CN111033293A - 用于卫星光学地面无线电混合闪电定位的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本文描述了用于定位闪电活动的方法和系统。服务器计算设备从检测地理区域中发生的闪电活动的卫星接收与由卫星检测到的闪电活动相关联的位置坐标和时间数据。服务器从检测闪电活动的一个或多个地基闪电传感器中的至少一个捕捉针对由一个或多个地基闪电传感器中的至少一个检测到的闪电活动的闪电特征数据。服务器计算设备使用闪电特征数据以及位置坐标和时间数据来确定在地理区域内的闪电活动的位置。服务器计算设备将经确定的闪电活动的位置发送到一个或多个远程计算设备。

Description

用于卫星光学地面无线电混合闪电定位的系统和方法
技术领域
本申请要求2017年5月2日提交的美国临时专利申请号62/500,158的优先权权益，其内容通过援引并入本文。
技术领域
本申请大体涉及用于卫星光学地面无线电混合闪电定位的系统和方法，包括计算机程序产品。
背景技术
存在卫星闪电定位系统(LLS)和地基闪电定位系统两者，并且以不同的方式运行。通常，卫星闪电定位系统使用类似照相机的传感器来测量由闪电发射的光，以定位闪光。典型的地基闪电定位系统(例如Earth Networks公司的地球网络总闪电网络)可以在多个位置测量闪电的射频辐射，并使用到达时间三角测量技术来定位闪电闪光。
就在最近，随着在美国的地球同步闪电测绘仪(GLM)的发射，基于卫星的LLS在闪电的操作检测中变得非常有用。以前，卫星LLS绕近地轨道运行，并且在一天中只能在特定位置提供有限时间段(大约15分钟)的覆盖。由于GLM处于地球同步轨道，因此其视场不会随时间变化，从而可以提供连续的覆盖。
然而，地面LLS和卫星LLS每一个都有某些优势和劣势。地基系统通常具有不均匀的检测效率(DE)，而卫星系统则具有更均匀的高DE。这是因为地面系统的灵敏度/信噪比(SNR)取决于闪电与传感器的距离，而对于卫星系统，灵敏度是恒定的，并且SNR随背景光水平而变化(即，白天更低，晚上更高)。如果地面传感器的密度足够高，则地基系统的DE可以高于卫星，但是远离传感器(例如，越过海洋)则往往不那么高。
卫星系统是基于图像的系统，因此定位精度较低。定位精度取决于电荷耦合器件(CCD)像素的数量和透镜的视场。例如，在GLM上，一个像素从地球上的大约10x10 km的正方形收集光。地基系统通常以比这更好的精度来定位闪电。可以增加GLM上的像素数量，但是这样做会增加成本并降低SNR。
发明内容
因此，需要用于卫星光学地面无线电混合闪电定位的方法和系统，其利用卫星系统和地基系统的优势来产生更准确和有效的闪电定位。本文所述的混合闪电定位系统具有卫星系统的DE，以及地基系统的LA。此外，由于混合系统的卫星部分可以识别出同一闪电过程产生的无线电特征，因此可以减少混合闪电定位系统的地基部分的计算要求，从而克服了现有地基定位技术的主要困难。替代地，通过寻找两个独立的检测，混合闪电定位系统可以用于释放通常由LLS单独使用的降噪算法。
一方面，本发明的特征在于一种定位闪电活动的计算机化方法。服务器计算设备从检测地理区域中发生的闪电活动的卫星接收与由卫星检测到的闪电活动相关联的位置坐标和时间数据。服务器计算设备从检测闪电活动的一个或多个地基闪电传感器中的至少一个捕捉针对由一个或多个地基闪电传感器中的至少一个检测到的闪电活动的闪电特征数据。服务器计算设备基于从地基闪电传感器捕捉的闪电特征数据来生成多个地面点位置。服务器计算设备将地面点位置与从卫星接收的位置坐标进行比较，以识别一组或多组经匹配的数据。服务器计算设备利用从地基传感器捕捉的闪电特征数据为每组经匹配的数据增加从卫星接收的闪电活动的位置坐标。服务器计算设备将增加的针对闪电活动的位置坐标发送到一个或多个远程计算设备。
另一方面，本发明的特征在于一种用于定位闪电活动的系统。该系统包括服务器计算设备，该服务器计算设备包括用于存储计算机可执行指令的存储器和用于执行计算机可执行指令的处理器。处理器执行计算机可执行指令，以从检测地理区域中发生的闪电活动的卫星接收与由卫星检测到的闪电活动相关的位置坐标和时间数据。处理器执行计算机可执行指令，以从检测闪电活动的一个或多个地基闪电传感器中的至少一个捕捉针对由一个或多个地基闪电传感器中的至少一个检测到的闪电活动的闪电特征数据。处理器执行计算机可执行指令以基于从地基闪电传感器捕捉的闪电特征数据来生成多个地面点位置。处理器执行计算机可执行指令，以将地面点位置和从卫星接收到的位置坐标进行比较，以识别一组或多组经匹配的数据。处理器执行计算机可执行指令，以利用从地面传感器捕捉的闪电特征数据为每组经匹配的数据增加从卫星接收的闪电活动的位置坐标。处理器执行计算机可执行指令，以将增加的针对闪电活动的位置坐标发送到一个或多个远程计算设备。
以上方面中的任一个可包括以下特征中的一个或多个。在一些实施例中，服务器计算设备从卫星接收与检测到的闪电活动相关联的光能信息。在一些实施例中，从地基闪电传感器捕捉的闪电特征数据包括无线电天电数据。
在一些实施例中，生成多个地面点位置包括：组合从多个地基闪电传感器接收的无线电天电数据，并使用到达时间三角测量算法来处理所组合的数据，以生成地面点位置。在一些实施例中，每个地面点位置包括位置、分类、估计的峰值电流和估计的位置精度。
在一些实施例中，比较步骤包括确定由一个或多个地基传感器检测到的闪电事件在卫星检测到的闪电事件的预定时间内发生，并且在与由卫星检测到的闪电事件相距预定距离内发生。在一些实施例中，增加步骤包括将来自地基传感器的地理坐标、峰值电流和分类附加到与卫星相关联的分组数据。
在一些实施例中，比较步骤包括确定由一个或多个地基传感器检测到的闪电事件在由卫星检测到的闪电事件的预定时间内发生，在与由卫星检测到的闪电事件相距第一预定距离外发生，并且在与由卫星检测到的闪电事件的第二预定距离内发生。在一些实施例中，增加步骤包括将来自地基传感器的峰值电流和分类附加到与卫星相关联的分组数据。
在一些实施例中，比较步骤包括确定由一个或多个地基传感器检测到的闪电事件在由卫星检测到的闪电事件的预定时间外发生，或在与由卫星检测到的闪电事件相距预定距离外发生。在一些实施例中，增加步骤包括使与卫星相关联的分组数据保持不变。
在一些实施例中，生成多个地面点位置进一步包括：确定从卫星接收的位置坐标到每个地基传感器的位置的距离；从位于与从卫星接收的位置坐标相距预定距离之内的每个地基传感器获得无线电天电数据；确定从地基传感器获得的无线电天电数据的预期到达时间；将具有在预定阈值内的预期到达时间的无线电天电数据合并为无线电天电数据的集合；以及确定与无线电天电数据相关联的闪电活动的位置。在一些实施例中，确定与无线电天电数据相关联的闪电活动的位置包括：a)在无线电天电数据的集合中找到每个无线电天电的峰值时间(tp)和传感器位置(ps)；b)将从地基传感器接收到的地理坐标(p0)和时间数据(t0)分配为初始猜测位置；c)使用最小化|t-D(p,ps)/c-tp|的无线电天电数据的集合来确定闪电过程的位置(p)和时间(t)；d)使用等式r＝t-D(p，ps)/c-tp确定在无线电天电数据的集合中所有无线电天电的残值(r)；e)如果(r)低于每个无线电天电的预定值，则基于无线电天电的所确定的位置来识别闪电活动的位置；以及f)如果(r)不低于对于至少一个无线电天电的预定值，则从无线电天电数据的集合中去除具有高于预定值的残值(r)的无线电天电，并返回步骤c)。
