指示雷电探测装置开启的图标被完全关闭。在此情况下，显示器20呈现在图7的左手侧。在中等整体危险期间，图标71被一直地以小尺寸进行显示。在此情况下，显示器20呈现在图7的中间。在高整体危险期间，图标72被显著地一直进行显示。在此情况下，显示器20呈现在图7的右手侧。该调整在低整体危险期间帮助避免蜂窝电话10的屏幕混乱，同时确保当整体危险为高时可以清晰地看到警报。在后面的两种情况下，在探测到雷击时显示的图标71、72开始闪光或闪烁。此外或作为选择，可以经由扬声器21输出蜂鸣声等。

此外，当使用基于网络的服务时，确定的整体危险可以被用来优化和调整经由基站30的数据下载，例如天气预报或雷电位置的实时地图的下载。在高整体危险期间，可以在快速间隔上进行下载。相反，当整体危险为低时，可以很少地或完全不进行下载。应当理解，在实践中蜂窝电话10可以询问用户是否实际地期望进行下载，以便节省带宽和用户的成本。

所表示的校正的优点是其能够相当可观地节省功率和用户的成本，特别是如果在低整体危险期间可以完全关闭某些装置时。另外，校正的使用性和方便性很好并且可以使用户界面在某些程度上更加清晰。还有，实施相对简单并且可以以模块的方式实现。

校正可以结合现有的世界时钟应用得以使用。然而，采用的表格作为模块进行添加和修改，而不需要改变日历、时钟或传感器软件，因为校正可以被实现为附加功能性。另外校正不取决于任何网络提供商服务，因为表格被保存在蜂窝电话本身内。然而，当然有可能网络提供商通过允许较高质量或较高分辨率的数据被下载来提供增强的或改进的服务。如果在存储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应的位置，则校正所需要的存储器空间可以减少。在此情况下，当定义新的位置时仍然不需要更新该表格。

现在参考图8到图11描述根据本发明的雷电探测的第二实施例。雷电探测还是实现于作为移动射频设备的蜂窝电话中。在此实施例中，蜂窝电话90可以包括图1的蜂窝电话10的所有装置和功能，但是其在评估电磁干扰之外还至少评估由空气压力变化所引起的次声信号。该装置能够改进探测的雷击到蜂窝电话90的距离的确定。

同时第二实施例可以允许在对大约20Hz以下的真次声信号的探测和评估之外对大约20Hz以上的可听信号的探测和评估。本实施例的真正的附加价值来源于对用户不能自己探测的声音信号的探测和评估，这在目前技术中是已知的。

图8表示描述可听声音和次声频谱相对于雷击距离的4个理论上的示图。该瞬态示图说明在蜂窝电话的位置处在不同声音频率的可探测范围中的不同。

所有的可听声音和次声频率的信号可以在到信号源1km的距离处被探测，这对应于大约3秒的信号传播时间。这在图8的第一示图中得以说明。清晰的低音可在到信号源5km的距离处被探测，这对应于大约15秒的信号传播时间。这在图8的第二示图中得以说明。远距离的低音可在到信号源10km的距离处被探测，这对应于大约30秒的信号传播时间。这在图8的第三示图中得以说明。然而，只有次声信号可在到信号源20km的距离处被探测，这对应于大约60秒的信号传播时间。这在图8的第四示图中得以说明。

图9是根据本发明的第二实施例的蜂窝电话90的示意性框图。

蜂窝电话90包括如参考图1描述的支持雷电探测的组件。在图9中，将这些组件概括为除分开地示出的微处理器92、麦克风93和显示器94之外的方框EMI探测系统91。此外，蜂窝电话包括加速度计95。微处理器92可以访问EMI探测系统91、加速度计95、麦克风93和显示器94。

图10的流程图说明图9的蜂窝电话的操作。

只要雷击的整体危险不为低，EMI探测系统91就开启。当EMI探测系统91，例如借助于图1的RF模块12，探测到雷击的EMI脉冲特性时，由微处理器92运行的雷电探测软件模块，基于如上参考图1和图2描述的探测到的EMI脉冲的幅度，估计假定的雷击的距离。

在可以假定雷击处于允许次声信号探测的范围中的情况下，由微处理器92运行的声音探测软件模块开启加速度计95作为次声传感器。在可以假定雷击甚至处于允许声音信号探测的范围中的情况下，声音探测软件模块因此开启麦克风92作为音频传感器。

然后加速度计95和可能地麦克风93在探测到雷击后的时间范围内分别试图识别次声和声音脉冲，这对应于雷击的估计的距离。由微处理器92的声音探测软件模块评估探测的信号。

图11是在示意性情况中在60秒的时间上描述由加速度计95探测到的次声信号的幅度的理论上的示图。此外，将各自的3秒时间元(3-second-bin)的标准化的能量值指示在时间轴之下。基于由EMI探测系统91的指示，微处理器92假定具有估计的雷击目前位于大约12km±3km的距离。这相对于雷击的探测对应于次声信号的大约36s±9s的时延。在图11中同样指示了该范围。

