[發(fā)明專利]基于三維大氣電場測量的雷暴云點(diǎn)電荷定位海拔校正方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110036291.X
• 申請日: 2021-01-12
• 公開（公告）號: CN112858979B
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊旭;莊玲;李胤演;行鴻彥
• 申請（專利權(quán)）人: 南京信息工程大學(xué)
• 主分類號: G01R35/00
• 分類號: G01R35/00;G01R29/08
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發(fā)明公開了一種基于三維大氣電場測量的雷暴云點(diǎn)電荷定位海拔校正方法，包括以下步驟：首先建立雷暴云點(diǎn)電荷定位海拔校正模型，定義校正參數(shù)；然后利用三維大氣電場儀，測得三維大氣電場分量；最后推導(dǎo)出海拔校正后的點(diǎn)電荷坐標(biāo)計(jì)算公式。基于間接測量誤差理論，研究大氣電場儀所在位置的海拔高度對雷暴云點(diǎn)電荷定位性能的影響，對校正前后的定位誤差進(jìn)行比較分析。本發(fā)明在雷暴監(jiān)測領(lǐng)域可以顯著降低了在單個大氣電場儀下獲取雷暴云方位數(shù)據(jù)的誤差，通過數(shù)據(jù)證明，相比于校正前，該方法在實(shí)際應(yīng)用中具有更好的性能，減少了海拔對雷暴云點(diǎn)電荷定位性能的負(fù)面影響，為雷暴云預(yù)報(bào)預(yù)警研究提供了一種新的誤差補(bǔ)償手段。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種雷電探測方法，尤其涉及一種基于三維大氣電場測量的雷暴云點(diǎn)電荷定位海拔校正方法。

背景技術(shù)

在日常生活中，避雷針可以有效減少了雷電災(zāi)害帶來的經(jīng)濟(jì)損失，但這些屬于被動防雷范疇，無法準(zhǔn)確預(yù)報(bào)雷電發(fā)生的時間和位置。近些年雷電預(yù)警技術(shù)得到了快速發(fā)展，通過分析晴天和雷暴天氣時三維大氣電場的時域特征，為雷暴發(fā)生階段追蹤雷暴云運(yùn)動軌跡提供了一種思路，然而，現(xiàn)有的研究在促進(jìn)基于三維大氣電場測量的雷暴云探測工作的同時，忽略了大氣電場儀所在位置的海拔高度對雷暴云點(diǎn)電荷定位精度的負(fù)面影響，在預(yù)測精度上面難有顯著的突破。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于提供一種顯著降低雷暴云方位數(shù)據(jù)誤差的基于三維大氣電場測量的雷暴云點(diǎn)電荷定位海拔校正方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明的基于三維大氣電場測量的雷暴云點(diǎn)電荷定位海拔校正方法，包括以下步驟：

步驟一、建立雷暴云點(diǎn)電荷定位海拔校正模型，以N點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立三維直角坐標(biāo)系，其中，S(x,y,z)為海拔校正前雷暴云點(diǎn)電荷所在位置；N(0,0,0)為三維大氣電場儀觀測點(diǎn)所在位置；海拔校正點(diǎn)M(0,0,-h)為電場儀所在Z軸與海平面的交點(diǎn)；h表示大氣電場儀自身高度與其所處位置的海拔之和，海拔校正前的雷暴云點(diǎn)電荷水平偏角和仰角分別為α，β；r為點(diǎn)電荷S到電場儀N的距離；

步驟二、大氣電場儀在N處，測得S的電場強(qiáng)度為E，由大氣電場儀測得x、y、z方向上校準(zhǔn)前的電場分量分別為E_x、E_y、E_z；

步驟三、在測點(diǎn)M處，得到S的電場強(qiáng)度為E'；對電場分量E_x、E_y、E_z進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)后的電場分量分別為E_x'、E_y'、E_z'，校正后的點(diǎn)電荷水平偏角和仰角分別為α'，β'，r'為S到M的距離；

步驟四、海拔校正后的點(diǎn)電荷S的球坐標(biāo)為S'(r',α',β')，根據(jù)三維直角坐標(biāo)系的矢量關(guān)系得到校正后的點(diǎn)電荷直角坐標(biāo)S'(x',y',z')；

步驟五、通過仿真對比分析海拔校正前后的測距誤差。

進(jìn)一步地，步驟一中，所述海拔校正前雷暴云點(diǎn)電荷所在位置S(x,y,z)與α、β、r的關(guān)系分別為：

其中，

進(jìn)一步地，步驟三中，所述校正后的三維電場分量E_x'、E_y'、E_z'分別為：

由式(3)進(jìn)一步得到：

其中，

進(jìn)一步地，步驟四中，海拔校正后的點(diǎn)電荷球坐標(biāo)S'(r',α',β')為：

其中，