JP2009109503A - 稲妻検出システム及び方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】異なる地理的位置に配置された複数のリモートプログラム可能センサ(RPS)を使用し、CG及びICの稲妻放電の双方に関する情報を検出し、分類し、パッケージし、圧縮された形態で伝送し、中央解析器位置に集められ、中央解析器にて、前記情報は、稲妻放電の位置、大きさ及び発生時間を決定するために、伸張され、相関される。
【解決手段】稲妻検出及びデータ獲得システム。複数のリモートプログラム可能センサは、雲対地面及びIC稲妻雷撃を検出するのに使用される。稲妻雷撃のアナログ表現は、デジタル信号に変換される。前記デジタル信号は、ユーザ変更可能基準にしたがって分類される。分類されたデジタル信号は、圧縮され、任意にデシメートされる。圧縮された情報は、中央位置に伝送され、この中央位置では、前記圧縮された情報は、伸張され、検出された稲妻雷撃の位置、大きさ及び移動経路を相関するのに使用される。
【選択図】図6
【解決手段】稲妻検出及びデータ獲得システム。複数のリモートプログラム可能センサは、雲対地面及びIC稲妻雷撃を検出するのに使用される。稲妻雷撃のアナログ表現は、デジタル信号に変換される。前記デジタル信号は、ユーザ変更可能基準にしたがって分類される。分類されたデジタル信号は、圧縮され、任意にデシメートされる。圧縮された情報は、中央位置に伝送され、この中央位置では、前記圧縮された情報は、伸張され、検出された稲妻雷撃の位置、大きさ及び移動経路を相関するのに使用される。
【選択図】図6
Description
本発明は、稲妻検出システム及び方法に関し、特に、連続的に稲妻検出を行い、ユーザ選択可能な評価基準を可能にするプログラム可能なシステムに関する。
稲妻検出システム及びデータ取得システムは、稲妻放電の発生を検出し、稲妻放電の場所を決定し、放電についての他のデータを収集するのに使用される。従来の稲妻検出システムでは、複数のセンサが数10〜数100キロメートル離れて配置され、稲妻放電の電磁場を遠隔的に検出する。このような放電は、雲と地面の間(CG)又は雲の中(IC)で生じうる。センサからの情報は、中央局に伝送され、中央局ではセンサデータの解析が行われる。典型的には、放電の発生時間及び位置は、複数のセンサによって与えられたデータから決定する。
稲妻検出システム及びデータ取得システムのリモートセンサは、典型的には、多くの放電から成るCG及びICの稲妻閃光における双方の電磁場を検出する。2つのタイプの閃光を識別できるようにするのが重要になることがよくある。この目的のため、リモートセンサは、稲妻放電からの低周波(LF)及び超低周波(VLF)放出に直面することがよくある。アンテナが電気又は磁気の放電場の時間導関数に固有に応答するので、LF及びVLF(LF/VLF)検出器によって生成した電気信号は、通常は電気又は磁気の放電場を表す波形を生成するために解析前に積分される。CG及びICの放電を識別する電場又は磁場のいずれかを表す信号を解析することを、波形解析行うと称することにする。LF及びVLFの範囲の双方における稲妻信号を識別する周知の方法は、代表的信号におけるピークからゼロ振幅基準点と交差する瞬時までに経過した時間を調べることである。これは、ピーク・ツー・ゼロ(PTZ)解析方法と呼ばれる。比較的短いPTZ時間は、IC放電が生じた旨を表す良好な指標となる。他の周知の識別方法は、バイポーラテストと呼ばれ、このテストでは、その代表的信号を、第1ピークと、この第1ピークの予め決められた割合値より大きい反対の極性の次のピークとについて調べる。このような方法は、IC放電の別の良好な指標となる。IC放電に関するさらに別のテストは、この代表的信号における同じ極性の初期ピークより大きい次のピークの有無である。これは、いくつかのIC放電が、後続する大きめで且つ遅めのパルスの前に、多数の小さく且つ高速の先行する電磁パルスを有するという事実に基づいて予測するものである。放電がIC放電である旨を示すこのような基準がない場合、通常はCG放電であると想定される。CG及びICの事象間を識別するために確立されている全ての基準を適用しても、幾つかの事象は依然として誤って分類される。
稲妻検出の他の方法は、稲妻放電からの超高周波(VHF)放射を監視することである。しかしながら、VHF検出システムは、IC稲妻におけるVHFパルス放射は約10分の1ミリ秒離れて生じるため、極めて高いデータレートで情報を処理するできるようにしなければならない。加えて、VHFシステムは、センサに対して直接的な照準線を有する稲妻の事象を検出できるだけである。このようなシステムは、フロリダにおけるケネディ宇宙センタにおけるNASAによって現在使用される。しかしながら、このシステムは、リアルタイムのマイクロ波通信システムを使用するため、センサと中央解析器との間の直接的な照準線にさらに制限される。加えて、NASAによって使用されるVHFシステムは、設置し保持するのが高価であることがわかっている。
低周波の電磁場信号を検出する、以前の稲妻検出システム及びデータ取得システムは、到着時間(TOA)及び磁気方向発見と、時間領域フィールド波形解析との組み合わせの周囲で設計されていた。これらのシステムの大部分において、センサは、主にアナログ装置である。稲妻検知用センサにアナログデバイスを使用することは、適度の事象を検出し、この代表的信号を捕らえ、これにおいて波形解析を行うのに、“トラックアンドホールド”回路の使用を必要とする。これらの“トラックアンドホールド”回路における遅延期間の蓄積により、これらのセンサは、センサがその後の稲妻事象を記録できない大きい“リアーム”時間、即ち“デッドタイム”時間を有する。実質的にデジタルであるより新しい稲妻検出システム及びデータ取得システムでも、幾らかのデッドタイムを有する。例えば、幾つかのこのようなシステムにおけるセンサは、5〜10ミリ秒の“デッドタイム”を有し、大部分の現在のデジタルセンサでも、1ミリ秒までの“デッドタイム”を有する。後者は、IC稲妻放電の制限された一部を検出することができるだけである。これは、部分的には、幾つかのIC稲妻放電は1ミリ秒間に生じるという事実による。しかしながら、CG稲妻閃光は、個々の放電間の比較的長い期間で、少なめの放電を有する傾向がある。前世代のセンサがCG及びICの電磁場信号を監視するように設計されている場合、かなりの時間部分がIC放電事象の処理に占められ、事象の記録を犠牲にしてしまう。センサのデッドタイム及びTOA位置方法に関する他の態様は、多数のリモートセンサが同じIC稲妻事象に応答するであろうと想定すると不確かなものとなる。遠隔の小さな振幅の事象は、電磁波が地球上を長い距離伝わるときに、電磁波が被る減衰によって、検出するのが困難になる。異なるセンサが異なる事象からの到着時間情報を発生する場合、この計算した放電位置は、かなりの誤差を有することになる。
LF/VLF周波数において動作するアナログセンサは、CG及びICの稲妻放電の双方に対して調整するのが困難である。CGの電磁場信号の振幅中央値は、ICの電磁場信号振幅中央値より大きい桁に関する。これらのセンサの1つのゲインをIC事象の検出に最適化することで、センサが、近くのCG稲妻放電のきわめてより大きいエネルギーによって飽和することがよくある。従って、双方のタイプの電磁場信号に適応させるようにゲインを調節すると、IC事象を検出するセンサの能力が減少するのが通例である。遠くのIC稲妻放電は、地面を伝播することによって減衰するため、これらは、バックグランドの環境ノイズから識別するのが困難になる。
稲妻検出システムが有用な情報を適時な方法で提供するために、センサ情報を中央位置に伝送する方法がなければならない。この中央位置は、多数のリモートセンサから情報を集めなければならず、次にこの情報は、稲妻放電の位置、大きさ及び発生時間を確立するために相関付けられる。存在する検出システムは、一般に、狭い帯域幅の通信システムを有し、センサが中央解析器に送ることができる情報の量を制限する。多くの存在する稲妻検出ネットワークにおいて、センサは中央局に低速電話モデム、通常は2400ないし9600ビットパー秒によって接続される。過去において、この通信制限は、前世代のアナログセンサの大きいデッドタイムが、収集され中央解析器に送られることができる情報の量を制限していたため、過度に決定的ではなかった。
センサ情報が中央局に到着すると、解析されなければならない。各センサからの情報は、他のセンサからの到来情報と比較される。この比較プロセスは、稲妻放電の位置、大きさ及び発生時間を決定するための対応するデータを見つけることを試みる。しかしながら、現在の相関技術は、放電間の時間がセンサ間の旅行時間より2桁以上短い場合、大量の情報を処理するのには不十分である。実際には、稲妻検出システムが、進歩した技術を使用して、増加された量の情報を送受信する場合、現在の中央解析器は、情報を現在の相関技術によって効率的に処理することができないであろう。
稲妻検出システム及びデータ取得システムの最先端技術は、一般に、いくつかの特許によって部分的に現される。第1に、クリダー(Krider)他の米国特許第4198599号及び第4245190号明細書は、ゲート広帯域磁気方向発見センサのネットワークを記載している。これらのセンサは、CG稲妻閃光における復帰雷撃に対して敏感である。米国特許第4198599号明細書において、識別と分類は、時間領域フィールド波形の形状を調査することによって果たされる。短い立ち上がり時間(しきい値からピークまでの時間)は、さらなる解析が行われている間にアナログトラックアンドホールド回路において置かれている代表的信号の結果として生じる。これらのセンサは、主に興味があるCG放電によって指定される。検出された任意のIC稲妻放電は、放棄される。しかしながら、短い立ち上がり時間基準と事象持続時間の簡単なテストとを満たすCG及びIC事象の双方は、結果として、かなりの量のセンサデッドタイムを生じる。
第2に、ベント(Bent)他の米国特許第4543580号及び第4792806号明細書は、電磁場信号のTOAを測定し、この情報を用いて稲妻を位置決めするセンサのネットワークを開示している。これらのセンサは、IC放電とCG放電とを識別しない。しかしながら、これらのセンサは、クリダーの特許の磁気方向センサと同様のデッドタイム問題を受ける。多数のIC放電パルスが短い時間に生じる場合、多数のセンサが同じIC放電事象に応答する保証はない。