在图11中可见，在15s存在峰值，这可以被微处理器92错误地识别为由探测的雷击引起的峰值。然而，利用雷击的距离应该大约为12km的知识，微处理器92能够选择在大约27s开始的峰值，作为更有可能是正确的峰值。应当指出，此方法是统计方法，因此应当包括可靠性估计。

这样，使用时间序列的峰值分析允许估计来自探测的次声信号的假噪声。这样的假噪声是关键的问题，特别是在包含了众多的例如汽车电车等的次声噪声源的都市环境中。都市环境还包含了假EMI脉冲源，并且事实上传统的低端雷电探测器在都市环境中性能非常差并引起假警报。可以通过统计方法改进在都市环境中的性能，并且同时使用在此描述的EMI脉冲和次声信号可以进一步增加统计分析的鲁棒性。

如图11的示例，在开始于t＝27s的期望的时间范围内可见到次声脉冲，其中27s对应于9km的距离，微处理器92可以假定真正的距离接近于9km到15km。

在麦克风93也开启并且将探测的次声信号提供给微处理器92的声音探测软件模块的情况下，相应地对这些信号进行评估。

由雷电探测软件模块指示的次声或声音脉冲的允许的时间范围由声音探测软件模块使用以设置超时的值。如果在超时发生之前对接收的次声和声音信号的监视没有导致次声和声音脉冲的探测，则将返回一个标志，其指示为探测到次声和声音信号。

如果在由雷电探测软件模块指示的时间范围中对接收的次声或声音信号的监视导致了次声或声音脉冲的探测，则此脉冲的开始构成对雷击的距离的附加估计。

基于探测的次声或声音脉冲的距离估计可以与基于EMI脉冲的距离估计相结合。最终的距离例如可以是两个距离的加权平均。作为选择，基于探测的次声或声音脉冲的距离估计可以作为基于EMI脉冲的距离估计的边界值。甚至有可能使用基于探测的次声或声音脉冲的估计作为距离的基本值。

因为通常对于用户重要的只是知道最接近的千米数的雷击距离，甚至比较大的几秒钟的误差在次声或声音脉冲的探测中也是可接受的。这意味着带宽和其他要求不需要非常苛刻，其结果是功率的节省。

本发明的第二实施例的实现增加了距离确定的可靠性，而无需额外的硬件，因为蜂窝电话总是包括了麦克风，并且加速度计也在变得越发普遍。所表示的实施例运行在加速度计的自然频率范围，即几Hz到50Hz，所以采用的加速度计无需仔细调谐。因为次声的检测只是当探测到EMI脉冲时才触发，所以功率消耗的增加与第一实施例相比只是轻微的。EMI脉冲的早期探测以及借助于次声分析的可靠性增加在监视雷暴的同时甚至支持了功率的节省，如果为运行声音分析的话。

尽管已经应用其优选实施例示出、描述和指出了本发明的基本的新颖性特征，但应当理解，本领域技术人员可以在所描述的设备和方法的形式和细节中做出各种省略、替换和变化，而不背离本发明的精神。例如，可以明确地意指这些以基本上相同的方式执行基本上相同的功能达到基本上相同的结果的元件和方法步骤的所有组合都在本发明的范围之内。然而，应当认识到，关于本发明的任何公开的形式或实施例所示出和/或描述的结构和/或元件和/或方法步骤可以作为设计选择的一般内容与任何其他公开的或描述的或建议的形式或实施例相结合。因此，意图是只受限于所附权利要求书指示的范围。

Claims (28)

1.一种移动射频设备，包括：

电磁干扰探测组件，适合于在由用于通信链路的所述移动射频设备接收的射频信号中探测电磁干扰；以及

处理组件，适合于通过由所述电磁干扰探测组件探测的电磁干扰确定是否在所述移动射频设备的附近可以假定已经发生雷击，并且适合于经由用户界面引起关于假定的雷击的用户通知。

2.根据权利要求1所述的移动射频设备，进一步包括附加的干扰探测组件，用于在所述移动射频设备的至少一个组件中探测静电和磁干扰中的至少一个，该组件对静电和磁干扰中的至少一个敏感并且该组件不用来接收或处理射频信号，其中如果同时由所述电磁干扰探测组件和由所述附加干扰探测组件探测到干扰，则所述处理组件适合于假定雷击的发生。

3.根据权利要求1所述的移动射频设备，其中所述处理组件进一步适合于基于探测的电磁干扰的幅度、强度和频谱特性中的至少一个，估计假定的雷击的距离。

4.根据权利要求1所述的移动射频设备，其中所述处理组件进一步适合于基于在探测的电磁干扰的强度的变化和探测的电磁干扰的发生频率的变化中的至少一个，估计雷暴运动的方向。

