DE602004002854T2 - System und verfahren für spektralkorrigierte blitzdetektion - Google Patents

System und verfahren für spektralkorrigierte blitzdetektion Download PDF

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    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01W1/16—Measuring atmospheric potential differences, e.g. due to electrical charges in clouds
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    • G01R29/0814—Field measurements related to measuring influence on or from apparatus, components or humans, e.g. in ESD, EMI, EMC, EMP testing, measuring radiation leakage; detecting presence of micro- or radiowave emitters; dosimetry; testing shielding; measurements related to lightning
    • G01R29/0842—Measurements related to lightning, e.g. measuring electric disturbances, warning systems

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen Systeme zur Abschätzung, wo ein Blitz in den Boden eingeschlagen hat und wie stark jeder Blitzeinschlag war.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Ein herkömmliches großflächiges Blitzdetektionssystem mit niedriger Frequenz erkennt und lokalisiert die Hauptentladung von Wolke-Erde-Blitzen. Obwohl die Energie jeder Hauptentladung in einer im Wesentlichen senkrechten Säule zwischen Wolke und Erde erfolgt, ist der Ort, der für jeden Blitz interessant ist, jener Punkt, an dem die Hauptentladung mit dem Boden in Kontakt tritt. Großflächige Blitzdetektionssysteme umfassen herkömmlicherweise viele Sensoren, die etwa in einem Netz verteilt sind und einen Abstand in der Größe von hunderten Kilometern aufweisen. Jeder Sensor kommuniziert mit einer zentralen Analysevorrichtung, so dass die durch die verschiedenen Sensoren erfassten Signale die Grundlage zur Bestimmung des Orts und der Stromstärke jeder Hauptentladung bilden können.
  • Eine Hauptentladung gibt Energie ab, die von einem Sensor bei vergleichsweise niedrigen Frequenzen von etwa 1 kHz bis etwa 500 kHz erfasst wird. Ein Hauptentladungssignal in diesem Frequenzband breitet sich in dem Bereich, der durch die Erdoberfläche und die Ionosphäre begrenzt wird, aus, folgt der Oberfläche über Berge und Täler und wird im Allgemeinen nicht durch niedriges Gelände oder Gebäude aufgehalten, sondern passiert diese Hindernisse. Wenn ein Hauptentladungssignal von einem Sensor erfasst wird, wurde die Amplitude des empfangenen Signals bereits durch eine Kombination von physikalischen Phänomenen vermindert. Die Signalamplitude nimmt in Abhängigkeit von der Entfernung (d.h. mit der Entfernung in Luftlinie), der Weglänge und der Leitfähigkeit des Bodens ab. Je weiter entfernt von dem Sensor der Einschlag erfolgt, desto niedriger ist die Amplitude des empfangenen Signals. Wenn die zurückgelegte Entfernung über bergiges Gelände erfolgt, kann der Weg, dem das Signal zu dem Sensor gefolgt ist, länger sein als der Weg über ein glattes Erdmodell; und deshalb ist die resultierende Signalamplitude noch niedriger. Wenn die Leitfähigkeit des Bodens in Bezug auf die Entfernung und die Peilung des Sensors nicht einheitlich ist, ergeben sich aus der Verwendung eines glatten Ellipsoids, einheitliches Leitungsmodell der Erdoberfläche, ungenaue Schätzungen des Orts der Blitzhauptendladung.
  • Jeder Sensor erfasst herkömmlicherweise die Zeit des Auftretens des empfangenen Signals. Wenn mehr als ein Sensor eine einzige Hauptentladung erfasst, kann die Tatsache, dass die Hauptentladung an einem bestimmten Zeitpunkt stattgefunden hat, dazu herangezogen werden, um den Ort der Hauptentladung und einen Abstand von jedem Sensor zu dem geschätzten Ort der Hauptentladung einzuschätzen. Dieser Zeitpunkt wird herkömmlicherweise als Ankunftszeit (time of arrival) bezeichnet. Der Zeitpunkt des Auftretens des empfangenen Signals deutet im Allgemeinen auf einen Ort hin, an dem die Hauptentladung auf dem Boden stattgefunden hat.
  • Die Antenne oder die Funkspektrumantennen, die ein Sensor einsetzt, kann bzw. können Rundstrahlantennen oder Richtantennen umfassen. Wenn Richtantennen eingesetzt werden berechnet der Sensor die Peilung der Quelle des empfangenen Signals. Die Peilung deutet im Allgemeinen auf einen Ort hin, an dem die Hauptentladung auf dem Boden stattgefunden hat.
  • Herkömmliche Blitzdetektionssysteme verwenden Peilungs- und/oder Ankunftszeitinformationen von mehreren Sensoren, um den wahrscheinlichen Ort einer Hauptentladung einzuschätzen. Peilungsinformationen von zwei oder mehreren Sensoren mit Richtantennen reichen aus, um auf einen Ort zu schließen. Ein wahrscheinlicher Ort kann durch die Analyse der vorgeschlagenen Orte geschätzt werden, wenn mehrere Informationen zur Verfügung stehen (z.B. sowohl Peilungs- als auch Ankunftszeitinformationen, Peilungsinformationen von mehr als zwei Sensoren, Ankunftszeitinformationen von mehr als drei Sensoren).
  • Die empfangene Signalspitzenamplitude verhält sich im Allgemeinen proportional zu der maximalen Stromstärke der Hauptentladung an dem geschätzten Ort. Entfernung, Weglänge und Leitfähigkeit modifizieren (z.B. vermindern, formen um, schwä chen oder verstärken in manchen Fällen besonders), wie oben erläutert, die empfangene Signalamplitude auf komplexe Weise und beeinträchtigen die Genauigkeit der Schätzungen der Spitzenstromstärke der Hauptentladung.
  • Bei herkömmlichen Blitzdetektionssystemen ist die Genauigkeit des geschätzten Orts der Hauptentladung und der geschätzten Spitzenstromstärke der Entladung für viele Anwendungen unzureichend. Der geschätzte Zeitpunkt des Auftretens, der Ort und die Spitzenstromstärke einer Hauptentladung sind erforderlich für die Gestaltung und die Wartung von Einrichtungen und Gebäuden (z.B. in Bezug auf Stromsysteme oder Kommunikation), für Risikobewertung und für Versicherungsansprüche in Bezug auf durch Blitze verursachte Schadensfälle. Ohne die vorliegende Erfindung weisen herkömmliche Blitzdetektionssysteme eine mittlere Ungenauigkeit in Bezug auf Ort und Zeitpunkt von jeweils +/–0,5 km bzw. +/–1 μs auf. Schätzungen der Spitzenstromstärke sind bis zu +/–30% ungenau. Durch eine Senkung dieser Ungenauigkeiten kann ein bedeutender wirtschaftlicher Wert geschaffen werden, beispielsweise durch ökonomischere Blitzschutzsysteme für Einrichtungen und Gebäude, ökonomischere Wartung von Einrichtungen und Gebäuden, geringere Versicherungsprämien und weniger Streitfälle aufgrund der Ursache von Schadensfällen, die durch Blitze verursacht worden sein könnten.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Ein Blitzdetektionssystem gemäß den verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung löst die oben erläuterten Probleme. Bei einer Ausführungsform stellt ein solches System die Schätzung des Orts eines Blitzereignisses bereit und umfasst: (a) eine Analysevorrichtung zur Bereitstellung der Schätzung des Orts eines Blitzereignisses in Übereinstimmung mit einer Vielzahl an Benachrichtigungen; und (b) eine Vielzahl an Sensormitteln, die jeweils eine Benachrichtigung bereitstellen, die die Sensoridentifikation sowie den Zeitpunkt der Detektion des Blitzereignisses umfasst. Jeder Sensor umfasst einen Empfänger, eine Wellenformungs-Engine und einen Sender. Der Empfänger empfängt ein Ereignis und stellt ein erstes Zeitbereichsignal als Antwort auf das Blitzereignis bereit. Die Wellenformungs-Engine bestimmt die Frequenzkomponente des ersten Signals; stellt zumindest entweder die Größe oder die Phase der Komponente ein, um eine eingestellte Komponente bereitzustellen; und bestimmt ein zweites Zeitbereichsignal in Übereinstimmung mit der eingestellten Komponente. Der Sender überträgt die Benachrichtigung in Übereinstimmung mit dem zweiten Zeitbereichsignal.
  • Ein Verfahren gemäß den verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung stellt eine Beschreibung eines empfangenen Signals von einem Blitzereignis bereit. Das Signal wurde durch die Wanderung durch ein Medium modifiziert. Das Verfahren umfasst in beliebiger Reihenfolge: (a) die Bestimmung einer Vielzahl an Frequenzbereichskomponenten des Signals; (b) die Bestimmung einer Vielzahl an eingestellten Größen für eine Anzahl an Frequenzbereichskomponenten der Vielzahl; und (c) die Bereitstellung einer Beschreibung des Zeitbereichsignals, das zumindest der Vielzahl an eingestellten Größen für die Anzahl an Frequenzbereichskomponenten entspricht.
  • Bei verschiedenen Ausführungsformen können Komponentengrößen im Frequenzbereich eingestellt werden, um einen gewünschten Anstieg zu erhalten (z.B. –1 im logarithmischen Frequenzbereich). Einstellungen der Phase und der Größe können durch eine Funktion der Frequenz und der Leitfähigkeit des Bodens bestimmt werden. Die Leitfähigkeit des Bodens kann durch eine zweite Funktion der Frequenz, beispielsweise proportional zu dem Quadrat einer Knickpunkt-Frequenz, bestimmt werden. Die Knickpunkt-Frequenz kann durch eine Analyse der Komponentengrößen im Frequenzbereich ermittelt werden.
  • Ein Sensor gemäß den verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung stellt eine Beschreibung eines von einem Blitzereignis empfangenen Signals bereit, wobei das Signal durch die Wanderung durch ein Medium modifiziert wurde. Der Sensor umfasst eine Schaltung, die eine Vielzahl von Frequenzbereichskomponenten des Signals bestimmt; eine Schaltung, die eine Vielzahl von eingestellten Größen für eine Anzahl an Frequenzbereichskomponenten der Vielzahl bereitstellt; und eine Schaltung zur Bereitstellung einer Beschreibung des Zeitbereichsignals, das zumindest der Vielzahl an eingestellten Größen für die Anzahl an Frequenzbereichskomponenten entspricht.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
  • Nun werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der Abbildungen näher beschrieben, wobei dieselben Bezeichnungen für dieselben Elemente stehen, und:
  • 1 eine Draufsicht auf ein Blitzdetektionssystem gemäß den verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 2 ein Funktionsblockdiagramm eines Sensors des Systems aus 1 zeigt;
  • 3 ein Funktionsblockdiagramm einer Analysevorrichtung des Systems aus 1 zeigt;
  • 4 ein Datenflussdiagramm der in einem Sensor des Systems aus 1 stattfindenden Prozesse;
  • 5A–5D ein Datenflussdiagramm der in einer Analysevorrichtung des Systems aus 1 stattfindenden Prozesse darstellen;
  • 6 eine Graphik ist, die eine Matrix von Zeitparametern darstellt, welche für die Zeitkorrektur-Rückkopplung in dem System aus 1 herangezogen werden;
  • 7A–7B ein Verfahrensablaufsdiagramm gemäß den verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung für ein Verfahren zur Schätzung des Orts eines Blitzeinschlags darstellt; und
  • 8 ein Verfahrensablaufsdiagramm gemäß den verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung für ein Verfahren der spektralen Korrektur von nicht-einheitlicher Leitfähigkeit darstellt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Ein Blitzdetektionssystem gemäß den verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung erstellt eine Schätzung des Orts, an dem jede Wolke-Erde-Hauptentladung am Boden stattgefunden hat. Bei alternativen Ausführungsformen wird auch die Stromstärke jeder Hauptentladung geschätzt. Die Schätzungen werden effektiv basierend auf Daten berechnet, die durch die Sensoren gesammelt wurden, welche an die Analysevorrichtung Bericht erstatten. Die Analysevorrichtung empfängt Sensorberichte, berechnet geschätzte Orte und Stromstärkungen, und berichtet (z.B. kontinuierlich) über das Auftreten von Hauptentladungen gemeinsam mit Schätzungen des jeweiligen Orts und der Stromstärke, die genauer sind als die von herkömmlichen Systemen. Die verbesserte Genauigkeit ist teilweise darauf zurückzuführen, dass Zeitkorrekturen, Amplitudenkorrekturen und/oder Spektralkorrekturen herangezogen werden. Die Sensoren können eine Wellenformungs-Engine umfassen. Zeitkorrekturen und Amplitudenkorrekturen gemäß den verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung sind auf den Boden zurückzuführen (z.B. Weglänge über bergiges Gelände und/oder nicht-einheitliche Leitfähigkeit der Erde aufgrund von Veränderungen des Geländes). Zeitkorrekturen und/oder Amplitudenkorrekturen für eine nicht-einheitliche Leitfähigkeit können in der Analysevorrichtung für Berichte von Sensoren mit einer Wellenformungs-Engine weggelassen werden, wenn die Wellenformungs-Engine eine Spektralkorrektur zur Berücksichtigung der Wanderung des empfangenen Signals über den Boden anwendet.
  • Wenn Funksignale sich über den Boden ausbreiten, kommt es zu einer Minderung der Signalamplitude aufgrund der nicht perfekten Leitfähigkeit des Bodens. Nicht-einheitliche Leitfähigkeit bezieht sich, wie hierin verwendet, auf ein Modell der Signalausbreitung, das die erwarteten Verluste aufgrund der nicht perfekten Leitfähigkeit von einem Sensor zu einem vorgeschlagenen oder geschätzten Ort eines Blitzereignisses berücksichtigt. Die Berücksichtigung der erwarteten Verluste erfolgt gemäß den verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung für jeden Sensor als eine Funktion des Ereignisorts (z.B. geographische Koordinaten, Peilung und/oder Entfernung). Wenn die Funksignaldetektion eines Sensors die Überschreitung einer Schwelle zur Bestimmung der Ankunftszeit heranzieht, beeinflussen die Verluste in Bezug auf die Signalamplitude die spätere Bestimmung der Ankunftszeit relativ. In der Folge wird eine Anpassungszeit auf einen Sensorbericht angewandt, um der nicht-einheitlichen Leitfähigkeit gerecht zu werden. Wenn die Detektionsschwelle bei einem Prozentsatz der Amplitude festgelegt wird, können Anpassungen an die Amplitude auch dazu dienen, die Ankunftszeit genauer zu bestimmen.
  • Amplitude bezieht sich, wie hierin verwendet, auf einen Wert oder eine Größe einer gemessenen Eigenschaf eines empfangenen Signals. Die Funksignalstärke, die Spannung, die Stromstärke oder die Leistung können beispielsweise gemessen werden. Die Amplitude kann ein Spitzenwert sein oder ein beliebiger geeigneter Mittelwert (z.B. das quadratische oder das arithmetische Mittel). Die Eigenschaft kann gemäß jeder beliebigen herkömmlichen, analogen und/oder digitalen Signalaufbereitung (z.B. Filtern oder Entzerrung) bestimmt werden.
  • Das System 100 in 1–8 umfasst beispielsweise eine Analysevorrichtung 120, die an ein Netzwerk 130 gekoppelt ist, um mit einer Reihe von Sensoren, beispielsweise den Sensoren 110, 112, 114 und 116, zu kommunizieren. Wie dargestellt hat ein Blitzereignis in der Reichweite der Sensoren 110, 112, 114 und 116 den Schätzungen zufolge an dem Ort 101 innerhalb eines kreisförmigen Bereichs 104 mit einem Unsicherheitsradius 102 stattgefunden. Jeder Sensor des vorliegenden Ereignisses 110, 112, 114 und 116 übermittelt Daten an die Analysevorrichtung 120 über das Netzwerk 130. Ausgehend von den Daten von mehreren dieser Antworten berechnet die Analysevorrichtung 120 die Peilungen B110, B112, B114 und B116 und die Entfernungen D110, D112, D114 und D116 für jeden Sensor des vorliegenden Ereignisses. Die Peilungen können in den Daten von Sensoren mit Richtantennen bereitgestellt werden. Da die Orte der Sensoren während des Blitzereignisses bekannt sind, entsteht durch die Peilungen und Entfernungen, die für die verschiedenen Sensorgruppen des vorliegenden Ereignisses berechnet werden (z.B. für beliebige zwei oder mehrere Sensoren, die Peilungsdaten liefern; oder beliebige drei oder mehrere Sensoren, die Ankunftszeitdaten liefern), eine Reihe von vorgeschlagenen Orten. Die Analysevorrichtung 120 setzt Verfahren gemäß den verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung ein, um die Übereinstimmung der vorgeschlagenen Orte zu verbessern, die vorgeschlagenen Orte zu kombinieren und einen geschätzten Ort 101 und einen Unsicherheitsradius 102 bereitzustellen. Die Analysevorrichtung 120 kann den geschätzten Ort und Unsicherheitsradius auf beliebige, herkömmliche Weise bereitstellen, beispielsweise über ein Netzwerk 140 für andere, nicht dargestellte, Systeme. Bei einer alternativen Ausführungsform ist der Unsicherheitsbereich eine Ellipse mit einem großen und einem kleinen Radius.