興味ある他の特許は、マークソン(Markson)他の米国特許第6246367号明細書であり、この特許明細書において、稲妻検出システムは、アナログ−デジタル変換器(ADC)を使用し、代表的な電磁場信号の連続的な処理を与える。これは、前世代のセンサに固有のデッドタイム問題を除去する。マークソンは、バイポーラ比較器を使用し、CG又はICの閃光における第1広帯域放射パルスであると推論される特定のパルスの正及び負の極性バージョン間を識別することを記載している。マークソンは、データ相関プロセス及び到着時間差位置方法も使用する。マークソンのやり方は、明白に、ハイパスフィルタを使用して、代表的な電磁場信号の大部分の低周波成分をブロックするので、これは、閃光における初期パルスを検出するのに必ずしも有用でない。マークソンの特許の制限は、HF周波数範囲の特定の使用と、各々の閃光における第1パルスのみを検出及び処理することである。
したがって、いくつかの点において、稲妻検出システム及びデータ取得システムの改善に対する必要性が存在していた。第1に、改善された信号調節方法が必要とされる。CG事象は、通常、CG復帰雷撃中に流れる電流のチャネル長及び量によって、LFにおいてIC事象より一桁大きい。上述したように、ゲインの増加、又は、等しく事象しきい値を減らすことは、結果として、アナログ検出及び評価システムを飽和するCG事象、又は、かなりの量のノイズのピックアップを生じる。ゲインの増加、又は、等しく事象しきい値を減らすことは、結果として、IC事象をマスクする不十分な検出を生じる。望まれないノイズ成分を除去する間、CG及びICの信号間のこの大きさの差の影響を減らす必要がある。電場及び磁場アンテナ双方の興味ある態様は、これらは、これらが検出している電磁場の時間導関数に比例する信号を発生することである。これらの微分アンテナは、IC及びCGの微分した代表的信号間の大きさ不均衡を実際に減少する。しかしながら、現世代センサは、アンテナそれ自身がダイナミックレンジ要件を減少させるという事実を使用せずに、微分した電磁場信号を電磁場を表す積分した信号に変換する積分方法を必ず課すことになる。加えて、稲妻タイプを識別する改善された分類方法に対する要望が存在する。
本産業における他の要望は、新たな又は異なった波形解析技術でリモートセンサをプログラムできるようにすることである。また、より多くのIC及びCG情報を収容する改善されたデータ比較及びデータのデシメーション技術に対する要望もある。従って、新たなデータ相関技術は、増加した情報処理レートを扱うのに必要とされる。これらの相関技術は、到着時間及び方向情報の双方を扱う必要がある。
従って、信号調整の新たな方法と、事象分類に関するユーザ変更可能なシステムと、データ比較の新たな方法と、CG及びIC事象を効率的に検出し、これらの位置、大きさ及び発生時間を決定する新たなデータ相関技術とを組み合わせた完全な稲妻検出及び情報取得システムに関する要望が存在する。
発明の要約
本発明は、上述した要望を、異なる地理的位置に配置された複数のリモートプログラム可能センサ(RPS)を使用し、CG及びICの稲妻放電の双方に関する情報を検出し、分類し、パッケージし、圧縮された形態で伝送することによって満たす。情報は、中央解析器位置に集められ、中央解析器にて、前記情報は、稲妻放電の位置、大きさ及び発生時間を決定するために、伸張され、相関される。稲妻放電から電磁場信号を検出し、導関数の代表的な電磁場信号を発生するように設計されたアンテナが使用される。導関数信号は、CG及びICの電磁場信号間の振幅不均衡を減少する利点を有する。フィルタは、微分信号の低周波部分を通過し、前記信号の基本成分を積分することなしに、周波ノイズを廃棄することによって、信号対ノイズ比を増加するように使用される。非線形増幅は、CG及びICの信号間の振幅不均衡を、より小さい振幅の信号に関してより大きい増幅を与えることによって、さらに減少する。増幅した信号は、次に、ADCによって処理して、増幅した微分信号をデジタル表現信号に変換する。この変換は、信号をデジタル的に処理及び格納することを可能にする。前記デジタル表現信号は、次に、デジタルプロセッサによって積分され、電場又は磁場を表す信号を与える。デジタル微分した電磁場信号と電磁場それ自身のデジタル表現信号は、デジタルプロセッサによって使用され、稲妻事象をCG又はICの事象のいずれかとして分類する。デジタル記憶と結合されたアナログ−デジタル変換は、稲妻放電の連続的な検出及び評価を可能にし、これは、前世代稲妻検出システムに固有の“デッドタイム”を除去する。
本発明は、上述した要望を、異なる地理的位置に配置された複数のリモートプログラム可能センサ(RPS)を使用し、CG及びICの稲妻放電の双方に関する情報を検出し、分類し、パッケージし、圧縮された形態で伝送することによって満たす。情報は、中央解析器位置に集められ、中央解析器にて、前記情報は、稲妻放電の位置、大きさ及び発生時間を決定するために、伸張され、相関される。稲妻放電から電磁場信号を検出し、導関数の代表的な電磁場信号を発生するように設計されたアンテナが使用される。導関数信号は、CG及びICの電磁場信号間の振幅不均衡を減少する利点を有する。フィルタは、微分信号の低周波部分を通過し、前記信号の基本成分を積分することなしに、周波ノイズを廃棄することによって、信号対ノイズ比を増加するように使用される。非線形増幅は、CG及びICの信号間の振幅不均衡を、より小さい振幅の信号に関してより大きい増幅を与えることによって、さらに減少する。増幅した信号は、次に、ADCによって処理して、増幅した微分信号をデジタル表現信号に変換する。この変換は、信号をデジタル的に処理及び格納することを可能にする。前記デジタル表現信号は、次に、デジタルプロセッサによって積分され、電場又は磁場を表す信号を与える。デジタル微分した電磁場信号と電磁場それ自身のデジタル表現信号は、デジタルプロセッサによって使用され、稲妻事象をCG又はICの事象のいずれかとして分類する。デジタル記憶と結合されたアナログ−デジタル変換は、稲妻放電の連続的な検出及び評価を可能にし、これは、前世代稲妻検出システムに固有の“デッドタイム”を除去する。
本発明は、新たなデータ圧縮プロセスを使用し、狭帯域通信チャネルによってデータを伝送する。稲妻放電の多数のデジタル信号パルス表現は、パルス列において一緒にグループ化される。最も大きいパルスは、基準パルスとして指定され、その大きさ、時間及び方向(利用可能なら)は、データ記録において含まれる。前記パルス列の他のパルスは、前記基準パルスの割合となる振幅と、前又は後のパルスの時間に対するタイムスタンプとによって表わされる。これは、パルス列におけるすべてのパルスを正確に定義するために伝送しなければならない情報を大きく減少させる。伝送された情報の量が依然として関連する通信チャネルの帯域幅を超える場合、稲妻検出システムにおけるRPSセンサは、前記情報の同期された部分を伝送するようにプログラムされることができ、すべてのセンサが同じ稲妻事象についての情報を報告するようにすることができる。
前記情報は、中央解析器によって受信されるとアンパックされ、元のパルス振幅、時間及び方向(利用可能なら)情報が再生される。アンパックされたパルス情報は、複数のセンサ位置からの雷撃情報を相関させるのに使用される。この情報は、稲妻放電の大きさ、位置及び発生時間を決定するのに使用される。
したがって、本発明の主な目的は、新奇な改善された稲妻検出システム及びデータ取得システム及び方法を提供することである。
本発明の他の目的は、CG及びIC稲妻事象を識別する改善された能力を有する稲妻検出システム及びデータ取得システム及び方法を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、CG及びICの稲妻の代表的な電磁場信号間の振幅不均衡を減少する稲妻検出システム及びデータ取得システム及び方法を提供することである。
本発明の追加の目的は、稲妻放電によって生じた電磁場信号の連続的な検出及び処理を行う稲妻検出システム及びデータ取得システム及び方法を提供することである。
本発明の依然として他の目的は、雷撃の位置、大きさ及び発生時間を決定するための、
複数のリモートプログラム可能センサからの情報の改善された相関に関する稲妻検出システム及びデータ取得システム及び方法を提供することである。
複数のリモートプログラム可能センサからの情報の改善された相関に関する稲妻検出システム及びデータ取得システム及び方法を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、センサの配置がリモートアクセスによって設定又は変更できる稲妻検出システム及びデータ取得システム及び方法を提供することである。
上記及び他の本発明の目的、特徴及び利点は、添付した図面に関連して行われる本発明の以下の詳細な説明の考察に応じてより容易に理解されるであろう。
図1を参照すると、稲妻検出システム及びデータ取得システム10の好適実施例が例示される。リモートプログラム可能センサ(RPS)12は、数10ないし数100キロメートル離れて分布される。これらのリモートセンサは、CG稲妻14又はIC稲妻16のいずれかとして雲22から稲妻放電によって発生された電磁場を検出するのに使用される。通信リンク18は、リモートセンサ12が情報を中央解析器22に送ることを可能にし、中央解析器22では、稲妻放電の位置、大きさ及び発生時間が決定される。
CG稲妻放電は、一般に、VLF/LF周波数範囲において、IC事象より振幅において10倍大きい。リモートセンサ12のアナログ構成要素の飽和を防ぐために、CG代表的信号とIC代表的信号との間の振幅不均衡を減少する手段が設けられる。センサ12は、また、これら代表的信号の信号対ノイズ比を増加する手段を有する。加えて、センサ12は、アナログ代表的信号をデジタル信号に変換し、このデジタル信号は次にCG又はICの稲妻のいずれかとして分類される。信号が分類されたら、センサは、信号のグループが、パルスの列とみなされるのに十分に時間において共に近いかどうかを決定する。このようなパルス列に関して、センサは、信号情報を圧縮されたデータにパッケージし、これらのデータワードを中央解析器20に伝送する。分離されたパルスは、特徴付ける特徴のより豊富な組と共に単独で伝送される。通信リンクがすべての情報を処理するのに不十分な場合、リモートセンサ12は、情報のデシメートし、前記情報の同期部分のみを送る。
