CN108845188A - 一种远距离云地闪电的单站定位方法及系统 - Google Patents

一种远距离云地闪电的单站定位方法及系统 Download PDF

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CN108845188A CN201810756193.1A CN201810756193A CN108845188A CN 108845188 A CN108845188 A CN 108845188A CN 201810756193 A CN201810756193 A CN 201810756193A CN 108845188 A CN108845188 A CN 108845188A
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马仪
申元
徐肖伟
李�昊
于虹
彭晶
郭晨鋆
马显龙
周仿荣
马御棠
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Abstract

本申请提供一种远距离云地闪电的单站定位方法及系统，所述方法先通过磁场测量传感器获取闪电电磁脉冲；并通过对比闪电电磁脉冲的波形与标准闪电波形，确定闪电信号；再通过多次检测闪电信号获得判断时间差，最后根据判断时间差以及闪电信号获取时刻的电离层高度，确定闪电发生位置的三维空间参数。方法通过闪电电磁脉冲直接到达检测站和经过电离层多次反射到达检测站的时间差可以确定闪电发生位置的方位角、高度以及与检测站之间的距离，不必通过多个检测站定位。并且通过直接到达检测站和经过电离层反射到达检测站的时间差进行三维空间参数的确定，可以大大增加检测距离，解决传统闪电发生位置定位方式不能单站定位以及不适于超远距离定位的问题。

Description

一种远距离云地闪电的单站定位方法及系统
技术领域
本申请涉及闪电探测与预警服务技术领域，尤其涉及一种远距离云地闪电的单站定位方法及系统。
背景技术
随着电子技术的快速发展，电子集成电路和电气设备对电磁脉冲的敏感程度越来越高。闪电可以在输电线路中产生电磁脉冲并随着电能进入电子集成电路和电气设备中，随着电气设备对电磁脉冲的敏感程度越来越高，闪电所产生的危害也越来越大。通过对闪电产生的位置进行定位，可以及时了解输电线路区域内的闪电发生情况，及时做出相应的预防措施，降低闪电天气对电气设备的危害。
现有技术中，闪电发生位置的定位主要包括低频闪电定位和高频闪电定位两种方式。其中，低频闪电定位的方式，如欧洲闪电探测网LINET，通过65个探测器组成欧洲的闪电探测网，中心设备接收闪电辐射的低频磁场来定位云闪和地闪；高频闪电定位方式根据闪电电磁辐射脉冲到达探测网格内不同检测站的时间差，来计算高频闪电辐射源的空间位置，进而构建整个闪电放电过程的发展图像，从而计算闪电发生的位置。
但是，现有的闪电探测网探测只能借助GPS技术实现对闪电的组网观测，无法实现单站定位，使得对岛礁、边防哨所等相对孤立的区域，无法对闪电灾害天气现象进行实时预警预报。并且，受闪电探测网的限制，目前的闪电定位系统的探测范围有限，无法实现对500-700km超远距离闪电发生位置的定位。
发明内容
本申请提供了一种远距离云地闪电的单站定位方法及系统，以解决传统闪电发生位置定位方式不能单站定位以及不适于超远距离定位的问题。
一方面，本申请提供一种远距离云地闪电的单站定位方法，包括：
通过磁场测量传感器获取闪电电磁脉冲；
对比所述闪电电磁脉冲的波形与标准闪电波形，确定符合所述标准闪电波形的闪电电磁脉冲为闪电信号；
通过多次检测所述闪电信号获得判断时间差，所述判断时间差为闪电电磁脉冲直接到达检测站和经过电离层多次反射到达检测站的亚微秒量级时间差；
根据所述判断时间差以及所述闪电信号获取时刻的电离层高度，确定闪电发生位置的三维空间参数。
可选的，所述闪电信号包括从闪电发生位置直接到达检测站的地波信号，以及经过地面和/或电离层多次反射到达检测站的电离层反射信号。
可选的，所述三维空间参数包括闪电发生位置与所述检测站之间的方位角、距离以及闪电发生位置的高度，所述方法还包括：
根据闪电电磁脉冲直接到达检测站的地波信号，确定所述闪电发生位置相对于所述检测站的方位角；
