一种基于脉冲匹配的宽带干涉仪闪电定位方法及系统

技术领域

本发明涉及闪电定位技术领域，特别是涉及一种基于脉冲匹配的宽带干涉仪闪电定位方法及系统。

背景技术

目前常用的干涉仪定位技术通常以一定宽度信号作为窗口，并以一定步长(设定数量的采样点)在同步探测信号上递进，这种方法通常称为质心法(centroid approach)。这种方法理论上每递进一个步长可以获得一个定位点，因此，理论上的最小时间分辨率为递进步长代表的时间，但这在实际中是远远达不到的理论值，一方面，由于窗口的存在，在若干次递进中会得到重复的定位点，因为互相关方法获得的时间差实际上是由窗口内的最强脉冲决定的，也就是说会出现很多被重复定位的重叠在一起的定位点；另一方面，对于工作在甚高频(Veryhigh frequency，VHF)频段的干涉仪而言，设定数量的采样点对应的递进窗口内通常会有几十个脉冲信号，导致窗口内的弱脉冲信号通常无法被定位，导致最终对于闪电的定位并不准确。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于脉冲匹配的宽带干涉仪闪电定位方法及系统，以提高干涉仪对闪电辐射源定位的精度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于脉冲匹配的宽带干涉仪闪电定位方法，包括：

获取闪电辐射源发出的闪电的甚高频辐射脉冲信号集合，所述甚高频辐射脉冲信号集合包括第一甚高频辐射脉冲信号、第二甚高频辐射脉冲信号和第三甚高频辐射脉冲信号，所述甚高频辐射脉冲信号集合为组成宽带甚高频干涉仪的三个天线同时采集的；

将设定时间段内的所述第一甚高频辐射脉冲信号确定为基准脉冲信号；

确定所述第二甚高频辐射脉冲信号中与所述基准脉冲信号的波形差在第一设定范围内的脉冲信号为第一比对脉冲信号，确定所述第三甚高频辐射脉冲信号中与所述基准脉冲信号的波形差在第二设定范围内的脉冲信号为第二比对脉冲信号；

采用互相关算法将所述第一比对脉冲信号、所述第二比对脉冲信号均移动到与所述基准脉冲信号对应的位置处，得到脉冲信号集合；所述脉冲信号集合包括匹配后的第一比对脉冲信号、匹配后的第二比对脉冲信号和匹配后的基准脉冲信号；

利用设定宽度的滑动窗口同时对所述脉冲信号集合中的各个脉冲信号进行覆盖，确定所述闪电辐射源的位置。

一种基于脉冲匹配的宽带干涉仪闪电定位系统，包括：

获取模块，用于获取闪电辐射源发出的闪电的甚高频辐射脉冲信号集合，所述甚高频辐射脉冲信号集合包括第一甚高频辐射脉冲信号、第二甚高频辐射脉冲信号和第三甚高频辐射脉冲信号，所述甚高频辐射脉冲信号集合为组成宽带甚高频干涉仪的三个天线同时采集的；

基准信号确定模块，用于将设定时间段内的所述第一甚高频辐射脉冲信号确定为基准脉冲信号；

比对信号获取模块，用于确定所述第二甚高频辐射脉冲信号中与所述基准脉冲信号的波形差在第一设定范围内的脉冲信号为第一比对脉冲信号，确定所述第三甚高频辐射脉冲信号中与所述基准脉冲信号的波形差在第二设定范围内的脉冲信号为第二比对脉冲信号；

匹配模块，用于采用互相关算法将所述第一比对脉冲信号、所述第二比对脉冲信号均移动到与所述基准脉冲信号对应的位置处，得到脉冲信号集合；所述脉冲信号集合包括匹配后的第一比对脉冲信号、匹配后的第二比对脉冲信号和匹配后的基准脉冲信号；