中央解析器20は、リモートセンサ12から送られたデータワードを受け、前記ワードを伸張して稲妻放電情報を得るのに使用される。相関技術を用い、複数のセンサ12からの情報は、稲妻放電14、16の大きさ、位置及び発生時間を決定するのに使用される。
稲妻閃光は、反対の極性の電荷蓄積間で生じる。稲妻閃光は、電荷蓄積間の空気がイオン化され、導電チャネルを形成するため、小さい絶縁破壊によって始まる。CG閃光において、チャネルが雲から地面まで形成されると、大量の電気が雲と地面との間で流れる。これらの大電流を生じる放電は、復帰雷撃と呼ばれる。代表的なCG稲妻閃光は、4つの復帰雷撃を有する。これらの雷撃は、代表的に、数十ミリ秒離れている。CG雷撃によって発生された電磁場の波形30は、図2において示される。この図は、第1負ピーク32と、第1負トラフ34と、第2負ピーク36と、ゼロ交差点38と、第1正ピーク40と、第1正トラフ42と、第2正ピーク44とを例示する。第2信号46は、電磁場の時間導関数に応じるアンテナ12による検出後の電磁場の波を表す電気信号を説明する。
IC閃光における放電の数は、CG閃光における雷撃の数より約10倍多い。他方において、CG稲妻雷撃によって生じる電磁場の振幅中央値は、IC放電によって生じるものより約10倍大きい。IC放電におけるパルス間の期間は、CG稲妻に関するよりかなり小さい。最も大きい振幅の電磁場パルスは、一般に、これらのパルス列の中央において生じる。IC放電によって発生された電磁場の波形50は、図3において示される。この図は、多数の顕著なパルス52と、いくつかの小さいないし中くらいのパルス54とから成る電磁場パルス列を例示する。第2信号波形56は、(微分)アンテナ12による検出後の電磁場の時間導関数の電気表現信号を説明する。
図4は、IC及びCG放電の範囲を正規化した信号振幅の経験的に決定された累積的分布を示す。範囲の正規化は、結果として、センサと放電との間の実際の距離に依存しない信号振幅値を生じる。図4における第1曲線70は、CG事象の範囲を正規化した表現である。領域は、センサ位置から100kmに範囲を正規化されたLLP単位における信号強度である。第1曲線70を参照すると、CG稲妻事象の50パーセントは、120LLP単位より大きい振幅を有し、50パーセントは120LLP単位未満である。CG事象の約80パーセントは、180LLP単位未満の振幅を有し、20パーセントは180LLP単位より大きい。第2曲線72は、IC閃光内の大きく顕著な放電の範囲を正規化した分布を表わし、第3曲線74は、すべてのIC放電の範囲を正規化した分布を例示する。すべてのIC事象の約70パーセントは、1LLP未満である。この振幅不均衡は、CG及びIC事象双方がLF/VLF周波数範囲において同じセンサによって検出されるべき場合、稲妻検出及び処理に対する新奇なアプローチを必要とする。
図5に向けると、ブロック図は、本発明による稲妻検出システム及びデータ取得システムの機能的態様を例示する。微分アンテナ92は、稲妻放電によって発生された電場又は磁場のいずれかを検出するのに使用される。アンテナ92は、検出された電磁場の波のアナログ表現信号(電気的検出信号)を出力し、これをリモートプログラム可能センサ94に送る。リモートセンサ94の第1段は、CG代表的信号とIC代表的信号との間の振幅不均衡を減らし、ノイズを減らし、調節された電気的検出信号をデジタル表現に変換するのに使用される信号調節回路96である。代表的信号が調節されると、これは事象分類段98に渡され、事象分類段98では、デジタル代表的信号は評価され、どんなタイプの事象(CG又はIC放電のいずれか)が電磁場を生じたかを決定する。リモートセンサは、結果として興味ある信号のみが蓄積されるユーザ選択可能な基準に基づいてプログラムすることができる。蓄積された興味ある信号は、データ圧縮ソフトウェア100によって処理される。必要なら、これらは、データデシメーション段102によっても処理され、任意のデジタルデータ伝送手段を使用して中央解析器104に伝送される。中央解析器は、位置決定部108が後段にあるデータ伸張部105及びデータ相関部106を使用し、稲妻事象の大きさ、位置及び発生時間を決定する。
図6を参照すると、リモートプログラム可能センサ110の好適実施例の構造的ブロック図が例示される。アナログフロントエンド112は、電磁アンテナからアナログ代表的信号を受け、この代表的信号を、フィルタ及び増幅構成要素124を使用してフィルタ処理し、前記代表的信号を、クロスポイントスイッチ126を使用してADC114及び増幅比較器128に渡す。比較器128は、アナログ代表的信号の振幅が以前決定された値を超えるかどうかを決定し、“パルス”の開始を示すのに使用される。パルスが開始したことの決定に応じて、グローバルポジショニングシステム(GPS)装置130は、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)116における時間タグファーストインファーストアウト(FIFO)132において格納されるタイムスタンプを与えるのに使用される。ADC114は、クロスポイントスイッチ126によって与えられた信号の連続的なデジタル化を行う。ADCは、20MHzにおいてサンプル化された12ビットの分解能を有するデジタル信号を発生する。デジタル化された信号は、上述されたFPGA116内のデジタル加算器134に送られる。加算器134は、4つのデジタルサンプルのグループを加算し、14ビット分解能を有する5MHzサンプルを発生するのに使用される。これらの14ビットデジタルサンプルは、FPGA116における信号FIFO136において置かれる。FPGAによって与えられるクロック信号は、信号FIFO136から、シンクロナスダイナミックランダムアクセスメモリ装置(SD−RAM)120において存在するリングバッファ138へのデジタルサンプルの流れを制御するのに使用される。リングバッファ138へのアクセスは、デジタル信号プロセッサ(DSP)118の一部であるダイナミックメモリアクセスコントローラ(DMA)140によって生じる。DMAコントローラ140は、また、FPGA116における時間タグFIFO132からSD−RAM120における時間タグバッファ142へ、事象タイムスタンプを転送する。DSP118において備わる中央プロセッサユニット(CPU)144は、リングバッファ138において格納されたデータと、時間タグバッファ142において格納されたタイムスタンプ情報とを評価するのに使用される。興味ある信号を表わすデータは、SD−RAM120における結果バッファ146において置かれる。情報は、次に、DSP−PCインタフェース148を経て、ホストパーソナルコンピュータ122に進み、ホストパーソナルコンピュータ122では、伝送のためにパッケージされる。
リモートプログラム可能センサ110の信号調節及び分類態様は、以後アドレスされ、図7、8、9と、図10A−10Hにおけるフローチャートとによって例示される。
アナログ処理
アンテナフィルタネットワーク300の基本構成要素は、図7において示される。アンテナ301は、微分信号をローパスフィルタ302(4極又はそれ以上)及びハイパスフィルタ304に与える。前記フィルタには、光非線形増幅段306が続く。電場及び磁場双方のアンテナは、これらが監視する電磁場信号の時間導関数に依存する信号を発生する。したがって、このアンテナ301は、微分アンテナと呼ばれる。アンテナ301のこの微分特性は、微分電磁信号がCG及びIC代表的信号間の振幅不均衡を2ないし4分の1に減少することが発見されているため、重要である。前世代稲妻検出システムは、このアンテナ特性を使用しなかった。実際には、大部分の稲妻検出システムは、アンテナ出力を積分し、電磁場の真の表現を得る。
アンテナフィルタネットワーク300の基本構成要素は、図7において示される。アンテナ301は、微分信号をローパスフィルタ302(4極又はそれ以上)及びハイパスフィルタ304に与える。前記フィルタには、光非線形増幅段306が続く。電場及び磁場双方のアンテナは、これらが監視する電磁場信号の時間導関数に依存する信号を発生する。したがって、このアンテナ301は、微分アンテナと呼ばれる。アンテナ301のこの微分特性は、微分電磁信号がCG及びIC代表的信号間の振幅不均衡を2ないし4分の1に減少することが発見されているため、重要である。前世代稲妻検出システムは、このアンテナ特性を使用しなかった。実際には、大部分の稲妻検出システムは、アンテナ出力を積分し、電磁場の真の表現を得る。
4極ローパスフィルタ302は、微分信号に対する良好な過渡的応答を与えるのに使用される。ローパスフィルタ302の出力は、約300ヘルツのカットオフ周波数を有するハイパスフィルタ304に送られる。このフィルタの目的は、50/60ヘルツ電力線ノイズのようなおそらく人工の任意の信号を除去することである。これらの2つのフィルタ間の周波数範囲において、フィルタ処理は用いられない。これは、興味がある信号が存在するかもしれないこの帯域じゅうの信号の微分特性を保存する。前記フィルタのこの調整は、0.5−1MHz未満の周波数を積分されることなく通過させるように調整可能なアナログリーク型積分器を効果的に形成する。本発明の任意の構成要素は、CG及びIC代表的信号間の振幅不均衡をさらに減らす非線形増幅器306の使用である。図8の第1曲線310は、好適実施例における微分アンテナを含むリーク型フィルタネットワークの周波数応答を示す。第2曲線312は、時定数が過度の人工無線周波数ノイズを除去するように調整されたリーク型フィルタネットワークの周波数応答を例示する。
好適実施例の非線形増幅器306は、小さい振幅の信号を大きい振幅の信号より不均衡に大きく増幅する。この用途に適した2つのタイプの非線形増幅器は、対数増幅器及び区分的線形増幅器である。これらのタイプの増幅器の双方は、CG及びIC信号間の振幅不均衡を12−24dB減少することができる。図9は、これらの非線形増幅器の入力−出力特性を例示する。第1曲線330は、対数増幅器の応答を示し、第2曲線332は、区分的線形増幅器の応答を例示する。
図10Aを参照すると、微分代表的アナログ信号は、図5のアンテナ92から受けられる。ステップ150及び151は、代表的信号から高周波ノイズを除去するのに必要なローパスフィルタ処理と、それに続く、電力線ノイズを除去するのに使用されるハイパスフィルタ処理である。光非線形増幅152は、小さい振幅の信号を大きい振幅の信号より不均衡に大きく増幅し、CG及びIC信号間の振幅不均衡を減らすのに使用される。