  • Die Netzwerke 130 und 140 können jede beliebige, herkömmliche Netzwerkhardware und -software einsetzen. Die Netzwerke 130 und 140 können beispielsweise ein Wähltelefon, ein Mobiltelefon, eine kabellose Netzwerkverbindung, ein lokales Netz, ein großflächiges Netz, ein in die Strom- oder TV-Kabel-Verteilung integriertes Netzwerk, ein Satellitennetzwerk oder ein Netzwerk des als Internet bekannten Typs nutzen. Die Netzwerke 130 und 140 können für den Vollzeitzugriff gewidmet sein, oder Für jedes Mitglied nach Bedarf zugänglich sein. Die Netzwerke 130 und 140 können auch integriert werden und ein Netzwerk bilden. Jede beliebige Netzwerkstruktur kann für die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Eine Benachrichtigung von einem beliebigen Mitglied des Netzwerks (z.B. dem Sensor 110 oder der Analysevorrichtung 120) kann zur Auslieferung an jedes beliebige oder beliebige mehrere Mitglieder des Netzes gerichtet werden. Wenn mehrere Analysevorrichtungen an die Netzwerke 130 und/oder 140 gekoppelt sind, kann die Zusammenarbeit der Analysevorrichtungen einen herkömmlichen Mechanismus zur verteilten Verarbeitung unter Clients, Servern und Anwendungsdiensten, die mit einer oder mehren Analysevorrichtungen verbunden sein können (z.B. redundant oder zur Lastteilung), angewandt werden.
  • Ein Sensor gemäß den verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung umfasst eine beliebige Vorrichtung, die ein Blitzereignis erfasst und Daten über das Ereignis an die Analysevorrichtung übermittelt. Die Sensoren 110, 112, 114 und 116 sind beispielsweise in System 100 ident, obwohl diese Sensoren in alternativen Ausführungsformen so zusammengebaut, angeordnet sein können oder Befehle über Netzwerk 130 erhalten können, dass sie verschieden arbeiten (z.B. Peilungsdaten von Richtungsantennen sammeln). Ein Sensor überwacht einen Teil des elektromagnetischen Spektrums in Bezug auf Signale und übermittelt Daten, wie oben erläutert, an die Analysevorrichtung.
  • Sensor 110 in 2 umfasst beispielsweise eine Antenne 202, einen Blitzereignisempfänger 203, eine Synchronisationsschaltung 207, einen Prozessor 208, einen Speicher 210, eine Netzwerkschnittstelle 212 und einen Bus 214. Die Antenne 202 kann eine Reihe von herkömmlichen Richtantennen und Rundstrahlantennen für den Empfang von magnetischen und/oder elektrischen Feldsignalen in dem Bereich von etwa 1 kHz bis etwa 500 kHz umfassen. Die von der Antenne 202 empfangenen Signale werden mit dem Blitzereignisempfänger 203 gekoppelt. Der Blitzereignisempfänger 203 umfasst einen Signalformer 204 und einen Analog-Digital-Wandler (A/D) 206. Ein Signalformer umfasst eine beliebige Funksignalverarbeitungsschaltung (z.B. Empfänger, Tuner, Verstärker und/oder Nachlauffilter) zur Verbesserung des Signal-Geräusch-Verhältnisses der Hauptentladungssignale von der Antenne 202. Das resultierende Signal wird nach dem Signalformen in eine Reihe von Amplitudenproben umgewandelt, welche auf herkömmliche Weise von dem A/D-Konverter 206 digitalisiert werden. Die Bestimmung einer Ankunftszeit, wie oben erläutert, kann die Bestimmung einer Wellenformeinsetzzeit, wie durch den Empfänger 203 und/oder Prozessor 208 bestimmt und übermittelt, umfassen. Die Wellenformeinsetzzeit kann der Zeitpunkt sein, zu dem eine empfangene Signalamplitude einen Schwellenwert überschritten hat, oder der Zeitpunkt, zu dem die Amplitude eine Spitzenamplitude erreicht hat.
  • Der A/D-Konverter 206 umfasst eine beliebige Schaltung zur Abtastung der Amplitude (z.B. der Spannung) eines Hochfrequenzsignals. In einer Ausführungsform um fassen die Proben jeweils 12 Bit und werden bei 20 MHz genommen. In einer anderen Ausführungsform umfassen die Proben jeweils 14 Bit und werden bei 5 MHz genommen.
  • Eine Synchronisationsschaltung stellt Kennungen der Tageszeit (wobei auch das Datum inkludiert sein kann) auf eine Weise bereit, die unter allen Sensoren, die Daten an die Analysevorrichtung übermitteln, einheitlich ist. Die Synchronisationsschaltung 207 kann beispielsweise eine Uhr mit der Lokalzeit umfassen, die Analysevorrichtung 120 kann eine Vergleichszeitreferenzschaltung umfassen und die Analysevorrichtung kann mit den Sensoren 110, 112, 114 und 116 unter Einsatz eines beliebigen, herkömmlichen Zeitsynchronisationsverfahren kooperieren. Die Synchronisationsschaltung 207 kann einen Empfänger für Zeitsignale umfassen, welche von Global Positioning System-(GPS-)Satelliten bereitgestellt werden.
  • Der Prozessor 208 und der Speicher 210 arbeiten wie ein herkömmlicher Computer für die Verarbeitung von digitalen Signalen und Netzwerkkommunikation. Die durch den Prozessor 208 durchgeführten Prozesse werden untenstehend anhand 4 erläutert. Der Bus 214 koppelt den A/D-Konverter 206, den Speicher 210, den Prozessor 208 und die Netzwerkschnittstelle 212 auf eine beliebige, herkömmliche Weise für die Datenkommunikation. Bei einer alternativen Ausführungsform ist der Signalformer 204 ebenfalls an den Bus 214 gekoppelt, um Befehle von dem Prozessor 208 zu erhalten (z.B. Abstimmungsparameter für die Signalauswahl und das Signalfiltern).
  • Der Prozessor 208 bestimmt die Benachrichtigungsinhalte und initiiert die Übertragung der Benachrichtigungen über die Netzwerkschnittstelle 212 an das Netzwerk 130. Jede beliebige, herkömmliche Mikroprozessor- oder Mikrocontrollerschaltung und -software kann eingesetzt werden. Benachrichtigungen können eine Identifikation des Sensors, der in dem System 100 einzigartig ist, den Ort des Sensors (z.B. gemäß einem Global Positioning System-(GPS-)Empfänger in dem Sensor), eine Beschreibung des Sensors (z.B. installierte und betriebsmäßige Leistungen, wie z.B. ob eine Wellenformungs-Engine für spektrale Korrekturen aktiviert ist), die Wellen formeinsetzzeit eines Blitzereignisses, die Spitzenamplitude des empfangenen Signals und/oder die Anstiegszeit des korrigierten Spektralsignals umfassen. Eine Wellenformeinsetzzeit kann die Tageszeit sein, wenn ein empfangenes Signal (oder ein korrigiertes Spektralsignal) die Eigenschaft eines Blitzereignisses, wie z.B. eine Spitzenamplitude, einen Nulldurchgang gefolgt von einer Spitzenamplitude, das Überschreiten einer Schwellenamplitude gefolgt von einer Spitzenamplitude, aufweist.
  • Der Speicher 210 speichert die Programme, die von dem Prozessor 208 ausgeführt werden, Daten von dem A/D-Konverter 206, von dem Netzwerk 130 empfangene Benachrichtigungen und Benachrichtigungen, die an das Netzwerk 130 zu übermitteln sind. Jede beliebige Kombination von flüchtigen und nicht-flüchtigen Speichervorrichtungen kann eingesetzt werden, umfassend Halbleiterspeichervorrichtungen sowie magnetische und optische Speichervorrichtungen. Bei einer Ausführungsform ist der Sensor 110 insofern freiprogrammierbar, als dass Installationsparameter, Programme und Daten von Benachrichtigungen des Netzwerks 130 empfangen werden können, um die folgende Funktion des Sensors 110 zu bestimmen und zu steuern.
  • Die Netzwerkschnittstelle 212 übermittelt Benachrichtigungen wie oben erläutert und empfängt Benachrichtigungen. Jede geeignete Netzwerkschnittstellenschaltung kann eingesetzt werden. Wie in 2 dargestellt, ist das Netzwerk 130 ein kabelloses Netzwerk. Benachrichtigungen, die von dem Netzwerk 130 empfangen werden, können von anderen Sensoren stammen (z.B. Meldung, dass bestimmte Benachrichtigungen von der Analysevorrichtung 120 nicht bestätigt werden). Benachrichtigungen, die von der Analysevorrichtung 120 ausgehen und an eine Gruppe von Sensoren gerichtet sind, können den Status, die Koordinaten oder die planmäßige Lieferung von Sensordaten anfordern, oder eine Veränderung der Sensoranordnung befehlen. Wenn geeignete Benachrichtigungen an einzelne Sensoren gerichtet werden, kann das ähnliche Zwecke erfüllen.
  • Eine Analysevorrichtung gemäß den verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung umfasst einen beliebigen Netzwerkknoten, der die Schätzungen des Orts der Blitzereignisse vorbereitet. Jeder beliebige, herkömmliche Computer oder Server kann durch die Installation von herkömmlichen Netzwerkschnittstellen, einem Speicher (eines beliebigen oben erläuterten Typs) und eines Prozessors für die Ausführung der erfindungsgemäßen Prozesse, wie unten erläutert, so angepasst werden, dass er als Analysevorrichtung funktioniert.
  • Die Analysevorrichtung aus 3 umfasst beispielsweise eine Antenne für den Zugang zu einer kabellosen Ausführungsform eines Netzwerks 130, eine Netzwerkschnittstelle 302, die an ein Netzwerk 130 gekoppelt ist, einen Prozessor 304, einen Speicher 306, eine Netzwerkschnittstelle 308, die an ein Netzwerk 140 gekoppelt ist, und eine Antenne für den Zugang zu einem kabellosen Netzwerk 440. Jeder beliebige, herkömmliche PC kann eingesetzt werden (z.B. ein von Sun Microsystems, Inc. vertriebener Sun Ultra 80 mit vier 450 MHz-Prozessoren und 4 GB RAM). Eine Analysevorrichtung, die geeignet ist, um mehrere Sensoren zu bedienen, kann einen Intel Pentium-Prozessor mit 500 MHz, 1 GB RAM, 120 GB Plattenspeicher, einen Controller für TCP/IP-Kommunikation (über das Internet) für das Netzwerk 140, und Controller für TCP/IP-Kommunikation (über ein privates Netzwerk) für das Netzwerk 130 umfassen. Die Daten können unter Verwendung eines herkömmlichen Datenbankmanagers, wie z.B. eines SQL-kompatiblen relationalen Datenbankmanagementsystems des von Oracle Corporation oder Sybase, Inc. vertriebenen Typs, gespeichert und bedient werden.
  • Ein Datenflussdiagramm beschreibt die Zusammenarbeit von Prozessen, die durch eine beliebige Kombination von serieller und paralleler Verarbeitung umgesetzt werden. Bei einer vollständig parallelen Ausführungsform wird ein Abschnitt jedes erforderlichen Prozesses konkretisiert, wenn neue oder überarbeitete Daten für diesen Prozess zur Verfügung stehen; oder eine statische Reihe von Abschnitten teilen Verarbeitungsressourcen in einer Ein- oder Mehrpfad-Umgebung, wobei jeder Prozess dann erfolgt, wenn neue oder überarbeitete Daten für diesen Prozess zur Verfügung stehen.
  • Ein System von kooperierenden Prozessen für die Blitzdetektion erfüllt die oben erläuterten Funktionen, wobei die Funktionen teilweise von einem Sensor ausgeführt werden. System 400 in 4, das in Sensor 110 ausgeführt ist, umfasst beispielsweise einen Amplitudenprobenspeicher 402, ein Verfahren zur Beschreibung der Wellenform 404, ein Verfahren zum Senden von Benachrichtigungen 406 und eine Wellenformungs-Engine 408. Die für den Sensor 110 beschriebenen Funktionen können auch von Prozessor 208 durchgeführt werden oder durch eine beliebige Kombination von gewidmeten und programmierbaren Schaltungen umgesetzt werden, die Techniken einsetzen, die auf dem Gebiet der seriellen und parallelen Verarbeitung bekannt sind.
  • Der Amplitudenprobenspeicher 402, der beispielsweise als FIFO in Speicher 210 umgesetzt ist, empfängt Informationen, die ein Ereignis beschreiben, das ein Blitzereignis sein könnte. Das Ereignis wird durch eine Reihe von Amplitudenprobesignalen beschrieben. In 4 wird ein Ereignis als Signal1 angezeigt. In einer Ausführungsform werden Amplitudenproben mit Kennungen der Zeit, zu der die Probe genommen wurde (z.B. Datum und Tageszeit) versehen. Bei einer anderen Ausführungsform werden Zeitkennungen bezogen auf eine örtliche Zeitreferenz gespeichert (z.B. ein Probenzähler, der eine bekannte Schrittrate und eine leicht berechenbare Abweichung von der derzeitigen Tageszeit aufweist). In einer weiteren Ausführungsform werden Zeitkennungen nicht in dem Amplitudenprobenspeicher 402 gespeichert und der Zeitpunkt des Ereignisses wird wie untenstehend erläutert bestimmt. Der Bereich an Amplitudenproben kann sich über einen Null- oder einen Abweichungswert erstrecken (z.B. der halbe Bereich des A/D-Konverters 206). Um die Erläuterung zu vereinfachen, wird angenommen, dass jede Abweichung durch Subtraktion vor dem Speichern in dem Speicher 402 entfernt wird.
  • Der Prozess zur Beschreibung der Wellenform 404 bezieht Proben von dem Speicher 402, die einem Nulldurchgang der Amplitude, einer Amplitudenspitze und einem Amplitudental entsprechen. Ein Nulldurchgang kann ein Paar von Proben mit entgegengesetztem Vorzeichen sein oder eine Probe, deren absoluter Wert innerhalb eines kleinen Bereichs um Null liegt. Eine Spitze kann ein maximaler absoluter Wert der Amplitude nach einem Nulldurchgang oder nach einem Amplitudental sein. Ein Amplitudental kann ein minimaler absoluter Wert der Amplitude zwischen Amplitu denspitzen sein. Ein als Blitzereignis zu analysierendes Ereignis ist ein Ereignis mit einer parametrischen Beschreibung, die der eines typischen Blitzereignisses ähnlich ist. Parameter, die Blitzereignisse beschreiben, umfassen unter anderem: eine Amplitudenspitze, die höher ist als eine bestimmte Wellenformeinsetzschwelle; eine Anstiegszeit innerhalb eines geeigneten Bereichs von Anstiegszeiten vor der Spitzenamplitude; und eine Reihe von abnehmenden Amplitudenspitzen und abnehmenden Amplitudentälern in einem bestimmten Zeitraum (oder bei einer bestimmten Zahl von Proben). Die Anstiegszeit kann von einem Nulldurchgang zur Überschreitung einer Wellenformeinsetzschwelle, von der Überschreitung einer Wellenformeinsetzschwelle bis zu dem Zeitpunkt der Spitzenamplitude, oder von dem Nulldurchgang bis zu dem Zeitpunkt der Spitzenamplitude sein. Es ist anzumerken, dass der Einsatz einer Wellenformungs-Engine 408 zu einer genaueren Bestimmung jedes Aspekts der Wellenform führen kann, darunter auch die oben genannten. Zusätzlich dazu gehören folgende zu den weiteren Aspekten, die durch den Einsatz einer Wellenformungs-Engine 408 genauer bestimmt werden können: (a) die Zeit von einer Spitzenamplitude zu dem nächsten Nulldurchgang; (b) die Anstiegszeit von einer Schwellenamplitude zu einer Spitzenamplitude; und (c) eine maximale Anstiegsrate, die zu einer beliebigen Zeit zwischen dem Zeitpunkt einer Schwellenüberschreitung und dem Zeitpunkt einer Spitzenamplitude liegt.
  • Nachdem ermittelt wurde, dass eine Reihe von Proben der parametrischen Beschreibung eines Blitzereignisses von Interesse ausreichend entsprechen, entfernt der Prozess zur Beschreibung der Wellenform 404 eine Reihe von Amplitudenproben von dem Speicher 402, erachtet diese Reihe als Ereignis, berechnet eine Tageszeit, die mit dem Ereignis in Verbindung gebracht wird (z.B. Ankunftszeit), berechnet die größte Spitzenamplitude und stellt zumindest die Zeit und die größte Spitzenamplitude für den Prozess zum Senden von Benachrichtigungen 406 bereit. Der Prozess zur Beschreibung der Wellenform 404 kann zusätzliche Daten für den Prozess für das Senden der Benachrichtigungen 406 umfassen, beispielsweise entsprechende Zeitkennungen, die mit jedem Nulldurchgang, jeder Spitze und jedem Tal verbunden sind; sowie die Amplitude jeder Spitze und jedes Tals. Zeitkennungen können auf die Tageszeit, die mit der größten Spitzenamplitude verbunden ist, die Wellenformein setzzeit oder einen Zeitpunkt, zu dem ein empfangenes Signal einen Schwellenwert überschritten hat, bezogen sein.
