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基于不规则阵列的闪电甚高频干涉定位方法

2022-08-11 03:01:04 来源:中国专利 TAG:


1.本发明涉及闪电定位领域,尤其涉及一种基于不规则阵列的闪电甚高频干涉定位方法。


背景技术:

2.闪电放电会产生丰富的甚高频(vhf)辐射,云层对这些辐射来说几乎是透明的。通过探测和定位这些辐射,可以揭示闪电通道在雷暴云中发展传播的动态特征。目前最广泛使用的方法是架设至少三个天线,相邻天线之间的距离(基线)为几米到几十米,称为vhf短基线闪电干涉仪。这些天线都分布在同一水平面上,阵列结构为等腰直角三角形或者十字型,可以组成两条互相正交的基线。假设数公里之外闪电产生的辐射源是平行入射达到各测站,可以通过计算辐射源达到各站的时间差来计算辐射的到达方向。目前的算法也都是基于同一水平面阵列、基线正交这一前提。比如stock等(2014),lyu等(2019),shao等(2020)使用三个天线组成等腰直角三角形,sun等(2014)使用四个天线组成正方形,wang等(2020)用七个天线组成l型。
3.因此传统算法要求在实际站点布置过程中,要保证各个站点严格位于同一水平面且彼此正交,十分不便。


技术实现要素:

4.本发明的目的就在于为了解决上述问题设计了一种基于不规则阵列的闪电甚高频干涉定位方法。
5.本发明通过以下技术方案来实现上述目的:
6.基于不规则阵列的闪电甚高频干涉定位方法,包括:
7.s1、获取n个站点干涉仪的天线位置,并计算辐射源到达所有基线的时间差τ
ij
,其中i和j为站点;
8.s2、判断所有的天线是否在同一平面上,若是则进入s3,反之则进入s4;
9.s3、采用m组基线计算辐射源的定位来向,并进入s6;
10.s4、组合任意3个站点形成种选择;
11.s5、计算每种选择下辐射源的来向,并确定辐射源的定位来向;
12.s6、根据辐射源的定位来向计算辐射源的仰角和方位角。
13.本发明的有益效果在于:进行干涉定位时,天线阵的非共面特性和天线数的增多能明显提高干涉仪的定位结果,且本方法可以应用于任意不规则阵列,也就是天线阵可以随机布置,不要求天线阵的共面,也不要求形成的基线彼此正交,有效的降低了天线的安装困难度。
附图说明
14.图1是本发明基于不规则阵列的闪电甚高频干涉定位方法的流程示意图。
具体实施方式
15.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。
16.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。
17.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。
18.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。
19.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。
20.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。
21.下面结合附图,对本发明的具体实施方式进行详细说明。
22.以干涉仪所在中心位置为坐标原点建立坐标系,正东、正北分别为x轴和y轴,向上为z轴,记辐射源来向的单位方向矢量为(cosα,cosβ,cosγ),其中cosα,cosβ,cosγ分别为辐射源来向与x轴、y轴和z轴正向之间的夹角。
23.因此有cos2α cos2β cos2γ=1,以及:
24.如图1所示,基于不规则阵列的闪电甚高频干涉定位方法,包括:
25.s1、获取n个站点干涉仪的天线位置,并计算辐射源到达所有基线的时间差τ
ij
,其中i和j为站点。
26.s2、判断所有的天线是否在同一平面上,若是则进入s3,反之则进入s4;具体为:
27.天线的位置为(xi,yi,zi),其中i=1,2,

,n,n站天线的位置组成矩阵x,x的维度为行、3列,计算位置矩阵x的秩,表示为行、3列,计算位置矩阵x的秩,表示为
当位置矩阵x的秩大于2时,所有的天线不在同一平面上,并进入s4,反之则所有的天线在同一平面上,并进入s3。
28.s3、采用m组基线计算辐射源的定位来向,并进入s6,辐射源的定位来向表示为s3、采用m组基线计算辐射源的定位来向,并进入s6,辐射源的定位来向表示为x的行数为m,即n组天线所构成的所有基线组合数其中每一行代表一个参与计算的基线(站点i和站点j的连线)方向,τ
ij
是辐射源到达这组基线的时间差。
29.s4、组合任意3个站点形成种选择。
30.s5、计算每种选择下辐射源的来向,并确定辐射源的定位来向;具体包括:
31.s51、计算选择中三个天线所在平面的法向向量(m,n,1),并转化为单位法向向量(a,b,c),(a,b,c),
32.s52、天线沿着y轴逆时针旋转θ角度,沿着x轴逆时针旋转ψ角度,直到天线至平行于大地水平面,并确定旋转后天线的坐标,θ=-arctan(a/c),arctan(a/c),旋转后天线的坐标为天线的坐标为
33.s53、在旋转后坐标系视角下,计算该选择下辐射源的位置,辐射源的位置表示为s53、在旋转后坐标系视角下,计算该选择下辐射源的位置,辐射源的位置表示为
34.s54、辐射源的位置转换到大地水平面坐标系即可得到辐射源的来向,辐射源的来向表示为
35.s55、将种选择计算得到辐射源的来向取平均值既可得到辐射源的定位来向。
36.s6、根据辐射源的定位来向计算辐射源的仰角和方位角,仰角el表示为方位角az表示为az=arctan(cosα/cosβ) kπ,其中
37.非共面阵列的探测比传统共水平面、正交基线的阵列更有优势,本专利提出的方
法可以充分利用天线阵列的所有信息,不仅有利于设备的前期安装,而且可以有效提升探测精度。
38.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。
再多了解一些

本文用于企业家、创业者技术爱好者查询,结果仅供参考。

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