專利名稱:一種光電信號同步監(jiān)測的閃電數(shù)據(jù)處理方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及閃電監(jiān)測領(lǐng)域,尤其涉及一種光電信號同步監(jiān)測的閃電數(shù)據(jù)處理方法。
背景技術(shù):
閃電是自然大氣中的超強(qiáng)、瞬間放電現(xiàn)象,是聯(lián)合國“國際減災(zāi)十年”公布的最嚴(yán) 重的十種自然災(zāi)害之一,一直對人類的生產(chǎn)生活構(gòu)成嚴(yán)重危害。經(jīng)常受到閃電影響的領(lǐng)域 包括建筑、電網(wǎng)、通訊、林業(yè)、交通、軍事設(shè)置等,尤其現(xiàn)在廣泛使用的微電子技術(shù)、信息網(wǎng) 絡(luò)、無線通信設(shè)備,遭受閃擊并造成重大損失的可能性愈來愈大。因此,如何準(zhǔn)確地監(jiān)測和 預(yù)報閃電,已日益成為人類急需解決的問題。閃電是發(fā)生在自然大氣中的瞬間放電過程,同時伴有聲、光、電磁等信號的出現(xiàn)。 當(dāng)前,最適合大范圍探測的信號是電磁脈沖信號,而利用聲學(xué)、光學(xué)進(jìn)行閃電監(jiān)測的用途有 限。因此,當(dāng)前的閃電探測設(shè)備主要通過探測閃電回?fù)糨椛涞碾姶琶}沖信號來遙測閃電回 擊放電參數(shù)、確定閃電的時間和位置(一般為二維位置,用經(jīng)緯度表示),其相應(yīng)的處理軟 件也僅僅利用電磁脈沖信號實(shí)現(xiàn)閃電識別,采用磁方向定位法或者時間差定位法完成閃電 的二維定位。在閃電識別方面,單純地探測閃電發(fā)生時輻射的電磁信號或者光信號,難以對閃 電進(jìn)行全面準(zhǔn)確的描述,不利閃電信號與噪聲信號的分辨,也不利于對閃電物理機(jī)制及其 微觀發(fā)展過程的研究。而同時采集記錄閃電發(fā)生時輻射的光信號和電磁脈沖信號,可以為 閃電的物理機(jī)制及其微觀發(fā)展過程研究提供更為充足的數(shù)據(jù);通過光信號和電磁信號的同 步對比分析,可以有效的進(jìn)行閃電識別,濾除干擾信號,降低誤報率,提高閃電識別的精度。在閃電定位方面,采用二維定位,忽略閃電的高度信息,定位的誤差偏大,難以對 閃電位置進(jìn)行準(zhǔn)確的判定。而同時采集探測站點(diǎn)所在位置的經(jīng)度、緯度和高度信息,在空間 直角坐標(biāo)系下,利用時間差定位法,可以實(shí)現(xiàn)閃電的三維高精度定位。因此,在閃電監(jiān)測方面,研究光電信號同步采集的閃電數(shù)據(jù)處理方法具有重要意 義。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足,提供一種光電信號同步監(jiān)測的閃電數(shù) 據(jù)處理方法。它通過網(wǎng)絡(luò)接收多個閃電探測站點(diǎn)采集并發(fā)送的閃電發(fā)生時輻射的光信號數(shù) 據(jù)和電磁信號數(shù)據(jù);通過閃電光信號和電磁信號的同步對比分析,濾除干擾的噪聲信號,實(shí) 現(xiàn)閃電識別;利用時間差定位法,計算出閃電發(fā)生的時間和三維空間位置;建立閃電信息 數(shù)據(jù)庫,將新定位出的閃電數(shù)據(jù)填入數(shù)據(jù)庫。光電信號同步監(jiān)測的閃電數(shù)據(jù)處理方法包含以下步驟1)采用網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆绞?,接收多個閃電探測站點(diǎn)采集并發(fā)送的閃電數(shù)據(jù),其中閃 電數(shù)據(jù)包括閃電光信號數(shù)據(jù)、電磁信號數(shù)據(jù)、電磁脈沖峰值到達(dá)探測站點(diǎn)的時間以及探測站點(diǎn)所在位置的三維坐標(biāo)值,并將閃電數(shù)據(jù)保存至本地硬盤;2)采用光信號和電磁信號同步對比分析的方式,濾除閃電數(shù)據(jù)中的噪聲信號,實(shí) 現(xiàn)閃電識別;3)利用時間差定位算法,計算出閃電發(fā)生的時間和三維空間位置;4)建立閃電信息數(shù)據(jù)庫,包含閃電的序號、發(fā)生時間、發(fā)生位置和數(shù)據(jù)存儲位置, 將新定位出的閃電信息添入數(shù)據(jù)庫。