  • Der Prozess zur Beschreibung der Wellenform 404 kann die Tageszeit bezogen auf das Ausgangssignal der Synchronisationsschaltung 207 und/oder Zeitkennungen, die wie oben erläutert mit den Proben im Amplitudenprobenspeicher 402 verbunden sind, bestimmen.
  • Der Prozess zum Senden von Benachrichtigungen 406 erhält alle Daten von dem Prozess zur Beschreibung der Wellenform 404, bereitet eine oder mehrere Benachrichtigungen in einem beliebigen, geeigneten Format vor und steuert die Netzwerkschnittstelle 212, um die Benachrichtigungen) an die Analysevorrichtung 120 zu übermitteln.
  • Eine Engine umfasst eine Kombination von Schaltungstechnik, Firmware und Software, um eine geeignete Reihe von Funktionen zu erfüllen. Gemäß den verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung überarbeitet eine Wellenformungs-Engine unter anderem eine Reihe von Amplitudenproben, um die Wellenformdegradation zu kompensieren. Eine Wellenformungs-Engine setzt ein spektrales Korrekturverfahren zur Bereitstellung eines spektral korrigierten Signals um. Eine Wellenformungs-Engine kann ausgewählte Amplitudenproben aus einer Reihe von Proben eines Blitzereignisses so überarbeiten, dass die überarbeiteten Proben eine Eigenschaft aufweisen, die bei jedem Blitzereignis erwartet werden. Blitzereignisse können beispielsweise in dem Frequenzbereich als eine Reihe von Frequenzkomponenten dargestellt werden, wobei jede Komponente eine Größe aufweist. Im Allgemeinen wurde beobachtet, dass die Größe jeder ansteigenden Frequenzkomponente schrittweise kleiner wird, und zwar mit einer Rate, die der Frequenz entgegengesetzt ist. Anders ausgedrückt wurde beobachtet, dass die Größe der immer höheren Frequenzkomponenten immer kleiner wird. Die Frequenzkomponentengrößen scheinen einer reziproken Beziehung zu der Frequenz zu folgen (z.B. (mag(n + 1) = mag(n)·k/f(n + 1), wobei k eine Konstante (z.B. 1) ist). Eine Wellenformformungs-Engine (hierin auch als Wellenformungs-Engine bezeichnet) kann die Amplitudenproben in einem be stimmten Zeitbereich so überarbeiten, dass die Größen der Frequenzkomponenten in dem Frequenzbereich diese Eigenschaft aufweisen.
  • Die Wellenformungs-Engine 408 umfasst einen Prozess zur schnellen Fouriertransformation (FFT) 422, einen Frequenzkomponentenspeicher 424, einen Prozess zur Einstellung der Komponenten 426, einen umgekehrten FFT-Prozess 428, und einen Prozess zur Einstellung der Proben 430. Der FFT-Prozess 422 wendet einen herkömmlichen Algorithmus auf Probengruppen entsprechend Signal1 an, um eine Reihe von Größen, die als Signal2 dargestellt werden und in Speicher 424 gespeichert werden, zu produzieren. Der FFT-Prozess 422 kann die Proben, die in Größen umgewandelt werden sollen, als Antwort auf eine bestimmte Wellenformeinsetzzeit auswählen, welche durch den Prozess zur Beschreibung der Wellenform 404, der oben erläutert wurde, bestimmt wird.
  • Der Prozess zur Einstellung der Komponenten 426 kann eine Serie von Frequenzkomponenten (Größen und Phasen) auswählen und dann Einstellungen vornehmen, um eine zweite Serie von eingestellten Frequenzkomponenten bereitzustellen, die eine erwünschte Eigenschaft aufweisen. Die zweite Serie von eingestellten Frequenzkomponenten wird als Signal3 dargestellt und umfasst eingestellte Größen, die in Speicher 424 gespeichert sind. Bei einer Ausführungsform wird eine lineare reziproke Frequenzeigenschaft (z.B. f-1) in dem logarithmischen Frequenzbereich bei Komponentengrößen für Frequenzen über einer bestimmten Frequenz (z.B. in einem Bereich von etwa 50 kHz bis etwa 250 kHz, vorzugsweise etwa 100 kHz) erreicht. Zu diesem Zweck kann eine geeignete Potenzgesetzänderung in dem Frequenzbereich erfolgen.
  • In einer anderen Ausführungsform werden auch die Komponentenphasen zum Erzielen einer gewünschten Eigenschaft eingestellt. Die erwünschten Eigenschaften in Bezug auf Größe oder Phase können auf Ergebnissen von empirischen Studien der Blitzsignalverbreitung oder theoretischen Modellen basieren.
  • Ein umgekehrter FFT-Prozess bildet aus einer Serie von Frequenzkomponenten, jeweils mit entsprechender Phase und Größe, wieder eine Zeitbereichswellenform. Der umgekehrte FFT-Prozess 428 schafft unter Einsatz von herkömmlichen Techniken eine Zeitbereichswellenform, Signal4, ausgehend von den Komponenten von Signal3, und stellt eine Zeitbereichswellenform für einen Prozess zur Einstellung der Proben 430 bereit. Die Zeitbereichswellenform, Signal4, ist typischerweise eine Liste von Amplitudenwerten in gleichen Zeitschritten. Wenn die Schrittgröße der Schrittgrößeneigenschaft von Signal1 entspricht oder ein Vielfaches von dieser ist, schreibt der Prozess zur Einstellung der Proben 430 die Amplituden von Signal1 neu, damit diese den Amplituden von Signal4 entsprechen. Wenn Signal1 hingegen für weitere Analysen erhalten werden soll, werden die Amplitudenproben von Signal4 einfach dem Speicher 402 beigefügt, um wieder abgefragt werden zu können (z.B. als Signal5). In einer alternativen Ausführungsform vergleicht der Prozess zur Einstellung der Proben 430 die Amplituden von Signal1 mit den Amplituden von Signal4 und passt nur jene Amplituden an, die um mehr als einen absoluten Wert (z.B. 5% der Probe von Signal1) abweichen. In beiden Fällen wird die Serie von Zeitproben, die die eingestellte Wellenform darstellen, die als Signal5 dargestellt wird, für den Prozess zur Beschreibung der Wellenform 404 bereitgestellt. Durch die Einstellung der Amplituden im Zeitbereich können sich die Wellenformeinsetzzeit und/oder die gemeldete Spitzenamplitude zwischen Signal1 und Signal5 unterscheiden.
  • Ein Verfahren für das Formen von Wellenformen kann, gemäß den verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung, durch Einsatz einer Wellenformungs-Engine, wie oben anhand 4 erläutert, erfolgen. Ein solches Verfahren kann folgendes umfassen: Bestimmung der Frequenzbereichkomponenten eines Signals, das über Boden gewandert ist; Auswahl einer Filterfunktion, die die Abschwächung der Signale, die über Gelände wandern, darstellt; Bestimmung von Einstellungswerten für Größe und Phase für Komponenten des Signals; Anwendung der Einstellung, um die Auswirkungen des Geländes zu mildern; und, nach der Einstellung, Bestimmung eines resultierenden Zeitbereichsignals ausgehend von den Komponenten. Das resultierende Zeitbereichsignal entspricht einem Blitzhauptentladungssignal, das empfan gen wird, als ob es über ein einheitlich leitendes, glattes Ellipsoid mit relativ hoher Leitfähigkeit (wie für den Fall von geringen oder keinen Verlusten) gewandert wäre. Eine bevorzugte Filterfunktion F ist eine des von K. A. Norton in Proc. Inst. Radio Eng. 25, 1203–1236 beschriebenen Typs. F ist für verschiedene Signalfrequenzen ω ein Abschwächungsfaktor mit einem realen und einem imaginären Teil, der in der Folge eine Abschwächung der Signalkomponentengröße und eine Veränderung der Signalkomponentenphase definiert.
    Figure 00180001
    • c
    = die Lichtgeschwindigkeit
    μ
    = die Permeabilität des Geländes (z.B. μ0 kann für leeren Raum verwendet werden)
    ε
    = Dielektrizitätskonstante des Geländes
    ω
    = die Winkelfrequenz
    z
    = die Höhe der Quelle des Hochfrequenzsignals
    R
    = die Distanz in drei Dimensionen zu dem Punkt, an dem die Quelle beobachtet wurde
    σ
    = die Leitfähigkeit des Geländes
  • Das Ausgangssignal der vorhergehenden Filterfunktion stellt die Frequenzkomponenten eines Signals dar, wobei jede Komponente eine Größe von weniger als 1 oder 1 und eine Frequenz ω aufweist, als ob sich das Signal über eine relativ weite Distanz (R) bezogen auf die Höhe der Quelle (z) über das Gelände ausgebreitet hätte. Die Höhe der Quelle (z) kann Null oder eine Konstante (z.B. ein relativ geringer Wert) sein, um die Berechnung zu vereinfachen, da die Hauptentladungsstromstärke, die relativ nahe am Boden ist, weitgehend für die Anstiegsflanke des Bodenwellenanteils der Hauptentladungswellenform verantwortlich ist; und die Anstiegsflanke der Hauptentladungswellenform ist von großem Interesse für die Einschätzung von der Ankunftszeit und der Spitzenamplitude (z.B. der Stromstärke). Wenn z Null ist, wird R zu einer zweidimensionalen Distanz reduziert.
  • Eine stückweise lineare Annährung der Norton-Filtergröße an einen geeigneten Wert für R (z.B. 200 km) kann eine Knickpunkt-Frequenz aufweisen, unter welcher die Größe etwa 1 ist und über der die Größe rasch abnimmt. Es wurde festgestellt, dass für eine ausgewählte Knickpunkt-Frequenz im Bereich von 0,85 bis 0,99, vorzugsweise von etwa 0,98, die Frequenz am Knickpunkt mit der Rate der Leitfähigkeit und der Distanz in Zusammenhang steht:
    Figure 00190001
    worin:
    • ωb
    = die Winkelfrequenz am Knickpunkt
    α
    = die Proportionalitätskonstante
    σ
    = die Leitfähigkeit des Geländes
    R
    = die Distanz zu dem Punkt, an dem die Quelle beobachtet wurde
  • Wenn man nach der Leitfähigkeit auflöst, erhält man eine einfache quadratische Funktion.
  • Figure 00190002
  • Wenn man die Werte für die Höhe (z), die Distanz (R) und die Leitfähigkeit (σ) einfügt, erhält man eine vereinfachte Filterfunktion, die nur von der Frequenz (ω) abhängig ist. Wenn eine solche vereinfachte Filterfunktion nach der Größe und Phase für jede Komponente aufgelöst wird, stellt sie geeignete Einstellungswerte zur Verfügung, die auf eine bestimmte Komponente angewendet werden. Bei Frequenzen unterhalb der Knickpunkt-Frequenz kann die Abschwächung der Größe beispielsweise als vernachlässigbar erachtet werden (d.h. weniger als 2% bei Verwendung von 0,98 für die Größe am Knickpunkt). Bei Frequenzen oberhalb der Knickpunkt-Frequenz können die Komponentengrößen eingestellt werden, damit sie einer erwarteten Eigenschaft entsprechen, wie z.B. ein Anstieg des logarithmischen Frequenzbereichs von –1 (ein f-1 Verhältnis wie oben erläutert).
  • In einer Ausführungsform der Wellenformungs-Engine werden Komponentengrößen durch die Teilung jeder Komponentengröße durch eine Größeneinstellung, die durch die vereinfachte Filterfunktion bei der Frequenz der Komponente bestimmt wird, eingestellt. Komponentengrößen unterhalb der Knickpunkt-Frequenz werden nicht eingestellt, um Berechnungen zu vermeiden, die nur geringe Auswirkung auf das resultierende Zeitbereichsignal haben. Die Phase der Komponenten werden, egal ob sie über oder unter dem Frequenz-Knickpunkt liegen, durch das Abziehen der Phaseneinstellung, die bei jeder Komponentenfrequenz bestimmt wird, von der vereinfachten Filterfunktion eingestellt.
  • Die Sensoren können wie oben erläutert fernprogrammierbar sein. System 400 kann beispielsweise weiters einen Prozess zur Dekodierung von Befehlen 450, einen Prozess für den Berichtstatus 452 und einen Speichersoftwareprozess 454 umfassen. Der Prozess zur Dekodierung von Befehlen 450 analysiert die von der Netzwerkschnittstelle 212 empfangenen Benachrichtigungen, identifiziert die für die Antwort auf einen aus den Benachrichtigungen dekodierten Befehl erforderlichen Informationen und leitet die weitere Verarbeitung durch den Prozess für den Berichtstatus 452 und den Speichersoftwareprozess 454 an. Die Analyse, Identifizierung und Anleitung kann unter Verwendung von herkömmlichen Technologien erfolgen.
  • Der Prozess für den Berichtstatus 452 stellt Informationen für den Prozess zum Senden von Benachrichtigungen 406 bereit, die ausreichen, um eine angemessene Übermittlung von geeigneten Werten aus dem Speicher 210 zu ermöglichen.
  • Der Speichersoftwareprozess 454 erhält Informationen für das Hinzufügen, das Löschen oder Modifizieren von geeigneten Werten in Speicher 210, wie z.B. Parameterwerte, Konfigurationseinstellungen und Software für das Ausführen von einem beliebigen Prozess von System 400.
  • Ein System von kooperierenden Prozessen für Blitzdetektion erfüllt ebenfalls die oben erläuterten Funktionen, teilweise mit Funktionen, die von einer Analysevorrichtung erfüllt werden. Prozesse, die von einem Prozessor 304 der Analysevorrichtung 120 durchgeführt werden, können durch eine beliebige Kombination von gewidmeten und programmierbaren Schaltungen umgesetzt werden, die Techniken einsetzen, die auf dem Gebiet der seriellen und parallelen Verarbeitung bekannt sind. System 500 aus 5 umfasst beispielsweise einen Steuerprogrammprozess 502, einen Speicher für Sensorzeitspitzen 504, eine Ausgangspositions-Engine 506, eine Standort-Engine 508, eine Ereignisgrößen-Engine 510, einen Speicher für die Stromstärke des Ereignisses 512 und einen Berichtprozess 514.
  • Ein Benutzer 501 kann mit dem Steuerungsprogrammprozess 502, welcher eine herkömmliche graphische Benutzerschnittstelle bereitstellt, wechselwirken, um Daten von einem beliebigen Sensor 110–116 oder Daten von der Analysevorrichtung 120 (über das Netzwerk 130) für Systemanalyse, Fehlersuche oder Wartung zu erhalten. Ein Benutzer kann auch Daten für einen beliebigen Sensor 110–116 oder die Analysevorrichtung 120 (über das Netzwerk 130) für Installation, Konfigurationsmanagement, Softwareupgrades oder Berichterstattung zusätzlich zu den oben anhand von Netzwerk 140 erläuterten Berichten bereitstellen. Durch die Umsetzung einer Benutzerschnittstelle 501–502 über das Netzwerk 130 kann ein Benutzer Fernzugriff auf einen beliebigen Sensor oder eine beliebige Analysevorrichtung vor Ort haben, beispielsweise nahe eines anderen Sensors, der untersucht oder gewartet wird.
  • Benachrichtigungen von Sensoren können empfangen werden und in einen Speicher 504 übertragen werden. Kommunikationsprozesse (nicht angeführt) können empfangene Benachrichtigungen analysieren und Daten für jede Benachrichtigung in einem Satz in Speicher 504 speichern. Jeder Satz des Speichers 504 umfasst eine Zuordnung von folgenden Elementen: Identifizierung eines bestimmten Sensors (Sensor), Wellenformeinsetzzeit (z.B. einen Zeitpunkt einer Spitzenamplitude) wie diese von einem bestimmten Sensor gemeldet wird (Zeit), und die Amplitude (Ampl). Tupel von Sensoridentifizierung, Zeit und Amplitude werden auf eine beliebige, herkömmliche Weise in Speicher 504 gespeichert. Alternative Sensoren können weiters den Peilungswinkel in jedem Tupel umfassen.
