天氣預測系統的制作方法
【專利摘要】本發明包括耦合到處理器的氣壓傳感器，處理器用于記錄壓力隨時間的改變，該處理器被耦合到提供對海拔的準確測量的GPS設備，該準確測量允許氣壓測量被歸一化，通常被歸一化到平均海平面。一旦測量已被歸一化，傳感器的垂直運動的效應就被有效地移除，并且所得趨勢顯示隨后可被用于天氣預測的絕對大氣壓。
【專利說明】天氣預測系統
[0001]本申請是申請日為2008年5月22日的題為“天氣預測系統”的中國發明專利申請200880019080.8(PCT/EP2008/056338)的分案申請。
發明領域
[0002]本發明的實施例涉及天氣預測系統，尤其涉及依賴于測量局部氣象大氣數據的局部改變的天氣預測系統。本發明還涉及適于實現這種天氣預測系統的信號處理器單元。
[0003]相關技術說明
[0004]現有天氣預測系統依賴于測量大氣壓、溫度、濕度隨時間推移的改變。通過在長時段上監視空氣壓力的改變，可使用壓力趨勢來作出關于短期天氣模式的預測，其中降壓指示不穩定的氣流和增加的惡劣天氣機會。
[0005]家用氣壓計可用已有數百年，而且使預測自動化的電子氣象臺最近也已面市。已知基于像溫度、氣壓、和濕度之類的氣象大氣數據來自動生成氣象預測。
[0006]預測天氣依賴于往往在多個小時中的氣壓趨勢，這要求傳感器就海拔而言保持相對靜止，因為氣壓是空氣密度和海拔的函數。這些已知技術的一項缺點在于其要求在長時段中位于穩定位置，以便跟蹤氣壓趨勢。
[0007]—些制造商已發行便攜式單元，并且若干年來氣壓傳感器已可用在具有用于使用它們來預測可能的天氣模式的指令的手表、高度計和其他便攜式器械中。然而，這些器械受到因海拔改變的緣故引起的壓力變動的影響，并且不能提供具有可靠性的自動預測，除非它們是靜止的。
[0008]這些單元缺乏海拔補償并且要求傳感器相對于水平面處于穩定。這妨礙了在正常使用期間使用這些移動傳感器進行天氣預測。通常，手表例如假設它們在夜間靜止則可用于在早晨給出預測，但不能用于在行進時預測天氣。此外，現有技術僅能針對壓力趨勢進行操作，但天氣預測還依賴于歸一化到海平面的絕對壓力的知識。
[0009]因此需要能在運動時生成可靠預測的便攜式天氣預測系統。本發明的目標就在于提供這樣的系統。
[0010]本發明的進一步目標是提供以精確和經濟的方式將天氣預測與位置信息相組合的便攜式系統。
發明概要
[0011]根據本發明，這些目標借助于移動天氣監視和預測系統通過使用由衛星無線電定位系統作出的絕對海拔測量以補償海拔效應來達成，由此在移動環境中提供對絕對大氣壓的經校準測量。
[0012]附圖簡述
[0013]本發明在對作為示例給出并通過附圖示出的實施例的描述的幫助下將被更好地理解，附圖中:
[0014]圖1根據國際大氣模型示出氣壓對海拔的依存性的示圖。
[0015]圖2以簡化示意性方式圖解本發明的設備的可能實現。
[0016]本發明可能實施例的詳細描述
[0017]根據圖2，根據本發明一方面的便攜式設備包括衛星無線電定位接收機，其包括天線和RF前端20，天線和RF前端20被安排成接收來自諸如GPS、GL0NASS或Galileo衛星等定位衛星的星座的無線電定位信號，并將其調整為適合GNSS處理器30的形式，例如數字或模擬格式的載波剝離信號或低-1F信號。GNSS處理器30處理無線電定位信號并如本領域公知地提取包括兩種水平坐標一一例如，瑋度和經度一一以及海拔數據的位置數據35。