根据所述判断时间差和所述闪电信号获取时刻的电离层高度计算所述闪电发生位置的高度，以及所述闪电发生位置与所述检测站之间的距离。
可选的，根据所述判断时间差和所述闪电信号获取时刻的电离层高度计算所述闪电发生位置的高度，以及所述闪电发生位置与所述检测站之间的距离的步骤包括：
获取所述闪电信号经过电离层一次反射到达检测站的一次脉冲信号，以及获取所述闪电信号在电离层和/或地面之间经过二次反射到达检测站的二次脉冲信号；
根据所述一次脉冲信号与所述地波信号确定第一时间差，以及根据所述二次脉冲信号与所述地波信号确定第二时间差；
根据所述一次脉冲信号和所述二次脉冲信号，采用区域寻解法，确定反射点位置；
根据所述第一时间差、第二时间差以及反射点位置，计算所述闪电发生位置的高度以及所述闪电发生位置与所述检测站之间的距离。
可选的，所述方法还包括：
统计所述检测站范围内不同时刻的电离层高度；
根据所述统计的结果生成电离层平均高度的日变化曲线；
根据所述日变化曲线确定所述闪电信号获取时刻的等效电离层高度。
另一方面，本申请还提供一种远距离云地闪电的单站定位系统，包括设置在检测站的磁场测量传感器，以及数据处理装置；所述磁场测量传感器包括缠绕在磁芯上的多股环形天线和信号处理电路，所述信号处理电路连接所述数据处理装置，所述数据处理装置被进一步配置为执行以下程序步骤：
通过磁场测量传感器获取闪电电磁脉冲；
对比所述闪电电磁脉冲的波形与标准闪电波形，确定符合所述标准闪电波形的闪电电磁脉冲为闪电信号；
通过多次检测所述闪电信号获得判断时间差，所述判断时间差为闪电电磁脉冲直接到达检测站和经过电离层多次反射到达检测站的亚微秒量级时间差；
根据所述判断时间差以及所述闪电信号获取时刻的电离层高度，确定闪电发生位置的三维空间参数。
可选的，所述磁场测量传感器包括：
地波检测单元，用于检测从闪电发生位置直接到达检测站的地波信号；
反射波检测单元，用于检测经过地面和/或电离层多次反射到达检测站的电离层反射信号。
可选的，所述数据处理装置被进一步执行以下程序步骤：
根据闪电电磁脉冲直接到达检测站的地波信号，确定所述闪电发生位置相对于所述检测站的方位角；
根据所述判断时间差和所述闪电信号获取时刻的电离层高度计算所述闪电发生位置的高度，以及所述闪电发生位置与所述检测站之间的距离。
可选的，所述数据处理装置被进一步执行以下程序步骤：
获取所述闪电信号经过电离层一次反射到达检测站的一次脉冲信号，以及获取所述闪电信号在电离层和/或地面之间经过二次反射到达检测站的二次脉冲信号；
根据所述一次脉冲信号与所述地波信号确定第一时间差，以及根据所述二次脉冲信号与所述地波信号确定第二时间差；
根据所述一次脉冲信号和所述二次脉冲信号，采用区域寻解法，确定反射点位置；
根据所述第一时间差、第二时间差以及反射点位置，计算所述闪电发生位置的高度以及所述闪电发生位置与所述检测站之间的距离。
可选的，所述数据处理装置被进一步执行以下程序步骤：
统计所述检测站范围内不同时刻的电离层高度；
根据所述统计的结果生成电离层平均高度的日变化曲线；
根据所述日变化曲线确定所述闪电信号获取时刻的等效电离层高度。
由以上技术方案可知，本申请提供一种远距离云地闪电的单站定位方法及系统，在实际闪电发生位置的定位过程中，先通过磁场测量传感器获取闪电电磁脉冲；再通过对比闪电电磁脉冲的波形与标准闪电波形，确定符合标准闪电波形的闪电电磁脉冲为闪电信号；再通过多次检测闪电信号获得判断时间差，最后根据判断时间差以及闪电信号获取时刻的电离层高度，确定闪电发生位置的三维空间参数。
本申请提供的闪电单站定位方法通过闪电电磁脉冲直接到达检测站和经过电离层多次反射到达检测站的亚微秒量级时间差可以直接确定闪电发生位置的方位角、高度以及与检测站之间的距离，不必通过多个检测站定位。本申请通过直接到达检测站和经过电离层反射到达检测站的时间差进行三维空间参数的确定，可以大大增加检测距离，解决传统闪电发生位置定位方式不能单站定位以及不适于超远距离定位的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种远距离云地闪电的单站定位方法的流程示意图；
图2为本申请实施例中闪电发生位置三维空间参数确认的流程示意图；
图3为本申请实施例中获取脉冲时间差的流程示意图；