データ収集
図10Aにおける非線形増幅152に続いて、クロスポイントスイッチ154を使用し、アナログ情報は、しきい値比較156及びデジタル化162に送られる。代表的信号が予め決められた振幅値を超える場合、“しきい値交差時間”は、ステップ158において図6のGPS装置130を使用して確立され、ステップ160によって時間タグFIFO132内に置かれる。しきい値比較156と同時に、20MHzのレートにおける12ビット分解能連続デジタル化162は、図6のADC114において生じる。LF/VLFセンサにおいて、4つのサンプルごとにステップ166においてFPGA116のデジタル加算器134を使用して共に加算される。その結果、14ビット分解能を有する5MHzデータサンプルストリームは、ステップ168によってFPGA116の信号FIFOにおいて格納される。サンプルが終端に達するまでFIFO136を経て移動するプロセスは、ステップ170によって示される。FPGA116及びDMAコントローラ140によって与えられた制御ロジックは、信号FIFO136からSD−RAM120のリングバッファへのデジタルサンプルの流れを制御し、これは図10Bのステップ172によって示される。リングバッファ内のデータサンプルのアドレスにおいて内在するのは、1秒の割合値へのタイムスタンプである。DSP118における別個のクロック信号は、ステップ174によるリングバッファ138からDSPのCPU144中へのデータサンプルの読み出しを調整するのに使用される。実際には、ステップ172におけるリングバッファ中へのデータの伝送は、常に、ステップ174におけるリングバッファ外及びDSP CPU中へのデータの伝送の(時間において)数サンプル先である。このタイムラグは、一般に、図10Bにおける“未来バッファ”173によってグラフィックに表わされ、このラグが、DSPがステップ176において現在調査されているサンプルのいずれかの側における数個のサンプルを調査することを可能にする事実を記号化する。ステップ178は、時間タグバッファ142からCPU144へ次のタイムスタンプを与える。ステップ176は、現在のデータサンプルが、タイムスタンプによって示されるしきい値交差時間において又はその後に生じたかどうかの決定である。そうであれば、ステップ180は、デジタル化信号の振幅が、事象の終了に関して確立されたしきい値未満であったかどうかを決定するのに使用される。そうであれば、ステップ178によって再生されたタイムスタンプによるパルス開始を発生した事象は終了した、すなわち、パルスは終了したとみなされる。ステップ182は、時間タグバッファを興味ある次の事象に進めるのに使用され、ステップ184のパルス分類に進む。ステップ180の結果が、パルスは完了したとみなされず、我々はちょうどパルスを開始するであった場合、ステップ186及び188は、ノイズレベルより上の絶対的な大きさを有する現在のパルス内の第1データサンプルの時間を見つけるのに使用される。この時間は、タイムスタンプは現在のパルスが(ノイズフロアより高く設定された)予め決められたしきい値大きさを超ええた後にのみ記録されるため、ステップ178において再生されたタイムスタンプと同じではない。
図10Aにおける非線形増幅152に続いて、クロスポイントスイッチ154を使用し、アナログ情報は、しきい値比較156及びデジタル化162に送られる。代表的信号が予め決められた振幅値を超える場合、“しきい値交差時間”は、ステップ158において図6のGPS装置130を使用して確立され、ステップ160によって時間タグFIFO132内に置かれる。しきい値比較156と同時に、20MHzのレートにおける12ビット分解能連続デジタル化162は、図6のADC114において生じる。LF/VLFセンサにおいて、4つのサンプルごとにステップ166においてFPGA116のデジタル加算器134を使用して共に加算される。その結果、14ビット分解能を有する5MHzデータサンプルストリームは、ステップ168によってFPGA116の信号FIFOにおいて格納される。サンプルが終端に達するまでFIFO136を経て移動するプロセスは、ステップ170によって示される。FPGA116及びDMAコントローラ140によって与えられた制御ロジックは、信号FIFO136からSD−RAM120のリングバッファへのデジタルサンプルの流れを制御し、これは図10Bのステップ172によって示される。リングバッファ内のデータサンプルのアドレスにおいて内在するのは、1秒の割合値へのタイムスタンプである。DSP118における別個のクロック信号は、ステップ174によるリングバッファ138からDSPのCPU144中へのデータサンプルの読み出しを調整するのに使用される。実際には、ステップ172におけるリングバッファ中へのデータの伝送は、常に、ステップ174におけるリングバッファ外及びDSP CPU中へのデータの伝送の(時間において)数サンプル先である。このタイムラグは、一般に、図10Bにおける“未来バッファ”173によってグラフィックに表わされ、このラグが、DSPがステップ176において現在調査されているサンプルのいずれかの側における数個のサンプルを調査することを可能にする事実を記号化する。ステップ178は、時間タグバッファ142からCPU144へ次のタイムスタンプを与える。ステップ176は、現在のデータサンプルが、タイムスタンプによって示されるしきい値交差時間において又はその後に生じたかどうかの決定である。そうであれば、ステップ180は、デジタル化信号の振幅が、事象の終了に関して確立されたしきい値未満であったかどうかを決定するのに使用される。そうであれば、ステップ178によって再生されたタイムスタンプによるパルス開始を発生した事象は終了した、すなわち、パルスは終了したとみなされる。ステップ182は、時間タグバッファを興味ある次の事象に進めるのに使用され、ステップ184のパルス分類に進む。ステップ180の結果が、パルスは完了したとみなされず、我々はちょうどパルスを開始するであった場合、ステップ186及び188は、ノイズレベルより上の絶対的な大きさを有する現在のパルス内の第1データサンプルの時間を見つけるのに使用される。この時間は、タイムスタンプは現在のパルスが(ノイズフロアより高く設定された)予め決められたしきい値大きさを超ええた後にのみ記録されるため、ステップ178において再生されたタイムスタンプと同じではない。
ステップ189及び190は、すべての以前のデータ値の重み付けされた合計に現在のデータ値を数的に加えることによって、代表的な電磁場信号を発生するのに使用され、前記重み付けは、サンプルの年齢の関数である。このプロセスは、デジタル積分器を構成し、興味ある帯域中の電磁場信号を、この点を通過する微分した電磁場信号を使用して再生する。図11は、本発明によるデジタル積分器の時間領域応答314を示す。図12は、本発明によるデジタル積分器の周波数領域応答316を示す。図10Cのステップ192の完了において、データサンプルはここで3つの成分、タイムスタンプと、導関数の電磁場信号の値と、代表的な電磁場信号それ自身の値とを有する。デジタル積分後の電磁場パルス293全体の表現信号は、図13において例示される
ピーク及びトラフとゼロ交差決定
ステップ194及び196は、ゼロ交差点に関する導関数信号の探索によって代表的な電磁場信号におけるピーク及びトラフを探すのに使用される。実際には、微分信号は、ある程度のノイズを含み、時間導関数におけるすべての小さい高周波符号変化を電磁場信号における重大なピーク及びトラフとしてフラグ立てすることなく、顕著なピーク及びフラグを保持するため、平滑化193(デジタルフィルタ処理)される必要がある。好適実施例において、この平滑化は、現在のサンプルのいずれかの側におけるいくつかのサンプルを含む。代表的な電磁場信号293の第1ピーク294と、第1トラフ295と、第2ピーク296と、ゼロ交差点297とは、図13において示される。現在のパルスにおけるピークの数は、ステップ200において記録される。ステップ202によれば、電磁場の代表的信号が極性的に変化した場合、ゼロ交差時間は、ステップ204において記録され、カウンタは、図10Dのステップ206において増分される。データサンプルが、ピーク、トラフ及びゼロ交差時間に関してテストされると、次のデータサンプルは、図10Dのステップ208においてDSPのCPU144中に読み出され、プロセスは、図10Bのステップ174に戻る。
ステップ194及び196は、ゼロ交差点に関する導関数信号の探索によって代表的な電磁場信号におけるピーク及びトラフを探すのに使用される。実際には、微分信号は、ある程度のノイズを含み、時間導関数におけるすべての小さい高周波符号変化を電磁場信号における重大なピーク及びトラフとしてフラグ立てすることなく、顕著なピーク及びフラグを保持するため、平滑化193(デジタルフィルタ処理)される必要がある。好適実施例において、この平滑化は、現在のサンプルのいずれかの側におけるいくつかのサンプルを含む。代表的な電磁場信号293の第1ピーク294と、第1トラフ295と、第2ピーク296と、ゼロ交差点297とは、図13において示される。現在のパルスにおけるピークの数は、ステップ200において記録される。ステップ202によれば、電磁場の代表的信号が極性的に変化した場合、ゼロ交差時間は、ステップ204において記録され、カウンタは、図10Dのステップ206において増分される。データサンプルが、ピーク、トラフ及びゼロ交差時間に関してテストされると、次のデータサンプルは、図10Dのステップ208においてDSPのCPU144中に読み出され、プロセスは、図10Bのステップ174に戻る。
図10A、10B、10C及び10Dによって例示されるプロセスステップは、興味ある信号を検出し、情報を収集するのに使用される。特に、ステップ208の終わりにあたって、以下の情報が決定されている、すなわち、(1)電磁場の代表的信号の現在のパルスにおけるピークの数、(2)現在のパルスにおけるトラフの数、(3)現在のパルスの各々のピーク及びトラフの時間及び振幅、(4)現在のパルスにおけるゼロ交差の数及び時間。
パルス分類