定位模块，用于利用设定宽度的滑动窗口同时对所述脉冲信号集合中的各个脉冲信号进行覆盖，确定所述闪电辐射源的位置。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明通过提取在第一甚高频辐射脉冲信号上提取设定时间段内的脉冲信号作为基准脉冲信号，在第二甚高频辐射脉冲信号和第三甚高频辐射脉冲信号上分别提取与基准脉冲信号相似的信号，采用互相关算法对提取的相似信号与基准信号进行匹配，仅仅使用提取的基准脉冲信号进行匹配与定位，并未使用采集的完整的第一甚高频辐射脉冲信号，而且仅选取三个脉冲信号中设定脉冲峰值同时出现在窗口的对应的峰值时间求取闪电辐射源位置，使得第一甚高频辐射脉冲信号不会重复参与定位，提高干涉仪对闪电辐射源定位的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1提供的基于脉冲匹配的宽带干涉仪闪电定位方法的流程图；

图2为本发明实施例1提供的基于脉冲匹配的宽带干涉仪闪电定位系统的结构示意图；

图3为本发明实施例2提供的2016年架设于肯尼迪航天中心附近的宽带甚高频干涉仪和快速电场变化天线的站点布局图；

图4(a)为本发明实施例2提供的长度为1700个采样点的背景噪声图；

图4(b)为图4(a)中背景噪声的频谱图；

图4(c)为图4(a)的局部放大图；

图4(d)为图4(b)的局部放大图；

图5(a)为本发明实施例2提供的长度为1700个采样点的甚高频辐射脉冲信号的脉冲图；

图5(b)为图5(a)中甚高频辐射脉冲信号的频谱图；

图5(c)为图5(a)的局部放大图；

图6(a)为图4(a)中的背景噪声信号经过带通滤波器后被滤除部分的脉冲图；

图6(b)为图4(a)中的背景噪声信号经过带通滤波器后被保留部分的脉冲图；

图6(c)为图6(a)的频谱图；

图6(d)为图6(b)的频谱图；

图7(a)为图5(a)中的闪电甚高频辐射脉冲信号经过带通滤波器后被滤除部分的脉冲图；

图7(b)为图5(a)中的闪电甚高频辐射脉冲信号经过带通滤波器后被保留部分的脉冲图；

图7(c)为图7(a)的频谱图；

图7(d)为图7(b)的频谱图；

图8(a)为本发明实施例2提供的天线chA上选取的甚高频辐射脉冲信号的脉冲图；

图8(b)为本发明实施例2提供的天线chB上选取的甚高频辐射脉冲信号的脉冲图；

图8(c)为本发明实施例2提供的天线chC上选取的甚高频辐射脉冲信号的脉冲图；

图9(a)为本发明实施例2提供的天线chA上选取的甚高频辐射脉冲信号与天线chB上选取的甚高频辐射脉冲信号经过广义互相关算法匹配在一起的甚高频辐射脉冲信号的脉冲图；

图9(b)为本发明实施例2提供的天线chA上选取的甚高频辐射脉冲信号与天线chC上选取的甚高频辐射脉冲信号经过广义互相关算法匹配在一起的甚高频辐射脉冲信号的脉冲图；

图10(a)为本发明实施例2提供的确定辐射源位置的几何示意图；

图10(b)为本发明实施例2提供的定位误差的评价方法示意图；

图11(a)为本发明实施例2提供的甚高频辐射脉冲信号经过40M-80M带通滤波后的脉冲匹配结果图；

图11(b)为本发明实施例2提供的甚高频辐射脉冲信号经过20M-80M带通滤波器后的脉冲匹配结果图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

本实施例提供了一种基于脉冲匹配的宽带干涉仪闪电定位方法，如图1所示，所述方法包括：

步骤101：获取闪电辐射源发出的闪电的甚高频辐射脉冲信号集合。所述甚高频辐射脉冲信号集合包括第一甚高频辐射脉冲信号、第二甚高频辐射脉冲信号和第三甚高频辐射脉冲信号，所述甚高频辐射脉冲信号集合为组成宽带甚高频干涉仪的三个天线同时采集的。