[0018]根據本發明的一方面，壓力讀出單元40被安排成從氣壓傳感器90—一例如朝局部大氣壓敞開的絕對壓力電子傳感器--讀取輸入，并作為以像kPa或mbar (毫巴)之類的標準單位計的數字壓力值來提供壓力數據36。優選地，GNSS處理器30和壓力讀出單元40被實現在包括對應氣壓傳感器90的輸入的單個電子組件60中，例如單個集成電路。
[0019]處理器100記錄壓力36隨時間的改變，并且還被耦合到提供包含海拔信息的位置數據35的GNSS處理器30，該海拔信息允許氣壓測量被歸一化到標準海拔，通常被歸一化到平均海平面。圖1表示可用于此目的的標準氣壓曲線。然而，其他氣壓曲線也是可用的。
[0020]處理器100可以是執行存儲在存儲器105中的程序的通用微處理器，該程序包含用于將壓力歸一化到標準海拔、標識氣象壓力趨勢、并提供天氣預報以供在輸出單元120上顯示的軟件模塊。
[0021]從衛星定位系統獲得的海拔數據往往包括因無規律的衛星可見性、或多徑等緣故造成的偽象，例如假信號。雖然這些偽象的振幅可能是顯著的，但其持續期通常比與天氣預報相關的典型氣象現象的時間跨度短得多。處理器100隨即被編程為將不需要的偽象在使用它們來歸一化氣壓數據36之前濾除，例如通過在合適的時間區間上緩沖海拔數據并對其取平均。壓力數據36應優選地在相當長的時間區間上被緩沖和取平均。
[0022]平均海平面處的典型氣壓是1013.25mbar(101.325KPa)，更高的壓力一般與風平浪靜的天氣相關聯，而顯著更低的壓力與更疾風速和多變天氣相關聯。現有移動站不能測量絕對氣壓，除非手動輸入海拔，但這通常是旅行者未知的。因此，移動站指示其位置處的絕對壓力，但據此并不能知曉當前大氣狀況是“低壓”還是“高壓”系統的一部分。
[0023]海平面的典型大氣壓的范圍在990到1030mbar之間，這等效于約+/-200米的海拔變動，因此海拔不定性在測量中給出了當前解決方案并未補償的顯著誤差。
[0024]此外，壓力和溫度的快速改變往往在暴風雨逼近時發生，通常為數mbar的這些短期快速改變等效于數十米的海拔改變，并且可用于警告劇烈暴風雨的即將抵達，或有其他氣象危險，例如龍卷風。這僅在海拔變動的效應被補償的情況下才有可能，因為這些快速改變相對于海拔效應來說仍是較小的。
[0025]根據本發明的變形，處理器100可以是例如TOA、移動電話、或便攜式計算機等主系統的能訪問GPS和天氣單元200的處理器。訪問可通過物理或電連接來實現，或者通過一些合適的無線數據網來實現，例如通過藍牙鏈路。存儲器105還可包含用于顯示用戶的GPS位置、輔助導航等其他軟件模塊。
[0026]根據另一種變形，壓力讀出單元40可接管一些計算，由此緩解處理器100的負擔。例如，海拔取平均和壓力歸一化可在壓力讀出單元中執行，壓力讀出單元可提供已被歸一化到標準海拔的壓力數據36。
[0027]一旦測量已被歸一化，傳感器的垂直運動的效應就被有效地移除，并且所得趨勢顯示隨后可被用于天氣預測的絕對大氣壓。
[0028]平均測量被緩沖在存儲器中并被周期性地存儲，其中周期可以是固定的或可變的，并且還可加上時戳以允許校正缺漏測量。
[0029]周期性地處理數據存儲以確定歸一化氣壓的改變的絕對性和速率;這些隨后被用于預測可能的天氣、以及任何改變，尤其是與可能代表威脅的即將來臨的暴風雨的開始相關的改變。該處理可作為常規預報算法的一部分來自動調度一一如同樣本是作為數據管理過程的一部分被添加/丟棄的那樣，或者按需自動調度一一例如在用戶請求即時預報時。
[0030]或者，平均數據可在補償海拔之前被存儲并在平均數據被處理時對其進行補償，但這是次優的，因為在每次分析表時都需要處理平均數據。
