KR20100028098A

KR20100028098A - 날씨 예측 시스템

Info

Publication number: KR20100028098A
Application number: KR1020107000305A
Authority: KR
Inventors: 필 영; 안젤로 겡기
Original assignee: 콸콤 인코포레이티드
Priority date: 2007-06-07
Filing date: 2008-05-22
Publication date: 2010-03-11
Also published as: KR101370482B1; US8100004B2; JP2013047686A; JP2010531974A; CN105842757A; JP2018138917A; JP6580730B2; US20100212421A1; JP2016136156A; EP2160636A1; CN101743487A; KR20120127529A; WO2008148649A1

Abstract

본 발명은 시간에 따른 압력의 변화들을 기록하기 위한 프로세서에 연결되는 기압 센서로 구성되며, 이는 전형적으로 평균 해수면으로 표준화되는 기압 측정치들을 고려하는 고도의 정확한 측정치를 제공하는 GPS 장치에 연결된다. 일단 측정치들이 표준화되면, 센서의 수직 이동의 영향들은 효과적으로 제거되며, 결과적인 추세는 날씨 예측을 위하여 사용될 수 있는 절대 대기압을 나타낸다.

Description

날씨 예측 시스템{WEATHER PREDICTION SYSTEM}

본 발명의 실시예들은 날씨 예측 시스템들, 특히 국부 기상 대기(atmospheric) 데이터의 국부 변화들을 측정하는 것에 의존하는 날씨 예측 시스템들에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 날씨 예측 시스템을 실현하기에 적합한 신호 프로세서 유닛에 관한 것이다.

기존 날씨 예측 시스템들은 시간에 따른, 대기압(atmospheric pressure), 온도 및 습도의 변화들을 측정하는 것에 의존한다. 연장된 기간에 걸쳐 공기압(air pressure)의 변화들을 모니터링함으로써, 압력(pressure)의 추세(trend)는 단기간 날씨 패턴들에 관한 예측들을 수행하기 위하여 사용될 수 있는데, 여기서 하강하는 압력은 불안정한 공기 흐름 및 나쁜 날씨의 증가된 가능성을 표시한다.

몇세기동안 기압계들(barometer)이 가정용으로 사용되었으며, 가장 최근에는 예측을 자동화하는 전자 날씨 관측기들(electronic weather station)이 시장에 나오고 있다. 온도, 기압 및 습도와 같은 기상 대기 데이터를 기초로하여 기상 예측을 자동적으로 발생시키는 것이 공지되어 있다.

날씨의 예측은 종종 수시간에 걸친 기압의 추세들에 의존하며, 이는 기압이 공기 밀도 및 고도(altitude)의 함수이기 때문에 센서가 고도에 대하여 비교적 변화하지 않을 것을 필요로 한다. 이러한 공지된 기술들중 한 단점은 기압 추세들을 추적(track)하기 위하여 연장된 기간동안 안정한 위치에 있어야 한다는 점이다.

일부 제조업자들은 휴대용 유닛들을 공개하였으며, 수년동안 기압 센서들은 가능한 날씨 패턴들을 예측하기 위하여 기압 센서들을 사용하기 위한 명령들과 함께 시계들, 고도계들 및 다른 휴대용 기구들에서 사용가능하게 되었다. 그러나, 이러한 기구들은 고도의 변화로 인한 압력의 변동들에 의하여 영향을 받으며, 그들이 정지해 있지 않는 한 신뢰성 있는 자동 예측을 제공하지 못할 수 있다.

이러한 유닛들은 고도 보상을 수행하지 못하며 따라서 센서가 수평면에 대하여 안정될 것을 요구한다. 이는 정상사용동안 날씨 예측을 위하여 이러한 이동 센서들을 사용하지 못하게 한다. 전형적으로, 시계들은 예컨대 시계들이 밤사이에 정지해 있다는 것을 가정하여 아침에 예측을 제공하기 위하여 사용될 수 있으나, 여행할때는 날씨를 예측하기 위하여 사용될 수 없다. 또한, 기존 기술은 단지 압력 추세들에 대하여 동작할 수 있는 반면에, 날씨 예측은 또한 해수면으로 표준화된 절대 압력의 지식(knowledge)에 의존한다.

따라서, 이동하는 동안 신뢰성있는 예측들을 발생시킬 수 있는 휴대용 날씨 예측 시스템에 대한 필요성이 요구된다. 본 발명은 이러한 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 정밀하고 경제적인 방식으로 위치 정보와 날씨 예측을 결합한 휴대용 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명에 따르면, 이러한 목적들은 고도의 영향들을 보상하기 위하여 위성 무선위치추정 시스템(satellite radiolocalization system)에 의하여 결정되는 절대 고도 측정치들을 사용하여 이동 환경에서 절대 대기압의 교정된 측정치를 제공함으로써 이동 날씨 모니터링 및 예측 시스템에 의하여 달성된다.

본 발명은 도면들을 참조로하여 예시적으로 제시된 실시예들의 설명에 의하여 용이하게 이해될 것이다.