5.根据权利要求1所述的移动射频设备，其中所述处理组件进一步适合于基于探测的电磁干扰的幅度，估计雷暴运动的速度。

6.根据权利要求1所述的移动射频设备，进一步包括声音探测组件，用于在至少包括次声信号的频率的频率范围中探测指示雷声的信号。

7.根据权利要求6所述的移动射频设备，其中所述声音探测组件包括用于探测次声信号的加速度计。

8.根据权利要求6所述的移动射频设备，其中所述处理组件进一步适合于基于由所述电磁干扰探测组件探测的电磁干扰的探测的时间以及基于由所述声音探测组件探测的次声信号的探测的时间，估计假定的雷击到所述移动射频设备的距离。

9.根据权利要求6所述的移动射频设备，其中只有当所述电磁干扰探测组件探测到所述处理组件通过其假定雷击的存在的电磁干扰时，所述声音探测组件才被激活。

10.根据权利要求1所述的移动射频设备，进一步包括校正组件，被安排为基于在给定的位置和在给定的时间的雷暴的已知概率，校正所述移动射频设备。

11.根据权利要求10所述的移动射频设备，其中所述时间为一年的时间和一天的时间中的至少一个。

12.根据权利要求10所述的移动射频设备，其中所述校正组件适合于通过开启或关闭电磁干扰探测组件至少其中之一校正所述设备：，适合于调整由电磁干扰探测组件采用的测量速率以探测电磁干扰，适合于调整由电磁干扰探测组件采用的阈值以探测电磁干扰，适合于允许或阻止关于探测的电磁干扰的数据处理，适合于允许或阻止关于雷击的假定的存在的用户通知，以及适合于调整用户界面。

13.根据权利要求1所述的移动射频设备，进一步包括适合于能够与移动通信网络进行通信的射频模块，其中所述处理组件进一步适合于在所述处理组件假定雷击的存在的情况下，引起所述通信组件将相应的指示发射到所述移动通信网络。

14.根据权利要求1所述的移动射频设备，其中所述设备是蜂窝电话。

15.一种包括网络的网元和移动射频设备的系统，所述移动射频设备包括：

射频模块，借助于射频信号能够与所述网元进行通信；

电磁干扰探测组件，在由用于通信链路的所述移动射频设备接收的射频信号中探测电磁干扰；以及

处理组件，适合于通过由所述电磁干扰探测组件探测的电磁干扰确定是否在所述移动射频设备的附近可以假定已经发生雷击，并且适合于经由用户界面引起关于假定的雷击的用户通知。

16.一种借助于移动射频设备探测雷击的存在的方法，所述方法包括：

在由用于通信链路的所述移动射频设备接收的射频信号中探测电磁干扰；

基于探测的电磁干扰确定是否在所述移动射频设备的附近可以假定已经发生雷击；以及

经由用户界面向用户通知假定的雷击。

17.根据权利要求16所述的方法，进一步包括：

在所述移动射频设备的至少一个组件中探测静电和磁干扰中的至少一个，该至少一个组件对静电和磁干扰中的至少一个敏感并且该至少一个组件不用来接收或处理射频信号；

其中如果在接收的射频信号中的电磁干扰同时被探测为在所述至少一个组件中的静电和磁干扰，则才假定雷击会发生。

18.根据权利要求16所述的方法，进一步包括基于探测的电磁干扰的幅度、强度和频谱特性中的至少一个，估计假定的雷击的距离。

19.根据权利要求16所述的方法，进一步包括基于在探测的电磁干扰的强度的变化和探测的电磁干扰的发生频率的变化中的至少一个，估计雷暴运动的方向。

20.根据权利要求16所述的方法，进一步包括基于探测的电磁干扰的幅度，估计雷暴运动的速度。

21.根据权利要求16所述的方法，进一步包括在至少包括次声信号的频率的频率范围中探测指示雷声的声音信号。

22.根据权利要求21所述的方法，其中借助于加速度计探测次声信号。

23.根据权利要求21所述的方法，进一步包括基于电磁干扰的探测的时间以及次声信号的探测的时间，估计假定的雷击到所述移动射频设备的距离。

24.根据权利要求21所述的方法，进一步包括只有当探测到通过其假定雷击的存在的电磁干扰时，激活所述声音探测。

25.根据权利要求16所述的方法，包括基于在给定的位置和在给定的时间的雷暴的已知概率，校正所述移动射频设备的前述步骤。

26.根据权利要求25所述的方法，其中所述时间为一年的时间和一天的时间中的至少一个。

27.根据权利要求25所述的方法，其中所述校正包括开启或关闭电磁干扰的探测至少其中之一，调整所采用的测量速率以探测电磁干扰，调整所采用的阈值以探测电磁干扰，允许或阻止关于探测的电磁干扰的数据处理，允许或阻止关于雷击的假定的存在的用户通知，以及调整用户界面。

28.根据权利要求16所述的方法，进一步包括支持与移动通信网络进行通信以及在假定雷击的存在的情况下将相应的指示发射到所述移动通信网络。

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