CN116893395A - 一种主被动闪电探测相位差获取校正系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种主被动闪电探测相位差获取校正系统及方法，包括发射系统、数字信号接收系统、L型干涉阵列、电场仪、ADS‑B天线，基于数字收发系统获取的飞机ADS‑B广播确定出飞机参考位置，确定出飞机相对于干涉阵列的方位角和仰角；利用相位差计算公式计算出干涉阵列中各个天线之间的参考相位差；获取干涉阵列接收的飞机穿云放电过程产生的被动电磁辐射信号得到飞机的测量相位差，基于测量相位差与对应的参考相位差获取系统相位差偏移量，从而修正主被动闪电探测系统的相位。本发明采用上述系统，通过参考飞机航迹的相位差与系统的相位差进行比较，获取系统相位差校准参数，对相位差校正提高系统的测量精度。

Description

一种主被动闪电探测相位差获取校正系统及方法
技术领域
本发明涉及雷达技术领域，尤其涉及一种主被动闪电探测相位差获取校正系统及方法。
背景技术
在利用相位差方法进行闪电位置探测时，通常干涉阵列测量的相位差与实际相位差会存在一定的偏移量，偏移量主要来源系统测量相位差所存在的系统偏差，例如接收机内部噪声等，引起的相位差测量误差。相位差测量误差的存在会导致对飞机测量精度的下降，因此，对雷达进行相位差校正是十分必要的。
现有技术中，申请号为202110873468.1的发明专利申请公开了车载雷达水平测量角度自校正方法、装置、存储介质及电子设备。其中，方法包括：获取所述车载雷达测量得到的静目标的多普勒速度；根据所述多普勒速度、当前车速、当前横摆角速度、所述车载雷达与车辆标定中心的距离，以及所述车载雷达与所述车辆标定中心所在直线与车辆中轴线之间的夹角，计算得到所述静目标的方位角；根据所述方位角反算得到所述车载雷达天线之间的相位差；计算所述相位差与标定相位差的差值，以得到所述车载雷达的标定误差；利用所述标定误差对所述车载雷达的测量角度进行校正。本发明提出的角度自校准方法，利用静止目标多普勒速度，本车车速与横摆角速度来实现雷达角度的自标定，具有较佳的标定效果。
但是，该方案需要对雷达自身存在的相位差进行标定，以标定的相位差为基准进行雷达校正；现有技术中并未公开相位差的测量方法，因此，如何测量出相位差是亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种主被动闪电探测相位差获取校正系统及方法，实现了获取相位差偏移量从而对雷达进行相位差校正，解决了因相位差偏移量导致闪电定位精度下降的问题。
为实现上述目的，本发明系统的技术方案为一种主被动闪电探测相位差获取校正系统，包括：发射系统、数字信号接收系统、L型干涉阵列、电场仪、ADS-B天线；
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；
所述第一条天线基线、第二条天线基线相互正交；
所述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N个偶极子天线依次排列构成，且N为大于0的偶数；
所述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N个偶极子天线依次排列构成，且N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、ADS-B天线连接；
所述发射系统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N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N个偶极子天线输入至所述数字信号接收系统；
所述ADS-B天线用于接收飞机飞行过程中实时发送的飞机ADS-B广播所包含的位置信息，并传输至数字信号接收系统。
本发明方法的技术方案为一种主被动闪电探测相位差获取校正方法，步骤如下：
步骤1：数字信号接收系统通过ADS-B天线连续接收多个探测时刻的飞机ADS-B广播，广播信息中包含飞机实时位置信息，从而可以确定出每个时刻的飞机参考位置的三维坐标；
步骤2：数字信号接收系统通过L型干涉阵列连续采集多个放电时刻的飞机穿云放电过程产生的信号，通过互相关算法获取L型干涉阵列中不同偶极子天线相对于公共偶极子天线的通道间测量相位差；
步骤3：将每个探测时刻的飞机参考位置的三维坐标通过三次样条内插法进行插值，得到每个放电时刻的飞机三维坐标，根据所述每个放电时刻的飞机三维坐标，利用直角坐标到极坐标的转换方法计算得到每个放电时刻的飞机三维坐标相对于L型干涉阵列的方位角和仰角；根据所述方位角和仰角，利用相位差计算公式计算出L型干涉阵列中不同偶极子天线相对于公共偶极子天线的通道间参考相位差；
步骤4：将时刻集合{Time_BK2}下的每一个参考相位差与对应时刻的测量相位差相减后，总体求平均，获取得到L型干涉阵列中不同偶极子天线j相对于公共偶极子天线i的通道间相位差偏移量，所述通道间相位差偏移量用于修正主被动闪电探测系统每个偶极子天线通道的相位；
步骤5：当某一个通道间相位差偏移量超出设定相位阈值时，通过优化的校准方法进行进一步获取更精确的通道间相位差来校准系统。