도 1은 국제 대기 모델에 따라 고도에 대한 기압의 종속성을 나타낸 다이어그램을 도시한다.
도 2는 본 발명의 장치의 가능한 구현을 간략화된 개략방식으로 도시한다.

도 2에 따르면, 본 발명의 일 양상에 따른 휴대용 장치는 위치측정 위성들, 예컨대 GPS, GLONASS 또는 갈릴레오 위성들의 컨스텔레이션(constellation)으로부터 무선위치추정 신호를 수신하고 이들을 GNSS 프로세서(30)에 적합한 형식으로, 예컨대 디지털 또는 아날로그 포맷의 캐리어-스트립된 신호(carrier-stripped signal) 또는 낮은-IF 신호로 컨디셔닝하도록 배열된, 안테나 및 RF 프론트-엔드(20)를 포함하는 위성 무선위치추정 수신기를 포함한다. GNSS 프로세서(30)는 무선위치추정 신호들을 처리하며, 공지된 바와같이 수평 좌표들, 예컨대 위도 및 경도 그리고 또한 고도 데이터를 포함하는 위치 데이터(35)를 추출한다.

본 발명의 일 양상에 따르면, 압력 리드아웃(readout) 유닛(40)은 기압 센서(90), 예컨대 국부 대기압에 오픈(open)되는 절대 압력의 전자 센서로부터의 입력을 판독하고, kPa 또는 mbar와 같은 표준 단위로 예컨대 디지털 압력값들로서 압력 데이터(36)를 제공하도록 구성된다. 바람직하게, GNSS 프로세서(30) 및 압력 리드아웃 유닛(40)은 단일 전자 컴포넌트(60), 예컨대 기압 센서(90)에 대한 입력을 포함하는 단일 집적회로로 구현된다.

프로세서(100)는 시간에 따른 압력(36)의 변화들을 기록하며, 표준 고도, 전형적으로 평균 해수면으로 표준화되는 기압 측정치들을 고려한, 고도 정보를 포함하는 위치 데이터(35)를 제공하는 GNSS 프로세서(30)에 추가로 연결된다. 도 1은 이러한 목적을 위하여 사용될 수 있는 표준 기압 곡선을 나타낸다. 그러나, 다른 기압 곡선들이 이용가능하다.

프로세서(100)는 표준 고도로 압력을 표준화하고, 기상 압력 추세들을 식별하며 출력 유닛(120)상에 디스플레이될 일기예보를 제공하는 소프트웨어 모듈을 포함하는, 메모리(105)에 저장된 프로그램을 실행하는 범용 마이크로프로세서일 수 있다.

위성 위치측정 시스템으로부터 획득된 고도 데이터는 종종 불규칙한 위성 가시성(visibility) 또는 다중경로로 인하여 아티팩트들(artifact), 예컨대 글리치들(glitch)을 포함한다. 이들 아티팩트들의 진폭이 중요할 수 있는 반면에, 아티팩트들의 지속기간(duration)은 일반적으로 일기예보와 관련 있는 전형적인 기상 현상들의 시간 기간(time span)보다 훨씬 짧다. 그 다음에, 프로세서(100)는 예컨대 적절한 시간 간격에 걸쳐 고도 데이터를 버퍼링 및 평균화함으로써 기압 데이터(36)를 표준화하는데 있어서 원치않는 아티팩트들을 사용하기전에 이 원치않는 아티팩트들을 필터링하도록 프로그래밍된다. 압력 데이터(36)는 바람직하게 비슷한 시간 간격에 걸쳐 버퍼링 및 평균화되어야 한다.

평균 해수면의 전형적인 공기압(air pressure)은 1013.25 mbar(101,325KPa)이며, 이 공기압 이상의 압력은 일반적으로 온화한 날씨(calm weather)와 연관되는 반면에, 이 공기압보다 상당히 미만의 압력은 강한 풍속(higher wind speed) 및 변덕스러운 날씨(unsettled weather)와 연관된다. 기존 이동국들은 고도가 수동으로 입력되지 않는 경우에 절대 압력을 측정할 수 없으나, 보통 이는 여행자에게 알려지지 않는다. 결과적으로, 이동국들은 현재의 대기상태들이 "저기압계(low pressure system)"의 부분인지 또는 "고기압계(high pressure system)"의 부분인지를 아는 것이 불가능한 그들의 위치에서 절대 압력을 표시한다.

해수면의 전형적인 대기압은 대략 +/- 200 미터의 고도 변동과 같은 990 내지 1030 mbar이며, 결과적으로 고도 불확실성(uncertainty)은 현재의 솔루션들이 보상하지 못하는 측정치들의 중요한 에러를 야기한다.

더욱이, 압력 및 온도의 빠른 변화들은 종종 폭풍의 접근으로써 발생하며, 전형적으로 몇 mbar의 이들 단기간 빠른 변화들은 수십 미터의 고도 변화들과 같으며 격심한 폭풍 또는 다른 기상 위험들, 예컨대 토네이도들의 긴급한 도달에 대하여 경고하기 위하여 사용될 수 있다. 이는 단지 이들 빠른 변화들이 고도의 영향들에 대하여 상당히 작기 때문에 고도 변동의 영향들이 보상되는 경우에만 가능하다.

