CN106405253A - 一种目标闪电辐射源定位方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种目标闪电辐射源定位方法及装置。该方法包括：获取天线阵列中各天线感应到的目标闪电产生的电场变化信号；对各天线感应到的电场变化信号进行两两组合，获取多个两路电场变化信号；分别对多个两路电场变化信号进行时间延迟估算，获取各两路电场变化信号的时间延迟数据；根据各两路电场变化信号对应的互功率谱对时间延迟数据进行修正；根据各两路电场变化信号的修正后的时间延迟数据获取目标闪电产生的电场变化信号的入射方位角和仰角；根据各站点检测到的目标闪电产生的电场变化信号的入射方位角、仰角获取目标闪电的所在区域。本发明实施例即具备高时间分辨率优势，又能利用时差法提高定位精度。

Description

一种目标闪电辐射源定位方法及装置

技术领域

本发明实施例涉及气象监测技术领域，具体涉及一种目标闪电辐射源定位方法及装置。

背景技术

闪电是自然界中的一种超强放电现象，伴随着瞬间强电流和宽频带强电磁辐射，常引起重大的灾害事故，造成人员和财产的损失。因此对闪电的研究的意义不仅在于扩展了人类对自然现象及其内在物理规律的认识，也有助于减少相关灾害对人类社会生活带来的损失。闪电定位系统特别是具备云闪定位能力的高时间分辨率定位系统可以给出闪电的发生位置和发展路径。闪电放电本身是一个超强的宽带辐射源。一般认为，甚高频以上频段的辐射主要对应闪电放电过程中的空气击穿过程，而甚低频和低频信号主要对应较大尺度的电流变化。但是，不同频段闪电辐射所对应的放电过程间有怎样的联系，目前都还没有非常清晰的认识。认识闪电在各个频段的放电特征与电磁辐射特征有助于防雷技术的发展，需要用适合的观测设备进行研究。目前我国的闪电定位系统主要是针对地闪回击过程的地闪定位系统，已有的科研用时差法VHF定位系统或窄带干涉仪系统往往针对单一频段观测，科研用VHF宽带干涉仪系统由于基于商用示波器平台而且采样率较高很难实现连续采集，而且垂直分辨率只有8bits对弱信号的分辨能力存在不足。国际上刚刚出现的基于高精度采集卡的连续干涉仪系统受限于采样率只能对20～80MHz的频段进行观测，很容易受到环境干扰影响。下放给出了目前主要的个频段闪电定位系统的简单介绍。现有设备都很难完成多频段高速高精度观测闪电的需要。

现有的闪电定位系统大多针对某个固定频段进行观测。工作在甚低频(VLF)频段的闪电定位系统通常是全球或地区性的覆盖较大范围的探测网络。典型的代表有全球闪电定位网WWLLN。全球闪电定位网WWLLN早期曾叫做TOGA，由美国华盛顿大学发起并通过广泛的国际合作构建而成。该系统工作在VLF频段(3-30kHz)使用鞭状天线针对地闪产生的辐射进行探测，其探测效率优于50％。系统使用TOGA算法对闪电事件进行定位，定位使用的时间信息由GPS提供，定位精度优于10km。

甚低频/低频段(VLF/LF)闪电定位系统的典型代表是商业运营的美国国家闪电定位网NLDN。NLDN从1989年初具雏形到2005年共经历了9次升级。在这一过程中，NLDN通过传感器、算法的升级和网络技术的应用，从单纯使用磁场定向法定位回击的区域闪电定位系统逐步变为使用定向与时差定位联合算法覆盖全国的国家定位网，并具备了一定的云闪定位能力。NLDN的闪电探测效率接近95％、定位精度优于500m、时间精度约1μs，由于使用磁场定位，它还可以给出闪电峰值电流的计算值。这套系统在全世界被广泛的使用，在我国目前架设的地闪定位系统就属于此类系统。近来有工作在该频段的小区域多站定位系统使用到达时间差法较好的实现了闪电的三维空间定位。