  • Eine Ausgangspositions-Engine führt einen Prozess aus, der identifiziert, welche Berichte von verschiedenen Sensoren wahrscheinlich demselben Blitzereignis entsprechen. Eine Ausgangspositions-Engine identifiziert gemäß den verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung, welche Datensätze von Sensor-Zeit-Amplitude wahrscheinlich demselben Blitzereignis entsprechen, kombiniert die aus diesen Datensätzen von Sensor-Zeit-Amplitude abgeleitete Informationen (z.B. Sensororte und Ankunftszeiten des vorliegenden Ereignisses bei den Sensoren), stellt einen oder mehrere Vorschläge in Bezug auf den Ereignisort für eine Standort-Engine und/oder eine Ereignisgrößen-Engine bereit. Verschiedene Vorschläge in Bezug auf die Orte können zu dem oben erläuterten Ergebnis führen. Informationen einer Gruppe von vier Sensoren des vorliegenden Ereignisses, wobei einige von diesen in der Lage sind, über die Peilung Bericht zu erstatten, können in Untergruppen kombiniert werden und die Orte, die sich aus den verschiedenen Kombinationen ergeben, müssen nicht ident sein. Ein passender vorgeschlagener Ereignisort kann auch insofern als sogenannte Ausgangsposition identifiziert werden, als er als eine Position dient, von der aus die Analyse durch eine Standort-Engine ausgeht.
  • Die Ausgangspositions-Engine 506 umfasst beispielsweise einen Prozess für das Bilden einer Gruppe für das Ereignis 522, einen Ereignis-Sensor-Zeit-Speicher 526, einen Ereignis-Sensor-Amplituden-Speicher 528, einen Prozess zur Ermittlung eines Vorschlags des Ereignisorts 530, einen Sensor-Standort-Speicher 532, einen Speicher für Ereignis-Sensor-Zeit-Ort und einen Revision-Gruppen-Prozess 524.
  • Der Prozess für das Bilden einer Gruppe für das Ereignis 522 wählt Sensor-Zeit-Amplitude-Datensätze aus dem Speicher 504 aus, die in einem beweglichen Zeitfenster liegen. Das Zeitfenster ist lange genug, um Sensorberichte von dem am weitesten von einem Ereignis entfernten Sensor umfassen zu können. Wenn Sensoren beispielsweise über einen Kontinent verteilt sind, kann das Zeitfenster lange genug sein, um einen Bericht von einem Sensor am äußersten westlichen Ende zu umfassen, welcher von einem Ereignis ausgelöst wurde, das am äußersten östlichen Ende stattgefunden hat. Um die Menge von unwahrscheinlichen Kombinationen einzuschränken, kann das Zeitfenster kürzer sein. Gemäß den verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung senkt die Zeitkorrektur-Rückkopplung 545 in Kombination mit den Funktionen des Revisions-Gruppen-Prozesses 524 die Wahrscheinlichkeit, dass ein Ereignis oder ein Sensor des vorliegenden Ereignisses aufgrund eines relativ kurzen Zeitfensters nicht erkannt wird. Nach der Berücksichtigung aller Sensor-Zeit-Amplitude-Datensätze innerhalb des Fensters für eine oder mehrere Gruppen bewegt der Prozess für das Bilden einer Gruppe für das Ereignis 522 das Fenster um einen angemessenen Schritt auf eine Zeit, die kürzer zurückliegt, und erwägt die Inhalte des neu positionierten Fensters für eine Auswahl. Das neu positionierte Fenster überlappt teilweise mit dem vorhergehenden Fenster. Der Ausgangspositions-Engine weist eine Ereignisbezeichnung für jede Gruppe zu und liefert Datensätze, die die vorliegende Ereignisbezeichnung mit der Sensoridentifizierung und der Zeit, sowie dem Peilungswinkel (wenn gemessen) in Verbindung bringen (Speicher 526); und die die vorliegende Ereignisbezeichnung mit der Sensoridentifizierung und der Amplitude in Verbindung bringen (Speicher 528). Ein Datensatz aus Speicher 504 kann in Erwägung gezogen und abgelegt werden als: (1) ein Element genau einer Gruppe; oder (2) ein Rauschen. Wenn der Sensor in der Lage ist, ausgehend von einer zusammengesetzten Wellenform die Gegenwart von einer Vielzahl von Wellenformen, die jeweils für eine Hauptentladung typisch sind, zu bestimmen, kann der Sensor eine Vielzahl von Datensätzen berichten. Wenn die Spitzenamplitude in den Bereich fällt, der bei einer Hauptentladung erwartet wird, kann der Datensatz Teil von genau einer Gruppe sein und nicht weiter in Betracht gezogen werden.
  • Jeder Datensatz des Ereignis-Sensor-Zeit-Speichers 526 umfasst eine Verbindung von folgenden Elementen: Identifizierung eines vorliegenden Ereignisses (Ereignis), Identifizierung eines bestimmten Sensors des vorliegenden Ereignisses (Sensor) und die Wellenformeinsetzzeit (z.B. einen Zeitpunkt der Spitzenamplitude) wie sie von einem bestimmten Sensor berichtet wird (Zeit). Eine Zeitkorrektur-Rückkopplung 545 kann auf Datensätze des Ereignis-Sensor-Zeit-Speichers 526 angewandt werden, indem die Zeitinformationen in Verbindung mit jedem Sensor und jedem Ereignis, für die die Zeitkorrektur gilt, verändert, ersetzt oder ergänzt werden. In Antwort auf eine solche Anwendung kann der Prozess für das Vorschlagen von Ereignisorten 530 Datensätze in dem Ereignis-Sensor-Zeit-Ort-Speicher 534 löschen, ändern oder hinzufügen.
  • Jeder Datensatz des Ereignis-Sensor-Amplitude-Speichers 528 umfasst eine Verbindung von folgenden Elementen: Identifizierung von einem vorliegenden Ereignis (Ereignis), Identifizierung eines bestimmten Sensors des vorliegenden Ereignisses (Sensor) und die Amplitude (Ampl).
  • Der Prozess für das Bilden einer Gruppe für das Ereignis 522 kann Gruppen bestehend aus einer bevorzugten Zahl von Datensätzen aus allen Kombinationen von Datensätzen aus Speicher 504 bilden. Jede mögliche Kombination von zwei Sensoren, die Peilungsinformationen bereitstellen und in dem Fenster Bericht erstatten, kann beispielsweise in Betracht gezogen werden, ein einzigartiges Ereignis erfasst zu haben; und jede mögliche Kombination von drei Sensoren, die keine Peilungsinformationen bereitstellen und in dem Fenster Bericht erstatten, können in Betracht gezogen werden, ein einzigartiges Ereignis erfasst zu haben. Wie unten erläutert, kann eine Vielzahl von Gruppen bezogen auf dasselbe Ereignis anerkannt und kombiniert werden, und Gruppen, die nicht einem physikalisch wahrscheinlichen Ereignis entsprechen, können verworfen werden. Es ist ein Ziel, ein eins-zu-eins Verhältnis zwischen einer Gruppe und einem Ereignis herzustellen.
  • Der Zugriff auf den Ereignis-Sensor-Zeit-Speicher 526 und den Ereignis-Sensor-Amplitude-Speicher 528 kann durch eine Reihe von herkömmlichen Indizes erfolgen. In einer alternativen Ausführungsform sind diese Speicher zu einem Ereignis-Sensor-Zeit-Amplitude-Speicher kombiniert.
  • Der Prozess zum Vorschlagen von Ereignisorten 530 legt einen Datensatz, der die Ereignisidentifizierung mit einer Ortsinformation verbindet, für jede Gruppe von Datensätzen, die für dasselbe Ereignis in dem Ereignis-Sensor-Zeit-Speicher 526 identifiziert wurde, in dem Ereignis-Sensor-Zeit-Ort-Speicher 534 ab. Genauer gesagt ruft der Prozess zum Vorschlagen von Ereignisorten 530 eine Gruppe von Datensätzen von dem Speicher 526 (alle für dasselbe Ereignis identifiziert) ab, kombiniert die Information in Bezug auf den Sensorort, die berichtete Zeit und den Peilungswinkel (wenn gemessen) wie oben erläutert für verschiedene Untergruppen, um eine oder mehrere Vorschläge in Bezug auf den Ort zu bestimmen, speichert jeden resultierenden vorgeschlagenen Ereignisort (SEL) in Speicher 534 und wiederholt diese Funktion für jedes Ereignis in Speicher 526. Der Standort jedes Sensors zum Zeitpunkt des Ereignisses wird durch den Sensor-Standort-Speicher 532 abgerufen, durch die Sensoridentifizierung indiziert. Der Kombinationsalgorithmus kann ein glattes, einheitlich leitendes Ellipsoid als Erdoberfläche annehmen. Jeder beliebige, herkömmliche Algorithmus kann verwendet werden, umfassend Triangulation, hyperbolische Schnittpunkte und Fehlerreduktionstechniken.
  • Wie oben erläutert, kann eine Gruppe von Datensätzen herangezogen werden, um verschiedene vorgeschlagene Orte zu definieren, die nicht notwendigerweise exakt gleich sein müssen. In einem ersten Arbeitsgang von Prozess 530 bezogen auf ein Ereignis aus Speicher 526 ist die Ankunftszeitinformation wie in Speicher 504 abgelegt. In einer Ausführungsform, die Zeitkorrektur-Rückkopplung (545A und/oder B) nutzt, können folgende Arbeitsgänge in Bezug auf dasselbe Ereignis aus Speicher 526 eine angepasste Ankunftszeit verwenden, die auf einen oder mehrere Datensätze von Speicher 504 und/oder Speicher 526 angewandt wird.
  • Der Prozess zum Vorschlagen eines Ereignisorts 530 testet jedes Kombinationsergebnis, um unwahrscheinliche vorgeschlagene Ereignisorte aus Speicher 534 zu löschen und unwahrscheinliche Ereignisse aus den Speichern 526 und 528 zu löschen. Amplituden, die mit einem Ereignis in Verbindung stehen, sollten beispielsweise mit der Entfernung von dem vorgeschlagenen Ort abnehmen; und wenn solche Amplituden, die mit dem Ereignis in Speicher 528 in Verbindung stehen, diese Eigenschaft nicht aufweisen, wird das Ereignis aus den Speichern 526, 528 und 534 gelöscht. Amplituden können normiert werden, als ob sie in einer beliebigen, passenden Entfernung von dem vorgeschlagenen Ereignisort gemessen worden wären. Alle Amplituden können beispielsweise auf eine Entfernung von 100 km von einem vorgeschlagenen (oder geschätzten) Ereignisort normiert werden. Normierte Amplituden in einem Amplitudenbereich (z.B. ±20%) sind im Allgemeinen akzeptabel; sonst kann die Gruppe verworfen werden. Bei einer Ausführungsform, die eine Amplitudenkorrektur-Rückkopplung (545C und/oder D) nutzt, können nachfolgende Arbeitsgänge in Bezug auf dasselbe Ereignis in Speicher 526 eingestellte Amplituden, die auf einen oder mehrere Datensätze aus Speicher 504 und/oder Speicher 520 angewandt werden, nutzen.
  • Jeder Datensatz des Sensor-Standort-Speichers 532 umfasst eine Zuordnung folgender Elemente: Identifizierung eines bestimmten Sensors von System 100 (Sensor) und die Koordinaten eines physischen Standorts eines bestimmten Sensors (Standort). Die Koordinaten können in Längen- und Breitengraden angegeben werden.
  • Ortsinformationen (z.B. Sensorstandort; der vorgeschlagene, geschätzte oder berichtete Ereignisort) werden typischerweise als Koordinaten von geographischen Längen- und Breitengraden angegeben. Wenn die Ortsinformationen in Polarkoordinaten erwünscht sind (d.h. Distanz und Peilung bezogen auf einen Sensor oder ein Ereignis) kann ein herkömmliches Verfahren zur Umwandlung der Koordinaten von einem Koordinatensystem in das andere eingesetzt werden. Ein Prozess zur Bestimmung von Distanz und Peilung (nicht angeführt) kann beispielsweise einen Datensatz mit einer Ereignis-Sensor-Ort-Verbindung von Speicher 534 abrufen und zu dieser Ver bindung (z.B. Information zu anderen Feldern desselben Datensatzes hinzufügen oder einen anderen Datensatz mit der ersten verbinden) eine Distanz zwischen Sensor und Ereignis (z.B. Distanz D110) hinzufügen. Wenn keine Peilung durch den Sensor bereitgestellt wird, kann eine Peilung von dem Sensor zu dem Ereignis (z.B. Peilung B110) bestimmt und zu der Zuordnung hinzugefügt werden.
  • Der Ereignis-Sensor-Zeit-Ort-Speicher 534 umfasst einen Datensatz für jeden vorgeschlagenen Ort (z.B. Ausgangsposition). Jeder Datensatz umfasst eine Zuordnung der folgenden Elemente: Identifizierung eines vorliegenden Ereignisses (Ereignis), Identifizierung eines bestimmten Sensors des vorliegenden Ereignisses (Sensor), die Wellenformeinsetzzeit (z.B. Zeitpunkt der Spitzenamplitude) wie von einem bestimmten Sensor berichtet (Zeit) und die Koordinaten des Ereignisorts (Ort). Jeder Datensatz kann weiters eine Ortsinformation in anderen Koordinatensystemen umfassen, wie z.B. die Distanz zwischen einem bestimmten Sensor und dem Ereignisort und die Peilung von einem bestimmten Sensor zu dem Ereignisort. Speicher 534 kann mehr als nur einen Ort in Verbindung mit demselben Ereignis umfassen. Jeder Ereignis-Ort-Tupel kann einem Arbeitsgang durch den Prozess zum Vorschlagen von Ereignisorten 530, einer Anwendung der Zeitkorrektur-Rückkopplung (545A oder B), einer Anwendung der Amplitudenkorrektur-Rückkopplung (545C oder D) oder einem Arbeitsgang durch den Prozess zur Einschätzung eines Ereignisorts 542 in einer beliebigen, geeigneten Kombination entsprechen. Das Konvergenzausmaß (wenn vorhanden) der Unsicherheit (z.B. ein kleinerer Radius 102) kann unter Einsatz von herkömmlichen Verfahren, die auf aufeinanderfolgende Ereignis-Ort-Tupel aus Speicher 534 in Verbindung mit demselben Ereignis angewandt werden, bestimmt werden.
  • Der Revisions-Gruppen-Prozess 524 überprüft Datensätze aus dem Speicher 534, um die Anzahl der Sensorberichte, die für jede Gruppe in Betracht gezogen werden, zu steigern oder zu senken, und die Ereignisse, die bisher nicht als dasselbe Ereignis erkannt wurden, zu kombinieren. Im Allgemeinen ist es so, dass je größer die Zahl der Sensorberichte ist, die Informationen zur Bestimmung eines Ereignisorts beitragen können, desto geringer ist die Unsicherheit (z.B. desto kleiner ist der Unsicherheitsradius 102). Für jeden Sensorstandort aus dem Sensor-Standort-Speicher 532, der innerhalb des Bereichs eines bestimmten vorgeschlagenen Ereignisorts aus Speicher 534 liegt, findet der Prozess 524 einen Sensor-Zeit-Amplitude Datensatz aus Speicher 504 (wenn vorhanden) und fügt einen Datensatz mit einer geeigneten Ereignisidentifizierung zu Speicher 526 hinzu und eine weiter zu Speicher 528, basierend auf den Inhalten des Datensatzes, die in Speicher 504 gefunden wurde. Der Revisions-Gruppen-Prozess 524 kann Ereignis-Sensor-Zeit-Ort-Datensätze von Speicher 534 erhalten, um das Hinzufügen eines Sensors zu einer Gruppe oder das Löschen eines Sensors aus einer Gruppe gemäß eines geschätzten Ereignisorts (EEL), auf eine Weise die dem bestimmten vorgeschlagenen Ereignisort (SEL), der oben erläutert wurde, entspricht, zu erwägen.
  • Entfernte Sensoren können über bedeutende Berichte verfügen, die zeitlich deutlich getrennt sind und eine deutliche andere Amplitude aufweisen. Verfahren 524 bestimmt die Distanz eines bestimmten Ereignisorts (z.B. Abruf eines Datensatzes von Speicher 534) zu einem vorgeschlagenen Sensor, der nicht zu der Gruppe gehört, die herangezogen wurde, um den Ort des vorliegenden Ereignisses zu bestimmen (z.B. Erstellen einer Liste von Sensoren des vorliegenden Ereignisses basierend auf den Datensätzen aus Speicher 534), klärt die Ausbreitungszeit des Ereignisses zu dem vorgeschlagenen Sensor (z.B. anhand von Speicher 532) und bringt, wenn ein Bericht des vorgeschlagenen Sensors und eine ungefähre Zeit aus dem Sensor-Zeit-Amplituden-Speicher 504 zur Verfügung steht, Daten aus dem Bericht von dem vorgeschlagenen Sensor mit dem Ereignis in den Speichern 526 und 528 in Verbindung. Hinzugefügte Sensoren können außerhalb des Fensters Bericht erstattet haben.
  • Das Verfahren 524 kann Gruppen für weitere Erwägungen verwerten. Wenn die Distanz eines vorgeschlagenen Ereignisorts zu dem nächsten Sensor beispielsweise über einem Grenzwert (z.B. mehr als die mittleren Abstände zu den benachbarten Sensoren oder mehr als 10.000 km) liegt, ist der vorgeschlagene Ort unwahrscheinlich und die Gruppe wird verworfen.