另一方面，本发明的特征在于一种定位闪电活动的计算机化方法。服务器计算设备从检测地理区域中发生的闪电活动的卫星接收与由卫星检测到的闪电活动相关联的位置坐标和时间数据。服务器计算设备从检测闪电活动的一个或多个地基闪电传感器中的至少一个捕捉针对由一个或多个地基闪电传感器中的至少一个检测到的闪电活动的闪电特征数据。服务器计算设备基于从卫星接收的位置坐标和时间数据来识别接近地理区域的一个或多个地基闪电传感器中的至少一个。服务器计算设备使用来自所识别的地基闪电传感器的闪电特征数据来确定闪电活动的位置。服务器计算设备将闪电活动的位置发送到一个或多个远程计算设备。
另一方面，本发明的特征在于一种定位闪电活动的系统。该系统包括服务器计算设备，该服务器计算设备包括用于存储计算机可执行指令的存储器和用于执行计算机可执行指令的处理器。处理器执行计算机可执行指令，以从检测地理区域中发生的闪电活动的卫星接收与由卫星检测到的闪电活动相关的位置坐标和时间数据。处理器执行计算机可执行指令，以从检测闪电活动的一个或多个地基闪电传感器中的至少一个捕捉针对由一个或多个地基闪电传感器中的至少一个检测到的闪电活动的闪电特征数据。处理器执行计算机可执行指令，以基于从卫星接收到的位置坐标和时间数据来识别接近地理区域的一个或多个地基闪电传感器中的至少一个。处理器执行计算机可执行指令，以使用来自所识别的地基闪电传感器的闪电特征数据来确定闪电活动的位置。处理器执行计算机可执行指令，以将闪电活动的位置发送到一个或多个远程计算设备。
以上方面中的任一个可包括以下特征中的一个或多个。在一些实施例中，服务器计算设备从卫星接收与检测到的闪电活动相关联的光能信息。在一些实施例中，从地基闪电传感器捕捉的闪电特征数据包括无线电天电数据。
在一些实施例中，确定闪电活动的位置包括确定由一个或多个地基传感器检测到的闪电事件在由卫星检测到的闪电事件的预定时间内发生并且在与由卫星检测到的闪电事件相距预定距离内发生。在一些实施例中，服务器计算设备将来自所识别的地基传感器的地理坐标、峰值电流和分类附加到与卫星相关联的分组数据。
在一些实施例中，确定闪电活动的位置包括确定由一个或多个地基传感器检测到的闪电事件在由卫星检测到的闪电事件的预定时间内发生，在与由卫星检测到的闪电事件相距第一预定距离之外发生，并且在由卫星检测到的闪电事件的第二预定距离之内发生。在一些实施例中，服务器计算设备将来自所识别的地基传感器的峰值电流和分类附加到与卫星相关联的分组数据。
在一些实施例中，确定闪电活动的位置包括确定由一个或多个地基传感器检测到的闪电事件在由卫星检测到的闪电事件的预定时间之外发生，或在与由卫星检测到的闪电事件相距预定距离之外发生。在一些实施例中，服务器计算设备使与卫星相关联的分组数据保持不变。
在一些实施例中，识别邻近地理区域的一个或多个地基闪电传感器中的至少一个包括：确定从卫星接收的位置坐标到每个传感器的位置的距离；从位于与从卫星接收的位置坐标相距预定距离之内的每个地基传感器获得无线电天电数据；确定从地基传感器获得的无线电天电数据的预期到达时间；以及将具有在预定阈值内的预期到达时间的无线电天电数据合并为无线电天电数据的集合。在一些实施例中，识别邻近地理区域的一个或多个地基闪电传感器中的至少一个进一步包括：a)在无线电天电数据的集合中找到每个无线电天电的峰值时间(tp)和传感器位置(ps)；b)将从地基传感器接收到的地理坐标(p0)和时间数据(t0)分配为初始猜测位置；c)使用最小化|t-D(p,ps)/c-tp|的无线电天电数据的集合来确定闪电过程的位置(p)和时间(t)；d)使用等式r＝t-D(p，ps)/c-tp确定在无线电天电数据的集合中所有无线电天电的残值(r)；e)如果(r)低于每个无线电天电的预定值，则基于无线电天电的所确定的位置来识别闪电活动的位置；以及f)如果(r)不低于至少一个无线电天电的预定值，则从无线电天电数据的集合中去除具有高于预定值的残值(r)的无线电天电，并返回步骤c)。
本发明的其它方面和优点将在考虑结合仅以示例方式示出本发明原理的附图的情况下从以下详细描述中变得显而易见。
附图说明
上文所描述的本发明的优点，以及进一步的优点，可以通过参考下列结合各个附图的描述来更好地理解。附图不一定是按比例的，相反，一般对于说明本发明的原理进行强调。
图1是用于闪电定位的混合卫星和地基系统的框图。
图2是卫星传感器与地基传感器之间的检测的重叠的维恩图。
图3是使用混合卫星和地基系统的定位闪电活动的第一示例性方法的流程图。
图4是用于通过使用地基传感器位置作为初始猜测确定无线电天电是否收敛于一位置的方法的流程图。
图5是示出无线电天电的位置与卫星群的质心位置的比较的图。
图6是使用混合卫星和地基系统的定位闪电活动的第一示例性方法的流程图。
图7A和图7B是涉及从对应于闪电的地基传感器识别无线电天电的图。
图8是用于通过使用基于卫星的位置作为初始猜测确定无线电天电是否收敛于一位置的方法的流程图。
图9是描绘由卫星检测到的闪电脉冲的光能和由地基传感器记录的电信号的图。
图10是示出由服务器计算设备确定的闪电脉冲的位置的映射。
图11是包含由服务器计算设备确定的卫星-地基混合闪电位置数据的操作的实时映射的示例性用户界面的屏幕截图。
具体实施方式
图1是用于闪电定位的混合卫星和地基系统100的框图。系统100包括：卫星102，其捕捉与闪电闪光103相关联的第一组数据；多个地基传感器104a-104e(统称为104)，其捕捉与闪电闪光相关联的第二组数据；以及服务器计算设备106，其耦合到卫星102和地基传感器104，以便从卫星102和地基传感器104接收数据。服务器计算设备106包括数据库108，用于例如存储以及检索与本文所述的技术相关联的数据。卫星102、地基传感器104和服务器计算设备106可以被布置为经由通信网络进行通信，例如，以便如本文所述地交换数据。
示例性的地基传感器104包括但不限于可从马里兰州Germantown的地球网络有限公司(Earth Networks,Inc)获得的闪电检测传感器。在一些实施例中，传感器104被配置为经由TCP/IP连接到服务器计算设备106，并且以周期性间隔(例如，每秒)将闪电数据发送回服务器计算设备。
通常，卫星102被用作初始闪电定位器，尽管卫星102和地基传感器104在略微不同的时间看到略微不同的信号。卫星102和地基传感器104都在美国定位大约相同数量的闪电脉冲，但是这些所定位的脉冲中只有大约60％在时间和空间上匹配。图2是示出卫星102与地面传感器104之间的检测的重叠的维恩图；本系统100为重叠区域202中的闪电脉冲提供位置、峰值电流和分类。
