JP2009511888A - 雷の検出 - Google Patents

Abstract

【課題】モバイル雷検出器、及び雷を検出する方法を提供する。
【解決手段】雷検出のための雷検出器及び雷検出方法。モバイル雷検出器には、アンテナ、増幅器フロントエンド、Ａ／Ｄ変換器、及びデジタル信号プロセッサが設けられ、雷検出器は、音声コーデックを備えるモバイルＲＦ装置であり、それによってコーデックのプリアンプが、検出された雷信号の増幅に使用され、コーデックのＡ／Ｄ変換器が、増幅された雷信号のＡ／Ｄ変換に使用され、かつそれによってコーデックのデジタル音声処理ユニットが、雷検出の信号処理に使用される。
【選択図】図１

Description

本発明は、雷検出器に関する。本発明は、特に、アンテナ、増幅器フロントエンド、Ａ／Ｄ変換器、及びデジタル信号プロセッサを備えたモバイル雷検出器に関する。本発明はまた、雷を検出する方法に関する。

雷雨は、主要な気象災害であるが、予報することが困難である。雷雨は、２０〜４０ｋｍ／ｈの速度で移動する可能性があり、雷撃は、雨雲の前方の１０ｋｍよりも遠くで、かつ雨雲の後方でもある程度の距離で発生する場合がある。雷撃は、雲又は気象前線によって生じるが、最も危険な雷撃の多くは、実際には、眼に見える雲が雷雨の警告として上方に現れていない時に発生する。従って、危険な雷雨の可能性を警告するシステムは、それらが可視になる約１０分前であってさえも、主要な安全機能と考えることができる。

このような安全機能から恩典を受けると考えられる多数の人々がいる。一部の人に対しては、これは、単に知ることが楽しい日々の知識を提供することができるであろう。しかし、かなりの数の人に対しては、脅威を生じる嵐及び雷は、増大する危険性、財産の喪失、又は致命的でさえある結果の形で顕著な影響を有する。雷警報システムは、例えば、多くの時間を屋外で過ごす人に対して、及び飛行士又は航海士などに対しても特別に関連することである。天候が完全に穏やかで晴れているように見える時でさえも、雷の警告を提供するシステムは、人が適切な安全策を取る、例えばシェルターを探すなどに間に合うことを可能にするであろう。

現状の技術では、多くの単一目的雷検出器が公知であるが、これらは、商用の視点からいくつかの欠点を有する。
気象学において使用される科学的雷検出器は、非常に大きく、かつこれらの有効範囲は数百キロメートルである。
また、単一の無線周波数（ＲＦ）帯域を使用する他の高性能雷検出器は、例えば携帯電話に比べて大きくかつ比較的高価である。更に、これらは、通常、必要な精度又は指向性を獲得するために特定の向きを有し、例えば、壁又は卓上に立てることが必要である。従って、これらは真のモバイル用途には十分に適していない。更に、これらの装置は、典型的には、信頼することができる雷雨の検出が可能になる前に垂直に位置決めして数分間にわたって安定に保たなければならない。
更に、現在、大きさの点で完全に可搬型であり、かつ特別な向きを必要としない比較的廉価な低級雷検出器が存在している。しかし、これらの検出器は、電磁両立性（ＥＭＣ）放射に極端に影響され、従って、特に都市環境又は高速道路の近くなどで誤った警告を引き起こす傾向がある。

本発明は、雷撃が、視覚信号並びに部分的な可聴圧力信号の他に、広範な波長にわたって広がる短いが強い電磁パルスを発生する１回の閃光であることを考慮することから始まる。電撃によって引き起こされる典型的な電磁パルスは、５００Ｈｚ周辺をピークとして１０Ｈｚから５ＧＨｚの間の周波数、すなわち、音声周波数領域に及んでいる。１０ｋｍの規格化距離において、このようなパルスの振幅は、１ｋＨｚの帯域幅で１０７ｍＶ／ｍ〜１ｍＶ／ｍの範囲である。電磁パルスの最強信号は、雷撃中の垂直電流によって引き起こされる誘導電界であり、これは、雷の方位及び距離を検出するために大規模機器で最も一般的に測定されるパラメータである。

しかし、雷撃現象の複雑性のために、数百Ｈｚ又はそれ未満の超低周波数（ＥＬＦ）範囲内の強い信号、及びＧＨｚ範囲又はそれよりも高いものまでに達するより弱い信号も存在する。
電磁干渉（ＥＭＩ）兆候の正確な特性及び時間スペクトルが、ＭＨｚ領域においては、それらを引き起こす僅かに異なる気象機構のためにｋＨｚ及びＨｚ領域におけるものと異なることは公知の事実である。
しかし、本発明の目的に対しては、関連のある全ての周波数において、雷撃が多くのキロメートルの距離で識別することができるＥＭＩパルスを伴うことに注意すれば十分である。