步骤102：将设定时间段内的所述第一甚高频辐射脉冲信号确定为基准脉冲信号。

步骤103：确定所述第二甚高频辐射脉冲信号中与所述基准脉冲信号的波形差在第一设定范围内的脉冲信号为第一比对脉冲信号，确定所述第三甚高频辐射脉冲信号中与所述基准脉冲信号的波形差在第二设定范围内的脉冲信号为第二比对脉冲信号。

步骤104：采用互相关算法将所述第一比对脉冲信号、所述第二比对脉冲信号均移动到与所述基准脉冲信号对应的位置处，得到脉冲信号集合。所述脉冲信号集合包括匹配后的第一比对脉冲信号、匹配后的第二比对脉冲信号和匹配后的基准脉冲信号。

步骤105：利用设定宽度的滑动窗口同时对所述脉冲信号集合中的各个脉冲信号进行覆盖，确定所述闪电辐射源的位置。

其中步骤105，具体包括：

利用设定宽度的滑动窗口同时对所述脉冲信号集合中的各个脉冲信号进行覆盖，确定峰值时间集合和脉冲波形集合；所述峰值时间集合包括所述脉冲信号集合中所有脉冲信号的设定脉冲峰值同时出现在所述滑动窗口中时各脉冲信号对应的峰值时间；所述脉冲波形集合包括所述脉冲信号集合中所有脉冲信号的设定脉冲峰值同时出现在所述滑动窗口中时各脉冲信号的脉冲波形。

计算所述脉冲信号集合中各脉冲信号之间的相关系数，得到相关系数集合，并根据所述相关系数集合判断所有的脉冲信号是否为同一闪电辐射源的同一放电事件。

若是，则根据所述峰值时间集合确定第一时间差和第二时间差；所述第一时间差为所述基准脉冲信号与所述第一比对脉冲信号的时间差；所述第二时间差为所述基准脉冲信号与所述第二比对脉冲信号的时间差。

根据所述第一时间差和所述第二时间差计算闪电辐射源的方位角和仰角。

由所述方位角和所述仰角确定所述闪电辐射源的位置。

其中，所述根据所述第一时间差和所述第二时间差计算所述闪电辐射源的方位角和仰角，具体为：

将所述宽带甚高频干涉仪中的第一天线和所述宽带甚高频干涉仪中的第二天线的连线确定为第一基线；将所述宽带甚高频干涉仪中的第一天线和所述宽带甚高频干涉仪中的第三天线的连线确定为第二基线；所述第一天线用于获取所述第一甚高频辐射脉冲信号，所述第二天线用于获取所述第二甚高频辐射脉冲信号，所述第三天线用于获取所述第三甚高频辐射脉冲信号；

若第一基线与第二基线正交，则根据公式

若所述第一基线与所述第二基线不正交，且所述第一基线与正北方向的夹角不为0，则根据公式

其中，在步骤103之前还包括：

将所述设定时间段内的所述第二甚高频辐射脉冲信号确定为第一主窗口脉冲信号；将所述设定时间段内的所述第三甚高频辐射脉冲信号确定为第二主窗口脉冲信号。

将第一时间段内的所述第二甚高频辐射脉冲信号确定为第一辅窗口脉冲信号；将第二时间段内的所述第二甚高频辐射脉冲信号确定为第二辅窗口脉冲信号；将所述第一时间段内的所述第三甚高频辐射脉冲信号确定为第三辅窗口脉冲信号；将所述第二时间段内的所述第三甚高频辐射脉冲信号确定为第四辅窗口脉冲信号；所述第一时间段为所述设定时间段之前的时间段，所述第二设定时间段为所述设定时间段之后的时间段，所述第一时间段、所述设定时间段和所述第三设定时间段形成连续时间段。

将所述第一主窗口脉冲信号、所述第一辅窗口脉冲信号和所述第二辅窗口脉冲信号确定为选取后的第二甚高频辐射脉冲信号；将所述第二主窗口脉冲信号、所述第三辅窗口脉冲信号和所述第四辅窗口脉冲信号确定为选取后的第三甚高频辐射脉冲信号。