[0031]此外，GPS坐標可與每個樣本集一起被存儲，這允許濾除絕對氣壓中由用戶相對于天氣系統的水平運動而引起的明顯改變，其中數百千米的水平改變即使在穩定天氣系統中也可能由于天氣系統中水平壓力梯度的緣故而引起明顯的壓力改變。
[0032]除了天氣預報模式外，本發明的設備還優選地具有定位模式，定位模式中其提供GPS單元的常規功能，例如定位和導航信息、速度、停靠點距離和方位、估計到達時間、跟蹤圖形等。
【主權項】
1.一種便攜式天氣預報設備，包括: 氣壓傳感器，其被配置成生成氣壓數據；以及 衛星無線電定位單元，其被配置成基于從無線電定位衛星接收的無線電定位信號來生成位置數據，其中所述位置數據包括海拔信息； 其中所述便攜式天氣預報設備被配置成: 濾除所述海拔信息中的不需要的偽象； 濾除所述氣壓數據中由所述便攜式天氣預報設備相對于天氣系統的水平運動而引起的明顯改變；以及 基于經濾除的海拔信息來將經濾除的氣壓數據歸一化為標準海拔。2.如權利要求1所述的便攜式天氣預報設備，其特征在于，進一步包括輸出單元，其被配置成基于所述被歸一化為標準海拔的壓力數據的時間變動來再現天氣預報。3.如權利要求2所述的便攜式天氣預報設備，其特征在于，進一步被配置成在檢測到潛在危險的氣象情形時發出警告信號。4.如權利要求2所述的便攜式天氣預報設備，其特征在于，進一步包括被配置成在所述輸出單元上提供位置和/或信息導航的定位/導航模式。5.—種用于用便攜式天氣預報設備來提供天氣預報的方法，包括: 生成氣壓數據； 基于從無線電定位衛星接收的無線電定位信號來生成位置數據，其中所述位置數據包括海拔信息； 濾除所述海拔信息中的不需要的偽象； 濾除所述氣壓數據中由所述便攜式天氣預報設備相對于天氣系統的水平運動而引起的明顯改變；以及 基于經濾除的海拔信息來將經濾除的氣壓數據歸一化為標準海拔。6.如權利要求5所述的方法，其特征在于，進一步包括基于所述被歸一化為標準海拔的壓力數據的時間變動來再現天氣預報。7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，進一步包括在檢測到潛在危險的氣象情形時發出警告信號。8.如權利要求6所述的方法，其特征在于，進一步包括在所述輸出單元上提供位置和/或信息導航的定位/導航模式。9.一種便攜式天氣預報設備，包括: 用于生成氣壓數據的裝置； 用于基于從無線電定位衛星接收的無線電定位信號來生成位置數據的裝置，其中所述位置數據包括海拔信息； 用于濾除所述海拔信息中的不需要的偽象的裝置； 用于濾除所述氣壓數據中由所述便攜式天氣預報設備相對于天氣系統的水平運動而引起的明顯改變的裝置；以及 用于基于經濾除的海拔信息來將經濾除的氣壓數據歸一化為標準海拔的裝置。10.如權利要求9所述的便攜式天氣預報設備，其特征在于，進一步包括用于基于所述被歸一化為標準海拔的壓力數據的時間變動來再現天氣預報的裝置。11.如權利要求10所述的便攜式天氣預報設備，其特征在于，進一步包括用于在檢測到潛在危險的氣象情形時發出警告信號的裝置。12.如權利要求10所述的便攜式天氣預報設備，其特征在于，進一步包括用于在所述輸出單元上提供位置和/或信息導航的定位/導航模式的裝置。
【文檔編號】G01S19/33GK105842757SQ201610269533
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2008年5月22日
【發明人】P·楊, A·金恩吉亞
【申請人】高通股份有限公司