而干涉仪系统和时差法均难以兼顾定位精度和时间分辨率的问题。

发明内容

本发明实施例的一个目的是解决现有技术难以同时兼顾定位精度和时间分辨率的问题。

本发明实施例提出了一种目标闪电辐射源定位方法，包括：

获取天线阵列中各天线感应到的所述目标闪电产生的电场变化信号；

对各天线感应到的电场变化信号进行两两组合，获取多个两路电场变化信号；

分别对所述多个两路电场变化信号进行时间延迟估算，获取各两路电场变化信号的时间延迟数据；

根据各两路电场变化信号对应的互功率谱对所述时间延迟数据进行修正；

根据各两路电场变化信号的修正后的时间延迟数据获取所述目标闪电产生的电场变化信号的入射方位角和仰角；

根据各站点检测到的所述目标闪电产生的电场变化信号的入射方位角、仰角获取所述目标闪电的所在区域。

可选的，所述根据各两路电场变化信号对应的互功率谱对所述时间延迟数据进行修正的步骤具体包括：

对各两路电场变化信号进行分析，获取各两路电场变化信号的互功率谱；

根据所述时间延迟数据对所述互功率谱进行解模糊运算，获取各两路电场变化信号对应频点的相位差；

将所述相位差中功率强度满足预设强度阈值的相位差转换为时间差，获取修正后的各两路电场变化信号的时间延迟数据。

可选的，所述根据各站点检测到的所述目标闪电产生的电场变化信号的入射方位角、仰角获取所述目标闪电的所在区域的步骤具体包括：

根据各站点检测到的所述目标闪电产生的电场变化信号的信号强度从各站点中选取出第一站点；

根据所述第一站点的位置信息和所述第一站点检测到的所述目标闪电产生的电场变化信号的到达时间，从各站点中筛选出符合预设条件的站点；

根据所述第一站点和筛选出的站点检测到的所述目标闪电产生的电场变化信号的入射方位角、仰角构建空间网格；

对所述空间网格进行最优解处理，以获取所述目标闪电所在的区域位置。

可选的，若检测站点数量大于预设阈值时，则获取各检测站点检测到的到达时间信息；

根据入射方位角和仰角，从各站点检测到的电场变化信号中筛选出入射方向相匹配的所述目标闪电辐射源组合；

根据所述到达时间信息，采用测向与到达时差结合的定位法，对所述目标闪电辐射源组合进行定位，获取所述目标闪电的所在区域。

可选的，还包括：

获取所述目标闪电产生的地面电场变化信号；

根据所述地面电场变化信号，获取所述目标闪电放电过程的电荷量和闪电类型。

本发明还提出了一种目标闪电辐射源定位装置，包括：

第一获取模块，用于获取天线阵列中各天线感应到的所述目标闪电产生的电场变化信号；

组合处理模块，用于对各天线感应到的电场变化信号进行两两组合，获取多个两路电场变化信号；

延迟估算模块，用于分别对所述多个两路电场变化信号进行时间延迟估算，获取各两路电场变化信号的时间延迟数据；

延迟修正模块，用于根据各两路电场变化信号对应的互功率谱对所述时间延迟数据进行修正；

第二获取模块，用于根据各两路电场变化信号的修正后的时间延迟数据获取所述目标闪电产生的电场变化信号的入射方位角和仰角；

第三获取模块，用于根据各站点检测到的所述目标闪电产生的电场变化信号的入射方位角、仰角获取所述目标闪电的所在区域。

可选的，所述延迟修正模块，具体用于对各两路电场变化信号进行分析，获取各两路电场变化信号的互功率谱；根据所述时间延迟数据对所述互功率谱进行解模糊运算，获取各两路电场变化信号对应频点的相位差；将所述相位差中功率强度满足预设强度阈值的相位差转换为时间差，获取修正后的各两路电场变化信号的时间延迟数据。

可选的，所述第三获取模块，具体用于根据各站点检测到的所述目标闪电产生的电场变化信号的信号强度从各站点中选取出第一站点；根据所述第一站点的位置信息和所述第一站点检测到的所述目标闪电产生的电场变化信号的到达时间，从各站点中筛选出符合预设条件的站点；根据所述第一站点和筛选出的站点检测到的所述目标闪电产生的电场变化信号的入射方位角、仰角构建空间网格；对所述空间网格进行最优解处理，以获取所述目标闪电所在的区域位置。