所述的采用光信號和電磁信號同步對比分析的方式,濾除閃電數(shù)據(jù)中的噪聲信 號,實(shí)現(xiàn)閃電識別,實(shí)現(xiàn)閃電識別的規(guī)則為1)閃電的光信號波形和電磁信號波形都應(yīng)具有明顯的上升沿,當(dāng)采集到的某一閃 電的光信號或電磁信號不具有該特征時,判斷該信號為噪聲信號;2)閃電的光信號脈沖發(fā)生時間滯后于電磁信號的脈沖發(fā)生時間,當(dāng)采集到的某一 閃電的光信號和電磁信號不具有該特征時,判斷該信號為噪聲信號;3)閃電的光信號脈沖峰值到達(dá)時間滯后于電磁信號的脈沖峰值到達(dá)時間,當(dāng)采集 到的某一閃電的光信號和電磁信號不具有該特征時,判斷該信號為噪聲信號;4)閃電的光信號脈沖上升沿寬度比電磁信號的脈沖上升沿寬度大,當(dāng)采集到的某 一閃電的光信號和電磁信號不具有該特征時,判斷該信號為噪聲信號;5)閃電的光信號脈沖寬度比電磁信號的脈沖寬度大,當(dāng)采集到的某一閃電的光信 號和電磁信號不具有該特征時,判斷該信號為噪聲信號。所述的利用時間差定位算法,計算出閃電發(fā)生的時間和三維空間位置,實(shí)現(xiàn)的步 驟為1)利用高斯-克里格投影,將探測站點(diǎn)所在位置的地理坐標(biāo)μ,豹/O轉(zhuǎn)換為空間直 角坐標(biāo)(X,1,ζ);2)對于每一個探測站點(diǎn),都存在一個方程(X-Xi)2+(y-y,)2+(Z-Zi)2 = C2· (t-、)2,其中t代表閃電發(fā)生的時間,(x,y,z)代表閃電發(fā)生的三維空間位置,而、代 表閃電發(fā)生時輻射的電磁信號脈沖到達(dá)探測站點(diǎn)i的時間,(Xi,Ii, Zi)代表探測站點(diǎn)i所 在的三維空間位置,C代表光速常數(shù);3)假設(shè)有η個探測站點(diǎn)探測到閃電,可以得到一個含有η個方程的方程組 4)采用迭代法解此方程組,可以得到閃電發(fā)生的時間t和三維空間位置(X,y,
5)利用高斯_克里格投影的反方向近似逼近方法,將求得的閃電的三維直角空間 位置(χ,ι, ζ)轉(zhuǎn)化為地理坐標(biāo)位置μ,豹/0。 本發(fā)明構(gòu)思新穎、設(shè)計合理、性能穩(wěn)定,提供了一種光電信號同步監(jiān)測的閃電數(shù)據(jù) 處理方法。采用網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆绞浇邮仗綔y站點(diǎn)采集并發(fā)送的閃電數(shù)據(jù),傳輸高效穩(wěn)定;通 過對閃電光信號和電磁信號的同步分析,可以濾除干擾的噪聲信號,降低誤報率;利用時間差法,計算出閃電的時間以及三維空間位置,具有定位精度高的特點(diǎn);閃電信息數(shù)據(jù)庫的建 立,有利于對閃電信息的管理。
圖1是光電信號同步監(jiān)測的閃電數(shù)據(jù)處理方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面,結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做進(jìn)一步的描述。如圖1所示,光電信號同步監(jiān)測的閃電數(shù)據(jù)處理方法包含以下步驟1)采用網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆绞?,接收多個閃電探測站點(diǎn)采集并發(fā)送的閃電數(shù)據(jù),其中閃 電數(shù)據(jù)包括閃電光信號數(shù)據(jù)、電磁信號數(shù)據(jù)、電磁脈沖峰值到達(dá)探測站點(diǎn)的時間以及探測 站點(diǎn)所在位置的三維坐標(biāo)值,并將閃電數(shù)據(jù)保存至本地硬盤;2)采用光信號和電磁信號同步對比分析的方式,濾除閃電數(shù)據(jù)中的噪聲信號,實(shí) 現(xiàn)閃電識別;3)利用時間差定位算法,計算出閃電發(fā)生的時間和三維空間位置;4)建立閃電信息數(shù)據(jù)庫,包含閃電的序號、發(fā)生時間、發(fā)生位置和數(shù)據(jù)存儲位置, 將新定位出的閃電信息添入數(shù)據(jù)庫。所述的采用光信號和電磁信號同步對比分析的方式,濾除閃電數(shù)據(jù)中的噪聲信 號,實(shí)現(xiàn)閃電識別,實(shí)現(xiàn)閃電識別的規(guī)則為1)閃電的光信號波形和電磁信號波形都應(yīng)具有明顯的上升沿,當(dāng)采集到的某一閃 電的光信號或電磁信號不具有該特征時,判斷該信號為噪聲信號;2)閃電的光信號脈沖發(fā)生時間滯后于電磁信號的脈沖發(fā)生時間,當(dāng)采集到的某一 閃電的光信號和電磁信號不具有該特征時,判斷該信號為噪聲信號;3)閃電的光信號脈沖峰值到達(dá)時間滯后于電磁信號的脈沖峰值到達(dá)時間,當(dāng)采集 到的某一閃電的光信號和電磁信號不具有該特征時,判斷該信號為噪聲信號;4)閃電的光信號脈沖上升沿寬度比電磁信號的脈沖上升沿寬度大,當(dāng)采集到的某 一閃電的光信號和電磁信號不具有該特征時,判斷該信號為噪聲信號;5)閃電的光信號脈沖寬度比電磁信號的脈沖寬度大,當(dāng)采集到的某一閃電的光信 號和電磁信號不具有該特征時,判斷該信號為噪聲信號。所述的利用時間差定位算法,計算出閃電發(fā)生的時間和三維空間位置,實(shí)現(xiàn)的步 驟為ι)利用高斯-克里格投影,將探測站點(diǎn)所在位置的地理坐標(biāo)μ,外/0轉(zhuǎn)換為空間直 角坐標(biāo)(X,1,ζ);2)對于每一個探測站點(diǎn),都存在一個方程(X-Xi)2+(y-y,)2+(Z-Zi)2 = C2· (t-、)2,其中t代表閃電發(fā)生的時間,(x,y,z)代表閃電發(fā)生的三維空間位置,而、代 表閃電發(fā)生時輻射的電磁信號脈沖到達(dá)探測站點(diǎn)i的時間,(Xi,Ii, Zi)代表探測站點(diǎn)i所 在的三維空間位置,C代表光速常數(shù);3)假設(shè)有η個探測站點(diǎn)探測到閃電,可以得到一個含有η個方程的方程組
4)采用迭代法解此方程組,可以得到閃電發(fā)生的時間t和三維空間位置(X,y, ζ);5)利用高斯_克里格投影的反方向近似逼近方法,將求得的閃電的三維直角空間 位置(X,1, ζ)轉(zhuǎn)化為地理坐標(biāo)位置(不外/0。實(shí)施例子1.實(shí)施例子中包含4個探測站點(diǎn),表1表示其空間位置分布表1實(shí)施例子中探測站點(diǎn)空間位置分布表 2.通過網(wǎng)絡(luò),接收到探測站點(diǎn)采集到的閃電數(shù)據(jù),本方法中的閃電數(shù)據(jù)以.CSV文 件形式進(jìn)行保存,文件名主要表示探測站點(diǎn)收到閃電電磁脈沖信號峰值的觸發(fā)時刻;假設(shè) 某一個閃電事件,4個探測站點(diǎn)均采集到閃電數(shù)據(jù),對于該閃電事件,表2表示的4個站點(diǎn)的 閃電數(shù)據(jù)文件名及探測站點(diǎn)收到閃電信號的時間表2閃電數(shù)據(jù)文件名和探測站點(diǎn)收到閃電信號的時間 3.根據(jù)閃電識別的規(guī)則,對上述4個閃電數(shù)據(jù)中的光信號和電磁信號進(jìn)行對比分 析,判斷均為閃電信號,數(shù)據(jù)有效;4.利用時間差定位法,計算出閃電的時間和空間位置,表3為計算出的閃電發(fā)生 的時間和位置
表3閃電的時間和位置
權(quán)利要求
一種光電信號同步監(jiān)測的閃電數(shù)據(jù)處理方法,其特征在于包含以下步驟1)采用網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆绞剑邮斩鄠€閃電探測站點(diǎn)采集并發(fā)送的閃電數(shù)據(jù),其中閃電數(shù)據(jù)包括閃電光信號數(shù)據(jù)、電磁信號數(shù)據(jù)、電磁脈沖峰值到達(dá)探測站點(diǎn)的時間以及探測站點(diǎn)所在位置的三維坐標(biāo)值,并將閃電數(shù)據(jù)保存至本地硬盤;2)采用光信號和電磁信號同步對比分析的方式,濾除閃電數(shù)據(jù)中的噪聲信號,實(shí)現(xiàn)閃電識別;3)利用時間差定位算法,計算出閃電發(fā)生的時間和三維空間位置;4)建立閃電信息數(shù)據(jù)庫,包含閃電的序號、發(fā)生時間、發(fā)生位置和數(shù)據(jù)存儲位置,將新定位出的閃電信息添入數(shù)據(jù)庫。
2.如權(quán)利要求1所述的一種光電信號同步監(jiān)測的閃電數(shù)據(jù)處理方法,其特征在于所述 的采用光信號和電磁信號同步對比分析的方式,濾除閃電數(shù)據(jù)中的噪聲信號,實(shí)現(xiàn)閃電識 別,實(shí)現(xiàn)閃電識別的規(guī)則為1)閃電的光信號波形和電磁信號波形都應(yīng)具有明顯的上升沿,當(dāng)采集到的某一閃電的 光信號或電磁信號不具有該特征時,判斷該信號為噪聲信號;2)閃電的光信號脈沖發(fā)生時間滯后于電磁信號的脈沖發(fā)生時間,當(dāng)采集到的某一閃電 的光信號和電磁信號不具有該特征時,判斷該信號為噪聲信號;3)閃電的光信號脈沖峰值到達(dá)時間滯后于電磁信號的脈沖峰值到達(dá)時間,當(dāng)采集到的 某一閃電的光信號和電磁信號不具有該特征時,判斷該信號為噪聲信號;4)閃電的光信號脈沖上升沿寬度比電磁信號的脈沖上升沿寬度大,當(dāng)采集到的某一閃 電的光信號和電磁信號不具有該特征時,判斷該信號為噪聲信號;5)閃電的光信號脈沖寬度比電磁信號的脈沖寬度大,當(dāng)采集到的某一閃電的光信號和 電磁信號不具有該特征時,判斷該信號為噪聲信號。
3.如權(quán)利要求1所述的一種光電信號同步監(jiān)測的閃電數(shù)據(jù)處理方法,其特征在于所述 的利用時間差定位算法,計算出閃電發(fā)生的時間和三維空間位置,實(shí)現(xiàn)的步驟為D利用高斯-克里格投影,將探測站點(diǎn)所在位置的地理坐標(biāo)μ,外幻轉(zhuǎn)換為空間直角坐 標(biāo)(x, y, ζ);2)對于每一個探測站點(diǎn),都存在一個方程(X-Xi)2+(y-yi)2+(Z-Zi)2= C2 · (t-t》2,其 中t代表閃電發(fā)生的時間,(X,y,ζ)代表閃電發(fā)生的三維空間位置,而、代表閃電發(fā)生時 輻射的電磁信號脈沖到達(dá)探測站點(diǎn)i的時間,(Xi,Ii, Zi)代表探測站點(diǎn)i所在的三維空間 位置,C代表光速常數(shù);3)假設(shè)有η個探測站點(diǎn)探測到閃電,可以得到一個含有η個方程的方程組‘(^-X1)2 +(y-y})2+(Z-Z1)2 =C2-{t-t,)2 {x-xtf +{y-ytf=C2 -{t-tf(x-x )2 +(少-八)2 +(z-zj2 = C2-(t-tj24)采用迭代法解此方程組,可以得到閃電發(fā)生的時間t和三維空間位置(x,y,z);5)利用高斯_克里格投影的反方向近似逼近方法,將求得的閃電的三維直角空間位置 (X,1,ζ)轉(zhuǎn)化為地理坐標(biāo)位置μ,外/0。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光電信號同步監(jiān)測的閃電數(shù)據(jù)處理方法。它通過網(wǎng)絡(luò)接收多個閃電探測站點(diǎn)采集并發(fā)送的閃電數(shù)據(jù),其中閃電數(shù)據(jù)包括閃電光信號數(shù)據(jù)、電磁信號數(shù)據(jù)、電磁脈沖峰值到達(dá)探測站點(diǎn)的時間以及探測站點(diǎn)所在位置的三維坐標(biāo)值;通過閃電光信號和電磁信號的同步對比分析,濾除干擾的噪聲信號,實(shí)現(xiàn)閃電識別;利用時間差定位法,計算出閃電發(fā)生的時間和三維空間位置;建立閃電信息數(shù)據(jù)庫,包含閃電的序號、發(fā)生時間、發(fā)生位置和數(shù)據(jù)存儲位置,將新定位出的閃電信息添入數(shù)據(jù)庫。本發(fā)明構(gòu)思新穎、設(shè)計合理、性能穩(wěn)定,可以實(shí)現(xiàn)閃電的三維定位監(jiān)測,適用于閃電監(jiān)測領(lǐng)域。
文檔編號G01S19/42GK101893661SQ20101024897
公開日2010年11月24日 申請日期2010年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月6日
發(fā)明者劉明, 寧王師, 曹保鋒, 李鵬, 程先友, 范江兵, 鄭毅, 項(xiàng)震 申請人:浙江大學(xué);中國人民解放軍63973部隊(duì)