图4为本申请实施例中根据检测数据计算闪电发生位置的场景示意图；
图5为本申请实施例中确定电离层高度的流程示意图；
图6为本申请实施例中电离层高度日变化曲线示意图；
图7为一种远距离云地闪电的单站定位系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。
参见图1，为一种远距离云地闪电的单站定位方法的流程示意图。
如图1所示，本申请提供的远距离云地闪电的单站定位方法，包括：
S1：通过磁场测量传感器获取闪电电磁脉冲；
S2：对比所述闪电电磁脉冲的波形与标准闪电波形，确定符合所述标准闪电波形的闪电电磁脉冲为闪电信号；
S3：通过多次检测所述闪电信号获得判断时间差，所述判断时间差为闪电电磁脉冲直接到达检测站和经过电离层多次反射到达检测站的亚微秒量级时间差；
S4：根据所述判断时间差以及所述闪电信号获取时刻的电离层高度，确定闪电发生位置的三维空间参数。
本实施例中，所述磁场测量传感器根据法拉第电磁感应定律对闪电发生时产生的电磁脉冲进行检测，为了增大检测效率，所述磁场测量传感器可以采用二根正交的环形天线绕制的磁棒作为磁场测量的主要检测元件，并在检测元件的后端连接差分放大电路、负反馈电路及滤波器，以便对检测的信号进行放大和降噪处理。
在所述磁场测量传感器检测到闪电电磁脉冲后，需要对检测到的电磁脉冲的波形进行识别，即根据预设的波形识别算法确定检测到的电磁脉冲是否由闪电产生，波形的识别可以对检测到的电磁脉冲波形与预先储存的标准脉冲波形进行对比，如果检测到的波形与预设的标准波形相符或相差误差在合理的范围内，则确定检测到的波形是由闪电产生，并将该波形的电磁脉冲确定为闪电信号，以便后续根据闪电信号确定闪电发生位置的三维空间参数。本实施例中，通过对电磁脉冲进行识别，可以避免磁场测量传感器检测到的其他类型电磁脉冲，误被当做闪电产生的电磁脉冲，从而对正常的闪电发生位置定位产生影响。
本实施例中，在确定了闪电信号后，需要通过多次检测闪电信号，并根据检测到的闪电信号确定闪电电磁脉冲直接到达检测站和经过电离层多次反射后到达检测站的时间差，从而判断闪电发生位置的三维空间参数。进一步地，所述闪电信号包括从闪电发生位置直接到达检测站的地波信号，以及经过地面和/或电离层多次反射到达检测站的电离层反射信号。
本实施例中，闪电产生的电磁脉冲在闪电发生后可以向着不同的方向进行传播，其中，一部分脉冲直接通过地表传播到达检测站，一部分脉冲在空气中传播，并经过电离层的反射到达检测站。显然，通过地表传递的电磁脉冲信号传播速度最快，相当于直接到达检测站。而电磁脉冲信号在空气中传播的过程中，会通过电离层和/或底面的多次反射才能够到达检测站的位置，经过反射的次数越多，到达检测站所用的时间相对就越长。
在本申请提供的技术方案中，所述三维空间参数包括闪电发生位置与所述检测站之间的方位角、距离以及闪电发生位置的高度，如图2所示，本申请提供的闪电单站定位方法还包括：
S21：根据闪电电磁脉冲直接到达检测站的地波信号，确定所述闪电发生位置相对于所述检测站的方位角；
S22：根据所述判断时间差和所述闪电信号获取时刻的电离层高度计算所述闪电发生位置的高度，以及所述闪电发生位置与所述检测站之间的距离。
本实施例中，所述方位角是指闪电发生位置相对于检测站位于哪个方向，实际应用中，可通过地波信号直接测量出闪电发生位置的方位角。为了判断方便，可以在定位系统中以检测站为中心建立直角坐标系或极坐标系，表示出闪电发生位置相对于检测站的方位角。而根据所述判断时间差和所述闪电信号获取时刻的电离层高度可以进一步计算出闪电发生位置的高度，以及闪电发生位置与检测站之间的距离。本实施例通过以上三个参数，可以精确的定位闪电发生的位置，即确定出闪电发生位置的三维空间参数。显然，为了便于计算，可以根据上述确定的三维空间参数在建立的坐标系中确定出闪电发生位置的坐标。
进一步地，如图3所示，根据所述判断时间差和所述闪电信号获取时刻的电离层高度计算所述闪电发生位置的高度，以及所述闪电发生位置与所述检测站之间的距离的步骤包括：
S221：获取所述闪电信号经过电离层一次反射到达检测站的一次脉冲信号，以及获取所述闪电信号在电离层和/或地面之间经过二次反射到达检测站的二次脉冲信号；
S222：根据所述一次脉冲信号与所述地波信号确定第一时间差，以及根据所述二次脉冲信号与所述地波信号确定第二时间差；