图1的系统100可以以两种不同方式执行上述闪电位置确定：
1)定位，然后合并
在该实施例中，卫星102和地基传感器104独立地检测和定位闪电闪光，并将位置数据发送到服务器计算设备106。然后，服务器计算设备106将从卫星102和地基传感器104中的每一个接收的各个位置进行比较，以确定哪些信号是由于闪电引起的，哪些信号是由于噪声引起的。例如，卫星数据可以用于确定哪些地基传感器位置是由于噪声引起的，这使得可以放宽地基传感器104中的常规降噪例程，从而增加匹配数量。
图3是使用图1的混合卫星和地基系统100来定位闪电活动的第一示例性方法300的流程图。服务器计算设备106从卫星102接收(302)与所检测的闪电活动相关联的位置坐标和时间数据。卫星使用一种或多种光学传感器检测地面上的地理区域中的闪电过程(例如，闪电闪光群)。例如，卫星102检测在定义的时间窗(例如4ms)内与地理区域(例如，横跨10-20km)中的闪电过程相关联的光能。卫星102记录闪电过程的大致位置(例如，纬度和经度±10km)和时间(例如，时间戳±4ms)。卫星102将光能数据、大致位置和时间发送到服务器计算设备106。
例如，在美国，示例性卫星由美国国家航空航天局(NASA)运营，并包括光学传感器，该光学传感器使用透镜和CCD传感器检测闪电产生的光。在NASA卫星的情况下，每秒拍摄500张行星的闪电图像，并具有“全盘”视场。具体实现因卫星而异，但本文描述的算法在所有情况下均适用。卫星数据经过质量检查，然后经由标准互联网连接(即，TCP/IP)使其对服务器计算设备106可用。卫星数据通常以netCDF格式在闪电发生后大约二十到四十秒到达服务器计算设备106。通常，卫星数据以事件(来自相机传感器的像素)、组(同一帧中的空间连续像素组，2ms)和闪光(在空间和时间邻近的群集)的形式到达。每个事件与其在行星表面的位置、和发生的时间以及其他信息被编码在一起。由于已经应用了某些质量控制，因此可以假定来自卫星的所有方案都是由闪电产生的。
大约同时，服务器计算设备106从一个或多个地基闪电传感器104(例如，地面无线电天电传感器)中的至少一个捕捉(304)针对闪电活动的闪电特征数据(例如，来自闪电的RF电磁信号)。应当理解，通常在感兴趣区域(在这种情况下为美国大陆，但是还存在其他区域，例如，巴西、欧洲等)上在已知位置分布有许多地基传感器(至少五个，实际上为数百个)。这些地基传感器检测由闪电(无线电天电)产生的无线电信号，并经由标准互联网协议(即，TCP/IP)将信号以数字形式发送至服务器计算设备106。在一些实施例中，服务器计算设备106每秒从每个传感器接收数据，并且该数据可以以专有数字格式发送。
服务器计算设备106组合从各种地基传感器接收的无线电天电数据，并使用到达时间三角测量算法处理所组合的无线电天电数据，以从无线电天电生成(306)多个地面网络点位置。每个地面点位置都包括位置(纬度，经度)、分类(IC，CG)、估计的峰值电流(千安)和一个估计的位置精度(公里)。在一些实施例中，以JSON格式生成地面点位置数据。地基传感器数据以脉冲(单个电场天电的位置)和闪光(空间和时间上相邻的脉冲的群集)到达。
图4是用于确定无线电天电是否收敛于一位置的方法400的流程图。
在步骤402，服务器计算设备106找到每个无线电天电的峰值时间(tp)和传感器位置(ps)；
在步骤404，服务器计算设备106使用地面网络点位置的位置(纬度、经度)(p0)和时间(t0)作为初始猜测位置；
在步骤406，服务器计算设备106使用麦夸特(Levenberg-Marquardt)算法来找到使针对所有无线电天电的|t-D(p,ps)/c-tp|最小的位置(p)和时间(t)，其中D(p，ps)是位置p和ps之间的距离；
在步骤408，服务器计算设备106计算针对所有无线电天电的残值(r)：r＝t-D(p,ps)/c-tp；
如果r对于所有无线电天电来说足够小，则服务器计算设备106已经确定无线天电已经收敛在一位置上。否则，服务器计算设备106移除与最大残值r相关联的无线电天电，并返回到步骤406。
示例性的到达时间三角测量算法在标题为“用于检测闪电活动的方法和设备(Method and apparatus for detecting lightning activity)”的美国专利No.8,275,548中描述，其通过引用并入本文。在一些实施例中，修改到达时间三角测量算法以去除通常进行的某些质量检查，这产生了更多的闪电位置方案，但是当然具有更多的错误位置。如下所述，在匹配阶段中将错误的位置删除。
服务器计算设备106等待卫星102和地基传感器104两者递送闪电的位置，然后将从地基传感器无线电天电数据确定的位置与从卫星102接收的位置坐标进行比较(308)以识别一组或多组经匹配的数据。如图5所示，可以发生许多不同的可能性，图5是示出了无线电天电的位置与卫星群的质心位置的比较的图。
情况1：如果卫星102检测到事件，并且地基传感器104在定义的时间窗(例如，+/-4ms)内以及在卫星102定义的事件足迹内检测到同一事件，则服务器计算设备106将该事件视为匹配(见图5的502)。在这种情况下，服务器计算设备106使用来自地基传感器104的位置(纬度、经度)、峰值电流和分类信息来增加(310)卫星数据(例如，GLM分组数据)。
情况2：如果卫星102检测到事件，并且地基传感器104在定义的时间窗(例如，+/-4ms)内以及在卫星102定义的事件足迹外但是在预定的阈值(例如，75km)内检测到同一事件，则服务器计算设备106将这些事件视为相关(见图5的504)。卫星102和地基传感器104两者可能都看见了相同的物理闪电过程，但是由于某种原因，该位置的方案并未收敛。在这种情况下，服务器计算设备106利用来自地基传感器104的峰值电流和分类信息来增加(310)卫星数据(例如，GLM分组数据)。
情况3：如果卫星102检测到事件，但是地基传感器104没有(或者，地基位置不满足上述情况1和2中陈述的要求)(见图5的506)，服务器计算设备106不确定匹配，并且服务器计算设备106不增加卫星数据(例如GLM分组数据)。
通常，服务器计算设备106生成的输出数据为netCDF格式-与卫星102数据的格式相似，但具有一些用于附加信息的附加字段。在一些实施例中，服务器计算设备106使输出数据可用于进一步服务、产品、警报、可视化和远程客户端计算设备(例如，智能电话、平板电脑、智能手表、IoT设备等)。
在一些实施例中，仅在一个方向上进行匹配，即，卫星数据用于确定哪些基于地基传感器位置是由于噪声引起的，或者地面数据用于确定哪些基于卫星的传感器位置是由于噪声引起的。
在一些实施例中，在两个方向上进行匹配，即，地面数据用于确定哪些卫星数据是由于噪声引起的，并且卫星数据用于确定哪些地面数据是基于噪声的。当在两个方向上进行匹配时，与基于卫星的区域位置匹配的地基点位置的数量最大化。