ＥＭＩパルスの結果、ＲＦチャンネルは、周辺における雷撃の間に少しの間妨害される。電撃によって引き起こされるＥＭＩに起因するＲＦ受信機の障害は、ノイズ、クリック音、カリカリ音、画像干渉、又は音声の喪失のような形でＡＭ／ＦＭラジオ、ＴＶ内、又は送電線上で受ける可能性がある。電撃に起因するＲＦチャンネル内の妨害は、非常に長い距離で感知することができる。専門的かつ大規模な雷検出器は、雷妨害、いわゆる空電を雷撃から数百キロメートルの距離で検出することができるが、これらの検出器は、通常、本発明のような音声又はＲＦ信号内の妨害ではなく、誘導電界を測定することにより作動する。

通常のＡＭラジオは、雷撃から３０ｋｍ又はそれよりも長い距離でＥＭＩ妨害の影響を受けることで公知であり、この妨害は、様々なクリック音として音声信号内で直接聞くことさえ可能である。ＡＭ帯域（ＳＷ、ＬＷ、ＭＷ）よりも高い周波数において、信号は、通常は大気中の減衰及び異なる原因による機構の両方のためにより弱いものではあるが、それにも関わらず長距離で検出可能である。
通常の携帯電話のような公知のモバイルＲＦ装置では、受信したＲＦ信号内の電磁干渉は、フィルタリングによって又は用いられる変調の結果として直ちに除去することができるが、本発明では、モニタされるＲＦチャンネル内のこれらの電磁干渉を評価することを提案するものである。検出された干渉が、電撃によって引き起こされているように思われる場合、例えば、携帯電話のユーザに警告することができる。例えば、干渉が、所定の閾値を超えた場合又は干渉が雷撃の特性である周波数スペクトルを有する場合、干渉は、電撃によって引き起こされたと見なすことができる。ＲＦ検出がオンである間、雷検出をオンとすることができる。

従って、本発明は、携帯電話のようなモバイルＲＦ装置中に実施することができる新しいセキュリティ機能を提供する。
多くの場合、周辺における電撃を検出したいという要望は、専売特許雷検出器を持ち運ぶことのコスト及び難しさを正当化するほど十分に大きくないであろうが、多くの人々は、人々が既にいつでも持ち運んでいる、特に携帯電話のような装置と統合することができる廉価な感知システムの価値を認めるであろう。公知の技術は、公知のＲＦ装置中に新規機能としてのこのような雷検出を統合することを達成していない

最も公知である商用の雷検出器においては、雷からの電磁信号は、ＲＦ周波数と比較して比較的低周波帯域、すなわち、音声周波数内で検出される。モバイルＲＦ装置中の音声コーデックは、通常、４８ｋＨｚまでの帯域幅上で信号を４０〜６０ｄＢだけ増幅するので、音声コーデックはまた、雷検出フロントエンドからの信号の増幅及びその後の処理のために使用することもできる。音声コーデックはまた、高品質Ａ／Ｄ変換器を含み、この変換器は、雷検出にも同様に使用することができる。増幅及びＡ／Ｄ変換に加えて、コーデック内のデジタル音声処理ブロックの一部の部分は、雷検出の信号処理に使用することができる。

すなわち、本発明の第１の態様によれば、本発明は、雷検出器としてモバイルＲＦ装置中の音声コーデックを使用することに基づくものである。
従って、本発明の第１の態様に対して、雷検出器は、音声コーデックを備えたモバイルＲＦ装置であり、それによってコーデックのプリアンプが、検出された雷信号の増幅のために使用され、コーデックのＡ／Ｄ変換器が、増幅された雷信号のＡ／Ｄ変換のために使用され、またそれによってコーデックのデジタル音声処理ユニットが、雷検出の信号処理のために使用されることを提案する。

本発明の好ましい実施形態では、雷検出フロントエンドは、マイクロフォンと並列に接続され、そのために音声コーデックのマイクロフォン入力は、雷検出及び他の用途によって共用される。
本発明の第２の好ましい実施形態では、それ以外に使用されないと考えられるマイクロフォン入力が、雷検出フロントエンドインタフェースとして使用される。
本発明の更に別の実施形態によれば、モバイルＲＦ装置の音声コーデックが、雷検出に利用され、それによってＡ／Ｄ変換された雷信号は、音声コーデック経路内で処理され、音声コーデックによって検出かつ出力された記号は、デジタル信号処理（ＤＳＰ）方法を使用して雷検出の観点から解析される。

本発明の更に別の実施形態によれば、音声コーデックの増幅経路は、モバイルＲＦ装置のＡＭ及び／又はＦＭラジオ受信機と共に雷検出に使用される。
本発明の更に別の実施形態によれば、雷検出は、２つ又はそれよりも多くの周波数チャンネル上での検出の組合せとして実施される。
本発明の更に別の実施形態によれば、雷検出に利用することができる少なくとも２つのマイクロフォン入力があり、雷検出は、２つの異なる音声周波数帯域上で実施される。