パルスが図10Bのステップ180において終了したと決定されると、プロセスは、ステップ184から図10Eのステップ242に進み、ここで、パルス分類が開始する。パルス分類は、ステップ244においてパルスに関するデフォルト値をIC事象として確立することによって開始する。全体のパルス持続時間は、ステップ246において評価される。パルスが持続時間において短すぎるか、パルス内の任意のピークの最大振幅が小さすぎる場合、事象はノイズと評価され、ステップ248において廃棄され、ゼロ交差、ピーク及びトラフのカウントはステップ250においてゼロにされ、プロセスは図10Bのステップ174に戻る。パルスが十分な持続時間を有する場合、ステップ252においてゼロ交差の過度の数に関して評価される。多すぎるゼロ交差は、ノイズの他の指標となり、この場合において、パルスはステップ248において廃棄され、プロセスは図10Bのステップ174に戻る。新たなパルス分類プロセスは、ステップ256によって例示され、ここで、パルスは、第1極性の最大ピークから反対の極性の最大ピークまで、短い時間の間に評価される。このテストの結果は、このテスト後、すべてのパルスは図10Fのステップ260におけるバイポーラ振幅比テストに進むため、一時的に保存されなければならない(ステップ257及び258)。このパルス分類パラメータは、第1ピーク294と第2ピーク296との間の時間によって与えられる。これらのピーク間に短い時間差を有するパルスは、ICパルス又はリーダパルスとして分類される。
パルスが図10Bのステップ180において終了したと決定されると、プロセスは、ステップ184から図10Eのステップ242に進み、ここで、パルス分類が開始する。パルス分類は、ステップ244においてパルスに関するデフォルト値をIC事象として確立することによって開始する。全体のパルス持続時間は、ステップ246において評価される。パルスが持続時間において短すぎるか、パルス内の任意のピークの最大振幅が小さすぎる場合、事象はノイズと評価され、ステップ248において廃棄され、ゼロ交差、ピーク及びトラフのカウントはステップ250においてゼロにされ、プロセスは図10Bのステップ174に戻る。パルスが十分な持続時間を有する場合、ステップ252においてゼロ交差の過度の数に関して評価される。多すぎるゼロ交差は、ノイズの他の指標となり、この場合において、パルスはステップ248において廃棄され、プロセスは図10Bのステップ174に戻る。新たなパルス分類プロセスは、ステップ256によって例示され、ここで、パルスは、第1極性の最大ピークから反対の極性の最大ピークまで、短い時間の間に評価される。このテストの結果は、このテスト後、すべてのパルスは図10Fのステップ260におけるバイポーラ振幅比テストに進むため、一時的に保存されなければならない(ステップ257及び258)。このパルス分類パラメータは、第1ピーク294と第2ピーク296との間の時間によって与えられる。これらのピーク間に短い時間差を有するパルスは、ICパルス又はリーダパルスとして分類される。
バイポーラ振幅比テスト
ステップ260は、任意のその後の反対極性ピークの最大のもの(図13の299)が、最初の極性の最大ピーク294のあらかじめ決められた割合値より大きいかどうかを決定するのに使用される。反対極性ピーク時間差(図10Eの256)が短い事象において、バイポーラ振幅比は、バイポーラIC放電パルスと、ユニポーラに近くなる傾向にあるリーダパルスとを識別する。したがって、ステップ260の後、反対極性ピーク時間テストの結果は調査されなければならない(ステップ261、263)。バイポーラ振幅比260が大きく、反対極性ピーク時間結果が真である場合(ステップ263)、パルスは、リーダによると分類される(ステップ264)。好適実施例において、リーダパルスは、IC放電パルスの特別な場合と考えられる。ステップ264及び265を過ぎて、他のテストは必要とされず、IC放電パルス情報は図10Hのステップ284において保存される(267)。他方において、バイポーラ振幅比が大きい場合、反対極性ピーク時間結果は偽であり(ステップ263)、パルスは、ステップ270において、遠くのCG雷撃によると分類される。最終的に、バイポーラ振幅比が小さく、反対極性ピーク時間結果が偽である場合(ステップ261)、パルスは、ステップ268において、CG復帰雷撃(遠くない)によると分類される。いずれかの事象において、パルス分類はステップ271において続く。任意に、分類は、IC放電を除去するのに使用される場合、パルスは、ステップ266において廃棄されてもよく、プロセスは図10Bのステップ174に戻る。
ステップ260は、任意のその後の反対極性ピークの最大のもの(図13の299)が、最初の極性の最大ピーク294のあらかじめ決められた割合値より大きいかどうかを決定するのに使用される。反対極性ピーク時間差(図10Eの256)が短い事象において、バイポーラ振幅比は、バイポーラIC放電パルスと、ユニポーラに近くなる傾向にあるリーダパルスとを識別する。したがって、ステップ260の後、反対極性ピーク時間テストの結果は調査されなければならない(ステップ261、263)。バイポーラ振幅比260が大きく、反対極性ピーク時間結果が真である場合(ステップ263)、パルスは、リーダによると分類される(ステップ264)。好適実施例において、リーダパルスは、IC放電パルスの特別な場合と考えられる。ステップ264及び265を過ぎて、他のテストは必要とされず、IC放電パルス情報は図10Hのステップ284において保存される(267)。他方において、バイポーラ振幅比が大きい場合、反対極性ピーク時間結果は偽であり(ステップ263)、パルスは、ステップ270において、遠くのCG雷撃によると分類される。最終的に、バイポーラ振幅比が小さく、反対極性ピーク時間結果が偽である場合(ステップ261)、パルスは、ステップ268において、CG復帰雷撃(遠くない)によると分類される。いずれかの事象において、パルス分類はステップ271において続く。任意に、分類は、IC放電を除去するのに使用される場合、パルスは、ステップ266において廃棄されてもよく、プロセスは図10Bのステップ174に戻る。
ピーク・ツー・ゼロテスト
ゼロ時間に対する第1ピークは、図10Fのステップ271において評価される。図13のピーク・ツー・ゼロ時間298が持続時間において比較的長い場合、パルスはその分類をCG事象として保持する。ピーク・ツー・ゼロ時間298が短い場合、パルスは、ステップ262において、IC事象として再分類される。いずれかの事象において、パルス分類は図10Gのステップ274において続く。
ゼロ時間に対する第1ピークは、図10Fのステップ271において評価される。図13のピーク・ツー・ゼロ時間298が持続時間において比較的長い場合、パルスはその分類をCG事象として保持する。ピーク・ツー・ゼロ時間298が短い場合、パルスは、ステップ262において、IC事象として再分類される。いずれかの事象において、パルス分類は図10Gのステップ274において続く。
第1ピークより大きい第2ピークテスト
図10Gのステップ274は、同じ極性の2つ以上のピーク(図13の294、296)が、反対の極性のピーク299の前に生じるかどうかを決定する。生じなければ、パルス分類はステップ282において終了する。そうでなければ、追加のテスト276は、パルス内の同じ極性の第2ピーク296が、パルスの第1ピーク294より十分に大きいかどうかを決定するのに使用される。真であれば、パルスは、ステップ280において雲放電として再分類される。そうでなければ、パルスは、CG放電としてその分類を保つ。いずれかの場合において、分類はステップ282において終了し、プロセスは、パルス情報の記録、図10Hのステップ284に進む。
図10Gのステップ274は、同じ極性の2つ以上のピーク(図13の294、296)が、反対の極性のピーク299の前に生じるかどうかを決定する。生じなければ、パルス分類はステップ282において終了する。そうでなければ、追加のテスト276は、パルス内の同じ極性の第2ピーク296が、パルスの第1ピーク294より十分に大きいかどうかを決定するのに使用される。真であれば、パルスは、ステップ280において雲放電として再分類される。そうでなければ、パルスは、CG放電としてその分類を保つ。いずれかの場合において、分類はステップ282において終了し、プロセスは、パルス情報の記録、図10Hのステップ284に進む。
パルス情報保存
図10Hのステップ284は、パルス情報及び事象分類を格納するプロセスを開始する。ステップ286において、パルスは、以下の情報によって規定される、すなわち、しきい値交差時間、開始時間、第1及び第2ピーク時間、第1立ち上がり時間、第1及び第2ピーク振幅、ピーク・ツー・ゼロ時間、逆極性ピーク時間及び振幅、第1ゼロ交差における電磁場導関数、パルス分類。ステップ288において、この情報は、図6におけるSD−RAMの結果バッファ146において格納される。この時点において、プロセスは、新たなデータサンプルを得て(ステップ289)、図10Bのステップ174に戻る。同時に、288において結果バッファに保存されたパルス情報は、パルス列を見つけ処理する他のプロセス290に利用可能になる。
図10Hのステップ284は、パルス情報及び事象分類を格納するプロセスを開始する。ステップ286において、パルスは、以下の情報によって規定される、すなわち、しきい値交差時間、開始時間、第1及び第2ピーク時間、第1立ち上がり時間、第1及び第2ピーク振幅、ピーク・ツー・ゼロ時間、逆極性ピーク時間及び振幅、第1ゼロ交差における電磁場導関数、パルス分類。ステップ288において、この情報は、図6におけるSD−RAMの結果バッファ146において格納される。この時点において、プロセスは、新たなデータサンプルを得て(ステップ289)、図10Bのステップ174に戻る。同時に、288において結果バッファに保存されたパルス情報は、パルス列を見つけ処理する他のプロセス290に利用可能になる。