본 발명의 변형에 따르면, 프로세서(100)는 GPS 및 날씨 유닛(200)에 대하여 액세스하는 호스트 시스템, 예컨대 PDA, 이동전화, 또는 휴대용 컴퓨터의 프로세서일 수 있다. 액세스는 물리적 및 전기적 접속에 의하여 또는 임의의 적절한 무선 데이터 네트워크, 예컨대 블루투스 링크에 의하여 달성될 수 있다. 메모리(105)는 또한 사용자의 GPS 위치를 디스플레이하고, 네비게이션을 지원하는 등등을 수행하는 다른 소프트웨어 모듈들을 포함할 수 있다.

다른 변형에 따르면, 압력 리드아웃 유닛(40)은 계산의 일부를 대신하여 프로세서(100)의 부하를 경감시킬 수 있다. 예컨대, 고도 평균화 및 압력 표준화는 압력 리드아웃 유닛에서 수행될 수 있으며, 이 압력 리드아웃 유닛은 표준 고도로 이미 표준화된 압력 데이터(36)를 제공할 수 있다.

일단 측정들이 표준화되면, 센서의 수직 이동의 영향들은 효과적으로 제거되며 결과적인 추세는 날씨 예측을 위하여 사용될 수 있는 절대 대기압을 보여준다.

평균 측정치들은 메모리에 버퍼링되고 주기적으로 저장되며, 여기서 주기들은 고정되거나 또는 가변될 수 있으며 또한 잘못된(missed) 측정치들을 보정하도록 타임스탬프(timestamp)될 수 있다.

주기적으로, 표준화된 기압의 변화율 및 절대치를 결정하기 위하여 데이터 저장이 처리되며, 그 다음에 이들은 특히 징조(threat)를 나타낼 수 있는 급박한 폭풍들의 시작과 관련한 가능한 날씨 및 임의의 변화들을 예측하기 위하여 사용된다. 이러한 처리는 데이터 관리 프로세스의 일부분으로서 샘플들이 추가/폐기될때, 또는 요구시에, 예컨대 사용자가 즉시 예보(immediate forecast)를 요청할때 정규 예보 알고리즘의 일부분으로서 자동적으로 스케줄링될 수 있다.

대안적으로, 평균 데이터는 고도를 보상하기전에 저장되고 그것이 처리될때 보상될 수 있으나, 이는 테이블이 분석될때마다 처리될 필요가 있기 때문에 최적이 아니다.

부가적으로, GPS 좌표들은 각각의 샘플 세트와 함께 저장될 수 있으며, 이는 날씨 시스템에 대한 사용자들의 수평 이동에 의하여 야기되는 절대 압력의 명백한 변화들을 필터링가능하게 하며, 여기서 수백 Km에 걸친 수평 이동은 날씨 시스템의 수평 압력 기울기로 인하여 안정한 날씨 시스템에서조차 명백한 압력 변화들을 야기할 수 있다.

날씨 예보 모드외에, 본 발명의 장치는 또한 바람직하게 GPS 유닛의 보통 기능들, 예컨대 위치 및 네비게이션 정보, 속도, 중간 지점들의 거리 및 방위, 추정 도달 시간, 추적 그래프 등을 제공하는 위치측정 모드를 가진다.

Claims

기압 센서(barometric pressure sensor)(90) 및 위성 무선위치추정 유닛(satellite radiolocalization unit)(30)을 포함하는 휴대용 날씨 예보 장치로서,
시스템은 상기 위성 무선위치추정 유닛(30)에 의하여 생성되는 위치 데이터(35) 및 상기 기압 센서(90)에 의하여 생성되는 기압 데이터(36)에 기초하여 표준 고도(altitude)로 감소되는 압력 데이터(pressure data)를 획득하도록 구성되는,
휴대용 날씨 예보 장치.
제 1항에 있어서, 상기 위성 무선위치추정 유닛(30)은 무선위치추정 위성들로부터 수신되는 무선위치추정 신호들에 기초하여 위치 데이터(35)를 생성하도록 동작가능하게 구성되며, 상기 위치 데이터(35)는 고도 정보를 포함하며;
상기 휴대용 장치는 상기 고도 정보의 시간-평균(time-average)에 기초하여 표준 고도로 감소되는 상기 압력 데이터를 계산하도록 프로그래밍되는, 휴대용 날씨 예보 장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 출력 유닛을 더 포함하며, 상기 휴대용 장치는 상기 출력 유닛상에서 표준 고도로 감소되는 상기 압력 데이터의 시간 변동들(time variation)에 기초하여 날씨 예보를 재생(reproduce)하도록 동작가능하게 구성되는, 휴대용 날씨 예보 장치.
제 1항 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서, 잠재적으로 위험한 기상 상황들의 검출시에 경고 신호를 발생하도록 프로그래밍되는, 휴대용 날씨 예보 장치.
제 1항 내지 제 4항중 어느 한 항에 있어서, 위치 및/또는 정보 네비게이션을 상기 출력 유닛상에 제공하도록 구성되는 위치추정/네비게이션 모드를 더 포함하는, 휴대용 날씨 예보 장치.