S223：根据所述一次脉冲信号和所述二次脉冲信号，采用区域寻解法，确定反射点位置；
S224：根据所述第一时间差、第二时间差以及反射点位置，计算所述闪电发生位置的高度以及所述闪电发生位置与所述检测站之间的距离。
本实施例中，利用地波信号和第一、第二时间差，可以计算出闪电发生位置的高度以及发生位置与检测站之间的距离。示例地，如图4所示，计算过程中，考虑地球曲率的影响。对于一个闪电发生位置，涉及参数有，高度h，对应的地球曲面长度r，地球半径为R。每当给定一个h、r后，如果θ2对应的地球曲面长度为r1，则θ1对应的曲面长度为(r-r1)。在实际计算中，可认为h与SC近似相等，进行简化计算，因此：
θ1＝(r-r1)/R θ2＝r1/R (1)
为了确定经过电离层的反射点A,则需满足条件θ5＝θ6，
SA/sinθ1＝(R+h)sinθ5 (4)
DA/sinθ2＝R/sinθ6 (5)
如果θ4对应的地球曲面长度为r2，则BD曲面长度为2r2，θ3对应的长度为(r-2r2)
θ3＝(r-2r2)/R θ4＝r2/R (6)
SB/sinθ3＝(R+h)sinθ7 (9)
BB1/sinθ4＝(R+H)/sinθ8 (10)
由上述式4和式5可知，只有r1未知，因此，对于无法得到解析解的方程可采用区域寻解法，即r1的求解可采用SA与DA作差，得(SA-DA)，其值越接近与0，相应的反射点A的位置就越真实。另外，还可以采用格点查找法计算闪电发生位置的高度h及与检测站之间的距离。例如，在区域水平、垂直方向设置间距分别为1km和0.1km的格点。对于闪电发生的时间，在r1和r2求解出来后，可以得到两个电离层反射信号与地波信号的时间差，进而在区域中的每一个格点都会得出两个时间差，两个时间差之和与检测到闪电发生的两个时间差之和最接近的即为最优解。
进一步地，如图5所示，为了计算闪电发生位置的高度，以及闪电发生位置与检测站之间的距离，所述方法还包括：
S301：统计所述检测站范围内不同时刻的电离层高度；
S302：根据所述统计的结果生成电离层平均高度的日变化曲线；
S303：根据所述日变化曲线确定所述闪电信号获取时刻的等效电离层高度。
实际应用中，为了实现对闪电发生位置的定量计算，需要提前获得电离层的高度H。通常，考虑到白天和夜晚的电离层高度具有明显的差异性，可以通过统计大量的样本数据获得电离层高度H的变化规律。以南京为例，一般电离层高度H的日变化曲线呈谷状分布，如图6所示。即电离层的高度H在白天较小，在夜晚时较大，最低高度约为72km，最大高度约为90km。
基于以上闪电单站定位方法，如图7所示，本申请还提供一种远距离云地闪电的单站定位系统，包括设置在检测站的磁场测量传感器1，以及数据处理装置2；所述磁场测量传感器1包括缠绕在磁芯上的多股环形天线11和信号处理电路12，所述信号处理电路12连接所述数据处理装置2，所述数据处理装置2被进一步配置为执行以下程序步骤：
通过磁场测量传感器1获取闪电电磁脉冲；
对比所述闪电电磁脉冲的波形与标准闪电波形，确定符合所述标准闪电波形的闪电电磁脉冲为闪电信号；
通过多次检测所述闪电信号获得判断时间差，所述判断时间差为闪电电磁脉冲直接到达检测站和经过电离层多次反射到达检测站的亚微秒量级时间差；
根据所述判断时间差以及所述闪电信号获取时刻的电离层高度，确定闪电发生位置的三维空间参数。
进一步地，所述磁场测量传感器包括：
地波检测单元，用于检测从闪电发生位置直接到达检测站的地波信号；
反射波检测单元，用于检测经过地面和/或电离层多次反射到达检测站的电离层反射信号。
进一步地，所述数据处理装置被进一步执行以下程序步骤：
根据闪电电磁脉冲直接到达检测站的地波信号，确定所述闪电发生位置相对于所述检测站的方位角；
根据所述判断时间差和所述闪电信号获取时刻的电离层高度计算所述闪电发生位置的高度，以及所述闪电发生位置与所述检测站之间的距离。
进一步地，所述数据处理装置被进一步执行以下程序步骤：
获取所述闪电信号经过电离层一次反射到达检测站的一次脉冲信号，以及获取所述闪电信号在电离层和/或地面之间经过二次反射到达检测站的二次脉冲信号；
根据所述一次脉冲信号与所述地波信号确定第一时间差，以及根据所述二次脉冲信号与所述地波信号确定第二时间差；
根据所述一次脉冲信号和所述二次脉冲信号，采用区域寻解法，确定反射点位置；