  • Um Datensätze zu kombinieren, kann der Prozess 524 umgekehrt jeden Ereignisort (d.h. den Ort des vorliegenden Ereignisses) in Betracht ziehen. Wenn Datensätze, die verschiedenen Ereignisidentifizierungen zugeordnet sind, ähnliche Ankunftszeiten aufweisen und vorgeschlagene Orte innerhalb eines Unsicherheitsradius 101 um den Ort des vorliegenden Ereignisses aufweisen, kann der Prozess 524 die Identifizierung des vorliegenden Ereignisses mit der Identifizierung des zweiten Ereignisses überschreiben, wodurch die vorliegenden vorgeschlagenen Orte mit den vorgeschlagenen Orten des zweiten Ereignisses kombiniert werden und die Identifizierung des ersten Ereignisses gelöscht wird. Geeignete Überprüfungen der Datensätze der Speicher 526 und 528 erfolgen auch durch den Prozess 524 bei der Kombination von Ereignissen.
  • Die Zeitkorrektur-Rückkopplung (545A) kann bei Datensätzen des Sensor-Zeit-Amplitude-Speichers 504 angewandt werden, indem Zeitinformationen in Verbindung mit jedem Sensor und Ereignis, auf welches die Zeitkorrektur angewandt wird, geändert, ersetzt oder ergänzt werden. Amplitudenkorrektur-Rückkopplung (545C) kann für Datensätze des Sensor-Zeit-Amplitude-Speichers 504 auf Rückkopplung 545A auf entsprechende Weise angewandt werden. Als Antwort auf eine solche Anwendung kann der Revisons-Gruppen-Prozess 524 bestimmte Sensor-Zeit-Amplitude-Datensätze zu Gruppen hinzufügen oder aus diesen löschen; oder die weitere Verarbeitung für eine Gruppe beenden, deren veränderte Zugehörigkeit die passenden Gruppenbildungskriterien wie oben erläutert nicht länger erfüllt.
  • Eine Standort-Engine führt einen Prozess aus, der einen geschätzten Ort für ein Blitzereignis basierend auf einem oder mehreren vorgeschlagenen Orten bereitstellt. Eine Standort-Engine gemäß den verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung berücksichtigt auch das Gelände, wenn dieses nicht bereits durch einen Sensor, der Daten für ein Element der Gruppe bereitgestellt hat, berücksichtigt wurde. Die Berücksichtigung des Geländes kann zumindest teilweise durch die Zeitkorrektur-Rückkopplung von der Standort-Engine zu der Ausgangspositions-Engine und/oder die Amplitudenkorrektur-Rückkopplung von der Größen-Engine zu der Standort-Engine erfolgen. Die Rückkopplung kann als eine Korrektur der Zeit und/oder Amplitude in Verbindung mit den Berichten von den Sensoren des vorliegenden Ereignisses angewandt werden. Eine Standort-Engine gemäß den verschie denen Aspekten der vorliegenden Erfindung stellt beispielsweise Rückkopplung bereit, um der Weglänge von dem geschätzten Ereignisort zu jedem Sensor des vorliegenden Ereignisses, die sich von der Weglänge über ein glattes Ellipsoid unterscheidet, Rechnung zu tragen, und/oder der nicht-einheitlichen Leitfähigkeit auf einer Weglänge ausgehend von dem geschätzten Ereignisort zu jedem Sensor des vorliegenden Ereignisses gerecht zu werden. Bei alternativen Ausführungsformen erfolgt die Berücksichtigung des Geländes zumindest teilweise durch die Verarbeitung in der Standort-Engine, beispielsweise indem Zeitkorrekturen angewandt werden, ohne dass der Prozess zum Vorschlagen von Orten 530 wiederholt wird und die Rückkopplung von der Standort-Engine zu der Ausgangspositions-Engine durchgeführt wird.
  • In System 500 der 5 umfasst die Standort-Engine 508 einen Prozess zur Einschätzung des Ereignisorts 542, einen Sensor-Ort-Zeit-Speicher 540, einen Prozess zur Anwendung der Zeitkorrektur 544 und nimmt auf den oben erläuterten Ereignis-Sensor-Zeit-Ort-Speicher 534 Bezug.
  • Der Prozess zur Einschätzung des Ereignisorts 542 schätzt einen Ort für jedes vorliegende Ereignis unter Bezugnahme auf alle vorgeschlagenen Orte des vorliegenden Ereignisses. Prozess 542 liest die vorgeschlagenen Orte (SEL) in Speicher 534 und speichert einen geschätzten Ort (EEL) in Speicher 534. Ein geschätzter Ort kann auf jede beliebige, herkömmliche Weise von den vorgeschlagenen Orten hergeleitet werden. In einer Ausführungsform berechnet Prozess 542 einen geschätzten Ort als eine Kombination von manchen oder allen vorgeschlagenen Orten. Die Kombination kann zu einem passenden geschätzten Ort führen, indem erwartete Fehler bei jedem vorgeschlagenen Ort berücksichtigt werden. Die Genauigkeit jedes vorgeschlagenen Orts kann durch die Bewertung der Basis für den vorgeschlagenen Ort ermittelt werden. Wenn die Sensoren beispielsweise aufeinander bezogen in einer relativ offenen dreieckigen Form angeordnet sind, kann die Verwendung von Berichten von diesen Sensoren zu weniger exakten Ergebnissen führen. Unterschiedliche Genauigkeiten können dadurch kompensiert werden, dass manchen vorgeschlagenen Orten mehr Gewicht verliehen wird als anderen. Die Kombination der Orte kann gemäß einer beliebigen, herkömmlichen Technik zur Fehlerreduktion erfolgen.
  • Jeder Datensatz des Sensor-Ort-Zeit-Speichers 540 umfasst eine Zuordnung der folgenden Elemente: Identifizierung eines bestimmten Sensors von System 100 (Sensor), Koordinaten eines Bereichs, in dem ein nachweisbares Ereignis seinen Ursprung haben könnte (Ort) und eine parametrische Zeit (Zeit), die verwendet wird, um von der von dem bestimmten Sensor berichteten Zeit abgezogen zu werden (z.B. Wellenformeinsetzzeit), um den Zeitpunkt, zu dem das vorliegende Ereignis eingetreten ist, einzuschätzen. In einer Ausführungsform stellt der Bereich einen Teil der Erdoberfläche dar und der Ort wird durch Koordinaten der geographischen Länge- und der Breitengrade bestimmt.
  • Der Speicher 540 kann für jeden Sensor in System 100 (nicht mit einer Wellenformungs-Engine wie oben erläutert ausgestattet) eine Matrix von parametrischen Zeiten umfassen. Die Matrix kann eine Darstellung eines Netzes von Orten sein, in dessen Zentrum sich ein bestimmter Sensor befindet und das sich bis an die Grenzen der Reichweite des Sensors ausdehnt. Die parametrischen Zeiten können mit Zellen des Netzes in Verbindung stehen. Ein Netz 600 in 6 umfasst beispielsweise einen zentralen Kreuzungspunkt 602 und 36 Zellen, die zwischen den Netzlinien in einer sechs mal sechs Matrix angeordnet sind. Jede Zelle ist mit einer jeweiligen parametrischen Zeit zugeordnet, die angewandt wird, wenn ein Ereignis innerhalb der Zelle lokalisiert wird. Wenn sich ein Sensor 110 im Betrieb am Kreuzungspunkt 602 befindet und ein Ereignis 604 berichtet, das von der Ausgangspositions-Engine 506 (SEL) und/oder von dem Prozess zur Einschätzung des Ereignisorts 542 (EEL) in Zelle 606 lokalisiert wird, wird die parametrische Zeit 541, die mit Zelle 606 verbunden ist (z.B. –405 Nanosekunden), für den Prozess zur Anwendung der Zeitkorrektur 544 bereitgestellt. Ein Ereignis kann in einer Zelle lokalisiert werden, wenn sich die geographische Breite des Ereignisorts (SEL oder EEL) zwischen den Netzlinien, die durch die Kreuzungspunkte A und B verlaufen, und die geographische Länge des Ereignisorts sich zwischen den Netzlinien, die durch die Kreuzungspunkte B und C verlaufen, befindet.
  • Die Matrix kann in Speicher 540 als Feld, Liste, verknüpfte Liste oder Datensätze einer Datenbank umgesetzt werden. Der Zugriff kann durch Felddimensionen, Zeigerarithmetik oder gemäß einem Index auf eine beliebige, herkömmliche Weise erfolgen. Gemäß den verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung kann der Mechanismus für den Zugriff auf die parametrische Zeit, die von Prozess 544 verwendet wird, für eine minimale Berechnungszeit gestaltet sein, indem beispielsweise alle parametrischen Zeiten vor der Durchführung des Prozesses zur Einschätzung des Ereignisorts 542 berechnet werden, so dass nur eine Tabellensuchoperation ausreicht, um auf eine parametrische Zeit während der Durchführung von Prozess 542 zu zugreifen. Die Analysevorrichtung 120 kann integrierte parametrische Zeiten umfassen und/oder parametrische Zeiten über das Netzwerk 140 für das Speichern in Speicher 540 empfangen.
  • Die Kooperation von Prozess 544 und Prozess 542 kann durch eine beliebige, herkömmliche Interprozesskommunikation erfolgen, wie z.B. durch Ruf und Rückantwort, Nachrichtenversenden, Nachrichtenwarteschlangen, Prozessunterbrechung, Meldung eines in Speicher 534 gespeicherten SEL oder EEL, Meldung der Anwendung einer Zeitkorrektur auf Speicher 504, 526 oder 534 oder Meldung eines in Speicher 534 gespeicherten korrigierten SEL oder EEL.
  • In einer alternativen Ausführungsform stellt jede Zelle einer Matrix in Speicher 540 Koeffizienten für einen algorithmischen Ausdruck der Verzögerung bereit. Beispielsweise kann die Verzögerung als Funktion der Spitzenamplitude und/oder der Anstiegszeit als eine Potenzreihe mit in jeder Zelle angeführten, geeigneten Koeffizienten gestaltet werden.
  • Eine typische Umsetzung einer Matrix 600 umfasst mehrere hundert Zellen für jeden Sensor. Zwischen der Zahl der Kreuzungspunkte in jedem Netz (die Netze können eine verschiedene Dichte an Kreuzungspunkten aufweisen), der Zahl der Sensoren in dem System, der Zugriffszeit auf Speicher 540 und der Bereitstellung, dem Speichern und den Wartungskosten von Speicher 540 können Abwägungen in Bezug auf die Genauigkeit und die Systemkosten angestellt werden.
  • Das Signal, das bei einem Sensor ankommt, umfasst einen Teil, der durch das Wandern über das Gelände beeinflusst wird (die Bodenwelle), und einen Teil, der durch das Wandern über das Gelände nicht beeinflusst wird (die Raumwelle), aber eine andere Weglänge aufweist als die Bodenwelle. Die Raumwelle kann sich von der Bodenwelle in Bezug auf die Frequenzkomponentenzusammensetzung oder in Bezug auf die relative Ankunftszeit unterscheiden. Die Raumwelle umfasst typischerweise Energie in einem Frequenzband, das sich durch einen Sprung ausbreitet (z.B. ionosphärische Reflektion). Die Bodenwelle umfasst typischerweise Energie in einem Frequenzband, die sich über einen Weg entlang der Erdoberfläche ausbreitet und in der Folge von der nicht einheitlichen Leitfähigkeit beeinflusst wird. Bei Distanzen von mehr als etwa 650 km kann mehr Energie von dem Raumwellenanteil als von dem Bodenwellenanteil empfangen werden.
  • Der Speicher 540 kann parametrische Zeiten ausschließlich für die Anwendung auf den Bodenwellenanteil und parametrische Zeiten ausschließlich für die Anwendung auf den Raumwellenanteil umfassen.
  • In einem System, in dem eine Zeitkorrektur für den Bodenwellenanteil und nicht für den Raumwellenanteil gewünscht wird, umfasst der Speicher 540 parametrische Zeiten ausschließlich für die Anwendung auf den Bodenwellenanteil. Die Reichweite von Matrix 600 als Distanz von dem Sensor kann begrenzt sein. Eine Grenze von 650 km kann beispielsweise verwendet werden, so dass Signale die einer weiteren Distanz entsprechen (z.B. wenn angenommen wird, dass die Raumwelle dominant ist) keiner Zeitkorrektur unterzogen werden.
  • Bei einem bevorzugten Verfahren zur Besetzung einer Matrix von Speicher 540 wird jeder Zelle ein Verzögerungswert zugewiesen, der sich aus dem Unterschied zwischen der eigentlichen Ankunftszeit und der vorhergesagten Ankunftszeit eines Kalibrierereignisses ergeben hat. Die vorhergesagte Ankunftszeit basiert auf dem bekannten Ort des Kalibrierereignisses. Der bekannte Ort ist das Ergebnis von einer beliebigen, geeigneten theoretischen Analyse, einer Messung oder von Testdaten. Anders ausgedrückt basiert die vorhergesagte Ankunftszeit vorzugsweise auf der Distanz zwischen dem Sensor und dem Kalibrierereignis mit einer Korrektur für die Weglängenverlängerung aufgrund des Geländes oder von Sprüngen. Ein Mittelwert von mehr als einem Kalibrierereignis kann für jede Zelle eingesetzt werden.
  • Der Prozess zur Anwendung der Zeitkorrektur 544 stellt eine Rückkopplung für die verbesserte Genauigkeit des geschätzten Ortes bereit. In einer bevorzugten Ausführungsform erleichtert die Rückkopplung zwei oder mehrere Arbeitsgänge des Prozesses zur Einschätzung des Ereignisorts 542. In anderen Ausführungsformen erfolgt die Rückkopplung durch die Standort-Engine 508 an die Ausgangspositions-Engine 506. Die Rückkopplung erleichtert beispielsweise die Umformung von Gruppen (545A) oder die Bereitstellung eines alternativen oder zusätzlichen geschätzten Ereignisorts (545B).
  • Der Prozess 544 kann beispielsweise aus dem Speicher 534 Informationen bezüglich vorgeschlagener oder geschätzter Ereignisorte (SEL oder EEL) und bezüglich der Sensoridentifizierung lesen, die parametrische Zeit, die einem Ereignisort und der Sensoridentifizierung entspricht (z.B. –405 von Zelle 606 für Sensor 110, der sich an Referenzpunkt 602 befindet), von Speicher 540 abrufen und die parametrische Zeit 541 von einem passenden Datensatz in einem beliebigen oder allen des Sensor-Zeit-Amplitude-Speichers 504, Ereignis-Sensor-Zeit-Speichers 526 und Ereignis-Sensor-Zeit-Ort-Speichers 534 abziehen. Weitere Ausführungsformen verwenden einen oder mehrere dieser Rückkopplungs-Pfade vor oder nach der Durchführung des Prozesses zur Einschätzung des Ereignisorts 542.
  • Das Zusammenwirken der Engines 506 und 508 reduziert den Unsicherheitsradius 102 durch die wiederholte Bereitstellung von vorgeschlagenen Orten, geschätzten Orten, Zeitkorrekturen und Amplitudenkorrekturen. Zeitkorrekturen und Amplitudenkorrekturen werden vorzugsweise nicht kumulativ angewandt, sondern jede Korrektur wird auf die Zeit und/oder Amplitude angewandt, die in Speicher 504 berichtet und ursprünglich in Speicher 526 oder 528 abgelegt wurden. Die Iteration kann mit einer vorbestimmten Anzahl von Wiederholungen fortgesetzt werden. Wenn keine Übereinstimmung festgestellt wird, kann der Prozess zur Anwendung einer Zeitkorrektur abgebrochen werden und/oder die Iteration kann beendet werden. Die Übereinstimmung kann mittels Untersuchungswerten für einen beliebigen oder alle von Ort1, Ort2 oder Zeit2 festgestellt werden. Die Iteration umfasst folgende Funktionen: der Prozess für das Vorschlagen von Ereignisorten 530 produziert einen neuen Wert für Ort1 basierend auf der Anwendung von Zeit2; der Prozess zur Einschätzung des Ereignisorts 542 produziert einen neuen Wert für einen geschätzten Ereignisort in Übereinstimmung mit dem neuen Wert/den neuen Werten für den vorgeschlagenen Ereignisort/die vorgeschlagenen Ereignisorte; und der Prozess für die Anwendung der Zeitkorrektur 544 produziert einen neuen Wert für Zeit2.
  • In einer alternativen Ausführungsform wird Zeit2 zu einem passenden Datensatz in dem Ereignis-Sensor-Zeit-Speicher 526 hinzugefügt, um die Bestimmung der Übereinstimmung von Werten von Zeit2, die durch Iterationen der Engines 506 und 508 entstanden sind, zu erleichtern.