优选的，步骤1所述多个探测时刻，定义如下：
Time_AK1∈[t1,t2],K1∈[1,M1]
其中，Time_AK1为ADS-B接收系统接收到的第K1个探测时刻的时间值，t1为开始时间值，t2为结束时间值，M1为总探测时刻个数；
步骤1所述每个探测时刻的飞机参考位置的三维坐标，具体如下：
{PTime_AK1},K1∈[1,M1]
其中，为Time_AK1探测时刻的飞机参考位置的三维坐标，为Time_AK1探测时刻的飞机参考位置的三维坐标的横坐标，为Time_AK1探测时刻的飞机参考位置的三维坐标的纵坐标，为Time_AK1探测时刻的飞机参考位置的三维坐标的高度。
优选的，步骤2所述多个放电时刻，定义如下：
Time_BK2∈[t1,t2],K2∈[1,M2]
其中，Time_BK2为数字接收系统接收到的第K2个放电时刻的时间值，t1为开始时间值，t2为结束时间值，M2为总放电时刻个数；Time_BK2的时间值范围与Time_AK1的时间值范围相同，取值间隔不同；
步骤2所述L型干涉阵列中不同偶极子天线相对于公共偶极子天线的通道间测量相位差为：
其中，为相对于的通道间测量相位差，Natenna为一条基线上的偶极子天线个数。
优选的，步骤5所述优化校准方法，具体步骤如下：
步骤S5-1：数字信号接收系统通过L型干涉阵列连续采集多个时刻Time_BK2的飞机穿云放电过程产生的信号，根据主被动信号融合算法获取系统测量的飞机航迹的三维坐标
其中，为主被动信号融合后的Time_BK2时刻的x轴坐标，为主被动信号融合后的Time_BK2时刻的y轴坐标，为主被动信号融合后的Time_BK2时刻的z轴坐标；
步骤S5-2：通过异常点去除方法去除掉不合适的Time_BK2对应的参考相位差和测量相位差，重新计算系统相位差偏移量，其中，i＝0,j∈[1,2Natenna]，Natenna为一条基线上的偶极子天线个数；
所述异常点去除方法，具体如下：
对时刻集合{Time_BK2}下的每一个测量的飞机航迹的三维坐标与对应时刻Time_BK2的参考飞机航迹的三维坐标两点计算欧式距离若欧式距离大于设定的距离阈值ThreshD，则将该时刻Time_BK2对应的测量的飞机航迹的三维坐标和参考飞机航迹的三维坐标去除，不参与计算；
步骤S5-3：对于每一个偶极子天线通道j，减去对应的相位差偏移量修正偶极子天线通道j的相位偏移；针对步骤2得到的测量相位差重新计算每一个时刻Time_BK2对应的测量的飞机航迹的三维坐标其中，i＝0,j∈[1,2Natenna]，Natenna为一条基线上的偶极子天线个数；
其中，为重新计算后的Time_BK2时刻的X轴坐标，为重新计算后的Time_BK2时刻的y轴坐标，为重新计算后的Time_BK2时刻的z轴坐标；
然后重复步骤S5-2；重新计算得到不同偶极子天线j相对于公共偶极子天线i的通道间相位差偏移量若此时每一个均小于相位阈值Threshphase，则此时系统的通道间相位差偏移量符合要求，相位差校准过程结束；若此时某一个通道间相位差偏移量超出设定相位阈值Threshphase时，则重复上述步骤，其中，i＝0,j∈[1,2Natenna]，Natenna为一条基线上的偶极子天线个数。
优选的，步骤3所述每个放电时刻的飞机三维坐标为：
其中，为每个Time_BK2放电时刻飞机三维坐标的x坐标，为每个Time_BK2放电时刻飞机三维坐标的y坐标，为每个Time_BK2放电时刻飞机三维坐标的高度；
步骤3中所述方位角和仰角的计算公式如下：
其中，为飞机相对于L型干涉阵列的方位角，arccos()为反余弦函数，为飞机参考航迹点的横坐标，X0为L型干涉阵列的横坐标，为飞机参考航迹点的纵坐标，Y0为L型干涉阵列的纵坐标；为飞机相对于L型干涉阵列的仰角，arctan()为反正切函数，为飞机参考航迹点的高度，Z0为L型干涉阵列的高度；
相位差计算公式为：
其中，为偶极子天线j相对于公共偶极子天线i的通道间参考相位差，arcsin为反正弦函数，d为天线j和天线i的距离，λ为电磁辐射信号的波长，i＝0,j∈[1,2Natenna]，Natenna为一条基线上的偶极子天线个数。
优选的，本发明利用的是飞机穿云放电过程产生的辐射信号，其本质和闪电产生的辐射信号类似，飞机穿云放电过程产生的辐射信号可以认为是等离子体信号，因此可以采用主被动信号融合算法，步骤S5-1所述的主被动信号融合算法，具体步骤如下：
S1、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；
S2、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；
S3、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；
S4、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；
S5、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。