其中，在步骤102之前还包括：

对所述闪电的甚高频辐射脉冲信号进行滤波处理得到滤波后的甚高频辐射脉冲信号。

对应上述方法，本实施例还提供了一种基于脉冲匹配的宽带干涉仪闪电定位系统，如图2所示，所述系统包括：

获取模块，用于获取闪电辐射源发出的闪电的甚高频辐射脉冲信号集合，所述甚高频辐射脉冲信号集合包括第一甚高频辐射脉冲信号、第二甚高频辐射脉冲信号和第三甚高频辐射脉冲信号，所述甚高频辐射脉冲信号集合为组成宽带甚高频干涉仪的三个天线同时采集的。

基准信号确定模块，用于将设定时间段内的所述第一甚高频辐射脉冲信号确定为基准脉冲信号。

比对信号获取模块，用于确定所述第二甚高频辐射脉冲信号中与所述基准脉冲信号的波形差在第一设定范围内的脉冲信号为第一比对脉冲信号，确定所述第三甚高频辐射脉冲信号中与所述基准脉冲信号的波形差在第二设定范围内的脉冲信号为第二比对脉冲信号。

匹配模块，用于采用互相关算法将所述第一比对脉冲信号、所述第二比对脉冲信号均移动到与所述基准脉冲信号对应的位置处，得到脉冲信号集合；所述脉冲信号集合包括匹配后的第一比对脉冲信号、匹配后的第二比对脉冲信号和匹配后的基准脉冲信号。

定位模块，用于利用设定宽度的滑动窗口同时对所述脉冲信号集合中的各个脉冲信号进行覆盖，确定所述闪电辐射源的位置。

作为一种可选的实施方式，所述定位模块，具体包括：

集合确定模块，用于利用设定宽度的滑动窗口同时对所述脉冲信号集合中的各个脉冲信号进行覆盖，确定峰值时间集合和脉冲波形集合；所述峰值时间集合包括所述脉冲信号集合中所有脉冲信号的设定脉冲峰值同时出现在所述滑动窗口中时各脉冲信号对应的峰值时间；所述脉冲波形集合包括所述脉冲信号集合中所有脉冲信号的设定脉冲峰值同时出现在所述滑动窗口中时各脉冲信号的脉冲波形。

第一判断单元，用于计算所述脉冲信号集合中各脉冲信号之间的相关系数，得到相关系数集合，并根据所述相关系数集合判断所有的脉冲信号是否为同一闪电辐射源的同一放电事件。

时间差计算单元，用于若是，则根据所述峰值时间集合确定第一时间差和第二时间差；所述第一时间差为所述基准脉冲信号与所述第一比对脉冲信号的时间差；所述第二时间差为所述基准脉冲信号与所述第二比对脉冲信号的时间差。

角度计算单元，用于根据所述第一时间差和所述第二时间差计算闪电辐射源的方位角和仰角。

定位单元，用于由所述方位角和所述仰角确定所述闪电辐射源的位置。

作为一种可选的实施方式，还包括：

主窗口脉冲信号获取模块，用于将所述设定时间段内的所述第二甚高频辐射脉冲信号确定为第一主窗口脉冲信号；将所述设定时间段内的所述第三甚高频辐射脉冲信号确定为第二主窗口脉冲信号。

辅窗口脉冲信号获取模块，用于将第一时间段内的所述第二甚高频辐射脉冲信号确定为第一辅窗口脉冲信号；将第二时间段内的所述第二甚高频辐射脉冲信号确定为第二辅窗口脉冲信号；将所述第一时间段内的所述第三甚高频辐射脉冲信号确定为第三辅窗口脉冲信号；将所述第二时间段内的所述第三甚高频辐射脉冲信号确定为第四辅窗口脉冲信号；所述第一时间段为所述设定时间段之前的时间段，所述第二设定时间段为所述设定时间段之后的时间段，所述第一时间段、所述设定时间段和所述第二设定时间段形成连续时间段。

选取模块，用于将所述第一主窗口脉冲信号、所述第一辅窗口脉冲信号和所述第二辅窗口脉冲信号确定为选取后的第二甚高频辐射脉冲信号；将所述第二主窗口脉冲信号、所述第三辅窗口脉冲信号和所述第四辅窗口脉冲信号确定为选取后的第三甚高频辐射脉冲信号。