  • Eine Ereignisgrößen-Engine beschreibt jedes Blitzereignis durch die Verbindung einer Schätzung der Größe des Ereignisses mit der Identifizierung des Ereignisses. Das Wissen in Bezug auf die Größe eines Ereignisses kann Design, Risikobewertung oder die Regelung von Versicherungsfragen wie oben erläutert anleiten. Eine Ereignisgrößen-Engine bestimmt die Größe anhand der Spitzenamplitude von jedem Sensor des vorliegenden Ereignisses und die jeweilige Distanz von dem Ereignisort zu dem Sensorstandort. Die Distanz kann eine Distanz sein, die eine einheitliche Leitfähigkeit und ein glattes Ellipsoid annimmt (z.B. ein vorgeschlagener Ereignisort); oder eine Distanz, die anhand der parametrischen Zeiten (541 oder Zeit2) wie oben erläutert berechnet wurde, um das Gelände zu berücksichtigen (z.B. ein geschätzter Ereignisort). Eine Ereignisgrößen-Engine kann die Abschwächung der Spitzenamplitude aufgrund der Weglänge empirisch korrigieren. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die durch die Ereignisgrößen-Engine bereitgestellte Größe eine geschätzte Spitzenstromstärke einer Hauptentladung, die ausreicht, um die von der Analysevorrichtung 120 von den Sensoren empfangenen Berichte über das vorliegende Ereignis hervorzurufen.
  • Eine Ereignisgrößen-Engine 510 umfasst beispielsweise den Prozess zur Bestimmung der Distanz 560, den Sensor-Ort-Amplitude-Speicher 563, den Prozess zur Anwendung der Zeitkorrektur 562, den Prozess zur Normierung der Sensorspitze 564, den Prozess zur Bestimmung der mittleren normierten Spitzen 566 und einen Prozess zur Umwandlung der Spitze in Stromstärke 568.
  • Der Prozess zur Bestimmung der Distanz 560 ruft einen Datensatz mit einer Ereignis-Sensor-Ort-Zuordnung aus Speicher 534 ab und fügt zu dieser Zuordnung (z.B. fügt Informationen zu anderen Feldern desselben Datensatzes hinzu oder verbindet einen anderen Datensatz mit dem ersten) eine Distanz von dem Sensor (z.B. 110) zu dem Ereignis (z.B. Distanz D110) hinzu. Prozess 560 verarbeitet wiederum jeden Datensatz in Speicher 534, der unvollständige Informationen in Bezug auf Ort und Distanz aufweist. Die Ortsinformation wird, wie oben erläutert, typischerweise in Koordinaten der Länge und der Breite bereitgestellt.
  • Jeder Datensatz des Sensor-Ort-Amplitude-Speichers 563 umfasst eine Zuordnung der folgenden Elemente: Identifizierung eines bestimmten Sensors des Systems 100 (Sensor), Koordinaten eines Bereichs, in dem ein nachweisbares Ereignis stattgefunden haben könnte (Ort) und eine parametrische Amplitude (Ampl) zur Einstellung der von dem bestimmten Sensor berichteten Amplitude (z.B. Spitzenamplitude), zur Einschätzung einer passenden Amplitude des vorliegenden Ereignisses. In einer Ausführungsform stellt der Bereich einen Teil der Erdoberfläche dar, und der Ort wird durch die Koordinaten der Länge und der Breite bestimmt.
  • Der Speicher 563 kann für jeden Sensor in System 100 eine Matrix von parametrischen Amplituden umfassen. Die Matrix kann eine Darstellung eines Netzes von Orten sein, in dessen Zentrum sich ein bestimmter Sensor befindet und das sich bis an die Grenzen der Reichweite des Sensors ausdehnt. Die parametrischen Amplituden können mit Zellen des Netzes in Verbindung stehen wie oben für Netz 600 erläutert. Jede Zelle ist mit einer jeweiligen parametrischen Amplitude verbunden, die angewandt wird, wenn ein Ereignis innerhalb der Zelle lokalisiert wird. Wenn sich ein Sensor 110 beim Betrieb am Kreuzungspunkt (nicht dargestellt) befindet und ein Ereignis berichtet, das von der Ausgangspositions-Engine 506 (SEL) und/oder von dem Prozess zur Einschätzung des Ereignisorts 542 (EEL) in einer Zelle lokalisiert wird, wird die parametrische Amplitude, die mit dieser Zelle verbunden ist (z.B. +115,3%), für den Prozess zur Anwendung der Amplitudenkorrektur 562 bereitgestellt. Ein Ereignis kann auf dieselbe Weise wie oben anhand Netz 600 erläutert in einer Zelle lokalisiert werden.
  • Die Matrix kann in Speicher 563 als Feld, Liste, verknüpfte Liste oder Datensätze einer Datenbank umgesetzt werden. Der Zugriff kann durch Felddimensionen, Zeigerarithmetik oder gemäß einem Index auf eine beliebige, herkömmliche Weise erfolgen. Gemäß den verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung kann der Mechanismus für den Zugriff auf die parametrische Zeit, die von Prozess 562 verwendet wird, für eine minimale Berechnungszeit gestaltet sein, indem beispielsweise alle parametrischen Zeiten vor der Durchführung des Prozesses zur Einschätzung des Ereignisorts 542 berechnet werden, so dass nur eine Tabellensuchoperation ausreicht, um auf eine parametrische Zeit während der Durchführung von Prozess 562 zu zugreifen. Die Analysevorrichtung 120 kann integrierte parametrische Amplituden umfassen und/oder parametrische Amplituden über das Netzwerk 140 für das Speichern in Speicher 563 empfangen.
  • Die Kooperation von Prozess 562 und Prozess 542 kann durch eine beliebige, herkömmliche Interprozesskommunikation erfolgen, wie z.B. Ruf und Rückantwort, Nachrichtenversenden, Nachrichtenwarteschlangen, Prozessunterbrechung, Meldung eines in Speicher 534 gespeicherten SEL oder EEL, Meldung der Anwendung einer Zeitkorrektur auf Speicher 504, 528 oder 534 oder Meldung eines in Speicher 534 gespeicherten korrigierten SEL oder EEL.
  • Die Amplitudenkorrektur kann ein einziger Wert sein, der durch die berichtete Amplitude multipliziert wird (z.B. wie in Speicher 504 und 528 berichtet). In einer alternativen Ausführungsform kann die Amplitudenkorrektur eine Reihe von Koeffizienten sein, die in einer parametrischen Funktion (z.B. einer Potenzreihe) angewandt werden kann, um eine Korrektur in Bezug auf die Distanz oder die Peilung oder beides umzusetzen. In einer alternativen Ausführungsform stellt jede Zelle einer Matrix in Speicher 563 Koeffizienten für einen algorithmischen Ausdruck der Amplitudenkorrektur bereit. Beispielsweise kann die Amplitudenkorrektur als Funktion der Spitzenamplitude und/oder der Anstiegszeit als eine Potenzreihe mit in jeder Zelle angeführten, geeigneten Koeffizienten gestaltet werden. Durch den Zugriff auf Amplitudenkorrekturen unter Verwendung von geographischer Breite und Länge sind weniger Verarbeitungsressourcen erforderlich. Die Speicher 540 und 563 sind in einer weiteren alternativen Ausführungsform kombiniert. Eine Amplitudenkorrektur kann angewandt werden, um einen korrigierten ursprünglichen Ort für eine Fehlerreduktionstechnik zu erhalten (z.B. Identifizierung eines korrigierten vorgeschlagenen Ereignisorts als Ausgangspunkt für eine Fehlerreduktionstechnik).
  • Eine typische Umsetzung einer Amplitudenkorrekturmatrix umfasst mehrere hundert Zellen für jeden Sensor. Zwischen der Zahl der Kreuzungspunkte in jedem Netz (die Netze können eine verschiedene Dichte an Kreuzungspunkten aufweisen), der Zahl der Sensoren in dem System, der Zugriffszeit auf Speicher 563 und der Bereitstellung, dem Speichern und den Wartungskosten von Speicher 563 können Abwägungen in Bezug auf die Genauigkeit und die Systemkosten angestellt werden.
  • Das Signal, das bei einem Sensor ankommt, umfasst einen Teil, der durch das Wandern über das Gelände beeinflusst wird (die Bodenwelle), und einen Teil, der durch das Wandern über das Gelände nicht beeinflusst wird (die Raumwelle), aber eine andere Weglänge aufweist als die Bodenwelle. Die Raumwelle kann sich von der Bodenwelle in Bezug auf die Frequenzkomponentenzusammensetzung oder in Bezug auf die relative Ankunftszeit unterscheiden. Die Raumwelle umfasst typischerweise Energie in einem Frequenzband, das sich durch eine Sprung ausbreitet (z.B. ionosphärische Reflektion). Die Bodenwelle umfasst typischerweise Energie in einem Frequenzband, die sich über einen Weg entlang der Erdoberfläche ausbreitet und in der Folge von der nicht einheitlichen Leitfähigkeit beeinflusst wird. Bei Distanzen von mehr als etwa 650 km kann mehr Energie von dem Raumwellenanteil als von dem Bodenwellenanteil empfangen werden.
  • Der Speicher 563 kann parametrische Zeiten ausschließlich für die Anwendung auf den Bodenwellenanteil und parametrische Zeiten ausschließlich für die Anwendung auf den Raumwellenanteilumfassen.
  • In einem System, in dem eine Amplitudenkorrektur für den Bodenwellenanteil und nicht für den Raumwellenanteil gewünscht wird, umfasst der Speicher 563 parametrische Zeiten ausschließlich für die Anwendung auf den Bodenwellenanteil. Die Reichweite einer Amplitudenmatrix als Distanz von dem Sensor kann begrenzt sein. Eine Grenze von 650 km kann beispielsweise eingesetzt werden, so dass Signale die einer weiteren Distanz entsprechen (z.B. wenn angenommen wird, dass die Raumwelle dominant ist) keiner Amplitudenkorrektur unterzogen werden.
  • Bei einem bevorzugten Verfahren zur Besetzung einer Matrix von Speicher 563 wird jeder Zelle ein Amplitudenkorrekturwert zugewiesen, der sich aus dem Unterschied zwischen der eigentlichen Amplitude und der vorhergesagten Amplitude eines Kalibrierereignisses ergeben hat. Die vorhergesagte Amplitude basiert auf dem bekannten Ort des Kalibrierereignisses. Der bekannte Ort ist das Ergebnis von einer beliebigen, geeigneten theoretischen Analyse, einer Messung oder von Testdaten. Anders ausgedrückt basiert die vorhergesagte Amplitude vorzugsweise auf der Distanz zwischen dem Sensor und dem Kalibrierereignis mit einer Korrektur für die Weglängenverlängerung aufgrund des Geländes oder von Sprüngen. Ein Mittelwert von mehr als einem Kalibrierereignis kann für jede Zelle eingesetzt werden.
  • Der Prozess zur Anwendung der Amplitudenkorrektur 562 korrigiert die Amplituden in Bezug auf die durch das Gelände verursachte Abschwächung. Prozess 562 liest jedes Ereignis aus Speicher 534; und berechnet für jeden Sensor des vorliegenden Ereignisses eine korrigierte Amplitude (Ampl2) basierend auf der Amplitude, die von dem Sensor (Ampl1 aus Speicher 528) und auf der Distanz, die mit dem Sensor in Speicher 534 zugeordnet ist. Die resultierende korrigierte Amplitude (Ampl2) wird beispielsweise in Speicher 528 gespeichert, wobei Ampl1 überschrieben wird. Vorzugsweise wird Ampl2 gemäß einer Potenzreihe der Distanz festgelegt; beispielsweise als Produkt von Ampl1 und der Quadratwurzel der Distanz.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform liest der Prozess zur Anwendung der Amplitudenkorrektur 562 eine Amplitudenkorrektur aus und wendet diese auf den Sensor-Ort-Amplitude-Speicher 563 an. Der Zugriff auf den Sensor-Ort-Amplitude-Speicher 563 kann durch einen Ereignisort in kartesischen (z.B. geographische Breite und Länge) oder polaren (z.B. Distanz und Peilung) Koordinaten erfolgen.
  • Der Prozess zur Anwendung der Amplitudenkorrektur 562 stellt eine Rückkopplung für eine verbesserte Genauigkeit des geschätzten Orts bereit. In einer bevorzugten Ausführungsform erleichtert die Rückkopplung zwei oder mehrere Arbeitsgänge des Prozesses zur Einschätzung des Ereignisorts 542. In anderen Ausführungsformen erfolgt die Rückkopplung durch die Standort-Engine 508 an die Ausgangspositions-Engine 506. Die Rückkopplung erleichtert beispielsweise die Umformung von Gruppen (545C) oder die Bereitstellung eines alternativen oder zusätzlichen geschätzten Ereignisorts (545D).
  • Der Prozess 562 kann beispielsweise aus dem Speicher 534 Informationen bezüglich vorgeschlagener oder geschätzter Ereignisorte (SEL oder EEL) und bezüglich der Sensoridentifizierung lesen, die parametrische Amplitude, die einem Ereignisort und der Sensoridentifizierung entspricht, von Speicher 563 abrufen und einen passenden Datensatz in einem beliebigen oder allen des Sensor-Zeit-Amplitude-Speichers 504, Ereignis-Sensor-Amplitude-Speichers 528 und Ereignis-Sensor-Zeit-Ort-Speichers 534 mit der parametrischen Amplitude multiplizieren. Weitere Ausführungsformen verwenden einen oder mehrere dieser Rückkopplungs-Pfade vor oder nach der Durchführung des Prozesses zur Einschätzung des Ereignisorts 542.
  • Das Zusammenwirken der Engines 506 und 508 reduziert den Unsicherheitsradius 102 durch die wiederholte Bereitstellung von vorgeschlagenen Orten, geschätzten Orten, Zeitkorrekturen und Amplitudenkorrekturen. Zeitkorrekturen und Amplitudenkorrekturen werden vorzugsweise nicht kumulativ angewandt, sondern jede Korrektur wird auf die Zeit und/oder Amplitude angewandt, die in Speicher 504 berichtet und ursprünglich in Speicher 526 oder 528 abgelegt wurden. Die Iteration kann mit einer vorbestimmten Anzahl von Wiederholungen fortgesetzt werden. Die Iteration umfasst folgende Funktionen: der Prozess für das Vorschlagen von Ereignisorten 530 produziert einen oder mehrere neue Werte (SEL) basierend auf der Anwendung von Zeit- und/oder Amplitudenkorrekturen; der Prozess zur Einschätzung des Ereignisorts 542 produziert einen neuen Wert für einen geschätzten Ereignisort (EEL) in Übereinstimmung mit dem neuen Wert/den neuen Werten für den vorgeschlagenen Ereignisort/die vorgeschlagenen Ereignisorte; und der Prozess für die Anwendung der Zeitkorrektur 544 produziert einen neuen Wert für Zeit2 und der Prozess für die Anwendung der Amplitudenkorrektur 562 produziert neue Werte für die Amplitude (Ampl2).
  • In einer alternativen Ausführungsform wird Ampl2 zu einem passenden Datensatz in dem Ereignis-Sensor-Amplituden-Speicher 528 hinzugefügt, um die Bestimmung der Übereinstimmung von Werten von Ampl2, die durch Iterationen der Engines 506 und 508 entstanden sind, zu erleichtern.
  • Der Prozess zur Normierung der Sensoramplitude 564 berechnet eine Amplitude, als ob sie an dem Ereignisort gemessen worden wäre, im Gegensatz zu der Messung an den verschiedenen Standorten der Sensoren des vorliegenden Ereignisses. Prozess 564 liest jedes Ereignis aus Speicher 534; und berechnet für jeden Sensor des vorliegenden Ereignisses eine normierte Amplitude (Ampl3) basierend auf der durch Prozess 562 bereitgestellten korrigierten Amplitude (Ampl2) und der Distanz, die mit dem Sensor in Speicher 534 verbunden ist. Die resultierende normierte Amplitude (Ampl3) wird beispielsweise in Speicher 528 gespeichert, wobei Ampl2 überschrieben wird. Die normierte Amplitude (Ampl3) kann in Bezug auf jede beliebige Distanz von dem Ereignis (z.B. 100 km) normiert werden.
  • Der Prozess zur Bestimmung der mittleren normierten Amplituden 566 stellt eine Schätzung einer Amplitude (Ampl4) für jedes Ereignis bereit. Die Schätzung basiert auf allen Amplituden für das vorliegende Ereignis, wie aus Speicher 528 gelesen. Die geschätzte Amplitude kann beispielsweise das arithmetische Mittel aller dieser Amplituden (Ampl3) sein. Prozess 566 stellt Ergebnisse für den Prozess zur Umwandlung der Amplitude in Stromstärke 568 bereit.
  • Der Prozess zur Umwandlung der Amplitude in Stromstärke 568 speichert in dem Ereignis-Stromstärke-Speicher 512 eine Zuordnung der Ereignisidentifizierung und der geschätzten Hauptentladungsstromstärke für jedes in Speicher 528 angeführte Ereignis. Die Hauptentladungsstromstärke kann eine Spitzenstromstärke oder ein Mittelwert sein (z.B. das quadratische oder das arithmetische Mittel). Prozess 568 berechnet eine geschätzte Hauptentladungsstromstärke unter Verwendung einer beliebigen, herkömmlichen Tabelle oder eines Algorithmus im öffentlichen Bereich.
