CN108562808B - 一种雷电回击速度测量方法 - Google Patents

一种雷电回击速度测量方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108562808B
CN108562808B CN201810047831.2A CN201810047831A CN108562808B CN 108562808 B CN108562808 B CN 108562808B CN 201810047831 A CN201810047831 A CN 201810047831A CN 108562808 B CN108562808 B CN 108562808B
Authority
CN
China
Prior art keywords
base current
current waveform
waveform
magnetic field
speed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810047831.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108562808A (zh
Inventor
黄立洋
王建宝
高成
陈海林
郭飞
苏丽媛
段艳涛
李炎新
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Army Engineering University of PLA
Original Assignee
Army Engineering University of PLA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Army Engineering University of PLA filed Critical Army Engineering University of PLA
Priority to CN201810047831.2A priority Critical patent/CN108562808B/zh
Publication of CN108562808A publication Critical patent/CN108562808A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108562808B publication Critical patent/CN108562808B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
    • G01R29/08—Measuring electromagnetic field characteristics
    • G01R29/0807—Measuring electromagnetic field characteristics characterised by the application
    • G01R29/0814—Field measurements related to measuring influence on or from apparatus, components or humans, e.g. in ESD, EMI, EMC, EMP testing, measuring radiation leakage; detecting presence of micro- or radiowave emitters; dosimetry; testing shielding; measurements related to lightning
    • G01R29/0842—Measurements related to lightning, e.g. measuring electric disturbances, warning systems

Abstract

本发明公开一种雷电回击速度测量方法，包括如下步骤：(10)反演基电流波形获取：现场实际测量磁场波形，将实测磁场波形带入磁场－基电流传递函数，反演得到不同雷电回击速度下的基电流，即反演基电流波形；(20)实际基电流波形获取：现场测量基电流波形，得到实际基电流波形；(30)电流波形相似性判定：将实际基电流波形与反演基电流波形进行相似性判定，当两者均方根误差大于相似阈值时，调整与反演基电流波形，重新进行相似性判定；(40)雷电回击速度确定：当实际基电流波形与反演基电流波形两者均方根误差小于相似阈值时，由取该反演基电流波形对应的回击速度为真实雷电回击速度。本发明的雷电回击速度测量方法，成本低、精度高。

