一种闪电三维定位方法

技术领域

本发明涉及闪电定位领域，尤其涉及一种闪电三维定位方法。

背景技术

闪电是严重的主要自然灾害之一，可引起森林和油库火灾、造成供电及通讯信息系统故障或损坏，对航天航空、矿山及一些重要而敏感的高技术装备等具有重大威胁。八十年代以后，闪电引起的危害显著增加，特别是与高新技术关系密切的领域，如航空航天、国防、通讯、电力、计算机、电子工业等由于广泛应用对闪电电磁干扰极为敏感的大规模及超大规模集成电路致使遭雷击的几率大大增加；据保守估计，我国每年因雷害造成的直接经济损失超过数亿元，而由此造成的间接经济损失和影响难以估计，由于其成灾迅速而给其研究、预报和防治带来了极大的困难。通过三维闪电定位算法，能够实时计算出闪电的位置与种类(“地闪”或是“云闪”)以及它们的时空演变、放电通道的发展，也可以计算出固定区域内发生闪电的数量，以及放电参数的统计特征从而实现对雷电活动监控并进行预警，从而减小闪电所导致的有害影响，因此发展新的三维闪电定位算法是当前非常迫切的任务。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题设计了一种闪电三维定位方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种闪电三维定位方法，包括：

S1、获取每个测站的脉冲信号；

S2、读取脉冲信号的振幅，根据寻峰阈值、脉冲间隔选取定位脉冲；

S3、每个测站定位脉冲都与其他测站定位脉冲进行脉冲时间匹配获得脉冲组合；

S4、将所有匹配好的脉冲组合进行解算得到初始闪电三维定位结果；

S5、优化拟合初始闪电三维定位结果。

本发明的有益效果在于：采用一种新的脉冲阈值设定和脉冲匹配方案，根据真实物理背景设计合适的剔差方法，在不影响定位精准度的情况下，降低定位计算量，提高定位效率。

附图说明

图1是本发明一种闪电三维定位方法的流程示意图；

图2是闪电多站探测示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细说明。

如图1、图2所示，一种闪电三维定位方法，包括：

S1、获取每个测站的脉冲信号。

S2、读取所有脉冲信号的振幅得到累积概率分布，当累积概率达到99％时，将相应的幅值作为寻峰阈值，设置15μs的时间窗口和脉冲间隔，在时间窗口内寻一个幅值最大的脉冲信号作为定位脉冲，间隔超过15μs的脉冲，只选取幅值高的脉冲信号作为定位脉冲，设置15μs脉冲时间间隔的附加限制，超出间隔范围的2个脉冲，幅值较小的会被舍去，进一步减少计算中使用的匹配组合的数量。

S3、每个测站定位脉冲与其他测站定位脉冲进行“三角法则”时间窗口内的脉冲匹配获得脉冲组合；三角法则为辐射源到两个测站的时间差小于光在这两个测站所传播的时间。

S4、将所有匹配好的脉冲组合进行解算得到初始闪电三维定位结果；

S41、设定位系统各测站的空间位置(x

S42、计算脉冲信号辐射源到各测站之间的距离为

简化后为(x

S43、采用间接法将r

S44、采用伪拟法求解得到初始闪电三维定位结果为X＝(A

S5、采用Levenberg-Marquardt(LM)算法优化拟合初始闪电三维定位结果得到优化后的定位结果；

如果测站数不少于5站时，S4得到闪电三维定位结果不存在模糊解，但得到的结果仍然不是最大似然估计，因为S4中没有考虑线性化方程组的权重，当有测站探测到的数据具有较大误差的时候，算法的定位精度将急剧下降，所以采用Levenberg-Marquardt(LM)算法对定位结果进行再次优化；Levenberg-Marquardt(LM)算法是用模型函数对待估参数向量在其邻域内做线性近似，忽略二阶以上的导数项，从而转化为线性最小二乘问题，具有收敛速度快等优点。

S6、通过卡方数据筛选检验得到最终定位结果；当一个定位脉冲同时参与多个匹配组合时，比较同一脉冲匹配的所有组合中的

采用脉冲振幅的累积概率设定脉冲寻峰的阈值，实现寻峰阈值自适应，可以有效适配不同闪电脉冲数据，提高闪电定位寻峰的数据质量。

一次闪电数据中包含大量的脉冲，在大脉冲后可能会伴随较多高幅值的小脉冲(次峰)，这些脉冲间隔短，如果都选用进行匹配定位计算会增大计算量，降低计算的效率，本申请采用时间窗口和脉冲间隔两个筛选条件寻峰，提高定位计算的效率；

大部分三维闪电定位算法没有做到闪电脉冲匹配优化，如果采用基准站的脉冲时间的匹配方式，会漏算较多数据；如果采用全站脉冲时间的组合的匹配方式，又会算出很多错误的辐射源点。而本申请采用全站脉冲匹配的同时，进行进一步的优化，将所有重复匹配的脉冲进行筛选，确保定位计算的完整和准确。

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。