可选的，所述第三获取模块，具体用于若检测站点数量大于预设阈值，则获取各检测站点检测到的到达时间信息；根据入射方位角和仰角，从各站点检测到的电场变化信号中筛选出入射方向相匹配的所述目标闪电辐射源组合；根据所述到达时间信息，采用测向与到达时差结合的定位法，对所述目标闪电辐射源组合进行定位，获取所述目标闪电的所在区域。

可选的，还包括：第四获取模块；

所述第四获取模块，用于获取所述目标闪电产生的地面电场变化信号；根据所述地面电场变化信号，获取所述目标闪电放电过程的电荷量和闪电类型。

由上述技术方案可知，本发明实施例提出的目标闪电辐射源定位方法及装置，基于多站空间教会与到达时间差混合三维定位方式，既具备干涉仪系统的高时间分辨率优点，又具备时差法的定位精度高的优点。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1示出了本发明一实施例提供的一种观测站点的目标闪电电场变化信号采集系统的结构示意图；

图2示出了本发明一实施例提供的一种目标闪电辐射源定位方法的流程示意图；

图3示出了基于单个观测站点的目标闪电辐射源定位方法的流程示意图；

图4(a)、图4(b)、以及图4(c)为图3示出的基于单个观测站点的目标闪电辐射源定位方法中解模糊算法的示意图；

图5示出了本发明另一实施例提供的一种目标闪电辐射源定位方法的流程示意图；

图6示出了本发明一实施例提供的一种目标闪电辐射源定位方法中多站空间交汇三维定位示意图；

图7示出了本发明一实施例提供的一种目标闪电辐射源定位方法中多站空间交汇辅助时间差混合三维定位的结构示意图；

图8示出了本发明一实施例提供的一种目标闪电辐射源定位方法中多频段到达时间差的定位示意图；

图9示出了本发明一实施例提供的一种目标闪电辐射源定位方法中测向信息结合到达时间差定位的流程示意图；

图10示出了本发明一实施例提供的一种目标闪电辐射源定位装置的结构示意图。

具体实施方式

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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的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。

图1示出了本发明一实施例提供的一种观测站点的目标闪电电场变化信号采集系统的结构示意图，参见图1，该系统包括：天线阵列、下变频模块和采集器；

下变频模块分别连接天线阵列和采集器；

天线阵列，用于将感应到的目标闪电产生的预设频率范围内的电场变化信号传输至下变频模块；

采集器，用于在接收到外部输入的启动采集指令时，生成第一控制指令，并将控制指令发送至下变频模块，以使下变频模块根据第一控制指令对接收到的电场变化信号进行降频处理；采集并存储降频处理后的电场变化信号。

其中，采集器包括：第一采集卡和控制器；

所述第一采集卡，用于根据第一预设采样率采集所述下变频模块的降频处理后的电场变化信号，并将采集到的电场变化信号发送至控制器；

所述控制器，用于对所述下变频模块和所述第一采集卡进行运行控制；并对接收到的第一预设频率范围内的电场变化信号进行存储。

在一可行实施例中，该系统还包括：电场变化传感器组；

所述电场变化传感器组，用于将感应到的所述目标闪电产生的第二预设频率范围内的电场变化信号传输至所述控制器；

相应地，所述控制器，还用于对接收到的第二预设频率范围内的电场变化信号进行波形分析，以识别闪电放电的类型。

本实施例中，采集器还包括：第二采集卡；

所述第二采集卡，用于根据第二预设采样率采集所述电场变化传感器组输出的电场变化信号，并将采集获得的电场变化信号传输至控制器。

本实施例中，下变频模块包括：接收机组和时钟源；

所述接收机组分别连接所述天线阵列和所述第一采集卡；所述时钟源分别连接所述接收机组和所述第一采集卡；

所述接收机组，用于接收所述天线阵列传输的电场变化信号，并对接收到的电场变化信号进行降频处理；

所述时钟源，用于根据接收到的卫星时间信息生成时钟信号，并将时钟信号传输至所述接收机组和所述第一采集卡，以使所述接收机组和所述第一采集卡对获取的信号进行时钟标定。

本实施例提出的目标闪电电场变化信号采集系统基于可调频的下变频模块，使得系统可以使用有限的采用率即可在超宽频段内获取闪电电磁辐射信号，与现有技术相比，具有频率观测范围大、抗环境电磁干扰能力强的优点。