优选的，步骤S1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S1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。
优选的，步骤S2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S2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S2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。
优选的，步骤S3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：
αiA,iA∈[1,N],A∈[1,N1]
其中，αiA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S3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S3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。
优选的，步骤S4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；
步骤S4所述每个被动闪电时间窗口的第一定位结果，定义为：
其中，表示第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的第二定位结果，即表示第iA个闪电时间窗口的等离子体信号的第二定位结果，表示第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的第二定位结果的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第二定位结果的Y轴坐标，表示第B被动闪电时间窗口的等离子体信号的第二定位结果的Z轴坐标，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。
优选的，步骤S5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S3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，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；
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S4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；
步骤S5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。
本发明采用上述主被动闪电探测相位差获取校正系统及方法，通过ADS-B获取的飞机参考航迹，可以计算得到参考飞机航迹的相位差，通过与系统测量得到的相位差进行比较，获取系统相位差校准参数，对相位差校正提高闪电系统定位的测量精度。
附图说明
图1：本发明实施例的流程示意图；
图2：本发明实施例主被动闪电探测系统的结构示意图；
图3：本发明实施例参考相位差与测量相位差的比较示意图；
图4：本发明实施例测量相位差相对于参考相位差的偏移量分布示意图。
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。
下面结合图1-4介绍本发明实施例的技术方案为一种主被动闪电探测相位差获取校正系统及方法。
实施例一
发射系统的选型为：YR18系列FMCW固态雷达；
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；
电场仪的选型为：Pre-storm 2.0型大气电场仪；
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：偶极子天线频率39MHz，天线增益5dB，天线驻波比1.2。
如图1所示，主被动闪电探测系统相位差获取方法，步骤如下：
步骤1：根据机载ADS-B设备广播得到飞机的参考位置的三维坐标为M1为总探测时刻个数；
步骤2：计算各个天线之间的参考相位差，具体步骤如下：
S1：计算飞机相对于干涉阵列的方位角和仰角；
天线Ant1-天线Ant2、天线Ant1-天线Ant3、天线Ant1-天线Ant4、天线Ant1-天线Ant5，共四对天线对组合。针对每一个天线对，根据参考航迹点确定出飞机相对于干涉阵列的方位角和仰角，计算公式如下：
其中，为飞机相对于L型干涉阵列的方位角，arccos()为反余弦函数，为飞机参考航迹点的横坐标，X0为L型干涉阵列的横坐标，为飞机参考航迹点的纵坐标，Y0为L型干涉阵列的纵坐标，为飞机相对于L型干涉阵列的仰角，arctan()为反正切函数，为飞机参考航迹点的高度，Z0为L型干涉阵列的高度。
S2：计算各个天线之间的参考相位差；
根据公式，分别得到各个天线之间相位差与方位角和仰角之间的关系方程，将多个方程组成方程组进行解算，即可计算出干涉阵列中各个天线之间的参考相位差，公式如下：