本発明の更に別の実施形態によれば、２つの直交して位置決めされたアンテナコイルが、落雷の方向も検出することができる検出器を実施するために使用される。
本発明の更に別の実施形態によれば、ＲＦ装置は、落雷の時にモバイルＲＦ装置の向きを判断するための手段を収容する。
本発明の更に別の実施形態によれば、発生時間を含む検出された落雷情報は、起こりそうな落雷のモバイル装置からの距離の判断のためにメモリ中に記憶される。

本発明の更に別の実施形態によれば、モバイルＲＦ装置は、ネットワークから受信した付加的な気象情報をメモリ内に記憶することができる。
本発明の更に別の実施形態によれば、気象情報は、強度、距離、並びに雷雨に対する相対的及び真の方向を示すディスプレイ上に表示することができる。
本発明による雷検出器の固有の特徴及び雷検出の方法は、特許請求の範囲で詳細に示されている。

本発明は、モバイルＲＦ装置における既存のアーキテクチャ、モジュール、及び信号処理又は計算能力を利用して統合システムの作成を可能にする。
更に、モバイルＲＦ装置中の増幅経路及び好ましくは音声コーデックの他の部分も雷検出に使用される場合、雷検出のために別々のハードウエアを必要としないので、コスト及び必要な空間が顕著に減少する。
以下、本発明を添付の図面を参照してより詳細に説明する。

図１は、本発明による雷警報を可能にするセルラー通信システムの概略図である。システムは、例えば、ＧＳＭシステムとすることができる。
セルラー通信システムは、携帯電話１０及びセルラー通信ネットワークの基地局２０を含む。
携帯電話１０は、受信ＲＸアンテナ１１を含み、アンテナは、ＲＦモジュール１２を通じてマイクロフォンロプロセッサ１３に接続される。更に、携帯電話１０は、マイクロフォン１４及びスピーカ１５、並びに音声増幅経路、Ａ／Ｄ変換及び、音声信号のデジタル信号処理を形成するための音声コーデック１６を含む。更に、マイクロフォンロプロセッサ１３は、ディスプレイ１７に接続される。ディスプレイは、複数の用途のために分割することができる（１８）。携帯電話１０は、更に、複数の用途のために分割された（２２）電子コンパス１９及びメモリ２１を含むことができる。更に、携帯電話１０は、示されないが従来の携帯電話に含まれることで公知の他の構成要素を含む。

図２で見ることができるように、雷により放射される電磁エネルギの大部分は、５〜１０ｋＨｚ（すなわち、音声周波数）近くの周波数上にある。従って、比較的低周波数で雷検出を実施することは理にかなっている。しかし、人が作り出すＥＭＣレベルは、同じ低周波数で最高であるが、周波数に伴い急速に減衰するので、雷の検出が、人が作り出すＥＭＣから乱されることなく行われるように、多少高い雷検出周波数を使用すること又は代替的により高い雷検出周波数を最初にベースバンドまで逓降変換することが有利である。

本発明は、Ａ／Ｄ変換のため及び雷検出における雷信号のデジタル処理のための増幅経路として、携帯電話１０の音声コーデックを使用することに基づいている。この考えは、音声コーデックの入力３４を使用して、アンテナ（コイルなど）又は複数の構成要素又は雷検出のために必要とされる周波数変換手段を収容するフロントエンド３１を接続することである。雷検出フロントエンド３１は、マイクロフォンと並列に接続することができ、従って、音声コーデック３５のマイクロフォン入力３２は、２つの用途（図３参照）、すなわち、雷検出フロントエンド３１及びマイクロフォン１４によって共用される。
代替的に、それ以外には使用されないと考えられるマイクロフォン入力を雷検出フロントエンドに専用とすることができる。音声コーデックの性能に応じて、十分な性能特性を達成するために、信号が音声コーデックに入力される前に、いくつかのフィルタリング及び増幅が雷検出フロントエンド内で必要とされる場合がある。

フロントエンドからのアナログ雷検出信号は、音声コーデック内で増幅されてＡ／Ｄ変換される。音声コーデックはまた、アナログ又はデジタルフィルタを収容する。Ａ／Ｄ変換及びフィルタリングの後、雷検出信号は、デジタル信号処理（ＤＳＰ）方法を使用して解析することができ、検出された雷に関する情報は、装置のユーザインタフェース（すなわち、ディスプレイ及び／又はスピーカ）上で示すことができる。

