專利名稱：同步雙成像閃電定位方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種閃電的定位方法。
背景技術：
當閃電發(fā)生時，會產生巨大的回擊電流及電脈沖輻射。因此，閃電定位探測直接關系著 空中飛行器的安全，是飛機飛行及航天器升空的重要參考數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的閃電定位設備有磁方 向探測儀和時差法探測儀，能夠記錄閃電發(fā)生的時間、位置、強度、極性等指標，但上述測 量方法均需設置多臺儀器才能完成測量，所需設備復雜，測量成本較高，且定位精度有限。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種同步雙成像閃電定位方法，要解決以簡單、精度高、成本低的方法進行 閃電定位的技術問題。
本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是 這種同步雙成像閃電定位方法，其特征在于測量步驟如下
步驟l:將兩圖像采集器相隔一距離設置，使兩圖像采集器能拍攝到閃電的同一區(qū)域， 并得到圖像采集器1的焦點B與圖像采集器2的焦點C之連線為基線BC，兩圖像采集器鏡頭垂直 對天，圖像采集器的成像平面長軸或短軸與基線平行；
步驟2:當發(fā)生閃電時，圖像采集器1和圖像采集器2同時拍攝閃電，并分別得到照片P1 和照片P2;
步驟3:在P1和P2上找到閃電的一系列相同特征點A1、 A2、……An，在照片P1和照片P2 中分別找到A1點在圖像采集器1和圖像采集器2所在焦平面的垂直投影點D，分別測量D點和B 點連線與基線BC的夾角ZDBC，以及D點和C點連線與基線BC的夾角ZDCB;
步驟4: A與圖像采集器1焦點B和圖像采集器2焦點C構成了三角形ABC， A的垂直投影點D 與B點和C點之間構成了三角形DBC，測得兩圖像采集器之間的距離BC，并從圖像采集器l和圖 像采集器2的照片上測出ZDBC和ZDCB，通過幾何公式計算出BD和CD;
步驟5:計算出A點分別在X軸、Y軸的橫向及縱向坐標，
X=BDXsin(DBC)，
Y=BD X COS(DBC);
步驟6:以直角三角形ABD為基準平面，找到A點在照片P1上的投影點D'，在圖像采集器1光軸上取E點，使AE平行BD， E點的像點E'至I」B點的距離，即焦距E'B已知，再從圖像采集 器1的相片上測得D' E'，由于三角形ABD和三角形B D'E'為相似三角形，以B點為坐標原 點，得到閃電上A點在Z軸的高度坐標，即Z二AD二 BDX E'B /D' E';
步驟7:按上述步驟1 6中的方法，得到閃電上A2……An點的坐標X、 Y、 Z，即得到閃電 在空中的位置。
上述云圖像采集器可以是可見光圖像采集器或是紅外成像裝置。
上述可見光圖像采集器可為相機或攝像機。
上述步驟4中可通過如下幾何公式計算出BD和CD，
BD X COS(DBC)+DC X COS(DCB) =BC;
BD X sin(DBC)=DC X sin(DCB)。
本發(fā)明的有益效果如下
本發(fā)明的同步雙成像閃電定位方法是采用兩個圖像采集器相隔一定距離(基線)，同時 攝取天空圖像資料，在閃電發(fā)生時，兩個圖像采集器得到同一時刻兩張有閃電的圖像資料 P1和P2 ，在P1和P2上找到一系列相同特征點(A1、 A2、 An)。以A1為例，分別在P1、 P2上 測量照片中心(相機光軸)到A1的距離以及與基線的夾角，通過立體三角的原理計算A1在空 中的位置，即X、 Y、 Z坐標。同樣方法可以得到其他特征點的空間位置。本方法的測量步驟 較為簡單，且測量結果準確，兩圖像采集器可相隔2000米設置。以較低的成本解決了閃電定 位問題，可廣泛應用于航空、航天、氣象等領域。


下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。 圖1是實施例一步驟1和步驟2的示意圖。 圖2是實施例一步驟3、步驟4、步驟5的示意圖。 圖3是實施例一步驟6的示意圖。
附圖標記l一圖像采集器l、 2 —圖像采集器2、 3 —云底、4一成像平面、
A:云底一點、B:圖像采集器l焦點、C:圖像采集器2焦點、D: A點在圖像采集器l和圖 像采集器2所在焦平面的垂直投影點、D' : A點在照片P1上的投影點，E:圖像采集器l光軸上 一點，使AE平行BD; E' : E點在成像平面上所在點；
圖l中W為圖像采集器1和圖像采集器2共同成像范圍。
圖2中X、 Y、 Z為坐標軸。
具體實施方式
實施例一
這種同步雙成像閃電定位方法的測量步驟如下
步驟l:將兩圖像采集器相隔一距離設置，使兩圖像采集器能拍攝到閃電的同一區(qū)域， 并得到圖像采集器1的焦點B與圖像采集器2的焦點C之連線為基線BC， BC二2000米，兩圖像采 集器鏡頭垂直對天，圖像采集器的成像平面長軸或短軸與基線平行；
步驟2:當發(fā)生閃電時，圖像采集器1和圖像采集器2同時拍攝閃電，并分別得到照片P1 和照片P2;