其中，为偶极子天线j相对于公共偶极子天线i的通道间参考相位差，arcsin为反正弦函数，d为天线j和天线i的距离，λ为电磁辐射信号的波长，m＝0,n∈[1,4]；
步骤3：获取干涉阵列接收的飞机穿云放电过程产生的被动电磁辐射信号得到飞机的测量相位差；
步骤4：计算系统相位差偏移量，系统相位差偏移量为参考相位差减去测量相位差；图3为本发明实施例一提供的参考相位差与测量相位差的比较示意图，参考相位差以实线线条表示，测量得到的相位差以加号表示。从图3看出参考相位差与实测相位差之间存在一定的间距，即实测相位差并不能准确的定位出飞机的位置。
图4为本发明实施例一提供的测量相位差相对于参考相位差的偏移量分布示意图，从图4看出测量相位差与飞机航迹参考相位差存在一定的偏移量，即实测相位差存在测量偏差，导致系统的测量精度的下降。
步骤5：利用步骤4中计算出的系统相位差偏移量进行主被动闪电探测系统的相位修正，例如，在系统相位差偏移量为负时，将主被动闪电探测系统各天线对的相位差加上系统相位差偏移量，在系统相位差偏移量为正时，将主被动闪电探测系统各天线对的相位差减去系统相位差偏移量。
应用本发明上述实施例一，通过将主被动闪电探测系统获取的三维飞机航迹与ADS-B接收的参考航迹作比较，可以验证主被动闪电定位系统的探测精度，并且可以根据飞机参考航迹校准系统相位。
实施例二
如图2所示，主被动闪电探测系统包括了发射系统、数字收发系统、数据与信号处理子系统、呈L型布设的若干个天线组成的干涉阵列，数字收发系统分别与干涉阵列、发射系统、数据与信号处理子系统连接。
发射系统与发射天线TXAnt通信连接，用于利用发射天线TXAnt辐射脉冲信号，以利用脉冲信号进行飞机测距。
呈L型布设的若干个天线组成的干涉阵列包括了天线Ant1、天线Ant2、天线Ant3、天线Ant4、天线Ant5；天线Ant1、天线Ant2、天线Ant3三点为接收天线位置，组成了第一天基线，天线Ant3、天线Ant4、天线Ant5三点组成了第二条基线；且第一条基线和第二条基线相互正交。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数字收发系统；
数字收发系统与天线E-field Ant通信连接连接，天线E-field Ant用于接收广播信号，实现触发主被动闪电探测系统工作。数字收发系统还与天线ADS-B Ant通信连接，天线ADS-BAnt用于接收机载ADS-B广播出的信号。
研究发现，由于在云中飞行过程中飞机表面与水滴或冰晶粒子之间发生碰撞，飞机充电并达到相对周围空间的一定的高电位，使飞机尖端产生电晕放电。电晕放电是由放电点发出的、以闪光形式流动的短脉冲电流，变化的电流不仅产生一个辐射场，而且也使本地静电场发生巨大变化，该静电场可强烈地与附近的接收天线相耦合。综上所述，这种由于飞机穿云过程产生的放电过程与自然闪电的放电过程类似，都会产生宽频带的电磁辐射，因此可以被主被动闪电探测系统的被动接收部分探测到。而飞机本身作为一个目标，可以被VHF频段的雷达探测，因此主被动闪电系统也可以探测到飞机目标。
系统通过在干涉阵列附近布置频率为1090MHz的ADS-B天线，接收到飞机广播其自身的精确位置和其它数据，如速度、高度及飞机是否转弯、爬升或下降等。根据上述信息可以在航迹图中描绘出飞机航迹，该航迹即为参考航迹。需要强调的是，基于飞机ADS-B广播的信号描绘飞机航迹的方法为现有技术，本发明实施例在此不再进行赘述。
实施例三
发射系统的选型为：YR18系列FMCW固态雷达；
数字信号接收系统的选型为：M9203APXIe数字化仪/宽带数字接收机；
电场仪的选型为：Pre-storm 2.0型大气电场仪；
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：偶极子天线频率39MHz，天线增益5dB，天线驻波比1.2。
基于本发明实施例一，本发明实施例三提供了一种主被动闪电探测系统相位差偏移量的校准方法。
具体实施步骤如下：
步骤1：根据数字信号接收系统通过L型干涉阵列连续采集多个时刻Time_BK的飞机穿云放电过程产生的等离子体信号，获取测量的飞机航迹的三维坐标具体步骤如下：
S1、数字信号接收系统通过L型干涉阵列连续采集多个时刻Time_BK的飞机穿云放电过程产生的等离子体信号，将公共偶极子天线在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；
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；
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。
S2、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；
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；
其中每个闪电时间窗口内时刻的数量，计算方式如下：ends-starts+1；
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；