作为一种可选的实施方式，还包括：

滤波模块，用于对所述闪电的甚高频辐射脉冲信号进行滤波处理得到滤波后的甚高频辐射脉冲信号。

作为一种可选的实施方式，所述角度计算单元包括：

基线确定子单元，用于将所述宽带甚高频干涉仪中的第一天线和所述宽带甚高频干涉仪中的第二天线的连线确定为第一基线；将所述宽带甚高频干涉仪中的第一天线和所述宽带甚高频干涉仪中的第三天线的连线确定为第二基线；所述第一天线用于获取所述第一甚高频辐射脉冲信号，所述第二天线用于获取所述第二甚高频辐射脉冲信号，所述第三天线用于获取所述第三甚高频辐射脉冲信号；

第一角度计算子单元，用于若第一基线与第二基线正交，则根据公式

第二角度计算子单元，用于若所述第一基线与所述第二基线不正交，且所述第一基线与正北方向的夹角不为0，则根据公式

实施例2

本实施例采用的观测资料来自于2016-2017年布设于肯尼迪航天中心附近的宽带甚高频干涉仪。该宽带甚高频干涉仪由三个在100米等边三角形基线条件下的宽带甚高频(16-88MHz)平板接收天线(如图中的INTFA、INTF B、INTF C)构成，天线布局如图3所示，不同于以往同类观测中采用的正交基线布局。

采用现有的定位技术，美国新墨西哥理工大学的宽带甚高频干涉仪能够以亚微秒的时间分辨率连续准确地确定甚高频辐射事件的二维到达方向。每个接收器和快速电场变化天线(FastAntenna，FA)的时间序列波形以180ms/s的采样速率和16位的采样精度被同步记录。对宽带甚高频干涉仪的波形进行后处理，通常生成1.4μs(以256个采样点作为窗口宽度)的曝光甚高频图像，图像之间的偏移为0.35μs(以64个采样点为步长的递进窗口)。每个图像的质心或最亮像素在空间和时间上被映射，以确定闪电辐射源的二维(0.35μs)发展过程，本实施例用于对比的定位结果就是由以上参数的定位技术获取。

1、算法介绍：

类似于现有技术中在对低频闪电探测系统定位能力提升中所做的，定位能力的提升始终是围绕着对探测系统特点和对探测到的电场信号特征的准确分析基础之上。并针对闪电电场信号特点，将经验模态分解方法引入到对闪电电场信号的分析中来，进而提出了对待分析信号进行双向双面镜像延拓的集合经验模态分解方法，以优化信号特征并提升算法的降噪性能，特别是能够大幅提升对弱脉冲信号提取的准确性。

这里我们给出2段干涉仪的甚高频辐射脉冲信号的波形，作为利用基于双向双面镜像延拓的集合经验模态分解方法(Double-sided Bidirectional MirrorextensionEEMD，DBM_EEMD)为内核的希尔伯特-黄变换进行信号特征分析的示例。首先需要了解的是探测系统获取的背景噪声情况，如图4所示为一段长为1700个采样点(9.44μs)的背景噪声(图4(a))及其频谱(图4(b))。从图4(b)中所示的背景噪声的谱带分析可以看到，背景噪声来源为以下几个方面：信号的0线漂移、采集频段内的白噪声(如图4(c)，可能叠加了其它来源的弱噪声)、在89MHz附近多个频道较强的广播信号(图4(d))。这三类噪声信号对于以广义互相关技术为基础求取时间差进行定位来说会有严重影响。