图2示出了本发明一实施例提供的一种目标闪电辐射源定位方法的流程示意图，参见图2，该目标闪电辐射源定位方法，包括：

210、获取天线阵列中观测站点各天线感应到的所述目标闪电产生的电场变化信号；

220、对各天线感应到的电场变化信号进行两两组合，获取多个两路电场变化信号；

需要说明的是，以图1为例，该观测站点的天线阵列包括四个天线，A1，A2，A3，A4，将四个天线两两组合，可获得6组两路电场变换信号，分别为：A1A2，A1A3，A1A4，A2A3，A2A4，A3A4。

230、分别对所述多个两路电场变化信号进行时间延迟估算，获取各两路电场变化信号的时间延迟数据；

240、根据各两路电场变化信号对应的互功率谱对所述时间延迟数据进行修正；

250、根据各两路电场变化信号的修正后的时间延迟数据获取所述目标闪电产生的电场变化信号的入射方位角和仰角；

260、根据各站点检测到的所述目标闪电产生的电场变化信号的入射方位角、仰角获取所述目标闪电的所在区域。

本发明实施例基于多站空间教会与到达时间差混合三维定位方式，既具备干涉仪系统的高时间分辨率优点，又具备时差法的定位精度高的优点。

下面对本实施例中的部分步骤进行详细说明：

步骤240具体包括：

对各两路电场变化信号进行分析，获取各两路电场变化信号的互功率谱；

根据所述时间延迟数据对所述互功率谱进行解模糊运算，获取各两路电场变化信号对应频点的相位差；

将所述相位差中功率强度满足预设强度阈值的相位差转换为时间差，获取修正后的各两路电场变化信号的时间延迟数据。

步骤250具体包括：

根据各站点检测到的所述目标闪电产生的电场变化信号的信号强度从各站点中选取出第一站点；

根据所述第一站点的位置信息和所述第一站点检测到的所述目标闪电产生的电场变化信号的到达时间，从各站点中筛选出符合预设条件的站点；

根据所述第一站点和筛选出的站点检测到的所述目标闪电产生的电场变化信号的入射方位角、仰角构建空间网格；

对所述空间网格进行最优解处理，以获取所述目标闪电所在的区域位置。

在进行步骤260之前，处理器还需要判断当前观测站的站点数量；若检测站点数量大于预设阈值时，则步骤260具体包括：

获取各检测站点检测到的到达时间信息；

根据入射方位角和仰角，从各站点检测到的电场变化信号中筛选出入射方向相匹配的所述目标闪电辐射源组合；

根据所述到达时间信息，采用测向与到达时差结合的定位法，对所述目标闪电辐射源组合进行定位，获取所述目标闪电的所在区域。

图3示出了基于单个观测站点的目标闪电辐射源定位方法的流程示意图，下面参见图3对定位的工作原理进行详细说明：

当只有一个观测站运作时，分析程序只进行二维闪电定位计算。

310、获取与目标闪电对应的原始信号；

320、对四路信号进行滤波，以去除可能的个别频点或系统白噪声干扰。四支天线两两组合可形成六条不同的基线。

330、对每种天线组合的两路信号进行插值，然后进行广义互相关运算获取两路信号间的时间延迟。

340、对每种天线组合的两路信号进行互功率谱计算，然后使用前面获得的时间延迟信息对互功率谱的相位差谱进行解模糊运算。

350、将解模糊后各个频点的相位差转换为时间差，然后统计出各频点时间差的数量分布峰值作为最终的时延估计结果。

360、根据多条基线计算出的入射角进行最优化求解，得出信号入射的方位角和仰角。

具体计算过程如下：

单基线入射角测量(两支天线组成一条基线)是单站二维定位的最基本单元，因为它仅能提供辐射源相对基线方向的夹角。如果采集系统同步采集A、B两路天线接收的宽带信号，当采样间隔为Δt时，两路天线接收到的信号可表示为两组离散的时间函数序列fA(nΔt)和fB(nΔt)，n取整数。取长度为W(NΔt)的时间窗对天线A、B在一定时间段内(如0－NΔt)接收到的信号fA(nΔt)和fB(nΔt)分别进行离散付里叶变换(DFT)，则有