図14のフローチャートは、個々のパルスをパルス列にグループ化するプロセスを例示する。パルス列処理は、ステップ412において開始し、パルス情報が図10Hのステップ288において結果バッファ146に格納されたとき開始する。最も最近のパルスと前のパルスとの間の時間は、ステップ414において評価される。2つのパルス間の期間が予め決められた量を超える場合、前のパルスはステップ416で調査され、存在するパルス列の一部であるかどうかを決定する。そうであれば、存在するパルス列は、終了したとみなされ、データはステップ422において圧縮され、圧縮されたデータは、ステップ424においてホストPC122に送られ、前のパルスとその関連するパルス列とは、ステップ426において結果バッファ146から除去され、パルス列バッファは、ステップ428においてきれいにされる。前のパルスが存在するパルス列の一部ではない場合、間のパルスは、図10Hのステップ286において保存されたすべてのパラメータと共に、ステップ418においてホストPC122に転送され、ステップ420において結果バッファ146から除去される。ステップ414において評価された期間が、予め決められた量未満であるとわかった場合、ステップ430において、前のパルスは評価され、存在するパルス列に属するかどうかを決定する。そうであれば、任意のPTKテストはステップ432において行われ、ステップ436において、最新パルスの振幅は評価され、現在のパルス列の任意の前のパルスより大きいかどうかを決定する。現在のパルス列の任意の前のパルスより大きいことがわかった場合、最新パルスはステップ438においてフラグ立てされる。ステップ430に戻って、前のパルスが現在のパルス列の一部ではない場合、ステップ434において、前のパルスで開始する新たなパルス列が形成され、プロセスはステップ432、436及び438に進む。このプロセスの最終ステップは、ステップ440において、最新パルスを結果バッファ146における第2最新パルスの位置に移動し、次に、ステップ412に戻り、次のパルスの到着を待つことである。最大待ち時間は、活動がほとんどない場合、合理的な期間内でパルスが中央解析器に伝送されるのを確実にするのにも使用される。
前世代の稲妻検出システムにおいて、“プレトリガ抑制”テストは、CG雷撃が反対の極性の事象によって直前に先行されるかどうかを決定することから成る。そうであれば、現在のパルス及び前のパルスの双方は、これらはおそらくIC放電又はノイズ又は干渉によって生じたとみなされるため、廃棄される。これらの従来のシステムにおいて、これらのパルスを廃棄することは、アナログハードウェアをさらなる解析に拘束するよりも効率的だとみなされていた。しかしながら、本発明において、より完全なプレトリガ抑制テストを行うことがより効率的であることがわかった。図15を参照すると、フローチャートは、図14において参照されたプレトリガ抑制テストを例示する。このテストは、ステップ450で開始する。現在のパルスは、ステップ452において評価され、CG雷撃かどうかを決定する。そうでない場合、プロセスは、パルス列処理アルゴリズムステップ466に戻る。しかしながら、現在のパルスがCG雷撃である場合、最初にステップ453においてホストPCに伝送され、図10Hのステップ286において完全な特徴データセット保存される。次に、前のパルスは、ステップ454において調査され、IC事象であるかどうかを決定する。そうでない場合、プロセスは、ステップ466におけるパルス列処理アルゴリズムに戻る。現在のパルスがCG雷撃の結果であり、前のパルスがIC事象によって生じた場合、アルゴリズムの次のステップ456は、現在のパルス及び前のパルスが反対の極性を有するかどうかを決定することである。そうでない場合、プロセスは、ステップ466におけるパルス列処理アルゴリズムに戻る。双方のパルスが反対の極性を有する場合、現在のパルス列は、ステップ458−464において廃棄され、プロセスは、図14のステップ412に戻る。
本発明の要約において言及したように、RPSセンサは、前世代センサより少なくとも一桁多い稲妻放電を検出し評価することができる。したがって、稲妻情報を中央解析器に送る改善された方法が必要とされる。本発明は、図14のプロセスによってパルス列において生じる稲妻放電に関する新たなデータ圧縮プロセスを使用する。最大パルスは、基準パルスと、その振幅、時間及び方向(利用可能なら)とが、88ビットデータ記録において含まれるため、設計される。パルス列における他のパルスは、基準パルスの割合値となる振幅と、前又は次のパルスのいずれかの時間に対するタイムスタンプとによって表され、24ビットデータ記録によって表わされる。これは、伝送しなければならない情報を大きく減少する。
図16を参照すると、6個の電磁パルス470は、これらの関係する数分の1秒時間472と、マイクロ秒における時間474と、振幅476とを列挙される。これらのパルス例は、2001年8月6日午前0時において生じた。第1パルスは、この日の午前0時の500ミリ秒後に生じ、図17において詳細に表される。この例における最大パルスの完全なタイムスタンプは、1970年1月1日(UNIX(登録商標)時間)から997056000秒である。このタイムスタンプの32ビット16進法表現480は、3B6DDE00hである。割合値の時間カウントは、500マイクロ秒を予め決められた時間単位によって割ることによって導き出され、前記時間単位は、20MHz ADCの使用のため、好適実施例において50ナノ秒である(各々の50ナノ秒周期は“50ナノ秒カウント”)。50ナノ秒で割った500マイクロ秒は、10000個の割合値の時間カウントを生じる。この割合値の時間カウントの16進法表現482は、2710hである。第1パルス471の振幅(4400カウント)の16進法表現484は、1130hである。この特定のセンサは、方向情報を与えず、359.99度の値を角度測定として指定することによって指示する。この角度情報の16進法表現486は、7FFFhである。このパルスがIC放電によって発生されたことの決定は、“1”のバイナリ値488によって示される(CG雷撃は“0”ビットを発生する)。
データ圧縮
図18及び19と、図20A−20Dのフローチャートの例示は、パルス列をデータ記録中に圧縮するプロセスを例示するのに使用される。
図18及び19と、図20A−20Dのフローチャートの例示は、パルス列をデータ記録中に圧縮するプロセスを例示するのに使用される。
パルスのグループ化中(図14)、最大振幅パルスは確認される。この例において、図16の第2パルス473は、5100カウントの振幅を有する最大である。時間と、秒カウントの割合値と、振幅と、角度と、分類と、より小さいパルスの割合値となる振幅が含まれるかどうかを示す追加のビットとを含む最大振幅パルス473のバイナリ表現は、本発明によって発生される。図18は、圧縮アルゴリズムによる本例に関する最大パルスの88ビット圧縮表現490を示す。最大振幅パルス473の16進法表現は、図18におけるバイナリ表現490によって示される。
本発明によれば、最大振幅パルス473以外の同じパルス列におけるパルスは、最大パルス473に対する割合値となる振幅と、前又は次のパルスに対する時間差とによって表される。最大パルス前の各々のパルスに関して、時間差は、現在パルスの50ナノ秒時間カウントを、これに続くパルスの50ナノ秒時間カウントから引くことによって確立され、結果として、負である13ビット符号付きバイナリ数を生じる。同様に、最大パルス後の各パルスに関して、時間差は、現在パルスの50ナノ秒カウントを、その前のパルスの50ナノ秒カウントから引くことによって与えられ、結果として、正である13ビット符号付き値を生じる。最大パルス以外のすべてのパルスに関して、パルスの割合値となる振幅は、現在パルスの振幅に1000を掛け、最大パルスの振幅で割り、結果を最も近い整数に四捨五入することによって計算される。この整数は、次に、10ビットバイナリ数によって表される。1ビットバイナリフラグは、パルスがCG事象によるか(“0”)、又はIC事象によるか(“1”)を示すのに使用される。13ビット時間差と、1ビット分類フラグと、10ビットの割合値となる振幅とは、一緒に連結され、図19におけるバイナリ表現500と、これらの16進法等価物502とを発生する。したがって、図16の6個のパルスは、最大振幅パルスに関して図18の1つの88ビットデータ記録490と、最大パルス以外の5個のパルスに関して図19の5個の24ビットデータ記録500とによって表される。本発明の他の任意の実施例は、上記で言及された13ビット時間差及び10ビットの割合値となる振幅より、15ビット符号付き時間差値及び8ビットの割合値となる振幅値を使用する。この23ビットデータ記録設計の他のバージョンは、最大期間と振幅分解能との間のトレードオフを考慮するように使用されてもよい。
図20A−20Dは、本発明による圧縮プロセスを例示するのに使用される。ステップ504において、最大振幅の位置が認識される。ステップ506において、最大パルスの32ビットタイムスタンプ及び25ビット50ナノ秒カウントが格納される。振幅の割合値が、パルス列の他のパルスの表現において使用されるべき場合(ステップ508)、振幅の割合値フラグビットはステップ512においてセットされ、そうでなければ、ステップ510においてきれいにされる。最大パルスの振幅の14ビットバイナリ表現は、ステップ514において格納される。方向情報が与えられる場合(ステップ516)、最大パルスの方位角の15ビットバイナリ表現は、ステップ520において発生され、そうでない場合、359.99度に関する15ビットバイナリ表現は、ステップ518において使用される。プロセスは、図20Bのステップ522において続き、ここで、事象の形式を示すフラグがセットされる。バイナリ“1”は、IC事象を示し、“0”は、CG事象を示す。“現在パルス”ポインタは、ステップ524において、最大パルスの前のパルスを現すデータ構造にセットされる。13ビット値は、ステップ528及び530において、現在パルスと、パルス列におけるそのすぐ後のパルスとの間の時間差に関して発生される。ステップ532において、プロセスは、振幅の割合値が使用されているかどうかを決定し、そうであれば、10ビット値が、ステップ534及び536において、最大パルスのすぐ前のパルスの振幅の割合値に関して発生され、分類ビットが、図20Cのステップ538においてセットされる。ステップ524において初期化されたポインタは、次に、ステップ540においてディクレメントされ、プロセスは、ポインタがパルス列の開始に達するまで、図20Bのステップ526へループする。
ポインタが列の開始に達したら、最大パルスの前のすべてのパルスが符号化されたことを示し、ポインタは、最大パルス後の第1パルスにリセットされる(図20Cのステップ542)。13ビット値は、図20Cのステップ546及び548において、最大パルスと、パルス列においてそれより前のパルスとの間の時間差に関して発生される。図20Dのステップ550において、プロセスは、振幅の割合値が使用されているかどうかを決定し、そうである場合、10ビット値は、ステップ552及び554において、最大パルス直後のパルスの振幅の割合値に関して発生され、分類ビットは、図20Dのステップ556においてセットされる。ステップ542におけるポインタセットは、ステップ558においてインクリメントされ、プロセスは、ポインタがパルス列の終了に達するまで、図20Cのステップ544へループする。これが生じる場合、情報は、本発明によって圧縮され、図20Dのステップ560において中央解析器に伝送される準備ができ、この時点において、プロセスは終了する(ステップ562)。