１つ又はいくつかのマイクロフォン入力を有する音声コーデックはまた、雷検出フロントエンド及び付属のヘッドセットなどによって入力を共用することにより利用することができる。代替的に、雷検出フロントエンド付属品は、ヘッドセット及びハンズフリー付属品のために使用される同一のＩ／Ｏコネクタ（ＰＯＰポートなど）に取り付けることができると考えられる。このような専売特許「Ｎｏｋｉａ ＰＯＰ」コネクタは、図６に６３として表わされている。付属品を取り付け可能な全ての「Ｎｏｋｉａ ＰＯＰ」ポートは、ＤＳＰの使用を最適化するために必要なパラメータが記憶されている回路（ＡＣＩチップ）を収容することができる。ＡＣＩ中のパラメータを使用することにより、ＤＳＰは、ＰＯＰポートに装着された付属品の使用をより良くサポートするように構成される。
代替的に、雷検出フロントエンド付属品は、可搬型端末６０のユーザが取外し可能な機能的カバー内に収容することができ、又は電池充電コイル６１又はコイル６１を使用して非接触充電に使用される回路を埋め込むことができると考えられる。

実施の観点からの１つの重要な事項は、音声周波数における雷検出アンテナの実施である。従来、アンテナは、独立したコイルとして実施されている。しかし、コイルは、非常に多くの領域及び空間を必要とし、従って、ターゲット装置内にコイル／複数のコイルを実施するための有効な方法を見出すことは不可欠である。本発明では、音声コーデックの増幅経路はまた、誘導電池充電に使用される１つ又は複数の２次コイル６１と共に使用することができるであろう。

雷検出フロントエンドは、図４に示すような例に対して音声周波数上で実施することができる。雷検出アンテナコイルＬ及びフロントエンドは、図示のトポロジーなどで実施することができる。コイルＬ及びコンデンサＣは、帯域通過フィルタを含み、ダイオードＤ１及びＤ２は、過剰に大きな電圧ピークから利得段を保護するために必要になる。利得設定抵抗Ｒ１、Ｒ２を有する任意的な演算増幅段４１は、全増幅経路中で十分な利得を達成するために、信号が音声コーデックに送られる前に必要とされる場合がある。

低級雷検出器設計は、検出周波数帯域において通常７６ｄＢの利得を有する。公知の音声コーデックは、通常３４〜５９．５ｄＢの利得を有するので、いくつかの付加的増幅が、全体の増幅経路上で十分な利得を達成するために必要とされる場合がある。しかし、音声コーデックの何の付加的な増幅経路なしに音声周波数上での雷検出のために十分な利得を達成することを可能にすることができる。
雷検出に音声コーデックを利用することも可能である。Ａ／Ｄ変換された雷信号は、音声コーデック経路及び検出された記号を使用して処理することができ、音声コーデックの出力は、デジタル信号処理（ＤＳＰ）方法を使用して雷検出の観点から解析することができる。更に、音声回路５１、５２及び音声コーデック５３の組合せも、雷信号を解析するために利用することができる。雷検出に音声コーデックを使用する利点は、音声コーデックが、通常は長期間使用されず、従って、利用率を増加させることができることである。

代替的に、音声コーデックの増幅経路は、ＡＭ又はＦＭラジオ受信機と共に雷検出にも使用することができる。本発明は、音声周波数上での検出に基づくことを上述したが、ＡＭ（１５０ｋＨｚ〜３０ＭＨｚ）及びＦＭ（８７．５〜１０８ＭＨｚ）高周波のようなより高い周波数上でも、これらの高い周波数信号を逓降変換器で音声周波数に低周波に変換することによって検出が可能である。最良の結果は、互いに十分離れている２つ又はそれよりも多くの周波数チャンネル上での検出を組み合わせることにより達成することができる。いくつかの検出及び測距方法は、異なる周波数上の雷ノイズの異なる減衰に基づいており、従って、２つ又はそれよりも多くの受信機の組合せは、雷雨中の雷活動まで距離に関してより良い推定をもたらす。

更に、雷信号を検出して分類するために、ＡＭ又はＦＭラジオ受信機フロントエンドを使用することにより、及び検出チェーンの一部として音声コーデックコーディング（ＴＸ）経路を使用して信号を増幅し、デジタル信号処理（ＤＳＰ）方法に対する入力として生成されたコードを使用するか、又は同一のコーデックの復号化（ＲＸ）経路をこの目的のために使用することによって雷からの信号を検出することができる。