其中1/NΔt是所求频谱的基频，m/NΔt＝fm代表不同频率分量，m＝0,1,....,N-1。

如果两路天线的频响特性完全一致，那么同一信号到达天线B与天线A的时间延迟为kΔt，则有

f_B(nΔt)＝f_A((n+k)Δt) 公式3

由(2)、(3)式可得：

相比于k，如果N能取的足够大，使得信号fA(nΔt)在DFT时间窗口0到(N-1)Δt和-kΔt到(N-k-1)Δt内包含的能量相等，则有：

从公式1、公式4和公式5可得FA和FB之间的相位差谱

φ(F_A)-φ(F_B)＝2πmk/N＝2πfkΔt 公式6

式中kΔt是信号到达A、B两路天线的时间差，即：因此有

从公式6和公式7中可以看到两路信号的相位差和时间差存在对应关系。是相干辐射信号到达两路天线的相位差谱可使用互功率谱计算得到。两路信号间的时间差kΔt可由正交相关求时延的方法得到。两者均可用于求解入射角θ，但也都有各自的局限。对单一频率分量而言，公式7提供了使用两天线接收信号相位差求解入射角的方法：对于接收带宽内的每个频率分量，使用其相位差，都能得到相应的入射角θ，但为了提高定位精度，实际使用的信号频率较高，此时需要解模糊运算。

需要说明的是，由于使用FFT求解相位差只能检测得到[-π,π]之间的角度，所以在理想情况下原本应该呈直线的实际相位差谱也就表现为平行折线，这就是所谓的相位模糊现象。在低频段内，相位差谱还未发生模糊，在常规方法中被用来确定唯一解，这相当于窄带干涉仪系统中的短基线部分。另外，不管怎样模糊，相位差谱线性部分的斜率总保持不变，这也可以用于解模糊计算。目前的解模糊方法主要就是按照这两种思路进行的。为此我们提出一种使用加窗时延估计技术的解模糊方法(图4)。主要过程是使用加窗时延估计方法求出各通道数据间的时间差kΔt，然后利用kΔt估算出相位差谱斜率对相位差谱进行解模糊计算。

图4(a)、图4(b)、以及图4(c)为图3示出的基于单个观测站点的目标闪电辐射源定位方法中模糊算法的示意图，参见图4(a)、图4(b)、以及图4(c)，其中，图4(a)为使用斜率拟合的模糊效果图，图4(b)为使用时延估计方法的解模糊效果图，图4(c)为模糊相位差谱；

模糊计算过程如下：

获得单基线入射角结果后，就可以使用这些结果进行二维测向计算。为得到辐射源的二维定位结果(方位角和仰角)，系统需要至少三个天线构成两条不在同一直线上的基线。为便于计算，通常选用沿东西、南北方向的两条正交等长基线。假定α是指向辐射源的径向矢量与东西方向基线(X轴)的夹角，在0°到180°范围变化，β是指向辐射源的径向矢量与南北方向基线(Y轴)的夹角，在0到180°范围变化。方位角Az的变化范围是0～360°，仰角El的变化范围是0～90°。Az、El和α构成了一个球面直角三角形，90°－Az、El和β构成了另外一个球面直角三角形，应用球面直角三角关系可得：

cosα＝cos(Az)cos(El) 公式8

cosβ＝cos(90°-Az)cos(El)＝sin(Az)cos(El) 公式9

公式8和公式9表示位于单位半径球面上的辐射源在正交基线所在平面上的投影，方向余弦cos(α)和cos(β)分别是在X和Y轴上的投影，即辐射源在基线平面上投影的位置坐标。通过这两个方程可求出辐射源的方位角Az继而求出仰角El完成单站二维定位计算。

当α≠90°时，Az＝tan^-1(cos(β)/cos(α))

El＝cos^-1(cos(α)/cos(Az))

或El＝cos^-1(cos(β)/sin(Az))

当α＝90°时，如果β小于90°，则有仰角El＝β，方位角Az＝90°；如果β大于90°，则有仰角El＝180°-β，方位角Az＝270°。

图5示出了本发明另一实施例提供的一种目标闪电辐射源定位方法的流程示意图，参见图5，在上述闪电辐射源二维测向结果的基础上，得到三维定位信息的原理如下：

在闪电辐射源二维测向结果的基础上，要得到三维定位信息需要进行两站以上的数据。

510、获取各站点二维定位结果；

520、选定信号最强的站点作为参考站；

530、选取一个定位结果，计算信号在以光速传播时各站点所有合理时差范围内的入射射线与该结果之间的公垂线长度，在与每个站点的所有计算结果中选取公垂线段最短的射线作为配对项；