リモートプログラム可能センサ12と中央解析器20との間の情報の伝送は、パケット又はメッセージとして生じる。これらのメッセージは、いくつかの8ビットバイナリワードで形成される。パケットのサイズは、パルス列におけるパルスの数によって可変である。パルス列におけるパルスがより多くなると、メッセージはより大きくなる。各々のメッセージは、パルス列における最大パルスを表す11バイトを含む。メッセージは、振幅の割合値が使用されている場合、パルス列における各々の追加のパルスに関する他の3バイトも含む。そうでない場合、メッセージは、パルス列における各々の追加のパルスに関する1と4分の3(実際には2)バイトを含む。
ときどき、VHF周波数範囲において動作するセンサにおいて特に、パルス列の圧縮さえ、リアルタイムにおいて、すべてのパルスを利用可能な通信システムによって伝送することを可能にするのには不十分である。このような状況において、センサは、特定の期間において生じるパルス又はパルス列の一部のみを選択し、これらのみを伝送することができる。より特には、時間は、秒の開始を基準とする短い期間(例えば、50ミリ秒周期)に分割される。通信システムにおける情報のバックアップの事象において(出力バッファにおけるデータ蓄積によって明らかなように)、データ量は、これらの期間の集合における最初の数事象に減少する。例えば、我々は、1秒における20の50ミリ秒周期の各々からの最初の事象のみを伝送することができる。この“データデシメーション”アルゴリズムは、GPS時間情報によってネットワークにおけるすべてのセンサ間で同期され、その結果、すべてのセンサは、同じ期間に対応するデータを伝送することを保証される。中央解析器の動作は、以下に説明される。
データ伸張
情報が中央解析器によって受けられると、伸張されなければならない。図21A−21Cのフローチャートは、リモートプログラム可能センサから受けたメッセージを伸張するのに必要なプロセスを表す。メッセージにおけるバイト数は、図21Aのステップ572において決定される。最大パルスのタイムスタンプは、ステップ574におけるメッセージから抽出され、振幅の割合値の使用は、ステップ578において決定される。メッセージにおけるパルスの合計数は、振幅の割合値が使用されない場合、ステップ580において、振幅の割合値が使用される場合、ステップ582において決定される。このアルゴリズムは、ステップ572において決定されたメッセージ全体におけるバイト数をとり、最大振幅パルスを記述するのに必要なワード数、7ワードを引く。この結果は、圧縮されたパルスを表すのに必要なバイト数、振幅の割合値が使用されない場合は2、振幅の割合値が使用される場合は3で割られる。1の量が、前記商に加えられ、パルス列におけるパルスの全体数を発生する。
情報が中央解析器によって受けられると、伸張されなければならない。図21A−21Cのフローチャートは、リモートプログラム可能センサから受けたメッセージを伸張するのに必要なプロセスを表す。メッセージにおけるバイト数は、図21Aのステップ572において決定される。最大パルスのタイムスタンプは、ステップ574におけるメッセージから抽出され、振幅の割合値の使用は、ステップ578において決定される。メッセージにおけるパルスの合計数は、振幅の割合値が使用されない場合、ステップ580において、振幅の割合値が使用される場合、ステップ582において決定される。このアルゴリズムは、ステップ572において決定されたメッセージ全体におけるバイト数をとり、最大振幅パルスを記述するのに必要なワード数、7ワードを引く。この結果は、圧縮されたパルスを表すのに必要なバイト数、振幅の割合値が使用されない場合は2、振幅の割合値が使用される場合は3で割られる。1の量が、前記商に加えられ、パルス列におけるパルスの全体数を発生する。
最大パルスの振幅は、ステップ584において決定され、事象分類は、ステップ586において決定される。ループカウンタは、図21Bのステップ588においてゼロに初期化される。ループは、パルス列におけるすべての残りのパルスを通して進むのに使用される。各々の符号付き時間差は、ステップ592において、圧縮されたデータストリームから抽出され、最大パルス(決定ステップ594において決定されたように、ループを通じて第1回目ならステップ602、又は、決定ステップ596において決定されたように、時間差が符号を変化した場合、ステップ600)、又は、最も最近デコードされたパルスの時間(ステップ598)のいずれかのタイムスタンプに加えられ、各々のパルスが発生した絶対時間を発生する。パルス分類は、ステップ604において決定される。図21Cのステップ606は、振幅の割合値が圧縮されたデータにおいて含まれるかどうかを決定するのに使用される。そうであれば、各々のパルスの実際の振幅は、図21Cのステップ608及び610において再生される。ループカウンタは612においてインクリメントされ、プロセスは図21Bのステップ590に戻る。ループは、ループカウンタが、パルス列におけるすべてのパルスが伸張されたことを示す、ステップ580又はステップ582において決定されたパルス数に等しくなるまで続く。この時点において、プロセスは、図21Cのステップ614において終了する。
情報が伸張されたら、他のリモートプログラム可能センサ12からの情報と比較され、稲妻事象の位置、振幅及び発生時間を決定する。同じ稲妻事象によって発生されたパルス列を検出することによって与えられた増加された情報により、改善された相関技術が必要とされる。
パルス相関
4つのパルス列は、図22において例示される。第1パルス列650は、稲妻事象からセンサまでの最も早い到着時間と、多いパルス数(13)とによって示されるように、稲妻活動の場所に最も近いリモートプログラム可能センサ12によって検出される。第2パルス列652は、より後の到着と、より小さい振幅のより少ない(8)パルスとによって示されるように、第1パルス列650を発生したセンサより稲妻活動からさらに遠くに位置するリモートプログラム可能センサ12によって検出される。第3パルス列654に関するリモートプログラム可能センサ12は、第2パルス列を発生するセンサより稲妻活動からさらに遠くに位置する。第3パルス列654は、振幅が第1又は第2パルス列のものより著しく小さいパルスを4個のみ有する。第4パルス列656は、稲妻活動から最も遠いリモートプログラム可能センサ12によって検出される。3個のパルスのみがこのパルス列において明白である。
4つのパルス列は、図22において例示される。第1パルス列650は、稲妻事象からセンサまでの最も早い到着時間と、多いパルス数(13)とによって示されるように、稲妻活動の場所に最も近いリモートプログラム可能センサ12によって検出される。第2パルス列652は、より後の到着と、より小さい振幅のより少ない(8)パルスとによって示されるように、第1パルス列650を発生したセンサより稲妻活動からさらに遠くに位置するリモートプログラム可能センサ12によって検出される。第3パルス列654に関するリモートプログラム可能センサ12は、第2パルス列を発生するセンサより稲妻活動からさらに遠くに位置する。第3パルス列654は、振幅が第1又は第2パルス列のものより著しく小さいパルスを4個のみ有する。第4パルス列656は、稲妻活動から最も遠いリモートプログラム可能センサ12によって検出される。3個のパルスのみがこのパルス列において明白である。
本発明によるユニークな相関アプローチは、3個のリモートプログラム可能センサ12又は方向情報を有する2個のリモートプログラム可能センサ12のいずれかを使用し、高い信頼性のパルス源位置を提供する。方向情報がリモートプログラム可能センサ12によって与えられない場合、初期のTOAに基づく位置を与えるために、3個のセンサの理論的な理想的部分集合が選択される。このセンサの論理的組は、他の可能な相関されたパルスの組を減少するのに使用される。必要なTOA差を決定するために、各々のセンサに関する時間窓内のすべてのパルスは、図23の表を発生する信号振幅を減少することによってソートされる。次に、これらの振幅ソートされたリストのトップにおける最大パルスを有する3個のセンサは、上述した理想的部分集合として選択される。この選択は、最大振幅パルスは実質的に垂直の稲妻放電によって発生され、あるセンサにおいて検出された最大パルスは他のセンサにおいて検出された最大パルスであると思われるという事実に基づく。図22の例において、部分集合は、第1パルス列650と、第2パルス列652と、第3パルス列654とを発生するリモートプログラム可能センサ12を含む。これらのパルス列は、これらは最大振幅パルスを所有するため、すべてのセンサによって報告されたパルス列から選択される。3個の理想的センサの各々からの最大パルスは、図23において示すような1H、2F及び3Cである。これら3つのパルス間の時間を使用して、評価されたTOAに基づく位置及び発生時間とは、放電に関して決定される。次に、評価された放電位置からすべてのセンサまでの移動時間の予期される値は、決定され、図24において示される相対時間差アルファ、ベータ及びガンマを引くことによって、パルス列を時間において調節するのに使用される。第2パルス列652、第3パルス列654及び第4パルス列656を各々スライドするのに使用されるアルファ、ベータ及びガンマの値は、関連するセンサの各々に信号が達するのにかかる時間から第1センサに達するのにかかる時間を引いた差によって与えられる。調節後、最初の3個のセンサにおける最大振幅パルスの到着時間は、図24におけるパルス660のグループ化によって示されるように、第4パルス列656のパルス4Bと一致する。同様に、第2最大相関パルスは、図24におけるグループ化662によって示されるように、第4パルス列656の4Cと一致し、最終的に、第3最大パルスは、グループ化658によって示されるように、第4パルス列656の4Aに対応する。少なくとも1個、(図24におけるように)好適にはより多くのパルス間期間が調和することがわかった場合、種々のセンサ間の正しい相関を有する確率は1に近い。パルス列が図24におけるように調和することがわからない場合、図23における振幅ソートされたリストからの3個のセンサからのパルスの異なった組み合わせは、新たな評価された放電位置を発生するのに使用され、プロセスは終了を開始する。このプロセスは、好適実施例において、プロセスは3又は4回試みられるだけであるが、パルスが調査し尽くされるまで、任意の回数繰り返されてもよい。この相関プロセスは、同様の振幅の規則的な間隔のパルスの存在においても良好に働くという利点を有する。