Description

一种雷电回击速度测量方法
技术领域
本发明属于雷电特性测量技术领域，特别是一种雷电回击速度测量方法。
背景技术
雷电是雷暴云能量释放过程中的一种大气放电现象。为有效防护雷，需深入研究雷电放电现象，特别是对作为雷电基本特性之一的雷电回击速度的测定，在雷电电磁场计算以及深入理解雷电物理机理中都有着重要意义。
目前，对雷电回击速度的测量主要是利用高速照相机对雷电发生回击时进行不断拍照，从而实现雷电回击速度的直接测量。然而，为达到要求的测量精度，所需高速照相机等光学设备较为昂贵，且使用不便。
因此，现有技术存在的问题是：雷电回击速度测量成本高、精度低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种雷电回击速度测量方法，成本低、精度高。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种雷电回击速度测量方法，包括如下步骤：
(10)反演基电流波形获取：现场实际测量磁场波形，将实测磁场波形带入磁场－基电流传递函数，反演得到不同雷电回击速度下的基电流，即反演基电流波形；
(20)实际基电流波形获取：现场测量基电流波形，得到实际基电流波形；
(30)电流波形相似性判定：将实际基电流波形与反演基电流波形进行相似性判定，当两者均方根误差大于相似阈值时，调整与反演基电流波形，重新进行相似性判定；
(40)雷电回击速度确定：当实际基电流波形与反演基电流波形两者均方根误差小于相似阈值时，由取该反演基电流波形对应的回击速度为真实雷电回击速度。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
1、成本低：本发明方法利用实测近距离磁场以及基电流对回击速度进行反演，相比于光学观测手段，花费低、操作简单；
2、精度高：由于实际雷电电磁场波形容易受到地形、建筑物等的影响，而采用近距离的磁场则可有效排除这些干扰因素，使得计算结果更加准确。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明雷电回击速度测量方法的主流程图。
图2为图1中反演基电流波形获取步骤的流程图。
图3为Gaussian函数波形图示例。
图4为Gaussian函数频谱图示例。
图5为不同回击速度下，由Gaussian函数计算得到的距离回击通道位置85m处的磁场波形示例。
图6为不同回击速度下反演得到的基电流波形与实测基电流波形的对比示例。
图7为不同回击速度下反演得到的基电流波形与实测基电流波形之间的均方根差值示例。
具体实施方式
如图1所示，本发明雷电回击速度测量方法，包括如下步骤：
(10)反演基电流波形获取：现场实际测量磁场波形，将实测磁场波形带入磁场－基电流传递函数，反演得到不同雷电回击速度下的基电流，即反演基电流波形；
如图2所示，所述(10)反演基电流波形获取步骤包括：
(11)获取传递函数：运用二维时域有限差分方法，求解当基电流为Gaussian函数时，不同回击速度下的磁场，得到不同回击速度下以磁场为输入、基电流为输出的磁场－基电流传递函数；
所述(11)获取传递函数步骤中，Gaussian函数基电流为：
Figure GDA0002459080320000021
式中：k为常数2.8×104A，t0和τ均为0.1μs，t为时间。该电流波形的峰值电流为28kA，10-90％的上升时间为0.04μs。
所述(11)获取传递函数步骤中，磁场－基电流传递函数Hi(ω)为：
Figure GDA0002459080320000022
式中：
Figure GDA0002459080320000023
与
Figure GDA0002459080320000024
为具有回击速度vinv(i)的频域Gaussian函数基电流以及相应的频域磁场，由于平均回击速度介于c/3与c/2之间(c为光速)，在建立不同传递函数时选取的回击速度为vinv(i)＝(0.3+0.05i)c,(i＝0～4)。
Gaussian函数波形图示例如图3所示。图4所示为Gaussian函数频谱图示例。
图5为在不同回击速度下，由Gaussian函数计算得到的距离回击通道位置85m处的磁场波形。
(12)获取实测磁场波形：现场测量磁场波形，得到实测磁场波形；
(13)获取反演基电流波形：将实测磁场波形带入磁场－基电流传递函数，反演得到不同雷电回击速度下的基电流，即反演基电流波形。
所述(13)获取反演基电流波形步骤具体为：
先将实测磁场波形Hreal变换到频域，再把该频域结果与传递函数相乘，最后进行傅立叶逆变换得到在不同回击速度下的时域结果，如下式：
Figure GDA0002459080320000031
式中：
Figure GDA0002459080320000032
为在回击速度vinv(i)下反演得到的基电流波形，Hreal(t)为实测磁场波形。
(20)实际基电流波形获取：现场测量基电流波形，得到实际基电流波形；
(30)电流波形相似性判定：将实际基电流波形与反演基电流波形进行相似性判定，当两者均方根误差大于相似阈值时，调整与反演基电流波形，重新进行相似性判定；
所述(30)电流波形相似性判定步骤中，均方根误差为：
Figure GDA0002459080320000033
式中：RMSE(i)表示在回击速度vinv(i)下反演得到的基电流
Figure GDA0002459080320000034
与实测基电流波形Ireal(n)之间的均方根误差，N为测量波形的长度。
(40)雷电回击速度确定：当实际基电流波形与反演基电流波形两者均方根误差小于相似阈值时，由取该反演基电流波形对应的回击速度为真实雷电回击速度。
现结合具体数值实验和说明书附图对本发明作进一步描述和验证。图6所示为将仿真的首次回击基电流波形与磁场波形带入本发明中的结果。图7为反演的不同速度下的基电流与实测基电流之间的均方根误差。当仿真的首次回击基电流具有0.35c的回击速度时，最小的RMSE对应的回击速度正好为0.35c，由此可见本发明方法可以很好的反演出真实的回击速度。