540、各站与参考站定位结果间公垂线段最短的定位结果；

550、选择其中最短一条公垂线的中心为中心，以最优角度分辨率与最近观测站距离的乘积为网格精度，生成边长两倍于最长公垂线段的立方体空间网格；

560、遍历网格选择信号到达各站时间差测量值偏差最小的位置；

570、输出三维定位结果。

本系统提出了局部空间网格数值解法，根据多站测向结果公垂线的最大空间分布范围按照上述步骤中空间精度和优化规则生成可能解组成的空间网格(参见图6示出的定位示意图，包括：观测站61、宽带天线阵列62、立方体空间网格63)。然后从网格中提取任一点(xn，yn，zn)不断进行逆向计算，寻找到达方向、时差与m个站点的实际测量结果的偏差向量Dn(ΔELm，ΔAZm，Δtm)最为接近的格点作为最终定位结果。

图7示出了本发明一实施例提供的一种目标闪电辐射源定位方法中多站空间交汇辅助时间差混合三维定位的结构示意图，包括：多个观测站71、快慢电场变化仪72和宽带天线阵列73，参见图7，该方法包括：

S71、基于上述步骤S51-S57的空间教会方法对多个站点获取的信号进行匹配，选择出入射方向匹配的辐射源组合；

S72、利用时差定位法寻找最优解；

其中，步骤S72的时差定位法的原理包括：

时差定位法主要面对的问题是解含有4个未知数的方程组源事件发生的时间t和三个空间坐标(x，y，z)。源位置和发生时间在几何上可看作是在四维空间(x,y,z,t)中的超平面交汇问题。与闪电放电有关的各频段脉冲辐射t时刻发生在位置(x，y，z)，一些时间延迟后在离真实事件发生处最近的遥测站点被监测到，随后，其余距辐射源逐渐增加的站点相继接收到(如图8所示，包括：观测站81、快慢变化仪82和多频段天线组合83)。通过解线性方程组，可获得位置和时间变量的清楚的解析表达。

定义t是闪电VHF辐射点源在位置(X,Y,Z)处的发生时间，第i个传感器被放置在(X_i,Y_i,Z_i)位置处。VHF辐射到达第i个传感器的到达时间t_i，可通过简单的直线路径传输方程获得：

其中，c是真空中光速(大气折射指数为1)。

在(X,Y,Z,t)中的非线性项可通过简单采用t₁≡0去除，即通过定义定位系统中传感器1的激发时间为“0s”。利用这个定义，公式11可写为：

当i＝2、3……n时，

形式为：

公式(a2)到(an)都与公式(a1)做减法可得

观察公式b₁、b₂、…b_n-1，可将他们写成如下形式：

可改写为矩阵形式

g＝Kf 公式13

记ε_i＝g_i-fK_i,它反映了计算值g与实际值gi产生的偏差。偏差越小越接近实际结果。由于ε_i可正可负，所以用来度量总偏差。于是问题归结为确定系数f,使得：

为最小。即最小二乘法求解。系统使用多频段多站时差定位模式观测闪电时，就是对选定的多个频段的信号分别进行时差定位，获得闪电不同频段辐射源的定位结果。

在一可行实施例中，本发明还包括：

获取快慢电场变化仪82测得的目标闪电产生的地面电场变化信号；

根据所述地面电场变化信号，获取所述目标闪电放电过程的电荷量和闪电类型。

图9示出了本发明一实施例提供的一种目标闪电辐射源定位方法中测向信息的到达时间差定位的流程示意图，参加图9，为了提高时差定位效率，结合测向信息的定位流程包括：

910、获取各个站点观测信号的到达时间和到达方向；

920、根据站网的空间布局所决定的到达时间差最大范围选取可能的数据组合；

930、根据测向信息对数据进行分组；

940、到达时间差定位，并输出定位结果。

本实施例使用结合测向信息的时差定位模式可以对某个频段的闪电信号进行多站测向观测，根据测向信息，使用前面提到的几何方法，选定公垂线段长度小于一定值且满足最大时差条件的时差组合参与计算，大大缩小参与时差定位的时差组合数量，从而提高时差定位效率。