根据所述第一时间差、第二时间差以及反射点位置，计算所述闪电发生位置的高度以及所述闪电发生位置与所述检测站之间的距离。
进一步地，所述数据处理装置被进一步执行以下程序步骤：
统计所述检测站范围内不同时刻的电离层高度；
根据所述统计的结果生成电离层平均高度的日变化曲线；
根据所述日变化曲线确定所述闪电信号获取时刻的等效电离层高度。
由以上技术方案可知，本申请提供一种远距离云地闪电的单站定位方法及系统，在实际闪电发生位置的定位过程中，先通过磁场测量传感器获取闪电电磁脉冲；再通过对比闪电电磁脉冲的波形与标准闪电波形，确定符合标准闪电波形的闪电电磁脉冲为闪电信号；再通过多次检测闪电信号获得判断时间差，最后根据判断时间差以及闪电信号获取时刻的电离层高度，确定闪电发生位置的三维空间参数。
本申请提供的闪电单站定位方法通过闪电电磁脉冲直接到达检测站和经过电离层多次反射到达检测站的亚微秒量级时间差可以直接确定闪电发生位置的方位角、高度以及与检测站之间的距离，不必通过多个检测站定位。本申请通过直接到达检测站和经过电离层反射到达检测站的时间差进行三维空间参数的确定，可以大大增加检测距离，解决传统闪电发生位置定位方式不能单站定位以及不适于超远距离定位的问题。
本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种远距离云地闪电的单站定位方法，其特征在于，包括：
通过磁场测量传感器获取闪电电磁脉冲；
对比所述闪电电磁脉冲的波形与标准闪电波形，确定符合所述标准闪电波形的闪电电磁脉冲为闪电信号；
通过多次检测所述闪电信号获得判断时间差，所述判断时间差为闪电电磁脉冲直接到达检测站和经过电离层多次反射到达检测站的亚微秒量级时间差；
根据所述判断时间差以及所述闪电信号获取时刻的电离层高度，确定闪电发生位置的三维空间参数。
2.根据权利要求1所述的远距离云地闪电的单站定位方法，其特征在于，所述闪电信号包括从闪电发生位置直接到达检测站的地波信号，以及经过地面和/或电离层多次反射到达检测站的电离层反射信号。
3.根据权利要求1所述的远距离云地闪电的单站定位方法，其特征在于，所述三维空间参数包括闪电发生位置与所述检测站之间的方位角、距离以及闪电发生位置的高度，所述方法还包括：
根据闪电电磁脉冲直接到达检测站的地波信号，确定所述闪电发生位置相对于所述检测站的方位角；
根据所述判断时间差和所述闪电信号获取时刻的电离层高度计算所述闪电发生位置的高度，以及所述闪电发生位置与所述检测站之间的距离。
4.根据权利要求3所述的远距离云地闪电的单站定位方法，其特征在于，根据所述判断时间差和所述闪电信号获取时刻的电离层高度计算所述闪电发生位置的高度，以及所述闪电发生位置与所述检测站之间的距离的步骤包括：
获取所述闪电信号经过电离层一次反射到达检测站的一次脉冲信号，以及获取所述闪电信号在电离层和/或地面之间经过二次反射到达检测站的二次脉冲信号；
根据所述一次脉冲信号与所述地波信号确定第一时间差，以及根据所述二次脉冲信号与所述地波信号确定第二时间差；
根据所述一次脉冲信号和所述二次脉冲信号，采用区域寻解法，确定反射点位置；
根据所述第一时间差、第二时间差以及反射点位置，计算所述闪电发生位置的高度以及所述闪电发生位置与所述检测站之间的距离。
5.根据权利要求1所述的远距离云地闪电的单站定位方法，其特征在于，所述方法还包括：
统计所述检测站范围内不同时刻的电离层高度；
根据所述统计的结果生成电离层平均高度的日变化曲线；
根据所述日变化曲线确定所述闪电信号获取时刻的等效电离层高度。
6.一种远距离云地闪电的单站定位系统，其特征在于，包括设置在检测站的磁场测量传感器，以及数据处理装置；所述磁场测量传感器包括缠绕在磁芯上的多股环形天线和信号处理电路，所述信号处理电路连接所述数据处理装置，所述数据处理装置被进一步配置为执行以下程序步骤：
通过磁场测量传感器获取闪电电磁脉冲；
对比所述闪电电磁脉冲的波形与标准闪电波形，确定符合所述标准闪电波形的闪电电磁脉冲为闪电信号；
通过多次检测所述闪电信号获得判断时间差，所述判断时间差为闪电电磁脉冲直接到达检测站和经过电离层多次反射到达检测站的亚微秒量级时间差；
根据所述判断时间差以及所述闪电信号获取时刻的电离层高度，确定闪电发生位置的三维空间参数。
