[發明專利]一種基于粒子群遺傳混合算法的雷電定位方法

有效

• 申請號: 201410231050.0
• 申請日: 2014-05-29
• 公開（公告）號: CN104049284A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發明（設計）人: 郭鈞天;谷山強;馮萬興;陳家宏;陳玥;許遠根;周自強;劉博;田浩;陶漢濤;章涵;張磊
• 申請（專利權）人: 國網電力科學研究院武漢南瑞有限責任公司
• 主分類號: G01W1/00
• 分類號: G01W1/00
• 代理公司: 武漢帥丞知識產權代理有限公司 42220
• 代理人: 朱必武

技術領域

本發明涉及雷電科學與大氣探測領域，具體地說涉及一種基于粒子群遺傳混合算法的雷電定位方法。

背景技術

雷電是發生于大氣中的一種瞬態大電流、高電壓、強電磁輻射的天氣現象，地球上每秒發生約100次。由于其在極短時間內釋放出巨大的能量，對人類的生產和生活構成較大威脅，是自然界最為嚴重的災害之一。探測雷電的關鍵是雷電定位，雷電定位是根據天電信號確定閃電所在地理位置的方法和技術。雷電定位信息可為雷電監測、氣象研究提供有價值的數據資料，也可為航空航天系統、電力系統等部門的雷災預警及防災減災提供重要的支撐。

目前，雷電定位方法分為定向法、時差法和定向-時差綜合定位法。定向法的測量誤差較大，需要觀測量較少；時差法定位精度較高，需要觀測量較多。定向-時差綜合定位法將二者綜合優勢互補，在一個站上同時獲取方向和時間觀測量，可以提高精度。但是由于天線方向、系統誤差、噪聲和其他干擾的存在，采用定向-時差綜合定位法得到的雷電位置仍會存在一定的偏差，故定位結果需要進一步優化。

粒子群算法（Particle?Swarm?Optimization,?PSO）使用簡單，收斂速度快，但是容易早熟，陷入局部最優；而遺傳算法（Genetic?Algorithm，GA）則全局搜索能力強，但搜索速度慢．可以看出這兩種算法之間有著很強互補性。如果將這兩種基于群概念的算法結合對可雷電定位計算優化問題進行求解，利用粒子群算法收斂速度快的特點進行前一階段的優化，然后由遺傳算法進行后一階段的優化，從而得到一個整體性能更優的混合算法（PSO-GA）。

有鑒于此，本發明提供一種基于粒子群遺傳混合算法的雷電定位方法，以滿足實際應用需要。

發明內容

本發明的目的是，針對現有技術的不足，進行改進，提出高穩定性和高速度的基于粒子群遺傳混合算法的雷電定位方法，提高雷電定位的精度。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種基于粒子群遺傳混合算法的雷電定位方法，包括如下步驟：

（1）采用定向-時差綜合定位法獲得雷擊點初始位置，確定解空間范圍；

（2）在此解空間中隨機生成解粒子，通過粒子群算法進行搜索，將最優粒子保留,?去掉適應度較差的粒子，得到一定進化程度的初始種群；

（3）由遺傳算法進行后一階段的優化，避免陷入最優，最終得到雷電發生的最佳位置。

本發明的有益效果是：采用粒子群遺傳混合算法來進行雷電位置的定位計算，相對于傳統方法，在能夠計算雷電發生位置的同時，粒子群遺傳混合算法在尋優精度、穩定性和速度上有了顯著提高，計算工作量相對于傳統迭代方法明顯減少。本發明對于天氣預報、森林防火、航空航天發射中快速確定雷電災害位置具有重要意義。

附圖說明

圖1是定向-時差綜合定位原理圖。

圖2是PSO-GA混合算法流程圖。

圖3是基于粒子群遺傳混合算法的雷電定位方法原理圖。

具體實施方式

為了更好地理解本發明，下面結合實施例進一步闡明本發明的內容，但本發明的內容不僅僅局限于下面的實施例。本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣在本申請所列權利要求書限定范圍之內。

本發明基于粒子群遺傳混合算法的雷電定位方法的步驟如下：

1.?采用定向-時差綜合定位法獲得雷擊點初始位置，確定解空間范圍。

從雷電定位原理來說，雷電探測器能接收到這些電磁波并記錄其到達時間和到達方向。當多個探測站接收到雷電信號時，便可解算出雷電位置。如圖1所示，設雷電發生的真實位置為X?=（x,?y），三個探測站坐標為X_i=（x_i,?y_i），i=1,?2,?3，則探測站測得的到達時間t_i和到達方向???????????????????????????????????????????????可表示如式（1）：

?????????????????????????????????????????（1）