对于方法实施方式，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施方式并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施方式，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施方式均属于优选实施方式，所涉及的动作并不一定是本发明实施方式所必须的。

图10示出了本发明一实施例提供的一种目标闪电辐射源定位装置的结构示意图，参见图10，该目标闪电辐射源定位装置，包括：第一获取模块101、组合处理模块102、延迟估算模块103、延迟修正模块104、第二获取模块105、以及第三获取模块106，其中；

第一获取模块101，用于获取天线阵列中各天线感应到的所述目标闪电产生的电场变化信号；

组合处理模块102，用于对各天线感应到的电场变化信号进行两两组合，获取多个两路电场变化信号；

延迟估算模块103，用于分别对所述多个两路电场变化信号进行时间延迟估算，获取各两路电场变化信号的时间延迟数据；

延迟修正模块104，用于根据各两路电场变化信号对应的互功率谱对所述时间延迟数据进行修正；

第二获取模块105，用于根据各两路电场变化信号的修正后的时间延迟数据获取所述目标闪电产生的电场变化信号的入射方位角和仰角；

第三获取模块106，用于根据各站点检测到的所述目标闪电产生的电场变化信号的入射方位角、仰角获取所述目标闪电的所在区域。

本发明实施例基于多站空间教会与到达时间差混合三维定位方式，既具备干涉仪系统的高时间分辨率优点，又具备时差法的定位精度高的优点。

下面对本实施例中的部分模块进行详细说明：

延迟修正模块104，具体用于对各两路电场变化信号进行分析，获取各两路电场变化信号的互功率谱；根据所述时间延迟数据对所述互功率谱进行解模糊运算，获取各两路电场变化信号对应频点的相位差；将所述相位差中功率强度满足预设强度阈值的相位差转换为时间差，获取修正后的各两路电场变化信号的时间延迟数据。

第三获取模块106，具体用于根据各站点检测到的所述目标闪电产生的电场变化信号的信号强度从各站点中选取出第一站点；根据所述第一站点的位置信息和所述第一站点检测到的所述目标闪电产生的电场变化信号的到达时间，从各站点中筛选出符合预设条件的站点；根据所述第一站点和筛选出的站点检测到的所述目标闪电产生的电场变化信号的入射方位角、仰角构建空间网格；对所述空间网格进行最优解处理，以获取所述目标闪电所在的区域位置。

第三获取模块106于若检测站点数量大于预设阈值，则获取各检测站点检测到的到达时间信息；根据入射方位角和仰角，从各站点检测到的电场变化信号中筛选出入射方向相匹配的所述目标闪电辐射源组合；根据所述到达时间信息，采用测向与到达时差结合的定位法，对所述目标闪电辐射源组合进行定位，获取所述目标闪电的所在区域。

在一可行实施例中，本装置还包括：第四获取模块；

第四获取模块，用于获取所述目标闪电产生的地面电场变化信号；根据所述地面电场变化信号，获取所述目标闪电放电过程的电荷量和闪电类型。

对于装置实施方式而言，由于其与方法实施方式基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施方式的部分说明即可。

应当注意的是，在本发明的装置的各个部件中，根据其要实现的功能而对其中的部件进行了逻辑划分，但是，本发明不受限于此，可以根据需要对各个部件进行重新划分或者组合。

本发明的各个部件实施方式可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本装置中，PC通过实现因特网对设备或者装置远程控制，精准的控制设备或者装置每个操作的步骤。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，并且程序产生的文件或文档具有可统计性，产生数据报告和cpk报告等，能对功放进行批量测试并统计。应该注意的是上述实施方式对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施方式。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种目标闪电辐射源定位方法，其特征在于，包括：

获取天线阵列中各天线感应到的所述目标闪电产生的电场变化信号；

对各天线感应到的电场变化信号进行两两组合，获取多个两路电场变化信号；

分别对所述多个两路电场变化信号进行时间延迟估算，获取各两路电场变化信号的时间延迟数据；

根据各两路电场变化信号对应的互功率谱对所述时间延迟数据进行修正；

根据各两路电场变化信号的修正后的时间延迟数据获取所述目标闪电产生的电场变化信号的入射方位角和仰角；

根据各站点检测到的所述目标闪电产生的电场变化信号的入射方位角、仰角获取所述目标闪电的所在区域。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据各两路电场变化信号对应的互功率谱对所述时间延迟数据进行修正的步骤具体包括：