Claims (5)

1.一种雷电回击速度测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
(10)反演基电流波形获取：现场实际测量磁场波形，将实测磁场波形带入磁场－基电流传递函数，反演得到不同雷电回击速度下的基电流，即反演基电流波形；
(20)实际基电流波形获取：现场测量基电流波形，得到实际基电流波形；
(30)电流波形相似性判定：将实际基电流波形与反演基电流波形进行相似性判定，当两者均方根误差大于相似阈值时，调整与反演基电流波形，重新进行相似性判定；
(40)雷电回击速度确定：当实际基电流波形与反演基电流波形两者均方根误差小于相似阈值时，由取该反演基电流波形对应的回击速度为真实雷电回击速度；
所述(10)反演基电流波形获取步骤包括：
(11)获取传递函数：运用二维时域有限差分方法，求解当基电流为Gaussian函数时，不同回击速度下的磁场，得到不同回击速度下以磁场为输入、基电流为输出的磁场－基电流传递函数；
(12)获取实测磁场波形：现场测量磁场波形，得到实测磁场波形；
(13)获取反演基电流波形：将实测磁场波形带入磁场－基电流传递函数，反演得到不同雷电回击速度下的基电流，即反演基电流波形。
2.根据权利要求1所述的雷电回击速度测量方法，其特征在于，所述(11)获取传递函数步骤中，Gaussian函数基电流为：
Figure FDA0002459080310000011
式中：k为常数2.8×104A，t0和τ均为0.1μs，t为时间，该电流波形的峰值电流为28kA，10-90％的上升时间为0.04μs。
3.根据权利要求2所述的雷电回击速度测量方法，其特征在于，所述(11)获取传递函数步骤中，磁场－基电流传递函数Hi(ω)为：
Figure FDA0002459080310000012
式中：
Figure FDA0002459080310000013
与
Figure FDA0002459080310000014
为具有回击速度vinv(i)的频域Gaussian函数基电流以及相应的频域磁场，由于平均回击速度介于c/3与c/2之间,c为光速，在建立不同传递函数时选取的回击速度为vinv(i)＝(0.3+0.05i)c,i＝0～4。
4.根据权利要求3所述的雷电回击速度测量方法，其特征在于，所述(13)获取反演基电流波形步骤具体为：
先将实测磁场波形Hreal变换到频域，再把该频域结果与传递函数相乘，最后进行傅立叶逆变换得到在不同回击速度下的时域结果，如下式：
Figure FDA0002459080310000021
式中：
Figure FDA0002459080310000022
为在回击速度vinv(i)下反演得到的基电流波形，Hreal(t)为实测磁场波形。
5.根据权利要求4所述的雷电回击速度测量方法，其特征在于，所述(30)电流波形相似性判定步骤中，均方根误差为：
Figure FDA0002459080310000023
式中：RMSE(i)表示在回击速度vinv(i)下反演得到的基电流
Figure FDA0002459080310000024
与实测基电流波形Ireal(n)之间的均方根误差，N为测量波形的长度。
CN201810047831.2A 2018-01-18 2018-01-18 一种雷电回击速度测量方法 Active CN108562808B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810047831.2A CN108562808B (zh) 2018-01-18 2018-01-18 一种雷电回击速度测量方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810047831.2A CN108562808B (zh) 2018-01-18 2018-01-18 一种雷电回击速度测量方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108562808A CN108562808A (zh) 2018-09-21
CN108562808B true CN108562808B (zh) 2020-06-26