2)合并时定位
在该实施例中，卫星光学位置被用作地基传感器网络方案的先验猜测。这极大地简化了地基网络方案，并最大化了定位闪电事件的可能性，同时最小化所需的计算时间。
图6是使用图1的混合卫星和地基系统100来定位闪电活动的第二示例性方法600的流程图。服务器计算设备106从卫星102的光学传感器捕捉(602)数据(例如，位置坐标和时间数据)。如上所述，卫星数据经过质量检查，然后经由标准互联网连接(即，TCP/IP)使其对服务器计算设备106可用。卫星数据通常以netCDF格式在闪电发生后大约二十到四十秒到达服务器计算设备106。通常，卫星数据以事件(来自相机传感器的像素)、组(同一帧中的空间连续像素组，2ms)和闪光(在空间和时间邻近的群集)的形式到达。每个事件与其在行星表面的位置和发生的时间被编码在一起。由于已经应用了某些质量控制，因此来自卫星的所有方案都是由闪电产生的。
大约同时，服务器计算设备106从地基传感器104(例如，地面无线电天电传感器)网络中的多个传感器捕捉(604)闪电特征数据(例如，原始无线电天电数据)。如上所述，通常在感兴趣区域(在这种情况下为美国大陆，但是还存在其他区域，例如，巴西、欧洲等)上在已知位置分布有许多地基传感器(至少五个，实际上为数百个)。这些地基传感器检测由闪电(无线电天电)产生的无线电信号，并经由标准互联网协议(即，TCP/IP)将信号以数字形式发送至服务器计算设备106。在一些实施例中，服务器计算设备106每秒从每个传感器接收数据，并且该数据可以以专有数字格式发送。
服务器计算设备106使用卫星数据来识别(606)多个地基传感器104中的一个或多个，对于这些地基传感器，无线电天电的一部分应当具有由闪电产生的信号。在优选实施例中，服务器计算设备106识别观察到由卫星102检测到的闪电过程的至少四个地基传感器104。可以基于例如与从卫星102接收到的闪电脉冲的近似位置的距离和背景噪声电平来识别传感器。在一些实施例中，对于大多数传感器站点，系统100可以检测出大约1,000km外的闪电的无线电信号，但是如果站点处的噪声水平较低，则可以增加该距离(最好为大约2,000km)。而且，该系统可以实现电离层反弹，从而能够检测甚至更远的大型事件的信号。在一个示例中，服务器计算设备106使用信号质量度量来评估由传感器检测到的一个或多个信号，并将其与例如传感器的范围相结合以确定从哪个传感器站点提取闪电数据。
图7A和图7B是涉及从对应于闪电的地基传感器识别无线电天电的图。服务器计算设备106从例如卫星数据馈送获得卫星群(例如，图7A中的402))—卫星群具有时间(t0)和位置纬度、经度(p0)。服务器计算设备106确定从卫星群402的质心到所有地基传感器(例如，图7A中的传感器704a-704d)的距离(D)。然后，服务器计算设备106读取与该群的质心相距比特定距离(例如，1,000km)更近的所有地基传感器(例如，图7A中的传感器704a-704c)的天电数据。
服务器计算设备106将每个无线电天电的预期到达时间确定为t0+D/c。
如果传感器在窗t0+D/c+/-预定时间窗(例如4ms)内检测到无线电天电，则该传感器被称为检测该群。
如果传感器在窗t0+D/c+/-预定时间窗(例如4ms)内未检测到无线电天电，则该传感器被称为未检测该群。
如果传感器距离太远，则不考虑天电数据。
针对图7A中的传感器的示例性无线电天电检测数据在图7B中示出。例如，传感器1704a和传感器2 704b的无线电天电在时间窗内，因此服务器计算设备106将这些传感器704a-704b的天电数据分类为检测。传感器3704c的无线电天电不在时间窗内，因此服务器计算设备106将传感器3的天电数据分类为未检测。并且，传感器4 704d与卫星群的距离比定义的距离(例如1,000km)更远，因此服务器计算设备106不考虑传感器4的天电数据。
服务器计算设备106生成与卫星群相关联的无线电天电的集合作为输出。如果该集合包括多于一定数量的无线电天电(例如四个)，则该集合被服务器计算设备106用来确定(608)闪电的位置。应当理解，在传感器之间，无线电天电在窗中的到达时间可以略有变化。这是预料之中的，因为卫星群位置中有一些错误。正是由于这个原因，与卫星相比，无线电天电可以产生更精确的闪电过程的位置。
服务器计算设备106确定无线电天电的集合是否收敛在一位置上。图8是用于确定无线电天电是否收敛在一位置上的方法的流程图。
在步骤802，服务器计算设备106找到集合中的每个无线电天电的峰值时间(tp)和传感器位置(ps)；
在步骤804，服务器计算设备106使用卫星群的群位置(纬度、经度)(p0)和时间(t0)作为初始猜测位置。应当理解，在804中的初始猜测t0、p0比在图4的步骤404中使用的初始猜测t0、p0准确得多，使算法收敛更快。
在步骤806，服务器计算设备106使用麦夸特(Levenberg-Marquardt)算法来找到使针对集合中的所有无线电天电的|t-D(p,ps)/c-tp|最小的位置(p)和时间(t)，其中D(p，ps)是位置p和ps之间的距离；
在步骤808，服务器计算设备106计算针对集合中的所有无线电天电的残值(r)：r＝t-D(p,ps)/c-tp。
如果r对于集合中的所有无线电天电来说足够小，则服务器计算设备106已经确定集合已经收敛在一位置上。否则，服务器计算设备106移除与最大残值r相关联的无线电天电，并返回到步骤806。
如果服务器计算设备106确定集合已经收敛在一位置上，则将该位置与卫星群的质心位置进行比较，如上文关于图5所示和所述。如果集合位置(黑点)在卫星群的质心位置(灰度正方形)(502)的定义距离内(例如75km)，则电场天电被认为是由相同的物理闪电过程产生的。服务器计算设备106使用该脉冲的原始天电数据来确定该脉冲的峰值电流和分类(IC/CG)，并且服务器计算设备106将该信息附加到卫星群信息。
如果集合位置在卫星群的界限内(504)，则除了分类和峰值电流之外，服务器计算设备106还将由地基传感器104确定的位置(纬度、经度)附加到卫星群信息。
如果集合未收敛于一位置，或者该位置与卫星群相距太远(506)，或者少于一定数量(例如四个)的传感器检测到该脉冲，则没有信息被附加到卫星群信息中。
通常，服务器计算设备106生成的输出数据为netCDF格式-与卫星102数据的格式相似，但具有一些用于附加信息的附加字段。在一些实施例中，服务器计算设备106使输出数据可用于进一步服务、产品、警报、可视化和远程客户端计算设备(例如，智能电话、平板电脑、智能手表、IoT设备等)。
在以上任一实施例中，服务器计算设备106可以执行由卫星检测到的闪电脉冲的光能与由地基传感器记录的电信号的匹配。
图9是描绘由卫星102检测到的闪电脉冲902的光能和由地基传感器104记录的电信号904的图。如图9所示，光能和电信号不一对一匹配。如果卫星102和地基传感器104检测到信号，并且地基传感器104可以定位该信号，则将数据着色为浅灰色(例如，906)。如果地基传感器104不能定位信号，则将数据着色为深灰色(例如，908)。
图10是示出由服务器计算设备106确定的闪电脉冲的位置的映射。如图10所示，黑色正方形(例如，1002)示出了由卫星102看到的光学像素的位置，并且浅灰色点(例如，1004)是由地基传感器104使用如本文所述的混合定位技术确定的位置。应注意，地基传感器位置的浅灰色点的群集比卫星像素的黑色正方形的群集更紧密，因此卫星数据的定位精度得到了提高。
图11是包含由服务器计算设备106确定的卫星-地基混合闪电位置数据的操作的实时映射的示例性用户界面的屏幕截图。服务器计算设备106可以生成映射(以及相关联的用户界面)并将映射/UI发送到远程计算设备(诸如，客户端计算设备102a-102n)。在一些实施例中，由服务器计算设备106以周期性间隔(例如，每分钟)自动更新映射数据。如图11所示，灰色正方形(例如，1102)示出了由卫星102看到的光学像素的位置，并且蝴蝶结(例如，1104)是由地基传感器104使用如本文所述的混合定位技术确定的位置。每个蝴蝶结还包括元数据，诸如，闪电类型和幅度。例如，用户可以通过与相应蝴蝶结进行交互来查看元数据(例如，悬停在蝴蝶结上方或点击蝴蝶结，从而在屏幕的一角显示元数据)。应当理解，可以在本文描述的技术范围内构想映射/UI的其他配置。同样，应注意地基传感器位置相对于卫星位置的灰色方块的紧密群集。
有时，信号被卫星和地基传感器两者检测到，但信号不够好以定位。在这种情况下，服务器计算设备106仍然可以提供脉冲的分类和幅度。
在一个实施例中，如上所述，服务器计算设备106可以使用“到达时间差”算法来计算位置。在一些实施例中，服务器计算设备106可以实现更精确的(但是在某些情况下，在计算上更昂贵)贝叶斯定位技术。在一个示例中，在具有许多地基传感器的区域中，系统可以实现～100m的位置精度，而在具有较少地基传感器的区域中，系统可以实现～2km的位置精度。在一示例中，服务器计算设备106确定闪电过程的地理坐标(纬度、经度)和时间。服务器计算设备106也计算关于闪电过程的其他信息，包括峰值电流、类型(例如，云内，云对地)和其他元数据。在少于四个的地基传感器104观察到闪电过程的情况下(例如，闪电过程发生在海洋上)，服务器计算设备106仍可以计算关于闪电过程的某些信息，诸如，峰值电流和类型。
可以理解，本文所述的使用由卫星检测到的闪电位置数据的技术(也称为卫星预处理)减少了仅使用来自地基传感器104的数据来定位闪电过程所需的计算量(对于上述“定位同时合并”的实现)—在某些情况下，使整个过程的效率提高至少十倍。在使用传统的到达时间定位算法的情况下，由卫星提供的位置的初始猜测识别哪些无线电特征由特定的闪电过程产生。该识别步骤通常是闪电定位的计算最昂贵的部分。此外，本文所述的卫星预处理还限制了闪电过程可能位于的地理区域。这允许采用以前认为在计算上不现实的其他定位技术(诸如贝叶斯定位)，从而实现闪电过程高度的提高的LA和精确的计算—而以前，贝叶斯定位器需要在预期源位置周围的体积中进行计算。体积越大，需要进行的计算越多。通过具有由混合系统100提供的精确的初始猜测，这些计算可以被最小化。重要的是要注意，应在闪电定位期间完成卫星闪电数据和地基闪电数据的组合，以实现所有好处。
在一些实施例中，服务器计算设备106包括警报生成模块(未示出)。警报生成模块使用闪电数据(包括如上所述确定的位置信息)的经分析的特征来自动识别可能受到与闪电数据相关联的恶劣天气影响的地理区域。
为了发布警报(该警报到达可能直接受到恶劣天气影响或可能对受影响区域感兴趣的人员和/或实体)，警报生成模块基于从卫星和地基传感器系统确定的位置信息来确定一个或多个处于危险中的地理区域。在一些实施例中，警报生成模块确定与闪电活动的当前位置相对应的警告区域。
在确定一个或多个处于危险中的区域之后，警报生成模块自动识别一组正在监视处于危险区域的一个或多个远程设备，并自动将警报发送到远程设备。远程设备可以包括基于计算机的设备，诸如移动电话和全球定位系统(GPS)硬件。远程设备也可以包括其他类型的警告系统，例如被配置为连接到通信网络的灯光、汽笛和喇叭。在一些实施例中，数据库108包括与远程设备的标识有关的信息(例如，IP地址、电话号码、电子邮件地址)，并且警报生成模块使用该标识信息来为每个远程设备准备警报。数据库108还包括将远程设备的标识映射到该远程设备正在监视的一个或多个特定地理区域的信息(例如，邮政编码、区县名、街道地址)。警报生成模块使用任何标准通信协议或技术(诸如，基于分组的传递(例如，文本消息、XML、电子邮件)、基于电路的传递(例如，寻呼、语音消息)等)。例如，用户可以订阅以在其手机上接收特定邮政编码的警报。系统100将用户的电话号码存储在数据库108中。当警报生成模块识别出可能遭受恶劣天气的地理位置并且所识别的位置的全部或部分落入用户提交的邮政编码内时，警报生成模块发布发给用户移动电话的电话号码的警报(例如，文本消息、语音消息)。在该实施例中，用户的移动电话不必位于与警报生成模块标识为“处于危险”相同的地理区域中。
服务器计算设备106可以将与闪电有关的信息发送到配备或能够接收它们的任何数量的远程设备。例如，服务器计算设备106可以使用标准通信技术(例如，蜂窝、无线)将信息发送到移动设备。如上所述，服务器计算设备106可以生成恶劣天气警报并将其发布到远程设备，这允许增加对传入的恶劣天气的意识。在一些实施例中，如标题为“使用闪电数据来生成代理反射率数据(Using lightning data to generate proxy reflectivitydata)”的美国专利No.9,891,345中所述，可以将通过本文所述的混合技术捕捉的闪电数据与代理闪电雷达映射的视觉和数据合并或组合，该专利通过引用并入本文。
可以以数字和/或模拟电子电路，或以计算机硬件、固件、软件或以它们的组合来实现以上所述的技术。实现可以作为计算机程序产品，即，在机器可读存储设备中可触摸地实施的计算机程序，用于被数据处理设备(例如，可编程处理器、一个计算机和/或多个计算机)执行或控制数据处理设备的操作。计算机程序可以以任何形式的计算机或编程语言来编写，包括源代码、已编译的代码、解释的代码和/或机器代码，计算机程序可以以任何形式部署，包括作为独立程序或作为适用于计算环境中的子例程、元件、或其他单元来部署。可以部署计算机程序以在一个或多个站点中的一台计算机或多台计算机上执行。
方法步骤可以由执行计算机程序的一个或多个处理器来执行，通过对输入数据进行操作和/或生成输出数据，来执行本技术的功能。方法步骤也可以由下列各项执行，而设备可被实现为，专用逻辑电路，例如，FPGA(现场可编程门阵列)、FPAA(现场可编程模拟阵列)、CPLD(复杂可编程逻辑器件)、PSoC(可编程片上系统)、ASIP(专用指令集处理器)、或ASIC(专用集成电路)等等。子例程可以是指存储的计算机程序和/或处理器、和/或特殊电路的实现一个或多个功能的部分。