7.根据权利要求6所述的远距离云地闪电的单站定位系统，其特征在于，所述磁场测量传感器包括：
地波检测单元，用于检测从闪电发生位置直接到达检测站的地波信号；
反射波检测单元，用于检测经过地面和/或电离层多次反射到达检测站的电离层反射信号。
8.根据权利要求6所述的远距离云地闪电的单站定位系统，其特征在于，所述数据处理装置被进一步执行以下程序步骤：
根据闪电电磁脉冲直接到达检测站的地波信号，确定所述闪电发生位置相对于所述检测站的方位角；
根据所述判断时间差和所述闪电信号获取时刻的电离层高度计算所述闪电发生位置的高度，以及所述闪电发生位置与所述检测站之间的距离。
9.根据权利要求8所述的远距离云地闪电的单站定位系统，其特征在于，所述数据处理装置被进一步执行以下程序步骤：
获取所述闪电信号经过电离层一次反射到达检测站的一次脉冲信号，以及获取所述闪电信号在电离层和/或地面之间经过二次反射到达检测站的二次脉冲信号；
根据所述一次脉冲信号与所述地波信号确定第一时间差，以及根据所述二次脉冲信号与所述地波信号确定第二时间差；
根据所述一次脉冲信号和所述二次脉冲信号，采用区域寻解法，确定反射点位置；
根据所述第一时间差、第二时间差以及反射点位置，计算所述闪电发生位置的高度以及所述闪电发生位置与所述检测站之间的距离。
10.根据权利要求6所述的远距离云地闪电的单站定位系统，其特征在于，所述数据处理装置被进一步执行以下程序步骤：
统计所述检测站范围内不同时刻的电离层高度；
根据所述统计的结果生成电离层平均高度的日变化曲线；
根据所述日变化曲线确定所述闪电信号获取时刻的等效电离层高度。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109975749A (zh) * 2019-02-26 2019-07-05 中国人民解放军战略支援部队信息工程大学 一种校正源存在条件下的短波单站直接定位方法
CN109975755A (zh) * 2019-02-26 2019-07-05 中国人民解放军战略支援部队信息工程大学 一种校正源存在条件下的短波多站直接定位方法
CN111856157A (zh) * 2020-08-27 2020-10-30 上海眼控科技股份有限公司 闪电位置测量方法、装置、计算机设备和存储介质
CN112799012A (zh) * 2020-12-28 2021-05-14 中国气象科学研究院 一种基于脉冲匹配的宽带干涉仪闪电定位方法及系统
CN113466844A (zh) * 2021-07-05 2021-10-01 电子科技大学 一种基于电离层反射的单站定位方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6552521B1 (en) * 2000-07-11 2003-04-22 The United States Of America As Represented By The United States National Aeronautics And Space Administration Single station system and method of locating lightning strikes
US20070156339A1 (en) * 2004-01-29 2007-07-05 Oettinger Wolf P System and method for recording, transmitting and analyzing data and information accrued from electromagnetic radiation
CN101609144A (zh) * 2009-07-29 2009-12-23 中国气象科学研究院 闪电辐射源三维定位系统
CN202093101U (zh) * 2011-06-13 2011-12-28 中国气象科学研究院 闪电探测定位系统
CN102540145A (zh) * 2012-01-12 2012-07-04 中国人民解放军理工大学 单站准三维闪电定位装置和方法