如图5(a)所示为一段同样长为1700个采样点(9.44μs)的甚高频辐射脉冲信号的波形，整体而言辐射信号较弱。从图5(b)中的频谱分析中可以看到，背景噪声中的两个强噪声源，其中0线漂移和广播信号噪声稳定存在，在对探测信号的大量分析对比中也发现背景噪声没有发生大的改变。图5(c)是采集频段内的甚高频辐射信号的谱分布特征，其中包含覆盖全频段的弱的白噪声信号(可能存在幅值很弱的其它来源噪声)。此外，从图5(c)中可以看到，在40MHz以下(即探测频段内的相对低频段)存在振幅相对较大的相对低频信号和噪声。现有技术的研究中发现，在脉冲信号匹配和脉冲峰值时间差的求取过程中，探测频段内相对低频波动对脉冲信号信息的准确提取具有很大干扰。

1.1信号的DBM_EEMD降噪

通过以上信号特征分析，在掌握探测信号的主要特征之后，我们采用DBM_EEMD算法构造一个带通滤波器，只保留探测信号中40-80MHz的信号分量，这样能够有效提高波形匹配的准确性，也有助于获取更为准确的脉冲峰值时间，用于求取不同天线间同一个脉冲信号的时间差，进而实现辐射源的精准定位。

图6(a)中包含了背景噪声中的0线漂移、广播信号和40MHz以下的白噪声分量(频谱分布如图6(b)所示)，与图4(a)中原始波形的简单的形态对比可知，用DBM_EEMD构造的带通滤波器能够有效去除噪声的绝大部分分量。带通滤波后的40-80MHz(频谱如图6(d)所示)的背景噪声绝对成分已经很小(如图6(c)所示)，背景噪声的极差(最大值与最小值的差)小于250(采集信号的极差为216)。

对于含噪的甚高频辐射脉冲信号，经过带通滤波器之后，虽然会损失一部分真实信号的分量(滤除部分如图7(a)所示，其频谱如图7(b)所示)，但是这种对部分信号成分的放弃是有价值的，信号中仅残余极少量的噪声信号成分，能在最大程度上减小噪声信号的影响(带通后的信号如图7(c)所示，频谱如图7(d)所示)；带通滤波后的信号成分相对简单，带宽较窄，可以有效提高信号匹配的准确度；有助于显著提升波形中脉冲信息提取的丰富性和准确性。

1.2信号的互相关匹配

完成对原始信号特征分析并用DBM_EEMD构造带通滤波器对原始信号进行质量控制和信号重构后，本实施例用广义互相关技术将不同天线上的信号进行匹配，为进一步的脉冲信号识别、匹配做准备。

与广义互相关技术的窗口匹配方法截然不同的是，本实施例提出和采用的技术路线引入了辅助窗口(auxiliary window)的概念。如图8中所示，一段192个采样点的信号被分割为3个部分：位于信号中段的长度为64个采样点的主窗口(main window)，(以2016在KSC的观测为例，三个天线构成一个等边三角形，基线长度为100m，当闪电产生的辐射信号被宽带甚高频干涉仪天线接收时，产生的时间差不会大于光速传播100m所需的时间，即330ns，180M采样率下(时间分辨率5.5ns)对应大约60个采样点的偏差，为了算法的容错性和通用性，我们取用了64作为auxiliarywindow的长度。算法中main window要保持与auxiliarywindow相似的权重，因此mainwindow的长度也被设定为64个采样点)以及位于main window两侧的长度为64个采样点的auxiliarywindow。具体来说就是以天线chA作为中心站如图8(a)所示，以每次截取64个采样点作为mainwindow，并在main window两侧分别构造一个为0值的auxiliarywindow，如图8(a)和图8(c)所示，在chB与chC上main window截取的是与chA同时段的真实信号，不同的是它们的auxiliary window也是向两侧扩展长度为64个采样点的真实信号。auxiliary window的长度取决于宽带甚高频干涉仪天线构成的最长基线的长度。