  • Der Berichtprozess 514 kommuniziert mit anderen Mitgliedern des Netzwerks 140, um Informationen über Ereignisse bereitzustellen. Prozess 514 empfängt beispielsweise Anfragen für einmalige Berichte oder Bestellanfragen für Berichtabonnements, wobei jede Anfrage die Bereiche oder Orte, die von Interesse sind, angibt. Abonnements werden durch regelmäßige Berichterstattung oder durch Berichterstattung, sobald neue Informationen verfügbar sind, erfüllt. Informationen für Berichte können von jedem Speicher der Analysevorrichtung 120 bezogen werden. Wie dargestellt werden Ereignis-Stromstärke-Berichte für jedes Ereignis in Speicher 534 vorbereitet, indem Informationen aus Speicher 534 und Speicher 512 kombiniert werden.
  • System 500 verwendet, wenn es in Betrieb ist, Auswahl und Iteration für verbesserte Genauigkeit der Einschätzung des Orts eines Blitzeinschlags. Die Auswahl gemäß der bei der Systeminstallation definierten oder dynamisch zugewiesenen Kriterien kann eine minimale Anzahl von Gruppenmitgliedern, eine maximale Entfernung von dem vorgeschlagenen Sensor zu dem Ereignis für das Hinzufügen eines Sensors zu einer Gruppe, eine maximale Anzahl von Sensoren für eine Gruppe und eine Konfiguration von Rückkopplungs-Pfaden bestimmen. Geeignete Rückkopplungs-Pfade umfassen die Anwendung von Zeit- und/oder Amplitudenkorrekturen auf Datensätze in den Speichern 534, 504, 526 und 528 vor der Wiederholung der Durchführung von zumindest einem der Prozesse 530 und 542. Die Konfiguration der Rückkopplungs-Pfade kann eine beliebige Kombination von inneren und äußeren Zyklen für verschachtelte Iteration umsetzen.
  • Die Iteration ermöglicht eine Abwägung zwischen Verarbeitungszeit und Genauigkeit. Die Anzahl der Iterationen und die Anzahl der für die Iteration verwendeten Pfade kann gemäß den oben erläuterten Kriterien ausgewählt werden. Prozess 542 kann Iteration anwenden, um schrittweise exaktere geschätzte Ereignisorte zu bilden; Wenn beispielsweise zusätzliche Ereignisorte von Prozess 530 vorgeschlagen werden, kann eine weitere Iteration von Prozess 542 eine genauere Einschätzung des Ereignisorts bereitstellen. Außerdem können die Rückkopplungs-Pfade 545 alle an der Iteration beteiligt sein. Wenn beispielsweise ein neuer oder überarbeiteter geschätzter Ereignisort für die Rückkopplung zur Verfügung steht, kann Prozess 524 den neuen oder überarbeiteten Ort für das Hinzufügen von Sensoren zu der Gruppe für das entsprechende Ereignis verwenden. Die Iteration kann vorbestimmt oft wiederholt werden oder wiederholt werden, bis keine weiteren Gruppenmitglieder mehr hinzugefügt werden (z.B. wenn ein Sensor zu weit entfernt ist oder die Gruppe bereits die maximale Zahl an Mitgliedern aufweist). Die Rückkopplung auf Pfad 545 produziert im Allgemeinen eine neue oder überarbeitete Basis für den Vorschlag des Ereignisorts. Wenn beispielsweise eine neue oder überarbeitete Ankunftszeit für die Rückkopplung auf Pfad 545 zur Verfügung steht, kann Prozess 530 die neue oder überarbeitete Zeit für die Aktualisierung der vorgeschlagenen Ereignisorte für das entsprechende Ereignis nutzen. Die Iteration kann vorbestimmt oft wiederholt werden oder wiederholt werden, bis der Unterschied zwischen aufeinander folgenden geschätzten Ereignisorten (z.B. Ausgangssignal von Prozess 542) nicht über einer gewählten Grenze liegt. Die oben erläuterten Auswahlkriterien können weiters eine Iterationszahl auf jedem Pfad und eine passende Grenze umfassen.
  • In einer anderen Ausführungsform wird die Iteration umgesetzt, indem Rekursion gemäß der bekannten Äquivalenz von iterativen und rekursiven Programmierungstechniken eingesetzt wird.
  • In einer beispielhaften Konfiguration der Iterations- und Rückkopplungs-Pfade setzt System 500 gemäß den verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung ein Verfahren 700 aus 7A und 7B zur Einschätzung des Orts eines Blitzeinschlags ein. Jede Schleife in Verfahren 700 stellt eine Möglichkeit zur Umsetzung ei ner Iteration und/oder einer Rückkopplung wie oben erläutert bereit. Das Verfahren 700 umfasst eine erste Schleife, die für jede neue Fensterposition, von der aus Sensorbenachrichtigungen ausgewählt werden, durchlaufen wird. Innerhalb der ersten Schleife wird eine zweite Schleife für jedes Ereignis durchlaufen (z.B. für jede Gruppe die zu einem vorgeschlagenen Ereignis gehört). Innerhalb der zweiten Schleife wird eine dritte Schleife durchlaufen, wobei Pfad 545 wie oben erläutert umgesetzt wird.
  • In der ersten Schleife werden Benachrichtigungen von Sensoren empfangen (702). Jede Benachrichtigung weist eine berichtete Zeit (z.B. Zeit1) auf. Gruppen werden gebildet (704). Jede Gruppe umfasst Benachrichtigungen (oder Daten von Benachrichtigungen), die innerhalb eines Zeitraums, der auch als derzeitige Fensterposition bezeichnet wird, empfangen wurden. Jede Gruppe ist einem vorgeschlagenen Ereignis zugeordnet. Von jeder Gruppe kommt die Schätzung eines Ereignisorts (706). Nach der Bestimmung eines geschätzten Orts (wenn sinnvoll) für jedes vorgeschlagene Ereignis (z.B. für jede Gruppe) wird die Fensterposition um einen wie oben erläuterten Zeitschritt (z.B. Steuerung kehrt zu 702 zurück) nach vorne verschoben (708).
  • In der zweiten Schleife wird die Information, die von einer beliebigen Reihe von Gruppenmitgliedern abgeleitet wird, kombiniert (710), um für jede Reihe einen Ort für das entsprechende Ereignis vorzuschlagen. Wenn ein oder mehrere vorgeschlagene Orte unwahrscheinlich erscheinen (712) oder die berichteten Amplituden nicht mit der jeweiligen Distanz von dem Sensor zu dem vorgeschlagenen Ereignisort übereinstimmen, wird das vorgeschlagene Ereignis (d.h. die Gruppe) verworfen (714) (z.B. Steuerung kehrt zu 706 zurück). Sonst können Benachrichtigungen von anderen Sensoren zu dieser Gruppe hinzugefügt werden (716) und ein erster geschätzter Ereignisort (OrtN) wird bestimmt (718).
  • Im Allgemeinen kann eine Benachrichtigung für das Hinzufügen zu einer Gruppe als geeignet erachtet werden, wenn die Benachrichtigung mit einer Ankunftszeit in Verbindung steht, die korrigiert wurde, und wenn die korrigierte Zeit in ein Fenster fällt, das zur Bildung der Gruppe herangezogen wurde. Ein geschätzter Ereignisort kann beispielsweise als Basis für die Bestimmung der Distanz von einem Ereignis zu einem Sensor, einer geschätzten Ankunftszeit für eine solche Distanz und einer Ankunftszeit (Distanz dividiert durch die Lichtgeschwindigkeit), die angepasst wurde, um wie zuvor erläutert dem Gelände Rechnung zu tragen, herangezogen werden. In einer Ausführungsform (nicht dargestellt) leisten hinzugefügte Benachrichtigungen in Kombination einen Beitrag (710), um zusätzliche Orte zu ermitteln, die in der Gruppe belassen oder verworfen werden können (712, 714), bevor ein Ereignisort eingeschätzt (oder neu eingeschätzt) wird (718). Weitere und exaktere Schätzungen des Ereignisorts können dann beim Durchlauf durch die dritte Schleife erstellt werden.
  • In einer anderen Ausführungsform umfasst das Überarbeiten der Gruppe das Hinzufügen der Benachrichtigungen von anderen Sensoren zu der Gruppe und/oder das Entfernen von Benachrichtigungen aus der Gruppe. Benachrichtigungen werden entfernt, wenn gemäß den verschiedenen herkömmlichen Verfahren festgestellt wird, dass die Benachrichtigung entweder ein Rauschen darstellt oder die Benachrichtigung wahrscheinlich zu einem anderen Ereignis gehört.
  • In anderen Ausführungsformen werden Zeit- und/oder Amplitudenkorrekturen angewandt (544 und/oder 562), bevor ein Ereignisort eingeschätzt wird (718). Anders ausgedrückt kann der OrtN durch eine der folgenden Techniken bestimmt werden: (a) Schätzung des Ereignisorts (542) basierend auf einem ausgewählten SEL als Ausgangsposition; oder (b) durch die Auswahl eines SEL als OrtN. Die Auswahl eines SEL als Ausgangsposition oder als OrtN kann auf eine beliebige, herkömmliche Weise erfolgen.
  • In der dritten Schleife wird ein Basisort (OrtN, z.B. ein SEL oder EEL) als Basis für den Zugriff (720) einer Zeitkorrektur für jeden Sensor herangezogen. Die Zeitkorrektur für jeden Sensor wird von der Zeit, die von dem Sensor berichtet wurde (z.B. Wellenformeinsetzzeit) abgezogen (722). Der Basisort kann unter Anwendung einer Fehlerreduktionstechnik (z.B. der Methode des kleinsten quadratischen Fehlers) auf die Gruppe der vorgeschlagenen Orte (710 bis 716) berechnet werden. Wenn die Feh lerreduktionstechnik die Bestimmung eines ursprünglichen Orts erfordert, kann ein beliebiger vorgeschlagener Ort aus der Gruppe (unter Verwendung herkömmlicher heuristischer Techniken) ausgewählt und verwendet werden.
  • In anderen Ausführungsformen werden Amplitudenkorrekturen (562) statt oder zusätzlich zu der Anwendung (542) von Zeitkorrekturen (722) angewandt.
  • Die Kombination der aus den verschiedenen Reihen von Gruppenmitgliedern abgeleiteten Informationen kann wie oben für 710 erläutert wiederum eingesetzt werden, um eine Reihe von neuen vorgeschlagenen Orten zu ermitteln (OrteN + 1). Die neuen vorgeschlagenen Orte (OrteN + 1) werden verwendet, um einen neuen geschätzten Ereignisort (OrtN + 1) auf dieselbe Weise wie oben anhand 718 erläutert zu ermitteln (726). Gemäß den verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung kann der zuerst geschätzte Ort (OrtN) (716) als ursprünglicher Ort für die Bestimmung (726) eines nächsten geschätzten Orts (OrtN + 1) mittels einer Fehlerreduktionstechnik herangezogen werden.
  • Wenn die Distanz zwischen einem ersten und einem nächsten Ort (OrtN und OrtN + 1) über einer Grenze liegt, wird die Schleifenvariable inkrementiert (730) und die dritte Schleife wird erneut durchgeführt (bei 720), wobei OrtN + 1 als geschätzter Basisort herangezogen wird. Sonst wird der geschätzte Ort (OrtN + 1) als die beste Schätzung eines Ereignisorts vermerkt und die nächste Gruppe wird betrachtet (z.B. Steuerung kehrt zu 706 zurück).
  • In einer bevorzugten Ausführungsform lassen Iterationen der dritten Schleife eine weitere Analyse der Kombinationen (724) aus. Ein beliebiger vorgeschlagener Ort oder ein beliebiger vorhergehend geschätzter Ort (von einer beliebigen vorhergehenden Durchführung der dritten Schleife) kann mit anderen Mitgliedern der Gruppe für die Einschätzung (726) eines nächsten Orts (OrtN + 1) herangezogen werden. Durch das Vermeiden einer Analyse der Kombinationen werden Berechnungsressourcen eingespart. Im Allgemeinen wird jeder nächste geschätzte Ort unter Verwendung der in Bezug auf Zeit und/oder Amplitude korrigierten Daten jedes Grup penmitglieds und des unmittelbar vorhergehenden geschätzten Orts (OrtN) als bestimmter ursprünglicher Ort für den Einschätzungsprozess (726) berechnet (726).
  • Eine Einschätzung des Orts (718 oder 726) kann wie oben anhand des Prozesses zur Einschätzung von Ereignisorten 542 erläutert erfolgen. In einer bevorzugten Ausführungsform der Analysevorrichtung erfolgt die Einschätzung des Ereignisorts in einem ersten Arbeitsgang anhand einer Ausgangsreihe von vorgeschlagenen Orten, wobei das Ergebnis dann für die Anwendung der Zeitkorrekturen verwendet wird; und in einem zweiten Arbeitsgang anhand einer Reihe von vorgeschlagenen Orten, bei welchen die Zeitkorrekturen angewandt wurden. In jedem Arbeitsgang wird eine Einschätzung unter Verwendung der Methode des kleinsten quadratischen Fehlers erstellt.
  • Eine Fehlerreduktionstechnik kann das Finden eines passenden Minimums einer Fehlerfunktion von verschiedenen Variablen umfassen, welche den zu reduzierenden Fehler beschreibt. Das geeignete Minimum kann durch die Gleichsetzung jeder partiellen Ableitung bezogen auf eine Variable mit Null und das Auflösen des Systems solcher Gleichungen nach einem Tupel von Variabelwerten, die dem Minimum entsprechen, bestimmt werden. Durch die Verwendung eines Ursprungswerts für jede Variable können Minimalwerte der Funktion, die nicht das "beste" Minimum darstellen, vermieden werden. Eine Fehlerreduktionstechnik kann basierend auf einer beliebigen, herkömmlichen Kurvenanpassungstechnik (z.B. einer Methode des kleinsten quadratischen Fehlers) angewandt werden.
  • Variablen, die zur Definition der Fehlerfunktion herangezogen werden, können folgende umfassen: geographische Koordinaten (z.B. Breite, Länge, Peilung oder Distanz), Daten, die zur Bestimmung der geographischen Koordinaten verwendet werden (z.B. Ankunftszeit) und Daten, die für Messfehler verantwortlich sind (z.B. zufällige physikalische Prozesse in den Sensoren). Die Ankunftszeit kann ausgehend von der Distanz durch das Dividieren der Distanz durch eine passende Ausbreitungsgeschwindigkeit (z.B. im Allgemeinen Lichtgeschwindigkeit für alle Hochfrequenz-Frequenzen) berechnet werden. Im Allgemeinen kann ein Fehler als die Differenz zwischen einem berichteten Wert (z.B. Ankunftszeit oder Peilung) und einem vorgeschlagenen Wert (z.B. von einem vorgeschlagenen Ort abgeleitet) ausgedrückt werden. Die Differenz kann weiter durch einen passenden Ausdruck für den Messfehler dividiert werden.
  • In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt ein Blitzdetektionssystem (100) einen geschätzten Ort für ein Blitzereignis bereit und umfasst eine Vielzahl von Sensoren und eine Analysevorrichtung. Jeder Sensor 110 stellt Benachrichtigungen 504 bereit, die eine Sensoridentifizierung und den Zeitpunkt der Erfassung des Blitzereignisses aufweisen. Die Analysevorrichtung 120 umfasst eine Ausgangspositions-Engine 506 und eine Standort-Engine 508. Die Ausgangspositions-Engine 506 wählt 524 aus den bereitgestellten Benachrichtigungen 506 eine Vielzahl von Benachrichtigungen aus, die jeweils einen Zeitpunkt der Erfassung umfassen, die innerhalb eines Fensters stattgefunden hat, und stellt eine Vielzahl von ersten vorgeschlagenen Orten (SEL1 des ersten Durchlaufs zu 718) des Blitzereignisses gemäß den ausgewählten Benachrichtigungen bereit. Die Standort-Engine 508 führt folgende Schritte in beliebiger Reihenfolge durch: (a) Einschätzung 542 eines ersten geschätzten Orts (EEL1 bei dem ersten Durchlauf nach 718) des Blitzereignisses gemäß der Vielzahl der ersten vorgeschlagenen Orte (SEL1); (b) Bestimmung einer Vielzahl von zweiten vorgeschlagenen Orten (SEL2, die sich aus 545A, B, C und/oder D ergeben); (c) Einschätzung 542 eines zweiten geschätzten Orts (EEL2 bei einem weiteren Durchlauf 726) des Blitzereignisses gemäß den zweiten vorgeschlagenen Orten (SEL2); und (d) Bereitstellung des zweiten geschätzten Orts (EEL2) als geschätzten Ort des Blitzereignisses. Die Bereitstellung jedes zweiten vorgeschlagenen Orts (SEL2) erfolgt in Übereinstimmung mit dem jeweiligen ersten vorgeschlagenen Ort (SEL1), einer entsprechenden Zeitkorrektur und einer entsprechenden Amplitudenkorrektur. Jede entsprechende Zeitkorrektur erfolgt gemäß einer parametrischen Zeit, die 541 von einer Matrix 600 abgerufen wird, auf die gemäß einem geschätzten Ort (EEL bei einem vorhergehenden Durchlauf (z.B. EEL1)) zugegriffen wird. Jede entsprechende Amplitudenkorrektur erfolgt gemäß einer parametrischen Amplitude, die 561 von einer Matrix 600 abgerufen wird, auf die gemäß einem geschätzten Ort (EEL bei einem vorhergehenden Durchlauf (z.B. EEL1)) zugegriffen wird.