１つよりも多くのマイクロフォン入力が利用可能である場合、雷検出は、異なる音声周波数帯域上で行われ、検出及び解析をより正確に行うことができる。実施原理については、図５ａを参照されたい。２つの直交して位置決めされたアンテナコイル５４、５５が、検出器を実施するために使用され、落雷の方向も検出することができる（図５ｂ参照）。方向検出は、直交したコイルから受信したレベルの比較に基づいている。更に、２つのコイルは、全指向性雷検出器を達成するために使用することができる（図５参照）。全指向性検出器は、図５ｂに示すようなコイルＬ１（５４）及びＬ２（５５）からの信号に対する別々のチャンネルを使用することにより実施することができ、又は２つのコイルからの信号は、図５ｃのように合算し（５８）、フィルタ５９における可能なフィルタリングの後に１つの信号として解析することができる。無論、加算器５６からの合算された信号は、落雷の方向に関する何の情報も与えない。図８に示す直交性コイルを使用する場合であっても、方向の判断は、曖昧である。信号が正面８１から又は後方８２から受信される場合、それは、付加的なアンテナなしには判断することができない。しかし、ネットワークから受信した気象情報を組み合わせることにより、又は単純に使用者に風の方向を入力させることにより、この曖昧性を解決することができる。図５ａ〜５ｃ中の１つのコイル又は両コイルはまた、図６中の充電コイル６１のような誘電充電コイルであってもよく、又は例えばＲＦＩＤ目的に使用されるような何らかの他の目的のために使用されるコイルとすることができる。

本発明で使用される音声コーデックは、モバイルＲＦ装置で一般的に使用され、一般市場で利用可能である型式のものとすることができる。このような音声コーデックは、例えば、３信号のための入力から成るマイクロフォン入力段と、３／１マルチプレクサと、差動マイクロフォン増幅器とを有するＵＥＭＥ、及び統合ヘッドフォン増幅器付きのステレオ音声コーデックである「Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３Ｂ」である。

本発明は、検出器装置の向きを利用することにより、測定性能及び装置の電流消費量の改善に対する考え方を含めることができる。検出アンテナの水平７２及び垂直７３の双方向が示されている図７を参照されたい。
ループアンテナのアンテナ利得は、ＲＦ源７１に対する角度位置の関数として大きく変化するので、検出器の向きを検出、測距、及び／又は方向測定性能を改善するために使用することができる。

本質的に、電磁場の磁気成分（Ｈ）の検出に依存する全ての公知の雷検出装置では、雷撃によって放射されるＲＦ信号を受信するために使用される１つのコイル又は２つの直交するコイルが存在する。雷撃からの放射は、基本的には５０ＭＨｚ未満の周波数上で最も強いので、モバイル装置中に統合することができる唯一の受信アンテナの選択肢は、小型ループアンテナである。
コイルアンテナの１つの主要な特性は、指向性パターンである。このパターンは、ドーナツ７４、７５のように見え、その軸は、フェライトコア７６の軸と平行である。１つのアンテナのみが使用されている場合、検出状況は、図７に示されている状況に類似している。検出された雷撃に対する角度位置の変動は、導かれた信号に対して１０〜３０ｄＢの変動を引き起こす。この変動は、コイルの軸が水平である場合に発生する。軸が垂直に向いている場合、導かれた信号は、最適な向きの場合と比較して更に３０ｄＢよりも小さい可能性がある。

１つのコイルアンテナのみが使用されている場合、距離の推定（及び検出そのものも同様）の主な難しさは、放射の受信方向に応じてアンテナ利得を変動させることである。理論的には、利得は、雷からのＲＦ放射を受信した時、受信角度に応じて、０ｄＢ（角度０°又は１８０°）から−３０ｄＢ（角度９０°又は２７０°）まで変化する可能性がある。アンテナ利得が顕著に変化し（２つの連続した測定間で）、かつ何の位置情報も存在しない場合、振幅変動が嵐と検出器間の半径方向距離の変化によるか、又は振幅変動がアンテナ利得中の変動を引き起こす検出器の角度変化により引き起こされるかを見出すこと（１つのコイルアンテナのみを使用することにより）は非常に困難である。

この実施形態では、少なくとも１つの磁気コイルを有する携帯装置及び装置の向きを判断する何らかの方法を説明する。後者の方法はまた、手動（ユーザが装置を向ける必要がある）とすることができる。その組合せを雷源に対するより良い距離推定を提供する（及び方向検出も可能にする）ために使用することができる。
その向きが既知である場合、コイルの方向性問題は、解決又は少なくとも最小にすることができる。また、向きの急速な変化は、正確な測定が可能ではない状態を検出するために使用することができる。

本発明の考え方は、雷検出装置の位置、向き、及び／又は移動情報を利用して、雷撃からのＲＦ放射を検出するために使用されるアンテナの不完全性を補償することである。雷撃からのＲＦ放射は、大部分は垂直に偏向し、大部分は低周波数（１００ＭＨｚ未満）上に集中しているので、小型ループアンテナが最も空間効率の良い策であり、低周波数ＲＦパルスの受信において使用される。高い方向性は、小型ループアンテナの１つの典型的特性であり、従って、受信信号のレベルは、ソースに対するアンテナの向きに応じて激しく変化する。