Family

ID=63529845

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810047831.2A Active CN108562808B (zh) 2018-01-18 2018-01-18 一种雷电回击速度测量方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108562808B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110672215B (zh) * 2019-09-17 2021-05-04 中国人民解放军陆军工程大学 瞬时光脉冲三维速度测量方法
CN111896795B (zh) * 2020-07-16 2023-01-03 中国人民解放军陆军工程大学 云闪电流波形测量方法及系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004086096A1 (en) * 2003-03-24 2004-10-07 Vaisala Oyj System and method for spectral corrected lightning detection
CN103245826A (zh) * 2013-05-16 2013-08-14 广州供电局有限公司 配电线路雷电感应电压确定方法及系统
CN105092997A (zh) * 2014-05-06 2015-11-25 长沙理工大学 一种特高压输电线路雷电绕击与反击的识别方法
CN106645985A (zh) * 2016-11-21 2017-05-10 云南电网有限责任公司电力科学研究院 一种基于人工神经网络的雷电流反演方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004086096A1 (en) * 2003-03-24 2004-10-07 Vaisala Oyj System and method for spectral corrected lightning detection
CN103245826A (zh) * 2013-05-16 2013-08-14 广州供电局有限公司 配电线路雷电感应电压确定方法及系统
CN105092997A (zh) * 2014-05-06 2015-11-25 长沙理工大学 一种特高压输电线路雷电绕击与反击的识别方法
CN106645985A (zh) * 2016-11-21 2017-05-10 云南电网有限责任公司电力科学研究院 一种基于人工神经网络的雷电流反演方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Numerical Study of Lightning-Induced Currents onBuried Cables and Shield Wire Protection Method;Bo Yang等;《IEEE》;20120430;全文 *
地闪电流反演及其特征研究;肖桐;《中国优秀硕士学位论文全文数据库基础科学辑》;20140215;全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108562808A (zh) 2018-09-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109541028B (zh) 一种风力机叶片裂纹位置定位检测方法及系统
CN108562808B (zh) 一种雷电回击速度测量方法
CN104297740B (zh) 基于相位分析的雷达目标多普勒谱估计方法
CN109188362B (zh) 一种麦克风阵列声源定位信号处理方法
CN102298097B (zh) 一种估计云闪雷电脉冲信号到达时间差的方法
CN103675926B (zh) 一种航空瞬变电磁资料的电导率‑深度转换方法
CN108459308A (zh) 一种基于时变rcs数据的回波模拟方法及装置
CN108427115A (zh) 合成孔径雷达对运动目标参数的快速估计方法
CN107479038A (zh) 一种高精度雷达目标回波实时模拟方法
CN109507704A (zh) 一种基于互模糊函数的双星定位频差估计方法
CN104218973A (zh) 基于Myriad滤波的跳频信号参数估计方法
CN109639345A (zh) 一种基于时域反射法tdr技术的线缆带宽测试方法
CN103744066A (zh) 数字正交鉴相与匹配滤波的优化方法
CN111998735B (zh) 传感器可任意布阵的超声波报靶方法及装置
CN106569182B (zh) 基于最小熵的相位编码信号载频估计方法
CN110726981B (zh) 一种针对固定目标的雷达信号相位差检测方法
CN103616677B (zh) 一种无线电高度表及飞行器高度测量方法
CN104202103A (zh) 一种欠采样的信号到达时差测定方法
CN108646248B (zh) 一种针对低速运动声源的被动声学测速测距方法
CN110441749A (zh) 一种频率步进雷达目标运动参数估计方法
CN109490857B (zh) 一种雷达设备lfm脉冲信号调频非线性度确定方法及系统
CN114660558A (zh) 基于改进keystone的等离子鞘套包覆目标相参积累方法、系统、设备及存储介质
CN112630740B (zh) 密集多目标的分辨方法及装置
CN114358046A (zh) 一种多复杂度等级复杂电磁干扰环境模拟生成方法及系统
CN107607913A (zh) 基于对数累积量的海杂波Pareto分布参数估计方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant