CN115835467B - 一种基于主被动融合的等离子体三维定位系统及方法 - Google Patents
一种基于主被动融合的等离子体三维定位系统及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115835467B CN115835467B CN202211677939.2A CN202211677939A CN115835467B CN 115835467 B CN115835467 B CN 115835467B CN 202211677939 A CN202211677939 A CN 202211677939A CN 115835467 B CN115835467 B CN 115835467B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- time window
- lightning time
- lightning
- passive
- plasma
- 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
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 77
- 230000004927 fusion Effects 0.000 title claims abstract description 42
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000005305 interferometry Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 25
- 230000004807 localization Effects 0.000 claims description 12
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 6
- 238000013507 mapping Methods 0.000 claims description 6
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims description 3
- 238000007635 classification algorithm Methods 0.000 claims description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 3
- 210000002381 plasma Anatomy 0.000 claims 96
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 2
- 238000000752 ionisation method Methods 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 102100032533 ADP/ATP translocase 1 Human genes 0.000 description 1
- 102100026396 ADP/ATP translocase 2 Human genes 0.000 description 1
- 102100026397 ADP/ATP translocase 3 Human genes 0.000 description 1
- 102100026400 ADP/ATP translocase 4 Human genes 0.000 description 1
- 101000768061 Escherichia phage P1 Antirepressor protein 1 Proteins 0.000 description 1
- 101000796932 Homo sapiens ADP/ATP translocase 1 Proteins 0.000 description 1
- 101000718417 Homo sapiens ADP/ATP translocase 2 Proteins 0.000 description 1
- 101000718437 Homo sapiens ADP/ATP translocase 3 Proteins 0.000 description 1
- 101000718447 Homo sapiens ADP/ATP translocase 4 Proteins 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Abstract
本发明提出了一种基于主被动融合的等离子体三维定位系统及方法。本发明通过L型干涉阵列连续采集多个时刻的等离子体信号，通过闪电信号检测方法得到多个闪电时间窗口的信号；将多个闪电时间窗口通过主被动信号分离方法划分为多个主动信号闪电时间窗口、被动信号闪电时间窗口；通过相位干涉法和脉冲延迟测距方法计算得到每个主动闪电时间窗口的第一定位结果；通过相位干涉法得到每个被动闪电时间窗口的等离子体信号的到达角；将被动闪电时间窗口的等离子体信号的到达角、主动闪电时间窗口的等离子体信号的第一定位结果通过主被动融合算法处理，获取最终的闪电时间窗口的等离子体信号的融合后的三维定位结果。本发明提高了闪电的定位精度。
Description
技术领域
本发明涉及等离子体探测技术领域，更具体涉及一种基于主被动融合的等离子体三维定位系统及方法。
背景技术
现有的闪电定位技术通常为相位差定位，其原理是利用各个通道间的相位差来实现对目标的定位。但是在实际应用中，相位差定位有主动式闪电定位以及被动式闪电定位，使用的均为相位差定位方法，单站主动式闪电回波，在探测机理上，是闪电等离子体通道后向散射的回波，受制于目标特性，只有数十个点的定位结果。而被动式闪电回波，是闪电在形成过程中产生的，多个闪电过程都会产生辐射，具有数量多的特点。但是单纯利用被动辐射进行相位差定位，获取不到三维定位结果，只有到达角信息，没有距离信息。上述两种方式的定位结果存在差异与各自的缺点，进而导致无法进行高精度单站闪电定位。
发明内容
为了解决本发明闪电定位精度低的问题，本发明提出了一种基于主被动融合的等离子体三维定位系统及方法。
本发明系统的技术方案为一种基于主被动融合的等离子体三维定位系统，包括：发射系统、数字信号接收系统、L型干涉阵列、电场仪；
所述L型干涉阵列由第一条天线基线与第二条天线基线构成；
所述的第一条天线基线、第二条天线基线相互正交；
所述的第一条天线基线由公共偶极子天线、第一基线的第1个偶极子天线、第一基线的第2个偶极子天线、...、第一基线的第K个偶极子天线依次排列构成，且K为大于0的偶数；
所述的第二条天线基线由公共偶极子天线、第二基线的第1个偶极子天线、第二基线的第2个偶极子天线、...、第二基线的第K个偶极子天线依次排列构成，且K为大于0的偶数；
所述数字信号接收系统分别与所述的电场仪、L型干涉阵列连接；
所述的发射机用于实时发射电磁波信号至等离子体；
所述L型干涉阵列用于实时接收等离子体信号，通过公共偶极子天线、第一基线的第1个偶极子天线、第一基线的第2个偶极子天线、...、第一基线的第K个偶极子天线、第二基线的第1个偶极子天线、第二基线的第2个偶极子天线、...、第二基线的第K个偶极子天线输入至所述数字信号接收系统；
所述数字信号接收系统根据实时接收的等离子体信号通过所述基于主被动融合的等离子体三维定位方法实现离子体的定位；
本发明方法的技术方案为一种基于主被动融合的等离子体三维定位方法，具体步骤如下：
步骤1：数字信号接收系统通过L型干涉阵列连续采集多个时刻的等离子体信号，将公共偶极子天线每个时刻的等离子体信号、第一基线每个时刻的每个偶极子天线的等离子体信号、第二基线每个时刻的每个偶极子天线的等离子体信号依次通过模数转换得到公共偶极子天线每个时刻的幅度信号，第一基线每个时刻的每个偶极子天线的幅度信号，第二基线每个时刻的每个偶极子天线的幅度信号，进一步通过闪电信号检测方法在多个时刻检测得到，多个闪电时间窗口；
步骤2：将公共偶极子天线每个闪电时间窗口的多个时刻的幅度信号，第一基线每个闪电时间窗口的多个时刻的每个偶极子天线的幅度信号，第二基线每个闪电时间窗口的多个时刻的每个偶极子天线的幅度信号通过主被动信号分离方法处理，将多个闪电时间窗口划分为多个主动信号闪电时间窗口、多个被动信号闪电时间窗口；
步骤3：将公共偶极子天线每个主动闪电时间窗口的多个时刻的幅度信号，第一基线每个主动闪电时间窗口的多个时刻的每个偶极子天线的幅度信号，第二基线每个主动闪电时间窗口的多个时刻的每个偶极子天线的幅度信号，通过相位干涉法得到每个主动闪电时间窗口的等离子体信号的到达角；通过脉冲延迟测距方法得到每个主动闪电时间窗口的等离子体信号的距离，距离定义为等离子体目标相对于主被动闪电系统的距离；结合每个主动闪电时间窗口的等离子体信号的到达角和距离信息，通过极坐标转换直角坐标系方法计算得到每个主动闪电时间窗口的第一定位结果；
步骤4：将公共偶极子天线每个被动闪电时间窗口的多个时刻的幅度信号，第一基线每个被动闪电时间窗口的多个时刻的每个偶极子天线的幅度信号，第二基线每个被动闪电时间窗口的多个时刻的每个偶极子天线的幅度信号，通过相位干涉法得到每个被动闪电时间窗口的等离子体信号的到达角；
步骤5：将每个被动闪电时间窗口的等离子体信号的到达角、每个主动闪电时间窗口的等离子体信号第一定位结果通过主被动融合算法处理，获取每个被动闪电时间窗口的等离子体信号的融合后三维定位结果，通过孤立点剔除方法得到最终闪电定位结果；
作为优选，步骤1所述闪电时间窗口定义为：
[starts，ends]
starts∈[1,S]，ends∈[1,S]，s∈[1,N]
其中，S表示时刻的数量，starts表示第s个闪电时间窗口的起始时刻，ends表示第s个闪电时间窗口的终止时刻，N表示闪电时间窗口的数量；
步骤1所述闪电信号检测方法为：
数字信号接收系统利用电场仪检测本地电场变化来识别第s个闪电时间窗口的起始时刻starts和第s个闪电时间窗口的终止时刻ends，
作为优选，步骤2所述通过主被动信号分离方法处理，具体过程如下：
根据每个闪电时间窗口内的信号幅度变化特征、每个闪电时间窗口内时刻的数量来判断是主动信号或者是被动信号；
所述每个闪电时间窗口内时刻的数量，计算方式如下：ends-starts+1；
所述每个闪电时间窗口内的信号幅度变化特征，计算方式如下：
若公共偶极子天线每个闪电时间窗口的多个时刻的幅度信号，第一基线每个闪电时间窗口的多个时刻的每个偶极子天线的幅度信号，第二基线每个闪电时间窗口的多个时刻的每个偶极子天线的幅度信号均超过算法设置的幅度阈值Thresh_amp,并且超过阈值的时刻数量大于算法设置的时刻数量阈值Thresh_time，则判断为主动信号；
若公共偶极子天线每个闪电时间窗口的多个时刻的幅度信号，第一基线每个闪电时间窗口的多个时刻的每个偶极子天线的幅度信号，第二基线每个闪电时间窗口的多个时刻的每个偶极子天线的幅度信号均超过算法设置的幅度阈值Thresh_amp，且超过阈值的时刻数量小于算法设置的时刻数量阈值Thresh_time2，则判断该闪电时间窗口内信号为被动闪电信号；
步骤2所述主动信号闪电时间窗口，定义为：
每个闪电时间窗口内为主动信号；
所述主动信号，在闪电放电过程电离空气产生等离子体通道，等离子体通道反射甚高频雷达电磁波产生的后向散射回波；
步骤2所述被动信号闪电时间窗口，定义为：
每个闪电时间窗口内为被动信号；
所述被动信号，闪电等离子体在击穿和电离过程中自身会向外辐射的宽频谱范围的脉冲信号；
作为优选，步骤3所述每个主动闪电时间窗口的等离子体信号的到达角定义，定义如下：
所述每个主动闪电时间窗口的等离子体信号的到达角由：
所述每个主动闪电时间窗口的等离子体信号的方位角、所述每个主动闪电时间窗口的等离子体信号的仰角构成；
所述每个主动闪电时间窗口的等离子体信号的方位角，定义如下：
其中，表示第A个主动闪电时间窗口的等离子体信号的方位角,即表示第iA个闪电时间窗口的等离子体信号的方位角，N1为主动闪电时间窗口的数量，N为闪电时间窗口的总数量；
所述每个主动闪电时间窗口的等离子体信号的仰角，定义如下：
其中，表示第A个主动闪电时间窗口的等离子体信号的仰角,即表示第iA个闪电时间窗口的等离子体信号的仰角，N1为主动闪电时间窗口的数量，N为闪电时间窗口的总数量；
步骤3所述每个主动闪电时间窗口的等离子体信号的距离，定义为：
其中，表示第A个主动闪电时间窗口的等离子体信号的距离,即表示第iA个闪电时间窗口的等离子体信号的距离，N1为主动闪电时间窗口的数量，N为闪电时间窗口的总数量；
步骤3所述每个主动闪电时间窗口的第一定位结果，定义为：
其中，表示第A个主动闪电时间窗口的等离子体信号的第一定位结果，即表示第iA个闪电时间窗口的等离子体信号的第一定位结果，/>表示第A个主动闪电时间窗口的等离子体信号的第一定位结果的X轴坐标，/>表示第A个主动闪电时间窗口的等离子体信号的第一定位结果的Y轴坐标，/>表示第A个主动闪电时间窗口的等离子体信号的第一定位结果的Z轴坐标，N1为主动闪电时间窗口的数量，N为闪电时间窗口的总数量；
作为优选，步骤4所述每个被动闪电时间窗口的等离子体信号到达角，定义为：
所述每个被动闪电时间窗口的等离子体信号的到达角由：
所述每个被动闪电时间窗口的等离子体信号的方位角、所述每个被动闪电时间窗口的等离子体信号的仰角构成；
所述每个被动闪电时间窗口的等离子体信号的方位角，定义如下：
其中，表示第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的方位角,即表示第jB个闪电时间窗口的等离子体信号的方位角，N2为被动闪电时间窗口的数量，N为闪电时间窗口的总数量，N＝N1+N2，N1为主动闪电时间窗口的数量；
所述每个被动闪电时间窗口的等离子体信号的仰角，定义如下：
其中，表示第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的仰角,即表示第jB个闪电时间窗口的等离子体信号的仰角，N2为被动闪电时间窗口的数量，N为闪电时间窗口的总数量；
作为优选，步骤5所述通过主被动融合算法处理，获取等离子体信号第三定位结果，具体过程如下：
将每个主动闪电时间窗口的第一定位结果映射到单位球面坐标系中,得到每个主动闪电时间窗口的单位球面上第一定位结果，具体为：
将步骤3中每个主动闪电时间窗口的等离子体信号的距离设定为单位距离，即
其中，表示第A个主动闪电时间窗口的等离子体信号的距离,即表示第iA个闪电时间窗口的等离子体信号的距离，N1为主动闪电时间窗口的数量，N为闪电时间窗口的总数量；
根据每个主动闪电时间窗口的等离子体信号的距离和每个主动闪电时间窗口的等离子体信号的到达角，通过极坐标转换直角坐标系方法计算得到每个主动闪电时间窗口的单位球面上第一定位结果：
其中，表示每个主动闪电时间窗口的单位球面上第一定位结果，/>表示每个主动闪电时间窗口的单位球面上第一定位结果的球面X轴坐标，/>表示每个主动闪电时间窗口的单位球面上第一定位结果的球面Y轴坐标，/>表示每个主动闪电时间窗口的单位球面上第一定位结果的球面Z轴坐标；
将每个被动闪电时间窗口的等离子体信号的到达角映射单位球面上,得到每个被动闪电时间窗口的单位球面上第二定位结果，具体为：
将步骤4中每个被动闪电时间窗口的等离子体信号的距离设定为单位距离：
其中，表示第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的距离,即表示第jB个闪电时间窗口的等离子体信号的距离，N2为被动闪电时间窗口的数量，N为闪电时间窗口的总数量；
根据每个被动闪电时间窗口的等离子体信号的距离和每个被动闪电时间窗口的等离子体信号的到达角，通过极坐标转换直角坐标系方法计算，得到每个被动闪电时间窗口的单位球面上第二定位结果，具体如下：
其中，表示第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的单位球面上的第二定位结果，即第jB个闪电时间窗口的等离子体信号的第二定位结果的三维坐标，/>表示每个被动闪电时间窗口的单位球面上第二定位结果的球面X轴坐标，/>表示每个被动闪电时间窗口的单位球面上第二定位结果的球面Y轴坐标，/>表示每个被动闪电时间窗口的单位球面上第二定位结果的球面Z轴坐标；
将每个主动闪电时间窗口的单位球面上第一定位结果、每个被动闪电时间窗口的单位球面上第二定位结果，利用KNN最邻近分类算法，将每个被动闪电时间窗口的单位球面上第二定位与最邻近的主动闪电时间窗口的单位球面上第一定位结果/>归为一类，进而得到每个被动闪电时间窗口的单位球面上第二定位结果/>所属的主动闪电时间窗口的分类结果class_jB，具体如下：
class_jB＝iA
其中，class_jB表示第B个被动闪电时间窗口，即表示第jB个闪电时间窗口的单位球面上第二定位结果的分类结果，表示为最邻近的所属的主动闪电时间窗口的单位球面上第一定位结果/>的序号iA；
构建第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的所有可能的距离值集合，具体如下：
其中，表示第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的所有可能的距离值集合中第k个可能的距离值，L表示第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的所有可能的距离值集合中值的数量；
对于第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号，共循环L次，在每次循环中，结合第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的到达角和所有可能的距离值集合中的第k个距离通过极坐标转换直角坐标系方法计算得到第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的第k个可能的三维坐标点/>因此可以得到L个可能的距离值对应的三维坐标点集合，具体定义如下：
其中，表示第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的第k个距离对应的三维坐标点，/>表示第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的第k个距离对应的三维坐标点的X轴坐标，/>表示第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的第k个距离对应的三维坐标点的Y轴坐标，/>表示第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的第k个距离对应的三维坐标点的Z轴坐标；
计算到线段/>的距离/>其中iA的值由第B个被动闪电时间窗口，即第jB个闪电时间窗口的单位球面上第二定位结果的分类结果class_jB决定；
线段是端点为/>和/>所组成的线段；
在中找到最小的距离/>并将对应的/>作为第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的距离，即/>
最终，根据每个被动闪电时间窗口的等离子体信号的距离和每个被动闪电时间窗口的等离子体信号的到达角，通过极坐标转换直角坐标系方法计算得到每个被动闪电时间窗口的等离子体信号的融合后三维定位结果,定义如下：
其中,表示第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的融合后三维定位结果，即表示第jB个闪电时间窗口的等离子体信号的融合后的三维坐标，/>表示第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的融合后三维定位结果的X轴坐标，/>表示第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的融合后三维定位结果的Y轴坐标，/>表示第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的融合后三维定位结果的Z轴坐标；
步骤5所述通过孤立点剔除方法得到最终闪电定位结果，具体如下：
在N2个被动闪电时间窗口的等离子体信号的融合后三维定位结果中剔除孤立点，得到最终闪电定位结果；
所述孤立点，定义为：
对于若/>与剩下N2-1个被动闪电时间窗口的等离子体信号的融合后三维定位结果中每一个第三定位结果点的欧式距离均大于预设距离阈值D0，则定义为孤立点；
本发明融合了主被动信号，将主被动信号均用于闪电定位，进而得到了数量更多的定位结果，进而提高了闪电的定位精度。
附图说明
图1：本发明实施例的L型干涉阵列的分布示意图；
图2：本发明实施例的方法流程示意图；
图3：本发明实施例的快电场以及慢电场变化示意图；
图4：本发明实施例的闪电信号示意图；
图5：本发明实施例的第一定位结果示意图；
图6：本发明实施例的第二定位结果示意图；
图7：本发明实施例的第一定位结果的线段示意图；
图8：本发明实施例的最终闪电定位结果示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。
具体实施时，本发明技术方案提出的方法可由本领域技术人员采用计算机软件技术实现自动运行流程，实现方法的系统装置例如存储本发明技术方案相应计算机程序的计算机可读存储介质以及包括运行相应计算机程序的计算机设备，也应当在本发明的保护范围内。
等离子体可以为飞机蒙皮与潮湿空气摩擦产生摩擦放电，进而在飞机本体表面附近电离空气产生的等离子体；也可以为闪电发生过程中，闪电电离空气产生的等离子体。本发明实施例以闪电产生的等离子体为例进行技术方案的介绍；在实际应用中，闪电产生的等离子体也可以被称为等离子体通道。
本发明实施例系统的技术方案为一种基于主被动融合的等离子体三维定位系统，包括：发射系统、数字信号接收系统、L型干涉阵列、电场仪；
所述L型干涉阵列由第一条天线基线与第二条天线基线构成；
图1为本发明实施例中L型干涉阵列的分布示意图，如图1所示。ANT0、ANT1、ANT2三点为接收天线位置，组成了第一条基线，ANT0、ANT3、ANT4三点组成了第二条基线。
所述的第一条天线基线、第二条天线基线相互正交；
所述的第一条天线基线由公共偶极子天线、第一基线的第1个偶极子天线、第一基线的第2个偶极子天线依次排列构成，且K为大于0的偶数；
所述的第二条天线基线由公共偶极子天线、第二基线的第1个偶极子天线、第二基线的第2个偶极子天线依次排列构成，且K为大于0的偶数；
所述数字信号接收系统分别与所述的电场仪、L型干涉阵列连接；
所述的发射机用于实时发射电磁波信号至等离子体；
所述L型干涉阵列用于实时接收等离子体信号，通过公共偶极子天线、第一基线的第1个偶极子天线、第一基线的第2个偶极子天线、第二基线的第1个偶极子天线、第二基线的第2个偶极子天线输入至所述数字信号接收系统；
所述数字信号接收系统根据实时接收的等离子体信号通过所述基于主被动融合的等离子体三维定位方法实现离子体的定位；
所述发射系统的选型为：
YR18系列FMCW固态雷达；
所述数字信号接收系统的选型为：
M9203A PXIe数字化仪/宽带数字接收机
所述电场仪的选型为：
Pre-storm 2.0型大气电场仪；
所述的公共偶极子天线、第一基线的第1个偶极子天线、第一基线的第2个偶极子天线、第二基线的第1个偶极子天线、第二基线的第2个偶极子天线的参数为；
所述偶极子天线频率39MHz；天线增益5dB；天线驻波比1.2。
下面结合图1-6介绍本发明实施例提供的一种基于主被动融合的等离子体三维定位方法，具体如下:
图2为本发明实施的方法流程示意图，
数字信号接收系统通过L型干涉阵列连续采集多个时刻的等离子体信号，通过闪电信号检测方法得到多个闪电时间窗口的信号；第二步，通过主被动信号分离方法，将多个闪电时间窗口划分为多个主动信号闪电时间窗口、多个被动信号闪电时间窗口；第三步分为两部分，第一部分：对于每个主动闪电时间窗口的等离子体信号，通过相位干涉法得到每个主动闪电时间窗口的等离子体信号的到达角，通过脉冲延迟测距方法得到每个主动闪电时间窗口的等离子体信号的距离，结合到达角和距离计算得到每个主动闪电时间窗口的第一定位结果；第二部分：对于每个被动闪电时间窗口的等离子体信号，通过相位干涉法得到每个被动闪电时间窗口的等离子体信号的到达角；第四步，将每个被动闪电时间窗口的等离子体信号的到达角、每个主动闪电时间窗口的等离子体信号第一定位结果通过主被动融合算法处理，获取每个被动闪电时间窗口的等离子体信号的融合后三维定位结果，然后通过孤立点剔除方法得到最终闪电定位结果。
步骤1：数字信号接收系统通过L型干涉阵列连续采集多个时刻的等离子体信号，将公共偶极子天线每个时刻的等离子体信号、第一基线每个时刻的每个偶极子天线的等离子体信号、第二基线每个时刻的每个偶极子天线的等离子体信号依次通过模数转换得到公共偶极子天线每个时刻的幅度信号，第一基线每个时刻的每个偶极子天线的幅度信号，第二基线每个时刻的每个偶极子天线的幅度信号，进一步通过闪电信号检测方法在多个时刻检测得到，多个闪电时间窗口；
步骤1所述闪电时间窗口定义为：
[starts，ends]
starts∈[1,S]，ends∈[1,S]，s∈[1,N]
其中，S＝4096表示时刻的数量，starts表示第s个闪电时间窗口的起始时刻，ends表示第s个闪电时间窗口的终止时刻，N＝100表示闪电时间窗口的数量；
步骤1所述闪电信号检测方法为：
数字信号接收系统利用电场仪检测本地电场变化来识别第s个闪电时间窗口的起始时刻starts和第s个闪电时间窗口的终止时刻ends，
为了清楚的对本发明实施例进行说明，首先说明电场仪检测闪电的方法。地面电场仪是一种通过监测地面电场的实时变化，实现对带电云层活动状况进行监测的设备，通过布置在系统阵列旁的快慢电场仪可以判断是否存在有效的闪电活动；图3为本发明实施例中电场仪接收的闪电发生过程中快电场以及慢电场变化示意图，如图3所示，通过检测闪电发生时，电场仪波形的变化可以作为识别反射信号与被动等离子体信号的开始和结束时刻。
步骤2：将公共偶极子天线每个闪电时间窗口的多个时刻的幅度信号，第一基线每个闪电时间窗口的多个时刻的每个偶极子天线的幅度信号，第二基线每个闪电时间窗口的多个时刻的每个偶极子天线的幅度信号通过主被动信号分离方法处理，将多个闪电时间窗口划分为多个主动信号闪电时间窗口、多个被动信号闪电时间窗口；
步骤2所述通过主被动信号分离方法处理，具体过程如下：
根据每个闪电时间窗口内的信号幅度变化特征、每个闪电时间窗口内时刻的数量来判断是主动信号或者是被动信号；
为了清楚的对本发明实施例进行说明，首先说明闪电信号的分类。
图4为本发明实施例提供的主动闪电信号和被动闪电信号示意图，如图4所示，闪电通道产生的雷达回波具有鲜明的特征。VHF雷达回波由两种类型的信号分量组成：一种是在闪电放电过程电离空气产生等离子体，等离子体反射甚高频雷达波产生的主动电磁辐射信号，这个信号通常被称为主动信号，如框101所示；另一种是等离子体产生过程中向外持续辐射电磁脉冲信号，如框102所示，该部分信号被通常被称为被动信号。
所述每个闪电时间窗口内时刻的数量，计算方式如下：ends-starts+1；
所述每个闪电时间窗口内的信号幅度变化特征，计算方式如下：
若公共偶极子天线每个闪电时间窗口的多个时刻的幅度信号，第一基线每个闪电时间窗口的多个时刻的每个偶极子天线的幅度信号，第二基线每个闪电时间窗口的多个时刻的每个偶极子天线的幅度信号均超过算法设置的幅度阈值Thresh_amp＝100(单位为模数转换模块ADC量化的数值)，并且超过阈值的时刻数量大于算法设置的时刻数量阈值Thresh_time＝50，则判断为主动信号；
若公共偶极子天线每个闪电时间窗口的多个时刻的幅度信号，第一基线每个闪电时间窗口的多个时刻的每个偶极子天线的幅度信号，第二基线每个闪电时间窗口的多个时刻的每个偶极子天线的幅度信号均超过算法设置的幅度阈值Thresh_amp＝100(单位为模数转换模块ADC量化的数值)，且超过阈值的时刻数量小于算法设置的时刻数量阈值Thresh_time2＝15，则判断该闪电时间窗口内信号为被动闪电信号；
步骤2所述主动信号闪电时间窗口，定义为：
每个闪电时间窗口内为主动信号；
所述主动信号，在闪电放电过程电离空气产生等离子体通道，等离子体通道反射甚高频雷达电磁波产生的后向散射回波；
步骤2所述被动信号闪电时间窗口，定义为：
每个闪电时间窗口内为被动信号；
所述被动信号，闪电等离子体在击穿和电离过程中自身会向外辐射的宽频谱范围的脉冲信号；
步骤3：将公共偶极子天线每个主动闪电时间窗口的多个时刻的幅度信号，第一基线每个主动闪电时间窗口的多个时刻的每个偶极子天线的幅度信号，第二基线每个主动闪电时间窗口的多个时刻的每个偶极子天线的幅度信号，通过相位干涉法得到每个主动闪电时间窗口的等离子体信号的到达角；通过脉冲延迟测距方法得到每个主动闪电时间窗口的等离子体信号的距离，距离定义为等离子体目标相对于主被动闪电系统的距离；结合每个主动闪电时间窗口的等离子体信号的到达角和距离信息，通过极坐标转换直角坐标系方法计算得到每个主动闪电时间窗口的第一定位结果；由于主动闪电时间窗口的数量少，所以第一定位结果的三维坐标点的数量少，表现为离散的点，如图5所示。
步骤3所述每个主动闪电时间窗口的等离子体信号的到达角定义，定义如下：
所述每个主动闪电时间窗口的等离子体信号的到达角由：
所述每个主动闪电时间窗口的等离子体信号的方位角、所述每个主动闪电时间窗口的等离子体信号的仰角构成；
所述每个主动闪电时间窗口的等离子体信号的方位角，定义如下：
其中，表示第A个主动闪电时间窗口的等离子体信号的方位角，角度值范围为0°-360°,即表示第iA个闪电时间窗口的等离子体信号的方位角，N1＝10为主动闪电时间窗口的数量，N＝100为闪电时间窗口的总数量；
所述每个主动闪电时间窗口的等离子体信号的仰角，定义如下：
其中，表示第A个主动闪电时间窗口的等离子体信号的仰角,角度值范围为0°
-360°，即表示第iA个闪电时间窗口的等离子体信号的仰角，N1＝10为主动闪电时间窗口的数量，N＝100为闪电时间窗口的总数量；
步骤3所述每个主动闪电时间窗口的等离子体信号的距离，定义为：
其中，表示第A个主动闪电时间窗口的等离子体信号的距离,单位为米，即表示第iA个闪电时间窗口的等离子体信号的距离，N1＝10为主动闪电时间窗口的数量，N＝100为闪电时间窗口的总数量；
步骤3所述每个主动闪电时间窗口的第一定位结果，定义为：
其中，表示第A个主动闪电时间窗口的等离子体信号的第一定位结果，即表示第iA个闪电时间窗口的等离子体信号的第一定位结果，/>表示第A个主动闪电时间窗口的等离子体信号的第一定位结果的X轴坐标，/>表示第A个主动闪电时间窗口的等离子体信号的第一定位结果的Y轴坐标，/>表示第A个主动闪电时间窗口的等离子体信号的第一定位结果的Z轴坐标，坐标系单位为米；N1＝10为主动闪电时间窗口的数量，N＝100为闪电时间窗口的总数量；
步骤4：将公共偶极子天线每个被动闪电时间窗口的多个时刻的幅度信号，第一基线每个被动闪电时间窗口的多个时刻的每个偶极子天线的幅度信号，第二基线每个被动闪电时间窗口的多个时刻的每个偶极子天线的幅度信号，通过相位干涉法得到每个被动闪电时间窗口的等离子体信号的到达角；如图6所示，x轴为方位角，y轴为仰角，被动闪电时间窗口的等离子体信号通过相位干涉法可以得到一系列到达角集合；
步骤4所述每个被动闪电时间窗口的等离子体信号到达角，定义为：
所述每个被动闪电时间窗口的等离子体信号的到达角由：
所述每个被动闪电时间窗口的等离子体信号的方位角、所述每个被动闪电时间窗口的等离子体信号的仰角构成；
所述每个被动闪电时间窗口的等离子体信号的方位角，定义如下：
其中，表示第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的方位角,角度值范围为0°-360°，即表示第jB个闪电时间窗口的等离子体信号的方位角，N2＝90为被动闪电时间窗口的数量，N＝100为闪电时间窗口的总数量，N＝N1+N2，N1＝10为主动闪电时间窗口的数量；
所述每个被动闪电时间窗口的等离子体信号的仰角，定义如下：
其中，表示第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的仰角,角度值范围为0°
-360°，即表示第jB个闪电时间窗口的等离子体信号的仰角，N2＝90为被动闪电时间窗口的数量，N＝100为闪电时间窗口的总数量；
步骤5：将每个被动闪电时间窗口的等离子体信号的到达角、每个主动闪电时间窗口的等离子体信号第一定位结果通过主被动融合算法处理，获取每个被动闪电时间窗口的等离子体信号的融合后三维定位结果，通过孤立点剔除方法得到最终闪电定位结果；
步骤5所述通过主被动融合算法处理，获取等离子体信号第三定位结果，具体过程如下：
将每个主动闪电时间窗口的第一定位结果映射到单位球面坐标系中,得到每个主动闪电时间窗口的单位球面上第一定位结果，具体为：
将步骤3中每个主动闪电时间窗口的等离子体信号的距离设定为单位距离，即
其中，表示第A个主动闪电时间窗口的等离子体信号的距离,单位为米，即表示第iA个闪电时间窗口的等离子体信号的距离，N1＝10为主动闪电时间窗口的数量，N＝100为闪电时间窗口的总数量；
根据每个主动闪电时间窗口的等离子体信号的距离和每个主动闪电时间窗口的等离子体信号的到达角，通过极坐标转换直角坐标系方法计算得到每个主动闪电时间窗口的单位球面上第一定位结果：
其中，表示每个主动闪电时间窗口的单位球面上第一定位结果，/>表示每个主动闪电时间窗口的单位球面上第一定位结果的球面X轴坐标，/>表示每个主动闪电时间窗口的单位球面上第一定位结果的球面Y轴坐标，/>表示每个主动闪电时间窗口的单位球面上第一定位结果的球面Z轴坐标，坐标系单位为米；N1＝10为主动闪电时间窗口的数量，N＝100为闪电时间窗口的总数量；/>
将每个被动闪电时间窗口的等离子体信号的到达角映射单位球面上,得到每个被动闪电时间窗口的单位球面上第二定位结果，具体为：
将步骤4中每个被动闪电时间窗口的等离子体信号的距离设定为单位距离：
其中，表示第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的距离,距离单位为米，即表示第jB个闪电时间窗口的等离子体信号的距离，N2＝90为被动闪电时间窗口的数量，N＝100为闪电时间窗口的总数量；
根据每个被动闪电时间窗口的等离子体信号的距离和每个被动闪电时间窗口的等离子体信号的到达角，通过极坐标转换直角坐标系方法计算，得到每个被动闪电时间窗口的单位球面上第二定位结果，具体如下：
其中，表示第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的单位球面上的第二定位结果，即第jB个闪电时间窗口的等离子体信号的第二定位结果的三维坐标，/>表示每个被动闪电时间窗口的单位球面上第二定位结果的球面X轴坐标，/>表示每个被动闪电时间窗口的单位球面上第二定位结果的球面Y轴坐标，/>表示每个被动闪电时间窗口的单位球面上第二定位结果的球面Z轴坐标，坐标系单位为米；N2＝90为被动闪电时间窗口的数量，N＝100为闪电时间窗口的总数量；
将每个主动闪电时间窗口的单位球面上第一定位结果、每个被动闪电时间窗口的单位球面上第二定位结果，利用KNN最邻近分类算法，将每个被动闪电时间窗口的单位球面上第二定位与最邻近的主动闪电时间窗口的单位球面上第一定位结果/>归为一类，进而得到每个被动闪电时间窗口的单位球面上第二定位结果/>所属的主动闪电时间窗口的分类结果class_jB，具体如下：
class_jB＝iA
其中，class_jB表示第B个被动闪电时间窗口，即表示第jB个闪电时间窗口的单位球面上第二定位结果的分类结果，表示为最邻近的所属的主动闪电时间窗口的单位球面上第一定位结果/>的序号iA；
构建第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的所有可能的距离值集合，具体如下：
其中，表示第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的所有可能的距离值集合中第k个可能的距离值，L＝40表示第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的所有可能的距离值集合中值的数量；
对于第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号，共循环L＝40次，在每次循环中，结合第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的到达角和所有可能的距离值集合中的第k个距离通过极坐标转换直角坐标系方法计算得到第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的第k个可能的三维坐标点/>因此可以得到L＝40个可能的距离值对应的三维坐标点集合，具体定义如下：
其中，表示第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的第k个距离对应的三维坐标点，/>表示第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的第k个距离对应的三维坐标点的X轴坐标，/>表示第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的第k个距离对应的三维坐标点的Y轴坐标，/>表示第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的第k个距离对应的三维坐标点的Z轴坐标，坐标系单位为米；L＝40，表示共有L＝40个可能的三维坐标点集合；
计算到线段/>的距离/>L＝40，其中iA的值由第B个被动闪电时间窗口，即第jB个闪电时间窗口的单位球面上第二定位结果的分类结果class_jB决定；
线段是端点为/>和/>所组成的线段；图7为本发明实施例中第一定位结果的线段示意图；
在L＝40中找到最小的距离/>min_k＝20，并将对应的作为第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的距离，即/>
最终，根据每个被动闪电时间窗口的等离子体信号的距离和每个被动闪电时间窗口的等离子体信号的到达角，通过极坐标转换直角坐标系方法计算得到每个被动闪电时间窗口的等离子体信号的融合后三维定位结果,定义如下：
其中,表示第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的融合后三维定位结果，即表示第jB个闪电时间窗口的等离子体信号的融合后的三维坐标，/>表示第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的融合后三维定位结果的X轴坐标，/>表示第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的融合后三维定位结果的Y轴坐标，/>表示第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的融合后三维定位结果的Z轴坐标，坐标系单位为米；N2＝90为被动闪电时间窗口的数量，N＝100为闪电时间窗口的总数量；
步骤5所述通过孤立点剔除方法得到最终闪电定位结果，具体如下：
在N2个被动闪电时间窗口的等离子体信号的融合后三维定位结果QjB中剔除孤立点，得到最终闪电定位结果；
所述孤立点，定义为：
对于若/>与剩下N2-1＝89个被动闪电时间窗口的等离子体信号的融合后三维定位结果中每一个第三定位结果点的欧式距离均大于预设距离阈值D0＝5000(单位为m)，则定义为孤立点；
得到最终的闪电三维定位结果。最终的闪电定位结果如图8所示。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
尽管本文较多地使用了发射系统、数字信号接收系统、L型干涉阵列、电场仪等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便的描述本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种基于主被动融合的等离子体三维定位系统，其特征在于，包括：
发射系统、数字信号接收系统、L型干涉阵列、电场仪；
所述L型干涉阵列由第一条天线基线与第二条天线基线构成；
所述的第一条天线基线、第二条天线基线相互正交；
所述的第一条天线基线由公共偶极子天线、第一基线的第1个偶极子天线、第一基线的第2个偶极子天线、...、第一基线的第K个偶极子天线依次排列构成，且K为大于0的偶数；
所述的第二条天线基线由公共偶极子天线、第二基线的第1个偶极子天线、第二基线的第2个偶极子天线、...、第二基线的第K个偶极子天线依次排列构成，且K为大于0的偶数；
所述数字信号接收系统分别与所述的电场仪、L型干涉阵列连接；
所述的发射机用于实时发射电磁波信号至等离子体；
所述L型干涉阵列用于实时接收等离子体信号，通过公共偶极子天线、第一基线的第1个偶极子天线、第一基线的第2个偶极子天线、...、第一基线的第K个偶极子天线、第二基线的第1个偶极子天线、第二基线的第2个偶极子天线、...、第二基线的第K个偶极子天线输入至所述数字信号接收系统；
所述数字信号接收系统通过所述L型干涉阵列连续采集多个时刻的等离子体信号，进一步通过闪电信号检测方法在多个时刻检测得到，多个闪电时间窗口；通过主被动信号分离方法处理，将多个闪电时间窗口划分为多个主动信号闪电时间窗口、多个被动信号闪电时间窗口；通过相位干涉法得到每个主动闪电时间窗口的等离子体信号的到达角，通过脉冲延迟测距方法得到每个主动闪电时间窗口的等离子体信号的距离，通过极坐标转换直角坐标系方法计算得到每个主动闪电时间窗口的第一定位结果；通过相位干涉法得到每个被动闪电时间窗口的等离子体信号的到达角；通过主被动融合算法处理，获取每个被动闪电时间窗口的等离子体信号的融合后三维定位结果，进一步通过孤立点剔除方法得到最终闪电定位结果。
2.一种利用权利要求1所述的基于主被动融合的等离子体三维定位系统进行基于主被动融合的等离子体三维定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：数字信号接收系统通过L型干涉阵列连续采集多个时刻的等离子体信号，将公共偶极子天线每个时刻的等离子体信号、第一基线每个时刻的每个偶极子天线的等离子体信号、第二基线每个时刻的每个偶极子天线的等离子体信号依次通过模数转换得到公共偶极子天线每个时刻的幅度信号，第一基线每个时刻的每个偶极子天线的幅度信号，第二基线每个时刻的每个偶极子天线的幅度信号，进一步通过闪电信号检测方法在多个时刻检测得到，多个闪电时间窗口；
步骤2：将公共偶极子天线每个闪电时间窗口的多个时刻的幅度信号，第一基线每个闪电时间窗口的多个时刻的每个偶极子天线的幅度信号，第二基线每个闪电时间窗口的多个时刻的每个偶极子天线的幅度信号通过主被动信号分离方法处理，将多个闪电时间窗口划分为多个主动信号闪电时间窗口、多个被动信号闪电时间窗口；
步骤3：将公共偶极子天线每个主动闪电时间窗口的多个时刻的幅度信号，第一基线每个主动闪电时间窗口的多个时刻的每个偶极子天线的幅度信号，第二基线每个主动闪电时间窗口的多个时刻的每个偶极子天线的幅度信号，通过相位干涉法得到每个主动闪电时间窗口的等离子体信号的到达角；通过脉冲延迟测距方法得到每个主动闪电时间窗口的等离子体信号的距离；结合每个主动闪电时间窗口的等离子体信号的到达角和距离信息，通过极坐标转换直角坐标系方法计算得到每个主动闪电时间窗口的第一定位结果；
步骤4：将公共偶极子天线每个被动闪电时间窗口的多个时刻的幅度信号，第一基线每个被动闪电时间窗口的多个时刻的每个偶极子天线的幅度信号，第二基线每个被动闪电时间窗口的多个时刻的每个偶极子天线的幅度信号，通过相位干涉法得到每个被动闪电时间窗口的等离子体信号的到达角；
步骤5：将每个被动闪电时间窗口的等离子体信号的到达角、每个主动闪电时间窗口的等离子体信号第一定位结果通过主被动融合算法处理，获取每个被动闪电时间窗口的等离子体信号的融合后三维定位结果，通过孤立点剔除方法得到最终闪电定位结果。
3.根据权利要求2所述的基于主被动融合的等离子体三维定位方法，其特征在于：
步骤1所述闪电时间窗口定义为：
[starts，ends]
starts∈[1,S]，ends∈[1,S]，s∈[1,N]
其中，S表示时刻的数量，starts表示第s个闪电时间窗口的起始时刻，ends表示第s个闪电时间窗口的终止时刻，N表示闪电时间窗口的数量；
步骤1所述闪电信号检测方法为：
数字信号接收系统利用电场仪检测本地电场变化来识别第s个闪电时间窗口的起始时刻starts和第s个闪电时间窗口的终止时刻ends。
4.根据权利要求3所述的基于主被动融合的等离子体三维定位方法，其特征在于：
步骤2所述通过主被动信号分离方法处理，具体过程如下：
根据每个闪电时间窗口内的信号幅度变化特征、每个闪电时间窗口内时刻的数量来判断是主动信号或者是被动信号；
所述每个闪电时间窗口内时刻的数量，计算方式如下：ends-starts+1；
所述每个闪电时间窗口内的信号幅度变化特征，计算方式如下：
若公共偶极子天线每个闪电时间窗口的多个时刻的幅度信号，第一基线每个闪电时间窗口的多个时刻的每个偶极子天线的幅度信号，第二基线每个闪电时间窗口的多个时刻的每个偶极子天线的幅度信号均超过算法设置的幅度阈值Thresh_amp,并且超过阈值的时刻数量大于算法设置的时刻数量阈值Thresh_time，则判断为主动信号；
若公共偶极子天线每个闪电时间窗口的多个时刻的幅度信号，第一基线每个闪电时间窗口的多个时刻的每个偶极子天线的幅度信号，第二基线每个闪电时间窗口的多个时刻的每个偶极子天线的幅度信号均超过算法设置的幅度阈值Thresh_amp，且超过阈值的时刻数量小于算法设置的时刻数量阈值Thresh_time2，则判断该闪电时间窗口内信号为被动闪电信号。
5.根据权利要求4所述的基于主被动融合的等离子体三维定位方法，其特征在于：
步骤2所述主动信号闪电时间窗口，定义为：
每个闪电时间窗口内为主动信号；
所述主动信号，在闪电放电过程电离空气产生等离子体通道，等离子体通道反射甚高频雷达电磁波产生的后向散射回波；
步骤2所述被动信号闪电时间窗口，定义为：
每个闪电时间窗口内为被动信号；
所述被动信号，闪电等离子体在击穿和电离过程中自身会向外辐射的宽频谱范围的脉冲信号。
6.根据权利要求5所述的基于主被动融合的等离子体三维定位方法，其特征在于：
步骤3所述每个主动闪电时间窗口的等离子体信号的到达角定义，定义如下：
所述每个主动闪电时间窗口的等离子体信号的到达角由：
所述每个主动闪电时间窗口的等离子体信号的方位角、所述每个主动闪电时间窗口的等离子体信号的仰角构成；
所述每个主动闪电时间窗口的等离子体信号的方位角，定义如下：
其中，表示第A个主动闪电时间窗口的等离子体信号的方位角,即表示第iA个闪电时间窗口的等离子体信号的方位角，N1为主动闪电时间窗口的数量，N为闪电时间窗口的总数量；
所述每个主动闪电时间窗口的等离子体信号的仰角，定义如下：
其中，表示第A个主动闪电时间窗口的等离子体信号的仰角,即表示第iA个闪电时间窗口的等离子体信号的仰角，N1为主动闪电时间窗口的数量，N为闪电时间窗口的总数量；
步骤3所述每个主动闪电时间窗口的等离子体信号的距离，定义为：
其中，表示第A个主动闪电时间窗口的等离子体信号的距离,即表示第iA个闪电时间窗口的等离子体信号的距离，N1为主动闪电时间窗口的数量，N为闪电时间窗口的总数量；
步骤3所述每个主动闪电时间窗口的第一定位结果，定义为：
其中，表示第A个主动闪电时间窗口的等离子体信号的第一定位结果，即表示第iA个闪电时间窗口的等离子体信号的第一定位结果，/>表示第A个主动闪电时间窗口的等离子体信号的第一定位结果的X轴坐标，/>表示第A个主动闪电时间窗口的等离子体信号的第一定位结果的Y轴坐标，/>表示第A个主动闪电时间窗口的等离子体信号的第一定位结果的Z轴坐标，N1为主动闪电时间窗口的数量，N为闪电时间窗口的总数量。
7.根据权利要求6所述的基于主被动融合的等离子体三维定位方法，其特征在于：
步骤4所述每个被动闪电时间窗口的等离子体信号到达角，定义为：
所述每个被动闪电时间窗口的等离子体信号的到达角由：
所述每个被动闪电时间窗口的等离子体信号的方位角、所述每个被动闪电时间窗口的等离子体信号的仰角构成；
所述每个被动闪电时间窗口的等离子体信号的方位角，定义如下：
其中，表示第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的方位角,即表示第jB个闪电时间窗口的等离子体信号的方位角，N2为被动闪电时间窗口的数量，N为闪电时间窗口的总数量，N＝N1+N2，N1为主动闪电时间窗口的数量；
所述每个被动闪电时间窗口的等离子体信号的仰角，定义如下：
其中，表示第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的仰角,即表示第jB个闪电时间窗口的等离子体信号的仰角，N2为被动闪电时间窗口的数量，N为闪电时间窗口的总数量。
8.根据权利要求7所述的基于主被动融合的等离子体三维定位方法，其特征在于：
步骤5所述通过主被动融合算法处理，获取等离子体信号第三定位结果，具体过程如下：
将每个主动闪电时间窗口的第一定位结果映射到单位球面坐标系中,得到每个主动闪电时间窗口的单位球面上第一定位结果，具体为：
将步骤3中每个主动闪电时间窗口的等离子体信号的距离设定为单位距离，即
其中，表示第A个主动闪电时间窗口的等离子体信号的距离,即表示第iA个闪电时间窗口的等离子体信号的距离，N1为主动闪电时间窗口的数量，N为闪电时间窗口的总数量；
根据每个主动闪电时间窗口的等离子体信号的距离和每个主动闪电时间窗口的等离子体信号的到达角，通过极坐标转换直角坐标系方法计算得到每个主动闪电时间窗口的单位球面上第一定位结果：
其中，表示每个主动闪电时间窗口的单位球面上第一定位结果，/>表示每个主动闪电时间窗口的单位球面上第一定位结果的球面X轴坐标，/>表示每个主动闪电时间窗口的单位球面上第一定位结果的球面Y轴坐标，/>表示每个主动闪电时间窗口的单位球面上第一定位结果的球面Z轴坐标；
将每个被动闪电时间窗口的等离子体信号的到达角映射单位球面上,得到每个被动闪电时间窗口的单位球面上第二定位结果，具体为：
将步骤4中每个被动闪电时间窗口的等离子体信号的距离设定为单位距离：
其中，表示第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的距离,即表示第jB个闪电时间窗口的等离子体信号的距离，N2为被动闪电时间窗口的数量，N为闪电时间窗口的总数量；
根据每个被动闪电时间窗口的等离子体信号的距离和每个被动闪电时间窗口的等离子体信号的到达角，通过极坐标转换直角坐标系方法计算，得到每个被动闪电时间窗口的单位球面上第二定位结果，具体如下：
其中，表示第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的单位球面上的第二定位结果，即第jB个闪电时间窗口的等离子体信号的第二定位结果的三维坐标，/>表示每个被动闪电时间窗口的单位球面上第二定位结果的球面X轴坐标，/>表示每个被动闪电时间窗口的单位球面上第二定位结果的球面Y轴坐标，/>表示每个被动闪电时间窗口的单位球面上第二定位结果的球面Z轴坐标；
将每个主动闪电时间窗口的单位球面上第一定位结果、每个被动闪电时间窗口的单位球面上第二定位结果，利用KNN最邻近分类算法，将每个被动闪电时间窗口的单位球面上第二定位与最邻近的主动闪电时间窗口的单位球面上第一定位结果/>归为一类，进而得到每个被动闪电时间窗口的单位球面上第二定位结果/>所属的主动闪电时间窗口的分类结果class_jB，具体如下：
class_jB＝iA
其中，class_jB表示第B个被动闪电时间窗口，即表示第jB个闪电时间窗口的单位球面上第二定位结果的分类结果，表示为最邻近的所属的主动闪电时间窗口的单位球面上第一定位结果/>的序号iA；
构建第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的所有可能的距离值集合，具体如下：
其中，表示第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的所有可能的距离值集合中第k个可能的距离值，L表示第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的所有可能的距离值集合中值的数量；
对于第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号，共循环L次，在每次循环中，结合第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的到达角和所有可能的距离值集合中的第k个距离通过极坐标转换直角坐标系方法计算得到第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的第k个可能的三维坐标点/>因此可以得到L个可能的距离值对应的三维坐标点集合，具体定义如下：
其中，表示第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的第k个距离对应的三维坐标点，/>表示第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的第k个距离对应的三维坐标点的X轴坐标，/>表示第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的第k个距离对应的三维坐标点的Y轴坐标，/>表示第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的第k个距离对应的三维坐标点的Z轴坐标；
计算到线段/>的距离/>其中iA的值由第B个被动闪电时间窗口，即第jB个闪电时间窗口的单位球面上第二定位结果的分类结果class_jB决定；
线段是端点为/>和/>所组成的线段；
在中找到最小的距离/>并将对应的/>作为第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的距离，即/>
根据每个被动闪电时间窗口的等离子体信号的距离和每个被动闪电时间窗口的等离子体信号的到达角，通过极坐标转换直角坐标系方法计算得到每个被动闪电时间窗口的等离子体信号的融合后三维定位结果,定义如下：
其中,表示第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的融合后三维定位结果，即表示第jB个闪电时间窗口的等离子体信号的融合后的三维坐标，/>表示第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的融合后三维定位结果的X轴坐标，/>表示第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的融合后三维定位结果的Y轴坐标，/>表示第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的融合后三维定位结果的Z轴坐标。
9.根据权利要求8所述的基于主被动融合的等离子体三维定位方法，其特征在于：
步骤5所述通过孤立点剔除方法得到最终闪电定位结果，具体如下：
在N2个被动闪电时间窗口的等离子体信号的融合后三维定位结果QjB中剔除孤立点，得到最终闪电定位结果；
所述孤立点，定义为：
对于若/>与剩下N2-1个被动闪电时间窗口的等离子体信号的融合后三维定位结果中每一个第三定位结果点的欧式距离均大于预设距离阈值D0，则定义为孤立点。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211677939.2A CN115835467B (zh) | 2022-12-26 | 2022-12-26 | 一种基于主被动融合的等离子体三维定位系统及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211677939.2A CN115835467B (zh) | 2022-12-26 | 2022-12-26 | 一种基于主被动融合的等离子体三维定位系统及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115835467A CN115835467A (zh) | 2023-03-21 |
| CN115835467B true CN115835467B (zh) | 2024-03-08 |
Family
ID=85518374
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211677939.2A Active CN115835467B (zh) | 2022-12-26 | 2022-12-26 | 一种基于主被动融合的等离子体三维定位系统及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115835467B (zh) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201548622U (zh) * | 2009-08-12 | 2010-08-11 | 中国气象科学研究院 | 宽带干涉仪三维闪电辐射源定位系统 |
| US8159233B2 (en) * | 2008-07-07 | 2012-04-17 | Lam Research Corporation | Passive capacitively-coupled electrostatic (CCE) probe arrangement for detecting in-situ arcing events in a plasma processing chamber |
| WO2017095586A1 (en) * | 2015-12-04 | 2017-06-08 | Applied Materials, Inc. | Arcing detection apparatus for plasma processing |
| CN107402329A (zh) * | 2017-07-05 | 2017-11-28 | 南京信息工程大学 | 单站闪电电场定位装置和方法 |
| CN109143218A (zh) * | 2018-08-15 | 2019-01-04 | 武汉大学 | 一种基于vhf雷达的闪电定位系统及闪电定位方法 |