作为示例，适于计算机程序的执行的处理器包括通用微处理器和专用微处理器两者，以及任何类型的数字或模拟计算机中的任何一个或多个处理器。一般而言，处理器将从只读存储器或随机存取存储器或两者接收指令和数据。计算机的基本元件是用于执行指令的处理器，和/或用于存储指令和/或数据的一个或多个存储器设备。诸如高速缓存之类的存储器设备可用于临时存储数据。存储器设备也可以用于长期数据存储。一般而言，计算机还包括用于存储数据的一个或多个大容量存储设备，例如，磁盘、磁光盘或光盘，或可操作地与它们连接，以从它们那里接收数据或向它们传输数据，或两者。计算机也可以可操作地耦合到通信网络，以便从网络接收指令和/或数据、和/或向网络传输指令和/或数据。适用于具体化计算机程序指令和数据的计算机可读存储介质包括所有形式的易失性和非易失性存储器，作为示例，包括半导体存储器设备，例如，DRAM、SRAM、EPROM、EEPROM、以及FLASH存储器设备；磁盘，例如，内部硬盘和可移动磁盘；磁光盘；光盘，例如，CD、DVD、HD-DVD、以及蓝光光盘。处理器和存储器可以通过特殊用途逻辑电路来补充和/或集成在特殊用途逻辑电路中。
为了提供与用户的交互，以上描述的技术可在与例如CRT(阴极射线管)监视器、等离子监视器、或LCD(液晶显示器)监视器之类的用于向用户显示信息的显示设备、和键盘以及例如鼠标、跟踪球、触摸板、或运动传感器之类的可由用户用来向计算机提供输入(例如，与用户接口元件交互)的指示设备通信的计算机上实现。其它种类的设备也可被用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的感觉反馈，例如，视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈；并且来自用户的输入可按任何形式接收，包括声音、语音和/或触觉输入。
以上描述的技术可在包括后端组件的分布式计算系统中实现。例如，后端组件可以是数据服务器、中间件组件和/或应用服务器。以上描述的技术可在包括前端组件的分布式计算系统中实现。前端组件可例如是具有图形用户界面的客户端计算机、用户可通过其与示例实现交互的Web浏览器、和/或用于发送设备的其它图形用户界面。以上描述的技术可实现在包括这样的后端、中间件或前端组件的任何组合的分布式计算系统中。
计算系统的组件可以通过可包括任何形式或介质的数字或模拟数据通信(例如，通信网络)的传输介质来互连。在任何配置中，传输介质可以包括一个或多个基于分组的网络和/或一个或多个基于电路的网络。基于分组的网络可包括例如因特网、载波网际协议(IP)网络(例如，局域网(LAN)、广域网(WAN)、校域网(CAN)、城域网(MAN)、家庭域网(HAN))、专用IP网络、IP专用交换分机(IPBX)、无线网络(例如无线电接入网络(RAN)、蓝牙、Wi-Fi、WiMAX、通用分组无线业务(GPRS)网络、HiperLAN)和/或其它基于分组的网络。基于电路的网络可包括例如公共电话交换网(PSTN)、旧版专用交换分机(PBX)、无线网络(例如，RAN、码分多址(CDMA)网络、时分多址(TDMA)网络、全球移动通信系统(GSM)网络)和/或其它基于电路的网络。
传输介质上的信息转移可基于一种或多种通信协议。通信协议可包括，例如，以太网协议、因特网协议(IP)、IP语音(VoIP)、点对点(P2P)协议、超文本传输协议(HTTP)、会话发起协议(SIP)、H.323、媒体网关控制协议(MGCP)、信令系统#7(SS7)、全球移动通信系统(GSM)、按键通话(PTT)协议、基于蜂窝的PTT(POC)协议、和/或其它通信协议。
计算系统的设备可包括例如计算机、具有浏览器设备的计算机、电话、IP电话、移动设备(例如，蜂窝电话、个人数字助理(PDA)设备、膝上型计算机、电子邮件设备)和/或其它通信设备。浏览器设备包括例如具有万维网浏览器(例如，可从微软公司获得的
Figure BDA0002353284430000201
Internet
Figure BDA0002353284430000202
可从Mozilla公司获得的
Figure BDA0002353284430000203
Firefox)的计算机(例如，台式计算机、膝上型计算机)。移动计算设备包括，例如，
Figure BDA0002353284430000204
IP电话包括，例如，可从Cisco System有限公司获得的
Figure BDA0002353284430000205
Unified IP Phone 7985G、和/或可从Cisco System有限公司获得的
Figure BDA0002353284430000206
Unified Wireless Phone7920。
包含、包括和/或每个的复数形式是开放性的并包括所列部件，并且可以包括未列出的其它部件。和/或是开放性的，并包括所列部件中的一个或多个以及所列部件的组合。
本领域的技术人员将意识到本发明可体现为其它具体形式，而不背离本发明的精神和本质特性。因此，上述实施例将在各方面被视为是对本文中所描述的本发明的说明而不是限制。

Claims (48)

1.一种定位闪电活动的计算机化方法，所述方法包括以下步骤：
由服务器计算设备从检测地理区域中发生的闪电活动的卫星接收与由所述卫星检测到的闪电活动相关联的位置坐标和时间数据；
由所述服务器计算设备从检测闪电活动的一个或多个地基闪电传感器中的至少一个地基闪电传感器捕捉针对由所述一个或多个地基闪电传感器中的所述至少一个地基闪电传感器检测到的闪电活动的闪电特征数据；
由所述服务器计算设备基于从所述地基闪电传感器捕捉的所述闪电特征数据来生成多个地面点位置；
由所述服务器计算设备将所述地面点位置与从所述卫星接收的所述位置坐标进行比较，以识别一组或多组经匹配的数据；
由所述服务器计算设备利用从所述地基传感器捕捉的所述闪电特征数据为每组经匹配的数据增加从所述卫星接收的针对所述闪电活动的所述位置坐标；以及
由所述服务器计算设备将针对所述闪电活动的所增加的位置坐标发送到一个或多个远程计算设备。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述服务器计算设备从所述卫星接收与所述检测到的闪电活动相关联的光能信息。
3.如权利要求1所述的方法，其中，从所述地基闪电传感器捕捉的所述闪电特征数据包括无线电天电数据。
4.如权利要求1所述的方法，其中，生成多个地面点位置包括：组合从多个所述地基闪电传感器接收的无线电天电数据，并使用到达时间三角测量算法来处理所组合的数据，以生成所述地面点位置。
5.如权利要求4所述的方法，其中，每个地面点位置包括位置、分类、估计的峰值电流和估计的位置精度。
6.如权利要求4所述的方法，其中，所述比较步骤包括确定由一个或多个所述地基传感器检测到的闪电事件在由所述卫星检测到的闪电事件的预定时间内发生，并且在与由所述卫星检测到的所述闪电事件相距预定距离内发生。