雷検出器のための適切又は最適検出位置を定めることができ、かついくつかの他の向きが非常に実際的でない場合、装置が激しく動いているか（すなわち、アンテナ利得が急速に変化している）又は装置の向きが検出に適していない（すなわち、アンテナ利得が少ない）時に雷撃を検出することは合理的ではない。例えば、これらの環境では、雷検出器は、電力を節約するためにスイッチを切ることができ、装置が静止しているか又は雷検出の観点からより最適な方向になった後に検出を継続することができる。

実際には、どのように装置の方位情報が識別されるかは本質的ではない。最も簡単な方法は、磁力計又は加速度計センサを使用することにより向きを測定することであり、このセンサは、図１の磁束コンパス１９と同様の方法でモバイル検出器に統合させることができる。実際の使用に対しては、このコンパスは、方向性の正確さを失うことなく水平面と異なる面内での使用を可能にするために傾き補償が為されるべきである。別の実行可能な代替形態は、どのように装置が雷検出の観点から配向されているかをユーザからの入力として、また付加的な情報が利用可能である時にネットワークから受信した気象情報と相互に関連させるために、ユーザインタフェースから指示を得ることである。

この実施形態の基本的な考えは、多数の個々の実施形態で使用することができ、以下の実施形態では、異なる検出原理を説明する。明細書は、最も簡単な実施例で始まり、より複雑な組合せは、実施形態明細の最後に載せられている。小型ループアンテナの典型的特性は、全ての実施形態において有効であり、装置の向き又は位置を示すセンサ又は他のソース（すなわち、ユーザから）からの情報が様々な方法で使用される。

考えられる最も簡単な実施形態では、向き及び／又は運動検出器が、装置が静止しているか否かを判断するために使用される。測定は、装置が静止しており、そこで利得が一定になる場合にのみ実行される。
本発明の最も簡単な実施例は、検出器が静止しているか否かの情報のみを利用する。コイルアンテナの放射パターンは指向性であるので、装置が移動している場合、検出環境は、一定であるとは考えられない。例えば、簡易な雷検出アルゴリズムの実施が、一部の商用の雷表示器におけるように装置が静止していることを必要とする場合、検出器装置の移動に関する指示を必要とする。

検出器が移動しており、かつ検出精度が不確定である場合、検出機能は、スイッチを切ることができる。別の代替形態は、雷に似たパルスのみが検出され、かつ例えば距離が静的条件で行われるトリガモード中に留まることである。
１つ又は２つのコイルアンテナが雷撃からのＲＦ放射の受信に使用される場合、検出の観点から最適な位置を定めることができる。最適な向きは、コイルアンテナの軸が水平である向きとすることができる。これは、大部分の非常に強い放射が垂直に偏向しているので、アンテナの軸が垂直に近く、かつ雷撃チャンネルとアンテナコイルの間の結合が小さい（又は雷撃チャンネルからの結合が、垂直成分とより一致していない水平チャンネル成分から生じている）場合、雷撃を測定するか又は検出することに価値がないことを意味する。

現実的な事例では、これは、例えば、２Ｄ装置（すなわち、検出器が１つのコイルのみを含む）は、装置がポケット／鞄の側面上に保持されている場合（この事例では、主信号が到着する方向でゼロである）に使用不可になることを意味する。
より進んだ実施例（すなわち、２つの個々の受信チャンネルを有する２つの直交したコイルを含む）では、向き検出が実行不能である場合、チャンネルの１つのスイッチを切ることができる。

既に図７ｂに示すように、コイルアンテナの軸が垂直である向きは、雷検出の観点からは最も有用なものではない。雷撃のチャンネルは、通常垂直であり、従って、雷撃からのＲＦ放射は、主に垂直に偏向していると見なすことができる。コイルアンテナの軸が水平でない場合、結合された信号強度は、角度を使用して補償することができる。
ユーザインタフェースを有するモバイル装置の場合、移動して装置を最適な向きに向けるようにユーザに通知することができる。最適な向きは、干渉が最小になる向きである。これは、局所的干渉源（蛍光灯など）があることを仮定する。言い換えれば、検出装置は、干渉源がコイル軸に平行である方向にあるように位置決めされる。

より正確な距離推定を必要とする場合、検出器を２つの直交した位置に保持するようにユーザに通知することができる。これは、事実上、ただ１つのコイルを使用して「仮想的な直交コイル対」を発生させる。単一コイル実施例では、２つの連続した雷撃などから２つの異なる位置において距離が推定される。
測定状況は、図７に説明した状況に類似している。検出器装置は、図７ａ及び図７ｂに示す２つの直交した向きに保持するように指示される。連続した雷撃までの距離を十分に正確に測定するために必要なアルゴリズムは、両方の向きでいくつかの雷撃の検出を必要とする可能性がある。推定及び検出アルゴリズムに従って装置を再配向することをユーザに指示することができる。