| 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 |
| CN112986698A (zh) * | 2020-10-22 | 2021-06-18 | 南京信息工程大学 | 一种三维闪电定位方法 |
| CN113075461A (zh) * | 2021-02-21 | 2021-07-06 | 珠海复旦创新研究院 | 基于宽带甚高频辐射信号探测的超短基线闪电三维定位方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9299538B2 (en) * | 2014-03-20 | 2016-03-29 | Applied Materials, Inc. | Radial waveguide systems and methods for post-match control of microwaves |
| US20220093429A1 (en) * | 2020-09-21 | 2022-03-24 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Systems and methods for determining residual compounds in plasma process |
-
2022
- 2022-12-26 CN CN202211677939.2A patent/CN115835467B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8159233B2 (en) * | 2008-07-07 | 2012-04-17 | Lam Research Corporation | Passive capacitively-coupled electrostatic (CCE) probe arrangement for detecting in-situ arcing events in a plasma processing chamber |
| CN201548622U (zh) * | 2009-08-12 | 2010-08-11 | 中国气象科学研究院 | 宽带干涉仪三维闪电辐射源定位系统 |
| WO2017095586A1 (en) * | 2015-12-04 | 2017-06-08 | Applied Materials, Inc. | Arcing detection apparatus for plasma processing |
| CN107402329A (zh) * | 2017-07-05 | 2017-11-28 | 南京信息工程大学 | 单站闪电电场定位装置和方法 |
| CN109143218A (zh) * | 2018-08-15 | 2019-01-04 | 武汉大学 | 一种基于vhf雷达的闪电定位系统及闪电定位方法 |
| CN112986698A (zh) * | 2020-10-22 | 2021-06-18 | 南京信息工程大学 | 一种三维闪电定位方法 |
| 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 |
| CN113075461A (zh) * | 2021-02-21 | 2021-07-06 | 珠海复旦创新研究院 | 基于宽带甚高频辐射信号探测的超短基线闪电三维定位方法 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| 利用无线电窄带干涉仪定位系统对地闪全过程的观测与研究;张广庶;赵玉祥;郄秀书;张彤;王彦辉;陈成品;;中国科学(D辑:地球科学);20080915(第09期);全文 * |
| 周康辉 ; 董万胜 ; 刘恒毅 ; 蔡力 ; 杨磊 ; 马祥 ; .基于干涉仪原理的甚高频雷电单站预警.气象科技.2013,(第03期),全文. * |
| 汪涛 ; 石立华 ; 邱实 ; 付尚琛 ; .闪电VHF信号延时叠加DOA估计方法与应用.高电压技术.2018,(第10期),全文. * |
| 雷电监测方法的研究;都百万;王保强;;成都信息工程学院学报;20070815(第S1期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115835467A (zh) | 2023-03-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104614653A (zh) | 基于天线阵列的局放检测装置的多局放点定位和分辨方法 | |
| CN106707255B (zh) | 一种相控阵雷达仿真系统及方法 | |
| CN109143218B (zh) | 一种基于vhf雷达的闪电定位系统及闪电定位方法 | |
| CN102540145B (zh) | 单站准三维闪电定位装置和方法 | |
| RU2440588C1 (ru) | Способ пассивного радиомониторинга воздушных объектов | |
| WO2016124898A1 (en) | Direction finding using signal power | |
| CN109116297B (zh) | 一种被动雷达空间谱估计与合成波束的联合测向方法 | |
| CN111856444A (zh) | 一种基于uwb多目标定位追踪方法 | |
| Sinitsyn et al. | Determination of aircraft current location on the basis of its acoustic noise | |
| CN109991519B (zh) | 基于神经网络和无线传感阵列的局部放电测向方法及系统 | |
| CN115835467B (zh) | 一种基于主被动融合的等离子体三维定位系统及方法 | |
| KR20190040637A (ko) | 레이다 DoA 추정 시스템 및 방법 | |
| CN110907925B (zh) | 一种高频地波雷达双站模型下的权重定位方法 | |
| CN111693935A (zh) | 一种射频测向方法及系统 | |
| CN112418275B (zh) | 基于距离像特征提取的毫米波引信箔条干扰识别方法 | |
| CN111693936B (zh) | 一种基于射频模拟接收系统的测向方法及系统 | |
| Mazlan et al. | WiFi fingerprinting indoor positioning with multiple access points in a single base station using probabilistic method | |
| CN116893395B (zh) | 一种主被动闪电探测相位差获取校正系统及方法 | |
| CN113030669A (zh) | 一种基于特高频幅值强度统计分析的局部放电定位方法 | |
| Stankovic et al. | Neural networks-based DOA estimation of multiple stochastic narrow-band EM sources | |
| CN113514808B (zh) | 一种用于判定小型无人机目标个数的智能辨识方法 | |
| Xu et al. | RSSI-based direction of arrival estimation using maximum likelihood estimator and UHF antenna array | |
| Leng et al. | Direction of arrival and target scale estimation based on split beamforming algorithm | |
| Li et al. | Sparse Planar MIMO Array Design Based on Genetic Algorithm | |
| CN112363106B (zh) | 基于量子粒子群的信号子空间波达方向检测方法及系统 |
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 |