CN105606904A (zh) * 2015-10-31 2016-05-25 国网山东莒县供电公司 一种闪击点的确定方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6552521B1 (en) * 2000-07-11 2003-04-22 The United States Of America As Represented By The United States National Aeronautics And Space Administration Single station system and method of locating lightning strikes
US20070156339A1 (en) * 2004-01-29 2007-07-05 Oettinger Wolf P System and method for recording, transmitting and analyzing data and information accrued from electromagnetic radiation
CN101609144A (zh) * 2009-07-29 2009-12-23 中国气象科学研究院 闪电辐射源三维定位系统
CN202093101U (zh) * 2011-06-13 2011-12-28 中国气象科学研究院 闪电探测定位系统
CN102540145A (zh) * 2012-01-12 2012-07-04 中国人民解放军理工大学 单站准三维闪电定位装置和方法
CN105606904A (zh) * 2015-10-31 2016-05-25 国网山东莒县供电公司 一种闪击点的确定方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
C.MACKAY ET AL.: "World coverage for single station lightning detection", 《RADIO SCIENCE》 *
ISAMU NAGANO ET AL.: "Estimation of lightning location from single station observations of sferics", 《ELECTRONICS AND COMMUNICATIONS IN JAPAN PART I-COMMUNICATIONS》 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109975749A (zh) * 2019-02-26 2019-07-05 中国人民解放军战略支援部队信息工程大学 一种校正源存在条件下的短波单站直接定位方法
CN109975755A (zh) * 2019-02-26 2019-07-05 中国人民解放军战略支援部队信息工程大学 一种校正源存在条件下的短波多站直接定位方法
CN109975755B (zh) * 2019-02-26 2021-04-20 中国人民解放军战略支援部队信息工程大学 一种校正源存在条件下的短波多站直接定位方法
CN109975749B (zh) * 2019-02-26 2021-04-20 中国人民解放军战略支援部队信息工程大学 一种校正源存在条件下的短波单站直接定位方法
CN111856157A (zh) * 2020-08-27 2020-10-30 上海眼控科技股份有限公司 闪电位置测量方法、装置、计算机设备和存储介质
CN112799012A (zh) * 2020-12-28 2021-05-14 中国气象科学研究院 一种基于脉冲匹配的宽带干涉仪闪电定位方法及系统
CN112799012B (zh) * 2020-12-28 2021-09-17 中国气象科学研究院 一种基于脉冲匹配的宽带干涉仪闪电定位方法及系统
CN113466844A (zh) * 2021-07-05 2021-10-01 电子科技大学 一种基于电离层反射的单站定位方法
CN113466844B (zh) * 2021-07-05 2023-05-19 电子科技大学 一种基于电离层反射的单站定位方法

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