雷検出器が、２つ（又は３つでさえも）の直交するコイルを受信アンテナとして利用する場合、雷撃に対する方向情報が利用可能である。しかし、２つの直交するコイルのみを使用することによる嵐に対する方向測定は、直交するコイルからの連結された信号の関係のみが使用される場合、１８０°の不確実性が残る（図７を参照、雷撃が位置８１又は８２内で発生する場合、検出された信号は、類似している）。３つのコイルを使用することにより、方向情報が利用可能な場合がある。

検出器が、雷撃又は嵐の中心に対する方向情報を定める機能があれば、検出の方位情報は、連続した測定中に装置の方位データを訂正するために使用することができ、雷撃に対する方向をより正確に与えることができる。
雷撃に対する方向を定める際の１８０°の不確定性を克服するための１つの提案は、多くの場合に、雷撃が発生していない方向８３及び８４を定めることができれば既に十分な情報であるということである。別の代替形態は、風の方向を入力することである。いずれの事例においても、ユーザが方向８３又は８４に移動すれば、接近する嵐を避け、又は避難壕を見つけるためのより多くの時間を獲得する可能性を最も高くすることができる。方向推定は、勿論、その後に嵐が接近するか又は遠ざかる時に更新することができる。

一実施形態では、２つのモードを使用し、すなわち、トリガモードが、何らかの干渉（少なくとも干渉が雷関連とすることができる）が観測されればいつでも開始される。トリガモードは、次に、実際の感知モードを開始させ、必要であれば、任意的に、表示モードを変更する。ユーザは、装置を正しく方向付けするように通知される（例えば、テーブル上に水平に）。距離推定は、この向きが正しい場合にのみ行われる。

ユーザが大体において一定の運動をしていると仮定する場合、角度は、全ての可能な角度を網羅し、利得パラメータは省かれる。これは、良好な統計的推定を得るために相当長い時間を必要とする。このより簡易なバージョンは、大部分の角度が含まれるように、ユーザにテーブル上で装置を数回回転させることである。特に、ユーザにしばらくの間１つの向きに装置を保たせ、次に、それを９０度変更することは、最小及び最大利得を網羅することを可能にする。

最後に、フロントエンドは、モバイルＲＦ装置に統合することができるが、これはまた、別の表示装置とすることもでき、又はＲＦ装置の外側、例えば、図６に示すような所謂機能的カバー６２に統合することさえできる。雷検出フロントエンド３１を収容するこのようなユーザ変更可能機能カバーは、付属品として販売することができる。
本発明の異なる実施形態は、上述の実施例に限定されるものではなく、これらが特許請求の範囲内で変更することができることは当業者には明らかである。

本発明によるシステムの概略的ブロック図である。 １０ｋｍの距離において雷により引き起こされた電磁信号の周波数スペクトルを示す図である。 マイクロフォン及び雷検出フロントエンドに分割することができるマイクロフォン入力回路の例示的回路である。 音声周波数における雷検出フロントエンドの実施例を示す図である。 ２つの異なる周波数上での検出を示す、２つの雷検出アンテナコイルを使用することができる実施例を示す図である。 ２つの直交するコイルを使用した検出及び方向推定を示す、２つの雷検出アンテナコイルを使用することができる実施例を示す図である。 全指向性検出を示す、２つの雷検出アンテナコイルを使用することができる実施例を示す図である。 モバイルＲＦ端末内で使用される専売特許ポート、モバイル端末の取外し可能機能的カバー、及び雷検出に使用される電池充電コイル、及び／又は雷検出に使用されるＲＦＩＤコイルを示す図である。 雷検出アンテナの２つの向きのうちの垂直に配向されたアンテナを示す図である。 雷検出アンテナの２つの向きのうちの水平に配向されたアンテナを示す図である。 曖昧な前方／後方検出状況を概略的に示す図である。

符号の説明

１０ 携帯電話
１２ ＲＦモジュール
１３ マイクロフォンロプロセッサ
１６ 音声コーデック
２０ 基地局

Claims (27)