步驟3:在P1和P2上找到閃電的一系列相同特征點(Al、 A2、……An)，在照片P1和照 片P2中分別找到A1點在圖像采集器1和圖像采集器2所在焦平面的垂直投影點D，分別測量D點 和B點連線與基線BC的夾角ZDBC，以及D點和C點連線與基線BC的夾角ZDCB;
步驟4: A與圖像采集器1焦點B和圖像采集器2焦點C構成了三角形ABC， A的垂直投影點D 與B點和C點之間構成了三角形DBC，測得兩圖像采集器之間的距離BC，并從圖像采集器l和圖 像采集器2的照片上測出ZDBC和ZDCB，通過幾何公式計算出BD和CD;
BD X COS(DBC)+DC X COS(DCB) =BC;
BD X sin(DBC)=DC X sin(DCB)。
步驟5:計算出A點分別在X軸、Y軸的橫向及縱向坐標， X=BDXsin(DBC)， Y=BD X COS (DBC);
步驟6:以直角三角形ABD為基準平面，找到A點在照片P1上的投影點D'，在圖像采集 器1光軸上取E點，使AE平行BD， E點的像點E'至I」B點的距離，即焦距E'B已知，再從圖像采集 器1的相片上測得D' E'，由于三角形ABD和三角形B D'E'為相似三角形，以B點為坐標原 點，得到閃電上A點在Z軸的高度坐標，即Z二AD二 BDX E'B /D' E';
步驟7:按上述步驟1 6中的方法，得到閃電上A2……An點的坐標X、 Y、 Z，即得到閃電 在空中的位置。
上述云圖像采集器是可見光圖像采集器或是紅外成像裝置?？梢姽鈭D像采集器可為相機 或攝像機。
實施例二與實施例一不同的是，上述兩圖像采集器鏡頭光軸還可水平平行設置，圖像 采集器成像平面長軸或短軸與基線平行。
實施例三與實施例一不同的是，上述兩圖像采集器成像平面還可同時垂直一個平面，
兩鏡頭光軸成一定交角。
權利要求
權利要求1一種同步雙成像閃電定位方法，其特征在于測量步驟如下步驟1將兩圖像采集器相隔一距離設置，使兩圖像采集器能拍攝到閃電的同一區(qū)域，并得到圖像采集器1的焦點B與圖像采集器2的焦點C之連線為基線BC，兩圖像采集器鏡頭垂直對天，圖像采集器的成像平面長軸或短軸與基線平行；步驟2當發(fā)生閃電時，圖像采集器1和圖像采集器2同時拍攝閃電，并分別得到照片P1和照片P2；步驟3在P1和P2上找到閃電的一系列相同特征點A1、A2、……An，在照片P1和照片P2中分別找到A1點在圖像采集器1和圖像采集器2所在焦平面的垂直投影點D，分別測量D點和B點連線與基線BC的夾角∠DBC，以及D點和C點連線與基線BC的夾角∠DCB；步驟4A與圖像采集器1焦點B和圖像采集器2焦點C構成了三角形ABC，A的垂直投影點D與B點和C點之間構成了三角形DBC，測得兩圖像采集器之間的距離BC，并從圖像采集器1和圖像采集器2的照片上測出∠DBC和∠DCB，通過幾何公式計算出BD和CD；步驟5計算出A點分別在X軸、Y軸的橫向及縱向坐標，X＝BD×sin(DBC)，Y＝BD×COS(DBC)；步驟6以直角三角形ABD為基準平面，找到A點在照片P1上的投影點D’，在圖像采集器1光軸上取E點，使AE平行BD，E點的像點E’到B點的距離，即焦距E’B已知，再從圖像采集器1的相片上測得D’E’，由于三角形ABD和三角形BD’E’為相似三角形，以B點為坐標原點，得到閃電上A點在Z軸的高度坐標，即Z＝AD＝BD×E’B/D’E’；步驟7按上述步驟1～6中的方法，得到閃電上A2……An點的坐標X、Y、Z，即得到閃電在空中的位置。
2.根據(jù)權利要求l所述的同步雙成像閃電定位方法，其特征在于上 述云圖像采集器是可見光圖像采集器或是紅外成像裝置。
3.根據(jù)權利要求2所述的同步雙成像閃電定位方法，其特征在于上述可見光圖像采集器為相機或攝像機。
4.根據(jù)權利要求l或2所述的同步雙成像閃電定位方法，其特征在 于上述步驟4中可通過如下幾何公式計算出BD和CD，BD X COS(DBC)+DC X COS(DCB) =BC;BD X sin(DBC)=DC X sin(DCB)。
全文摘要
一種同步雙成像閃電定位方法，測量步驟如下步驟1將兩圖像采集器相隔一距離設置，步驟2圖像采集器1和圖像采集器2同時拍攝閃電，并分別得到照片P1和照片P2；步驟3在P1和P2上找到閃電的一系列相同特征點A1、A2、……An；步驟4A的垂直投影點D與B點和C點之間構成了三角形DBC，測得兩圖像采集器之間的距離BC，通過幾何公式計算出BD和CD；步驟5計算出A點分別在X軸、Y軸的橫向及縱向坐標，步驟6得到閃電上A點在Z軸的高度坐標；步驟7按上述步驟1～6中的方法，得到閃電上A2……An點的坐標X、Y、Z。本方法的測量步驟較為簡單，且測量結果準確，可廣泛應用于航空、航天、氣象等領域。
文檔編號G01C11/34GK101545777SQ20091030198
公開日2009年9月30日 申請日期2009年4月29日 優(yōu)先權日2009年4月29日
發(fā)明者馬舒慶 申請人:中國氣象局氣象探測中心