7.如权利要求6所述的方法，其中，所述增加步骤包括将来自所述地基传感器的地理坐标、峰值电流和分类附加到与所述卫星相关联的分组数据。
8.如权利要求4所述的方法，其中，所述比较步骤包括确定由一个或多个所述地基传感器检测到的闪电事件在由所述卫星检测到的闪电事件的预定时间内发生，在与由所述卫星检测到的闪电事件相距第一预定距离外发生，并且在与由所述卫星检测到的闪电事件的第二预定距离内发生。
9.如权利要求8所述的方法，其中，所述增加步骤包括将来自所述地基传感器的峰值电流和分类附加到与所述卫星相关联的分组数据。
10.如权利要求4所述的方法，其中，所述比较步骤包括确定由一个或多个所述地基传感器检测到的闪电事件在由所述卫星检测到的闪电事件的预定时间外发生，或者在与由所述卫星检测到的所述闪电事件相距预定距离外发生。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述增加步骤包括使与所述卫星相关联的分组数据保持不变。
12.如权利要求4所述的方法，其中，生成多个地面点位置进一步包括：
确定从所述卫星接收到的所述位置坐标到所述地基传感器中的每一个的位置的距离；
从位于与从所述卫星接收到的所述位置坐标相距预定距离内的每一个地基传感器获取所述无线电天电数据；
确定从所述地基传感器获取的所述无线电天电数据的期望的到达时间；
将具有在预定阈值内的期望的到达时间的所述无线电天电数据组合到无线电天电数据的集合中；以及
确定与所述无线电天电数据相关联的闪电活动的位置。
13.如权利要求12所述的方法，其中，确定与所述无线电天电数据相关联的闪电活动的位置包括：
a)在无线电天电数据的所述集合中找到每个无线电天电的峰值时间(tp)和传感器位置(ps)；
b)将从所述地基传感器接收到的所述地理坐标(p0)和时间数据(t0)分配为初始猜测位置；
c)为所述无线电天电数据的集合中的每个无线电天电确定使|t-D(p,ps)/c-tp|最小化的位置(p)和时间(t)；
d)使用等式r＝t-D(p,ps)/c-tp确定在所述无线电天电数据的集合中所有无线电天电的残值(r)；
e)如果(r)低于每个无线电天电的预定值，则基于所述无线电天电的所确定的位置来识别所述闪电活动的位置；以及
f)如果(r)不低于至少一个无线电天电的预定值，则从所述无线电天电数据的集合中去除具有高于所述预定值的残值(r)的无线电天电，并返回步骤c)。
14.一种用于定位闪电活动的系统，所述系统包括服务器计算设备，所述服务器计算设备包括存储器和处理器，所述存储器用于存储计算机可执行指令，所述处理器用于执行所述计算机可执行指令，所述处理器执行所述计算机可执行指令以：
从检测地理区域中发生的闪电活动的卫星接收与由所述卫星检测到的闪电活动相关联的位置坐标和时间数据；
从检测闪电活动的一个或多个地基闪电传感器中的至少一个地基闪电传感器捕捉针对由所述一个或多个地基闪电传感器中的所述至少一个地基闪电传感器检测到的闪电活动的闪电特征数据；
基于从所述地基闪电传感器捕捉的所述闪电特征数据来生成多个地面点位置；
将所述地面点位置与从所述卫星接收的所述位置坐标进行比较，以识别一组或多组经匹配的数据；
利用从所述地基传感器捕捉的所述闪电特征数据为每组经匹配的数据增加从所述卫星接收的所述闪电活动的所述位置坐标；并且
将针对所述闪电活动的所增加的位置坐标发送到一个或多个远程计算设备。
15.如权利要求14所述的系统，其中，所述服务器计算设备从所述卫星接收与所述检测到的闪电活动相关联的光能信息。
16.如权利要求14所述的系统，其中，从所述地基闪电传感器捕捉的所述闪电特征数据包括无线电天电数据。
17.如权利要求16所述的系统，其中，生成多个地面点位置包括：组合从多个所述地基闪电传感器接收的无线电天电数据，并使用到达时间三角测量算法来处理所组合的数据，以生成所述地面点位置。
18.如权利要求17所述的系统，其中，每个地面点位置包括位置、分类、估计的峰值电流和估计的位置精度。
19.如权利要求17所述的系统，其中，所述比较步骤包括确定由一个或多个所述地基传感器检测到的闪电事件在由所述卫星检测到的闪电事件的预定时间内发生，并且在与由所述卫星检测到的所述闪电事件相距预定距离内发生。
20.如权利要求19所述的系统，其中，所述增加步骤包括将来自所述地基传感器的地理坐标、峰值电流和分类附加到与所述卫星相关联的分组数据。
21.如权利要求17所述的系统，其中，所述比较步骤包括确定由一个或多个所述地基传感器检测到的闪电事件在由所述卫星检测到的闪电事件的预定时间内发生，在与由所述卫星检测到的闪电事件相距第一预定距离外发生，并且在由所述卫星检测到的闪电事件的第二预定距离内发生。
22.如权利要求21所述的系统，其中，所述增加步骤包括将来自所述地基传感器的峰值电流和分类附加到与所述卫星相关联的分组数据。
23.如权利要求17所述的系统，其中，所述比较步骤包括确定由一个或多个所述地基传感器检测到的闪电事件在由所述卫星检测到的闪电事件的预定时间外发生或者在与由所述卫星检测到的所述闪电事件相距预定距离外发生。
24.如权利要求23所述的系统，其中，所述增加步骤包括使与所述卫星相关联的分组数据保持不变。
25.如权利要求17所述的系统，其中，生成多个地面点位置进一步包括：
确定从所述卫星接收到的所述位置坐标到所述地基传感器中的每一个的位置的距离；
从位于与从所述卫星接收到的所述位置坐标相距预定距离内的每一个地基传感器获取所述无线电天电数据；
确定从所述地基传感器获取的所述无线电天电数据的期望的到达时间；
将具有在预定阈值内的期望的到达时间的所述无线电天电数据组合到无线电天电数据的集合中；以及
确定与所述无线电天电数据相关联的闪电活动的位置。
26.如权利要求25所述的系统，其中，确定与所述无线电天电数据相关联的闪电活动的位置包括：
a)在无线电天电数据的所述集合中找到每个无线电天电的峰值时间(tp)和传感器位置(ps)；
b)将从所述地基传感器接收到的所述地理坐标(p0)和时间数据(t0)分配为初始猜测位置；
c)为所述无线电天电数据的集合中的每个无线电天电确定使|t-D(p,ps)/c-tp|最小化的位置(p)和时间(t)；
d)使用等式r＝t-D(p,ps)/c-tp确定在所述无线电天电数据的集合中所有无线电天电的残值(r)；
e)如果(r)低于每个无线电天电的预定值，则基于所述无线电天电的所确定的位置来识别所述闪电活动的位置；以及
f)如果(r)不低于至少一个无线电天电的预定值，则从所述无线电天电数据的集合中去除具有高于所述预定值的残值(r)的无线电天电，并返回步骤c)。
27.一种定位闪电活动的计算机化方法，所述方法包括：
由服务器计算设备从检测地理区域中发生的闪电活动的卫星接收与由所述卫星检测到的闪电活动相关联的位置坐标和时间数据；
由所述服务器计算设备从检测闪电活动的一个或多个地基闪电传感器中的至少一个地基闪电传感器捕捉针对由所述一个或多个地基闪电传感器中的所述至少一个地基闪电传感器检测到的闪电活动的闪电特征数据；