对各两路电场变化信号进行分析，获取各两路电场变化信号的互功率谱；

根据所述时间延迟数据对所述互功率谱进行解模糊运算，获取各两路电场变化信号对应频点的相位差；

将所述相位差中功率强度满足预设强度阈值的相位差转换为时间差，获取修正后的各两路电场变化信号的时间延迟数据。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据各站点检测到的所述目标闪电产生的电场变化信号的入射方位角、仰角获取所述目标闪电的所在区域的步骤具体包括：

根据各站点检测到的所述目标闪电产生的电场变化信号的信号强度从各站点中选取出第一站点；

根据所述第一站点的位置信息和所述第一站点检测到的所述目标闪电产生的电场变化信号的到达时间，从各站点中筛选出符合预设条件的站点；

根据所述第一站点和筛选出的站点检测到的所述目标闪电产生的电场变化信号的入射方位角、仰角构建空间网格；

对所述空间网格进行最优解处理，以获取所述目标闪电所在的区域位置。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若检测站点数量大于预设阈值时，则所述根据各站点检测到的所述目标闪电产生的电场变化信号的入射方位角、仰角获取所述目标闪电的所在区域的步骤具体包括：

获取各检测站点检测到的到达时间信息；

根据入射方位角和仰角，从各站点检测到的电场变化信号中筛选出入射方向相匹配的所述目标闪电辐射源组合；

根据所述到达时间信息，采用测向与到达时差结合的定位法，对所述目标闪电辐射源组合进行定位，获取所述目标闪电的所在区域。

5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，还包括：

获取所述目标闪电产生的地面电场变化信号；

根据所述地面电场变化信号，获取所述目标闪电放电过程的电荷量和闪电类型。

6.一种目标闪电辐射源定位装置，其特征在于，包括：

第一获取模块，用于获取天线阵列中各天线感应到的所述目标闪电产生的电场变化信号；

组合处理模块，用于对各天线感应到的电场变化信号进行两两组合，获取多个两路电场变化信号；

延迟估算模块，用于分别对所述多个两路电场变化信号进行时间延迟估算，获取各两路电场变化信号的时间延迟数据；

延迟修正模块，用于根据各两路电场变化信号对应的互功率谱对所述时间延迟数据进行修正；

第二获取模块，用于根据各两路电场变化信号的修正后的时间延迟数据获取所述目标闪电产生的电场变化信号的入射方位角和仰角；

第三获取模块，用于根据各站点检测到的所述目标闪电产生的电场变化信号的入射方位角、仰角获取所述目标闪电的所在区域。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述延迟修正模块，具体用于对各两路电场变化信号进行分析，获取各两路电场变化信号的互功率谱；根据所述时间延迟数据对所述互功率谱进行解模糊运算，获取各两路电场变化信号对应频点的相位差；将所述相位差中功率强度满足预设强度阈值的相位差转换为时间差，获取修正后的各两路电场变化信号的时间延迟数据。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第三获取模块，具体用于根据各站点检测到的所述目标闪电产生的电场变化信号的信号强度从各站点中选取出第一站点；根据所述第一站点的位置信息和所述第一站点检测到的所述目标闪电产生的电场变化信号的到达时间，从各站点中筛选出符合预设条件的站点；根据所述第一站点和筛选出的站点检测到的所述目标闪电产生的电场变化信号的入射方位角、仰角构建空间网格；对所述空间网格进行最优解处理，以获取所述目标闪电所在的区域位置。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第三获取模块，具体用于若检测站点数量大于预设阈值，则获取各检测站点检测到的到达时间信息；根据入射方位角和仰角，从各站点检测到的电场变化信号中筛选出入射方向相匹配的所述目标闪电辐射源组合；根据所述到达时间信息，采用测向与到达时差结合的定位法，对所述目标闪电辐射源组合进行定位，获取所述目标闪电的所在区域。

10.根据权利要求6-9任一项所述的装置，其特征在于，还包括：第四获取模块；

所述第四获取模块，用于获取所述目标闪电产生的地面电场变化信号；根据所述地面电场变化信号，获取所述目标闪电放电过程的电荷量和闪电类型。