1. アンテナ、増幅器フロントエンド、Ａ／Ｄ変換器、及びデジタル信号プロセッサを備えるモバイル雷検出器であって、
   音声コーデックを備えたモバイルＲＦであり、それによって該コーデックのプリアンプが、検出された雷信号の増幅に使用され、該コーデックのＡ／Ｄ変換器が、該増幅された雷信号のＡ／Ｄ変換に使用され、かつそれによって該コーデックのデジタル音声処理ユニットが、雷検出の信号処理に使用される、
   ことを特徴とする検出器。
2. 前記雷検出フロントエンドは、音声コーデックのマイクロフォン入力が、前記雷検出及び別の用途によって共用されるように、マイクロフォンと並列に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のモバイル雷検出器。
3. 他には使用されないと考えられるマイクロフォン入力が、雷検出フロントエンドインタフェースとして使用されることを特徴とする請求項１に記載のモバイル雷検出器。
4. モバイルＲＦ装置の音声コーデックが、雷検出に利用され、それによって前記Ａ／Ｄ変換された雷信号は、該音声コーデック経路で処理され、該音声コーデックによって検出及び出力された記号は、前記雷検出の観点からＤＳＰ内で解析されることを特徴とする請求項１に記載のモバイル雷検出器。
5. 音声コーデックの前記増幅経路は、モバイルＲＦ装置のＡＭ及び／又はＦＭラジオ受信機と共に雷検出に使用され、それによってこれらの高周波信号が、逓降変換器を用いて音声周波数に逓降変換されることを特徴とする請求項１に記載のモバイル雷検出器。
6. 前記雷検出に利用可能な少なくとも２つのマイクロフォン入力があり、該雷検出は、少なくとも２つの異なる音声周波数帯域上で実施されることを特徴とする請求項１に記載のモバイル雷検出器。
7. 前記雷検出は、２つ又はそれよりも多くの周波数チャンネル上の検出の組合せとして実施されることを特徴とする請求項１に記載のモバイル雷検出器。
8. ２つの直交配置のアンテナコイルが、落雷の方向も検出することができる検出器を実施するために使用されることを特徴とする請求項１に記載のモバイル雷検出器。
9. アンテナ、増幅器フロントエンド、Ａ／Ｄ変換器、及びデジタル信号プロセッサを備えたモバイル雷検出器による雷検出方法であって、
   雷検出器が、音声コーデックを備えたモバイルＲＦ装置であり、それによって該コーデックのプリアンプが、検出された雷信号の増幅に使用され、
   前記コーデックのＡ／Ｄ変換器が、前記増幅された雷信号のＡ／Ｄ変換に使用され、かつ
   それによって前記コーデックのデジタル音声処理ユニットが、雷検出の信号処理に使用される、
   ことを特徴とする方法。
10. 前記雷検出フロントエンドは、音声コーデックのマイクロフォン入力が、前記雷検出及び別の用途によって共用されるように、マイクロフォンと並列に接続されていることを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 他には使用されないと考えられるマイクロフォン入力が、雷検出フロントエンドインタフェースとして使用されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
12. モバイルＲＦ装置の音声コーデックが、雷検出に利用され、それによって前記Ａ／Ｄ変換された雷信号は、該音声コーデック経路で処理され、該音声コーデックによって検出及び出力された記号は、前記雷検出の観点からＤＳＰ内で解析されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
13. 音声コーデックの前記増幅経路は、モバイルＲＦ装置のＡＭ及び／又はＦＭラジオ受信機と共に雷検出に使用され、それによってこれらの高周波信号が、逓降変換器を用いて音声周波数に逓降変換されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
14. 前記雷検出に利用可能な少なくとも２つのマイクロフォン入力があり、該雷検出は、少なくとも２つの異なる音声周波数帯域上で実施されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
15. 前記雷検出は、２つ又はそれよりも多くの周波数チャンネル上の検出の組合せとして実施されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
16. ２つの直交配置のアンテナコイルが、落雷の方向も検出することができる検出器を実施するために使用されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
17. 更に、２つのコイルを使用して、全指向性雷検出器を達成することができ、それによって該全指向性検出器は、別々のチャンネルを使用することによって実施することができ、又は２つのコイルからの信号は、加算して１つの信号として解析することができることを特徴とする請求項６に記載のモバイル雷検出器。
18. 更に、２つのコイルを使用して、全指向性雷検出器を達成することができ、それによって該全指向性検出器は、別々のチャンネルを使用することによって実施することができ、又は２つのコイルからの信号は、加算して１つの信号として解析することができることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
19. 前記ＲＦ装置は、前記モバイルＲＦ装置の向きを判断する手段を収容することを特徴とする請求項１に記載のモバイル雷検出器。
20. 検出器装置の配向を利用することによる前記装置の測定性能及び電流消費の改善を含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
21. 方位及び／又は運動検出器を使用して、前記装置が静止しているかを判断し、前記測定は、該装置が静止している場合にのみ実行されることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
22. 発生時刻を含む検出された落雷情報は、前記モバイル装置からの推定落雷距離の判断のためにメモリに記憶されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
23. 前記モバイルＲＦ装置は、ネットワークから受信した付加的気象情報を前記メモリに記憶することができることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
24. 前記気象情報は、雷雨に対する強度、距離、並びに相対的及び真の方向を示すディスプレイ上に表示することができることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
25. 前記フロントエンドは、前記モバイルＲＦ装置に統合されていることを特徴とする請求項１に記載のモバイル雷検出器。
26. 前記フロントエンドは、別の表示装置であるか、又は前記ＲＦ装置の外側に、例えば、所謂機能カバーに統合されていることを特徴とする請求項１に記載のモバイル雷検出器。
27. 少なくとも１つの表示器コイルは、誘導充電コイル又は何らかの他の目的に使用されるコイルであることを特徴とする請求項１に記載のモバイル雷検出器。

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