由所述服务器计算设备基于从所述卫星接收的所述位置坐标和时间数据来识别所述一个或多个地基闪电传感器中的接近所述地理区域的至少一个地基闪电传感器；
由所述服务器计算设备使用来自所识别的地基闪电传感器的所述闪电特征数据来确定所述闪电活动的位置；以及
由所述服务器计算设备将所述闪电活动的所述位置发送到一个或多个远程计算设备。
28.如权利要求27所述的方法，其中，所述服务器计算设备从所述卫星接收与所述检测到的闪电活动相关联的光能信息。
29.如权利要求27所述的方法，其中，从所述地基闪电传感器捕捉的所述闪电特征数据包括无线电天电数据。
30.如权利要求27所述的方法，其中，确定所述闪电活动的位置包括确定由一个或多个所述地基传感器检测到的闪电事件在由所述卫星检测到的闪电事件的预定时间内发生并且在与由所述卫星检测到的所述闪电事件相距预定距离内发生。
31.如权利要求30所述的方法，进一步包括将来自所识别的地基传感器的地理坐标、峰值电流和分类附加到与所述卫星相关联的分组数据。
32.如权利要求27所述的方法，其中，确定所述闪电活动的位置包括确定由一个或多个所述地基传感器检测到的闪电事件在由所述卫星检测到的闪电事件的预定时间内发生，在与由所述卫星检测到的所述闪电事件相距第一预定距离外发生，并且在由所述卫星检测到的所述闪电事件的第二预定距离内发生。
33.如权利要求32所述的方法，进一步包括将来自所识别的地基传感器的峰值电流和分类附加到与所述卫星相关联的分组数据。
34.如权利要求27所述的方法，其中，确定所述闪电活动的位置包括确定由一个或多个所述地基传感器检测到的闪电事件在由所述卫星检测到的闪电事件的预定时间外发生，或者在与由所述卫星检测到的所述闪电事件相距预定距离外发生。
35.如权利要求34所述的方法，进一步包括使与所述卫星相关联的分组数据保持不变。
36.如权利要求27所述的方法，其中，识别所述一个或多个地基闪电传感器中的接近所述地理区域的至少一个地基闪电传感器包括：
确定从所述卫星接收到的所述位置坐标到所述地基传感器中的每一个的位置的距离；
从位于与从所述卫星接收到的所述位置坐标相距预定距离内的每一个地基传感器获取所述无线电天电数据；
确定从所述地基传感器获取的所述无线电天电数据的期望的到达时间；以及
将具有在预定阈值内的期望的到达时间的所述无线电天电数据组合到无线电天电数据的集合中。
37.如权利要求36所述的方法，进一步包括：
a)在无线电天电数据的所述集合中找到每个无线电天电的峰值时间(tp)和传感器位置(ps)；
b)将从所述地基传感器接收到的所述地理坐标(p0)和时间数据(t0)分配为初始猜测位置；
c)为所述无线电天电数据的集合中的每个无线电天电确定使|t-D(p,ps)/c-tp|最小化的位置(p)和时间(t)；
d)使用等式r＝t-D(p,ps)/c-tp确定在所述无线电天电数据的集合中所有无线电天电的残值(r)；
e)如果(r)低于每个无线电天电的预定值，则基于所述无线电天电的所确定的位置来识别所述闪电活动的位置；以及
f)如果(r)不低于至少一个无线电天电的预定值，则从所述无线电天电数据的集合中去除具有高于所述预定值的残值(r)的无线电天电，并返回步骤c)。
38.一种用于定位闪电活动的系统，所述系统包括服务器计算设备，所述服务器计算设备包括存储器和处理器，所述存储器用于存储计算机可执行指令，所述处理器用于执行所述计算机可执行指令，所述处理器执行所述计算机可执行指令以：
从检测地理区域中发生的闪电活动的卫星接收与由所述卫星检测到的闪电活动相关联的位置坐标和时间数据；
从检测闪电活动的一个或多个地基闪电传感器中的至少一个地基闪电传感器捕捉针对由所述一个或多个地基闪电传感器中的所述至少一个地基闪电传感器检测到的闪电活动的闪电特征数据；
基于从所述卫星接收的所述位置坐标和时间数据来识别所述一个或多个地基闪电传感器中的接近所述地理区域的至少一个地基闪电传感器；
使用来自所识别的地基闪电传感器的所述闪电特征数据来确定所述闪电活动的位置；以及
将所述闪电活动的所述位置发送到一个或多个远程计算设备。
39.如权利要求38所述的系统，其中，所述服务器计算设备从所述卫星接收与所述检测到的闪电活动相关联的光能信息。
40.如权利要求38所述的系统，其中，从所述地基闪电传感器捕捉的所述闪电特征数据包括无线电天电数据。
41.如权利要求38所述的系统，其中，确定所述闪电活动的位置包括确定由一个或多个所述地基传感器检测到的闪电事件在由卫星检测到的闪电事件的预定时间内发生并且在与由卫星监测到的所述闪电事件相距预定距离内发生。
42.如权利要求41所述的系统，进一步包括将来自所识别地基传感器的地理坐标、峰值电流和分类附加到与所述卫星相关联的分组数据。
43.如权利要求38所述的系统，其中，确定所述闪电活动的位置包括确定由一个或多个所述地基传感器检测到的闪电事件在由所述卫星检测到的闪电事件的预定时间内发生，在与由所述卫星检测到的所述闪电事件相距第一预定距离外发生，并且在由所述卫星检测到的所述闪电事件的第二预定距离内发生。
44.如权利要求43所述的系统，进一步包括将来自所识别地基传感器的峰值电流和分类附加到与所述卫星相关联的分组数据。
45.如权利要求38所述的系统，其中，确定所述闪电活动的位置包括确定由一个或多个所述地基传感器检测到的闪电事件在由所述卫星检测到的闪电事件的预定时间外发生，或者在与由所述卫星检测到的所述闪电事件相距预定距离外发生。
46.如权利要求45所述的系统，进一步包括使与所述卫星相关联的分组数据保持不变。
47.如权利要求38所述的系统，其中，识别所述一个或多个地基闪电传感器中的接近所述地理区域的至少一个地基闪电传感器包括：
确定从所述卫星接收到的所述位置坐标到所述地基传感器中的每一个的位置的距离；
从位于与从所述卫星接收到的所述位置坐标相距预定距离内的每一个地基传感器获取所述无线电天电数据；
确定从所述地基传感器获取的所述无线电天电数据的期望的到达时间；以及
将具有在预定阈值内的期望的到达时间的所述无线电天电数据组合到无线电天电数据的集合中。
48.如权利要求47所述的系统，进一步包括：
a)在无线电天电数据的所述集合中找到每个无线电天电的峰值时间(tp)和传感器位置(ps)；
b)将从所述地基传感器接收到的所述地理坐标(p0)和时间数据(t0)分配为初始猜测位置；
c)为所述无线电天电数据的集合中的每个无线电天电确定使|t-D(p,ps)/c-tp|最小化的位置(p)和时间(t)；
d)使用等式r＝t-D(p,ps)/c-tp确定在所述无线电天电数据的集合中所有无线电天电的残值(r)；
e)如果(r)低于每个无线电天电的预定值，则基于所述无线电天电的所确定的位置来识别所述闪电活动的位置；以及
f)如果(r)不低于至少一个无线电天电的预定值，则从所述无线电天电数据的集合中去除具有高于所述预定值的残值(r)的无线电天电，并返回步骤c)。
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