这种mainwindow与auxiliarywindow的设定具有多方面的优势。首先，信号不会重复参与定位。这是因为，在中心站(chA)的时间轴上，以64个采样点(352ns)遍历信号，在其它天线的信号中(main window+2auxiliary window)用广义互相关方法找出一段与chA的mainwindow信号形态尽可能一致的信号进行后续的脉冲波形匹配和定位计算，chA上的信号不会被重复利用，因此不会出现被重复定位的信息；另一方面，学者们通常又期望通过进一步缩小窗口的大小以获取更多的辐射源信息，但是宽带甚高频干涉仪的基线长度通常限定了同一个放电事件在不同天线间的最大时间差，这也就限定了窗口匹配算法所能采用的最小的窗口宽度，而本实施例提出的这种mainwindow与auxiliary window相结合的设定实际上突破了以上限制；更重要的是，在chA上只有mainwindow而没有auxiliarywindow的设定可以显著提升广义互相关进行窗口匹配的准确性，进而提升下一步在更小时间尺度上对脉冲信号进行匹配和信息提取的准确度。

1.3微尺度窗口下的脉冲提取

如图8中所示，chB、chC与chA的最大相关系数出现在将chB和chC分别向左偏移Δt

这样，为了将mainwindow内不同天线上的脉冲信号准确地进行配对，还需要更多的步骤和约束条件来实现：

a.首先在中心站chA的mainwindow内找出所有峰值(局部极大值)大于阈值(如图9中水平虚线所示)的脉冲峰的时刻(以图9(a)中所示

chA上的最强脉冲为例，其峰值时刻为T

b.以T

c.对step b中初步配对的三个脉冲进行相似性判断，即以配对成功的三个脉冲各自的峰值时刻(T

d.三个配对成功的脉冲的峰值时刻分别为T

2.非线性最小二乘求解

通常情况下，为了获取闪电辐射源的二维信息(方位角和仰角)需要一组基线正交的干涉仪天线来测量辐射源信号到达天线间的时间差。然后用下公式计算得到辐射源的方位角和仰角：

其中d为基线长度，τ

但是天线的布设通常很难保证完全正交并且基线方向精确地指向基准方向，因此对于非正交、基线1(chA与chB形成的基线)不指向方位角为0(Az

其中Δθ＝Az

在几何上，方程2求解的是天空余弦投影中两条直线的交点，如图10(a)所示。两个天线之间的到达时间差τ

其中cos(α)和cos(β)是方向余弦，θ

其中N表示干涉仪的天线数量Δt

经过以上步骤，利用DBM_EEMD方法对原始信号进行质量控制；通过main window与auxiliary window相结合，利用广义互相关方法实现不同天线信号的波形匹配；在微尺度窗口下(11ns)通过对脉冲信号的阈值约束、相似度约束等实现脉冲信号的准确配对和到达时间差提取；最终用非线性最小二乘法求解得到匹配脉冲辐射源的空间二维坐标，可以得到相比于基于窗口的定位方法更为丰富的闪电放电信息。以图8中所示长度为64个采样点(时长0.355μs)的chA的mainwindow波形为例，基于窗口的定位方法在以32个采样点作为步进步长时，可以得到2个辐射源定位结果，当步进步长为64个采样点时，仅能得到1个辐射源定位结果。而采用本实施例提出的基于全脉冲匹配的定位方法，定位结果的丰富程度则大幅提升，特别是本实施例引入的DBM_EEMD方法构造的带通滤波器对脉冲信号的提取具有重要作用。如图11(a)所示，当信号经过40-80M带通滤波后称为相对窄带信号，信号中的脉冲性特征被凸显，0.355μs时长窗口内共有21组符合筛选阈值的脉冲被成功匹配和定位；如图11(b)所示，当信号经过的是20-80M带通滤波器时，信号的上限频率是下限频率的4倍，相对低频信号与相对高频信号的相互叠加，使甚高频辐射信号特征更为复杂仅有14组脉冲符合筛选阈值并被成功匹配和定位，这是由于不同频段的信号到达不同天线时，由于到达时间的差不同，与之叠加的信号可能来自不同辐射源或者同一辐射源但是叠加时的相位不同，产生不同的信号增幅或者抵消效果，使信号特征变得更加复杂。信号采集频段外的噪声信号(信号幅度远高于白噪声信号)则对波形匹配、脉冲信号峰值时刻的提取具有严重影响，在不对原始信号进行质量控制的情况下，图11中的示例信号仅有2个脉冲被匹配和定位。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。