代わりの相関プロセスは、方向発見能力を有する少なくとも2個のセンサを有する稲妻検出システムに使用される。相関プロセスは、ちょうど2個のセンサからの角度及び時間測定が使用され、放電位置及び発生時間の初期評価を発生し、そこから他のセンサへの移動時間が評価されることを除き、上述した方法と同じである。
相関プロセスの依然として他の拡張は、これらの動きに対して基本水平成分を有する稲妻放電の伝播の移動経路を追跡するのに使用される。わずかに異なったパルス間期間によって異なったセンサからの相関されたパルスを認知することは、パルス列の発生中稲妻の水平移動によって生じたパルス列の拡張又は短縮を示す。最初の2つの相関方法のいずれかは、大きい程度のタイミングが、わずかに異なったパルス間間隔を考慮するために、細かいスケールのパルス相関において許可される限り、使用されてもよい。2つ又は3つのソースが位置決めされ得る場合、伝播速度及び方向は評価されてもよい。これらの評価は、次に、相関プロセスにさらなる改良を与えるために、他のセンサからのパルス列の短縮又は拡張を予測するのに使用されてもよい。この相関技術は、稲妻放電の異なったブランチを分離するのに有用である。TOAに基づく位置は、前のパラグラフにおいて記載したプロセスを通じて決定され、TOAが4つ以上ある場合における最終的な最適化された位置を得るだけでなく、初期位置評価(開始位置)も得る。
上記を考慮して、本発明によるシステムは、先行技術の稲妻検出及び解析システムを超える多数の利点を与えることがわかる。第1に、本システムは、デッドタイムを評価しながらCG及びIC事象の双方を検出する能力を有する。第2に、リモートプログラム可能センサは、微分された及び/又は圧縮された波形の解析により、CG事象によって忙殺されることなしに、IC事象に対する増加した感度を有する。第3に、本システムは、新たな圧縮及び伸張スキームを使用し、増加した事象情報を、制限された広帯域通信チャネルによって、中央解析器まで伝送する能力を有する。加えて、本システムは、新たな相関技術を使用し、中央解析器において複雑なパルス列を生じる事象を相関し、これによって、正確なTOAに基づく位置を与える能力を有する。
上述した明細書において用いられた用語及び表現は、ここでは、説明の用語として使用され、限定の用語として使用されず、図示及び説明した特長又はその一部の等価物を除くこのような用語及び表現の使用において意図はなく、本発明の範囲は、請求項によってのみ規定され、制限されることは認識される。
Claims (32)
- 異なる地理的位置に配置され、且つ、各々が、稲妻によって発生した電磁場に応じて発生するパルス列を表す個々のアナログ信号を生成するように適合させた、複数の稲妻検知用センサを備え、
該複数のセンサの各々は、
当該アナログ信号をデジタル化して前記パルス列を表す個別のデジタルデータを生成するアナログ−デジタル変換器と、
クロックと、
当該個別のデジタルデータを、デシメートするように適合させたデジタルプロセッサとを備え、
前記クロックは、同一の基準値に対する時間を計時して該時間を同期させており、前記デジタルプロセッサの各々は、当該個別のデジタルデータから、前記個々のクロックに対する基準によって定まる同一の限定期間に対応するデータを選択することを特徴とする、稲妻検出システム。 - 前記デジタルプロセッサの各々は、個々の通信チャネル上で当該個別のデジタルデータを伝送するとともに、前記個別のデジタルデータが個々の通信チャネルのデータ伝送の能力を超える旨を表す個々の指標に応じてデシメートするように適合させていることを特徴とする、請求項1に記載の稲妻検出システム。
- 前記個別のデジタルデータは、少なくとも第1パルス及び第2パルスを規定しており、前記デジタルプロセッサの各々は、前記第1パルスを一組の予め決定されたパラメータの第1の値によって表すように特徴付けるとともに、前記第2パルスを前記予め決定されたパラメータの選択されたサブセットの前記第1の値に対する比較値によって表すように特徴付けることによって、当該個別のデジタルデータを圧縮するように適合させていることを特徴とする、請求項1に記載の稲妻検出システム。
- 前記第1パルス及び前記第2パルスは、個々の局所的振幅及び局所的時間を有し、前記予め決定されたパラメータは、局所的振幅及び局所的時間からなり、前記比較値は、これらの局所的振幅の比及び局所的時間の差からなることを特徴とする、請求項3に記載の稲妻検出システム。
- 前記デジタルプロセッサの各々は、前記第1パルス及び前記第2パルスの振幅を比較することによって、対応する第1パルス及び第2パルスを選択するように適合させていることを特徴とする、請求項3に記載の稲妻検出システム。
- 前記デジタルプロセッサの各々は、個々の通信チャネルのデータ伝送の能力を超える旨を表す個々の指標に応じてデシメートするように適合させていることを特徴とする、請求項3に記載の稲妻検出システム。
- 前記第1パルス及び前記第2パルスは、個々の局所的振幅及び局所的時間を有し、前記予め決定されたパラメータは、局所的振幅及び局所的時間からなり、前記比較値は、これらの局所的振幅の比及び局所的時間の差からなることを特徴とする、請求項6に記載の稲妻検出システム。
- 前記デジタルプロセッサの各々は、前記第1パルス及び前記第2パルスの振幅を比較することによって、対応する第1パルス及び第2パルスを選択するように適合させていることを特徴とする、請求項6に記載の稲妻検出システム。
- 前記限定期間は、定期的に減少させることを特徴とする、請求項8に記載の稲妻検出システム。
- 前記限定期間は、定期的に減少させることを特徴とする、請求項7に記載の稲妻検出システム。
- 前記限定期間は、定期的に減少させることを特徴とする、請求項6に記載の稲妻検出システム。
- 前記限定期間は、定期的に減少させることを特徴とする、請求項5に記載の稲妻検出システム。
- 前記限定期間は、定期的に減少させることを特徴とする、請求項4に記載の稲妻検出システム。
- 前記限定期間は、定期的に減少させることを特徴とする、請求項3に記載の稲妻検出システム。
- 前記限定期間は、定期的に減少させることを特徴とする、請求項2に記載の稲妻検出システム。
- 前記限定期間は、定期的に減少させることを特徴とする、請求項1に記載の稲妻検出システム。
- 異なる地理的位置に配置され、且つ、各々が、稲妻によって発生した電磁場に応じて発生するパルス列を表す個々のアナログ信号を生成するように適合させた、複数のセンサを提供するステップと、
前記複数のセンサの各々にて、当該アナログ信号をデジタル化して前記パルス列を表す個別のデジタルデータを生成するステップと、
前記複数のセンサの各々にて、共通の基準値に対する時間を計時するステップと、
前記複数のセンサの各々にて、当該個別のデジタルデータのデシメートするステップであって、当該個別のデジタルデータから、当該共通の限定期間に対応するデータを選択することを含む、デシメートするステップとを含むことを特徴とする、稲妻検出方法。 - 前記複数のセンサの各々にて、前記個別のデジタルデータが個々の通信チャネルのデータ伝送の能力を超える旨を表す個々の指標に応じて、前記デシメートするステップを更に含むことを特徴とする、請求項17に記載の稲妻検出方法。
- 前記個別のデジタルデータは、少なくとも第1パルス及び第2パルスを規定しており、前記第1パルスを一組の予め決定されたパラメータの第1の値によって表すように特徴付けるとともに、前記第2パルスを前記予め決定されたパラメータの選択されたサブセットの前記第1の値に対する比較値によって表すように特徴付けることによって、当該個別のデジタルデータを圧縮するステップを更に含むことを特徴とする、請求項17に記載の稲妻検出方法。
- 前記第1パルス及び前記第2パルスは、個々の局所的振幅及び局所的時間を有し、前記予め決定されたパラメータは、局所的振幅及び局所的時間からなり、前記比較値は、これらの局所的振幅の比及び局所的時間の差からなることを特徴とする、請求項19に記載の稲妻検出方法。
- 前記第1パルス及び前記第2パルスの振幅を比較することによって、対応する前記第1パルス及び前記第2パルスを選択するステップを更に含むことを特徴とする、請求項19に記載の稲妻検出方法。
- 前記個々の指標に応じてデシメートする条件として、当該圧縮した個別のデジタルデータが、個々の通信チャネルのデータ伝送の能力を超えるか否かを判断するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項3に記載の稲妻検出方法。
- 前記第1パルス及び前記第2パルスは、個々の局所的振幅及び局所的時間を有し、前記予め決定されたパラメータは、局所的振幅及び局所的時間からなり、前記比較値は、これらの局所的振幅の比及び局所的時間の差からなることを特徴とする、請求項22に記載の稲妻検出方法。
- 前記デジタルプロセッサの各々は、前記第1パルス及び前記第2パルスの振幅を比較することによって、対応する第1パルス及び前記第2パルスを選択するステップを更に含むことを特徴とする、請求項22に記載の稲妻検出方法。
- 前記限定期間は、定期的に減少させることを特徴とする、請求項24に記載の稲妻検出方法。
- 前記限定期間は、定期的に減少させることを特徴とする、請求項23に記載の稲妻検出方法。
- 前記限定期間は、定期的に減少させることを特徴とする、請求項22に記載の稲妻検出方法。
- 前記限定期間は、定期的に減少させることを特徴とする、請求項21に記載の稲妻検出方法。
- 前記限定期間は、定期的に減少させることを特徴とする、請求項20に記載の稲妻検出方法。
- 前記限定期間は、定期的に減少させることを特徴とする、請求項19に記載の稲妻検出方法。
- 前記限定期間は、定期的に減少させることを特徴とする、請求項18に記載の稲妻検出方法。
- 前記限定期間は、定期的に減少させることを特徴とする、請求項17に記載の稲妻検出方法。
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