  • Wie oben erläutert kann ein Blitzdetektionssystem einen oder mehrere Sensoren umfassen, die Wellenformfunktionen erfüllen können. Wellenformen, das in dem Frequenzbereich durchgeführt wird, umfasst im Allgemeinen die Einstellung von einer oder mehreren Frequenzkomponenten, wobei speziell eine Größe und/oder Phase von einer oder mehreren Frequenzkomponenten angepasst wird. Ein Verfahren zur Einstellung der Komponenten gemäß den verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung kann in einer Wellenformungs-Engine wie oben erläutert umgesetzt werden. Prozess 426 der Engine 408 in 4 kann beispielsweise Verfahren 800 aus 8 umfassen. Bei Verfahren 800 werden Zeitproben eines empfangenen Lichtereignissignals (Signal1) aus dem Amplitudenprobenspeicher (402) ausgewählt (802). Die Auswahl führt zu einer Reihe von Proben von einem Nulldurchgang von Signal1 bis zu einem Zeitpunkt, der mit dem Shannon-Theorem (z.B. zumindest eine Periode der längsten erwünschten Komponentenwellenlänge) übereinstimmen. Eine Reihe von Frequenzbereichkomponenten wird von den ausgewählten Zeitproben abgeleitet (804). Jede Frequenzbereichkomponente weist eine Größe und eine Phase auf. Die Reihe wird für die Zwecke dieser Erläuterung als eine Reihe von N-Größen (A[f1 ... fN]) und eine andere Reihe von N entsprechenden Phasen (P[f1 ... fN]) identifiziert.
  • Eine Analyse (806) der Reihe der Frequenzbereichkomponenten stellt eine Knickpunktfrequenz (fb) bereit. Eine beliebige numerische Analyse kann eingesetzt werden. Eine Kurvenanpassungstechnik kann mit einer Ausgangsfrequenz (des Knickpunkts), einem ursprünglichen linksseitigen Anstieg (vor dem Knickpunkt, z.B. –1 im logarithmischen Frequenzbereich), einem ursprünglichen rechtsseitigen Anstieg über den Knickpunkt hinaus und einer Ausgangsgröße am Knickpunkt. Die Kurvenanpassungstechnik bestimmt die lineare Annäherung in zwei Segmenten mit einem Knickpunkt zwischen den Segmenten. Die Frequenzkomponenten bei Frequenzen unter etwa 10 kHz und über etwa 300 kHz können weggelassen werden. Es wurde beobachtet, dass die Frequenzen unter etwa 10 kHz keinen –1-Anstieg aufweisen; und dass Frequenzen über etwa 300 kHz einen relativ großen Rauschanteil umfassen können. Unter Verwendung einer Fehlerreduktionstechnik bezogen auf jeden Parameter (Knickpunktfrequenz, linksseitiger Anstieg, rechtsseitiger Anstieg und Knickpunktgröße) als Maß werden ein oder mehrere Parameter strategisch eingestellt (z.B. Bestimmung von eingestellten Werten als Ausgangswerte), um einen passenden Minimalfehler zu erhalten. Eine Reihe von Werten kann erhalten werden, indem die Bestimmung der linearen Annäherung in zwei Segmenten und die Berechnung des Maßes wiederholt wird (z.B. eine wirtschaftlich sinnvolle Anzahl an Wiederholungen oder bis eine weitere Einstellung der Parameter kein besseres Minimum der Metrik mehr ergibt). Der Wert für den rechtsseitigen Anstieg kann von einem Anstieg von –1 in dem logarithmischen Frequenzbereich abweichen. Als Folge der Kurvenanpassung werden eine Knickpunktfrequenz und ein rechtsseitiger Anstieg bestimmt (z.B. ωb und der Exponent "x" in f-x in dem logarithmischen Frequenzbereich).
  • In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgen die Kurvenanpassungsoperationen, die oben anhand des logarithmischen Frequenzbereichs erläutert wurden, in dem Frequenzbereich, der Potenzgesetzausdrücke verwendet.
  • Die Leitfähigkeit wird wie oben erläutert für die Verwendung in einer vereinfachten Filterfunktion bestimmt, um Einstellungswerte zu bestimmen, die auf bestimmte Frequenzkomponenten angewandt werden. Eine geeignete Filterfunktion kann ausgewählt werden, beispielsweise passend für ein Modell der erwarteten Verluste (z.B. Norton-Filterfunktion für Verluste aufgrund des Geländes oder andere Verluste aufgrund von Sprüngen). Eine geeignete Funktion der Leitfähigkeit bei der gegebenen Knickpunktfrequenz kann in Übereinstimmung mit der gewählten Filterfunktion ausgewählt werden. Eine einfache Quadratfunktion kann beispielsweise wie oben erläutert verwendet werden, wobei die Distanz (R) mit 200 km festgelegt wird. Die Leitfähigkeit wird dann berechnet (810) und in einer vereinfachten Filterfunktion (z.B. der oben erläuterten, vereinfachten Norton-Filterfunktion) verwendet, um eine Reihe von Frequenzbereicheinstellungen in Bezug auf Größe und Phase zu bestimmen (812). Die Reihe an Einstellungen wird für die Zwecke dieser Erläuterung als eine Reihe von N-Größeneinstellungen (G[f1 ... fN]) und einer weiteren Reihe von N entspre chenden Phaseneinstellungen (H[f1 ... fN]) identifiziert. Die eingestellten Größen bilden eine als B[] identifizierte Reihe und die eingestellten Phasen bilden eine als Q[] identifizierte Reihe.
  • Für jede N-Komponente wird die entsprechende Komponentengröße eingestellt (814), indem die nicht eingestellte Komponentengröße durch eine entsprechende Größeneinstellung (z.B. B[f1] = A[f1]/G[f1]) dividiert wird. Einstellungen können auf alle Frequenzkomponenten angewandt werden. Alternativ dazu können Einstellungen nur auf einige Frequenzkomponenten angewandt werden und auf andere nicht. Eingestellten Größen über der Knickpunktfrequenz können beispielsweise eingestellte Werte zugewiesen werden und anderen eingestellten Größen können Werte aus dem nicht eingestellten Satz (A[]) zugewiesen werden. Um Rechenkapazität zu sparen, werden vorzugsweise nur die Frequenzkomponenten für Frequenzen oberhalb der Knickpunktfrequenz eingestellt. Einstellungswerte in dem Frequenzbereich können aus der vereinfachten Filterfunktion erhalten werden. Alternativ dazu werden Einstellungswerte in dem logarithmischen Frequenzbereich ausgehend von einer Differenz zwischen der Kurve, die sich aus der Kurvenanpassung ergibt, (z.B. rechtes Segment) und der erwarteten Kurve (z.B. ein Segment mit einem Anstieg von –1 in der logarithmischen Frequenz) bestimmt. In dem logarithmischen Frequenzbereich wird die Einstellung von der entsprechenden Größenkomponente abgezogen. In dem Frequenzbereich wird die entsprechende Größenkomponente durch die Einstellung dividiert.
  • Für jede N-Komponente kann die entsprechende Komponentenphase eingestellt werden (816), indem eine entsprechende Phaseneinstellung von der nicht eingestellten Komponentenphase subtrahiert wird (z.B. Q[f1] = P[f1] – H(f1]. Einstellungen werden vorzugsweise auf alle Frequenzkomponenten angewandt. Alternativ dazu können Einstellungen auch nur auf einige Frequenzen angewandt werden und auf andere nicht.
  • Schließlich werden Zeitbereichsdaten bestimmt (818), ausgehend von dem Satz der eingestellten Frequenzkomponenten. Obwohl Fourier-Transformation (804) und in verse Fourier-Transformation (818) eingesetzt werden können, umfasst eine alternative Ausführungsform einen geeigneten digitalen Sperrfilter (Schaltung oder Prozess) für jede erwünschte Komponente und eine digitale Additionsverbindung (Schaltung oder Prozess).
  • Die vorhergehende Beschreibung erläutert bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die verändert oder modifiziert werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, der wie in den Ansprüchen definiert ist, abzuweichen. Während einige spezifische Ausführungsformen der Erfindung um der Klarheit Willen beschrieben wurden, soll der Schutzumfang der Erfindung anhand der untenstehend ausgeführten Ansprüche bemessen werden.

Claims (28)

  1. Verfahren zur Bereitstellung einer Beschreibung eines von einem Blitzereignis erhaltenen Signals, wobei das Signal durch die Wanderung durch ein Medium modifiziert wurde, und wobei das Verfahren Folgendes umfasst: einen Schritt zur Bestimmung einer Vielzahl an Frequenzbereichskomponenten des Signals; einen Schritt zur Bestimmung einer Vielzahl an eingestellten Größen für eine Anzahl an Frequenzbereichskomponenten der Vielzahl; und einen Schritt zur Bereitstellung einer Beschreibung des Zeitbereichsignals, das zumindest der Vielzahl an eingestellten Größen für die Anzahl an Frequenzbereichskomponenten entspricht.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, weiters umfassend: einen Schritt zur Bestimmung, ob das Signal über den Boden gewandert ist; und einen Schritt zur Bestimmung der Vielzahl an eingestellten Größen in Übereinstimmung damit, ob das Signal über den Boden gewandert ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, worin die eingestellten Größen in Übereinstimmung einer Filterfunktion der Frequenz und der Leitfähigkeit bestimmt werden, wenn bestimmt wurde, dass das Signal über den Boden gewandert ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, worin die angewendeten Einstellungen einen Leitfähigkeitseffekt des Bodens abschwächen.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Beschreibung eine Spitzenamplitude umfasst.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Beschreibung eine Anstiegszeit umfasst.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, worin die eingestellten Größen in Übereinstimmung mit einer ersten Funktion der Frequenz und der Leitfähigkeit bestimmt werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, worin das Verfahren weiters Folgendes umfasst: einen Schritt zur Bestimmung der Leitfähigkeit als zweite Funktion der Frequenz; und einen Schritt zur Bestimmung einer eingestellten Größe in Übereinstimmung mit der ersten Funktion und einem Ergebnis der zweiten Funktion.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, worin der Schritt zur Bestimmung der Leitfähigkeit Folgendes umfasst: einen Schritt zur Bestimmung einer Größen-Knickpunktfrequenz in der Anzahl an Frequenzbereichskomponenten; und einen Schritt zur Bestimmung der Leitfähigkeit in Übereinstimmung mit der Knickpunktfrequenz.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, worin der Schritt zur Bestimmung der Leitfähigkeit in Übereinstimmung mit der Knickpunktfrequenz die Berechnung der Quadratwurzel der Knickpunktfrequenz umfasst.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, worin: a. das Verfahren weiters einen Schritt zur Bestimmung einer Vielzahl an eingestellten Phasen für die Anzahl an Frequenzbereichskomponenten der Vielzahl umfasst; und b. der Schritt zur Bereitstellung der Beschreibung einen Schritt zur Bereitstellung der Beschreibung des Zeitbereichsignals umfasst, das weiters zumindest der Vielzahl an eingestellten Phasen für die Anzahl an Frequenzbereichskomponenten entspricht.
  12. Sensor, der eine Beschreibung eines von einem Blitzereignis erhaltenen Signals bereitstellt, wobei das Signal durch die Wanderung durch ein Medium modifiziert wurde, wobei der Sensor Folgendes umfasst: Mittel zur Bestimmung einer Vielzahl an Frequenzbereichskomponenten des Signals; Mittel zur Bestimmung einer Vielzahl an eingestellten Größen für eine Anzahl an Frequenzbereichskomponenten der Vielzahl; und Mittel zur Bereitstellung einer Beschreibung des Zeitbereichsignals, das zumindest der Vielzahl an eingestellten Größen für die Anzahl an Frequenzbereichskomponenten entspricht.
  13. Sensor nach Anspruch 12, weiters umfassend: Mittel zur Bestimmung, ob das Signal über den Boden gewandert ist; und Mittel zur Bestimmung der Vielzahl an eingestellten Größen in Übereinstimmung damit, ob das Signal über den Boden gewandert ist.
  14. Sensor nach Anspruch 13, worin die eingestellten Größen in Übereinstimmung mit einer Filterfunktion der Frequenz und der Leitfähigkeit bestimmt werden, wenn bestimmt wurde, dass das Signal über den Boden gewandert ist.
  15. Sensor nach Anspruch 12, worin die angewendeten Einstellungen einen Leitfähigkeitseffekt des Bodens abschwächen.
  16. Sensor nach Anspruch 12, worin die Beschreibung eine Spitzenamplitude umfasst.
  17. Sensor nach Anspruch 12, worin die Beschreibung eine Anstiegszeit umfasst.
  18. Sensor nach Anspruch 12, worin das Mittel zur Einstellung von Größen weiters jede Größe in Übereinstimmung mit einer ersten Funktion der Frequenz und der Leitfähigkeit bestimmt.
  19. Sensor nach Anspruch 18, weiters umfassend: Mittel zur Bestimmung der Leitfähigkeit als zweite Funktion der Frequenz; und Mittel zur Bestimmung einer eingestellten Größe in Übereinstimmung mit der ersten Funktion und einem Ergebnis der zweiten Funktion.
  20. Sensor nach Anspruch 19, worin das Mittel zur Bestimmung der Leitfähigkeit Folgendes umfasst: Mittel zur Bestimmung einer Größen-Knickpunktfrequenz in der Anzahl an Frequenzbereichskomponenten; und Mittel zur Bestimmung der Leitfähigkeit in Übereinstimmung mit der Knickpunktfrequenz.
  21. Sensor nach Anspruch 20, worin das Mittel zur Bestimmung der Leitfähigkeit in Übereinstimmung mit der Knickpunktfrequenz ein Mittel zur Berechnung der Quadratwurzel der Knickpunktfrequenz umfasst.
  22. Sensor nach Anspruch 12, worin: a. der Sensor weiters ein Mittel zur Bestimmung einer Vielzahl an eingestellten Phasen für die Anzahl an Frequenzbereichskomponenten der Vielzahl umfasst; und b. das Mittel zur Bereitstellung der Beschreibung ein Mittel zur Bereitstellung der Beschreibung des Zeitbereichsignals umfasst, das weiters zumindest der Vielzahl an eingestellten Phasen für die Anzahl an Frequenzbereichskomponenten entspricht.
  23. Blitzdetektionssystem, das eine Schätzung des Orts eines Blitzereignisses bereitstellt, wobei das System Folgendes umfasst: a. Analysemittel zur Bereitstellung der Schätzung des Orts eines Blitzereignisses in Übereinstimmung mit einer Vielzahl an Benachrichtigungen; b. eine Vielzahl an Sensormitteln, die jeweils eine Benachrichtigung der Vielzahl bereitstellen, die die Sensoridentifikation sowie den Zeitpunkt der Detektion des Blitzereignisses umfasst, wobei jedes Sensormittel Folgendes umfasst: (1) Mittel zum Empfangen eines Ereignisses und zur Bereitstellung eines ersten Zeitbereichsignals als Reaktion auf das Blitzereignis; (2) ein Wellenformungsmittel, das Folgendes umfasst: (a) Mittel zum Bestimmen einer Frequenzkomponente des ersten Signals; (b) Mittel zum Einstellen von zumindest einem aus Größe und Phase der Komponente, um eine eingestellte Komponente bereitzustellen; und (c) Mittel zum Bestimmen eines zweiten Zeitbereichsignals in Übereinstimmung mit der eingestellten Komponente; und (3) Mittel zum Übertragen und zum Bereitstellen der Benachrichtigung in Übereinstimmung mit dem zweiten Zeitbereichsignal.
  24. System nach Anspruch 23, worin das Wellenformungsmittel weiters Folgendes umfasst: a. Mittel zum Bestimmen einer Vielzahl an Frequenzkomponenten des ersten Signals; b. Mittel zum Einstellen einer Anzahl an Frequenzkomponenten der Vielzahl, um eine Vielzahl an eingestellten Komponenten bereitzustellen; und c. Mittel zum Bestimmen eines zweiten Zeitbereichsignals in Übereinstimmung mit der Vielzahl an eingestellten Komponenten.
  25. System nach Anspruch 24, worin das Wellenformungsgerät weiters Mittel zum Einstellen von Frequenzkomponenten der Anzahl umfasst, um eine Reihe an eingestellten Komponenten mit Größen, die im logarithmischen Frequenzbereich eine zur Frequenz umgekehrt proportionale Steigung aufweisen, bereitzustellen.
  26. System nach Anspruch 25, worin Steigung der logarithmischen Frequenz 1/f ist, worin f die Frequenz in Hertz ist.
  27. System nach Anspruch 24, worin jede Komponente der Anzahl jeweils einer Frequenz von über 50 kHz entspricht.
  28. System nach Anspruch 24, worin jede Komponente der Anzahl jeweils einer Frequenz von über 100 kHz entspricht.
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