其中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；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；
其中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；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；
S3、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，包括方位角和仰角；
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；
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；
S4、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，每个主动闪电时间窗口的等离子体信号的距离公式为：
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；
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，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。
S5、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；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；
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S4所述每个被动闪电时间窗口的第一定位结果，定义为：
其中，表示第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的第二定位结果，即表示第iA个闪电时间窗口的等离子体信号的第二定位结果，表示第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的第二定位结果的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第二定位结果的Y轴坐标，表示第B被动闪电时间窗口的等离子体信号的第二定位结果的Z轴坐标，
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。
S6：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S4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S5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；
在L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，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。
去除孤立点具体如下：
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；
通过上述过程，获得{Time_BK}下的每一个测量的飞机航迹的三维坐标P_measTime_BK。
步骤2：通过异常点去除方法去除掉不合适的Time_BK对应的参考相位差和测量相位差重新计算系统相位差偏移量
异常点去除方法，具体如下：
对时刻集合{Time_BK}下的每一个测量的飞机航迹的三维坐标与对应时刻Time_BK的参考飞机航迹的三维坐标两点计算欧式距离若欧式距离大于设定的距离阈值ThreshD，则将该时刻Time_BK对应的测量的飞机航迹的三维坐标和参考飞机航迹的三维坐标去除，不参与计算；
步骤3：对于每一个偶极子天线通道j，减去对应的相位差偏移量修正偶极子天线通道j的相位偏移；针对实施例一中步骤2得到的测量相位差重新计算每一个时刻Time_BK对应的测量的飞机航迹的三维坐标然后重复步骤S5-2；重新计算得到不同偶极子天线j相对于公共偶极子天线i的通道间相位差偏移量若此时每一个均小于Threshphase，则此时系统的通道间相位差偏移量符合要求，相位差校准过程结束；若此时某一个通道间相位差偏移量超出设定相位阈值Threshphase时，则重复上述步骤，其中，m＝0,n∈[1,4]。
因此，本发明采用上述主被动闪电探测相位差获取校正系统及方法，可以计算得到参考飞机航迹的相位差，通过与系统测量得到的相位差进行比较，获取系统相位差校准参数，对相位差校正提高飞机的测量精度。
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。
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 (8)

1.一种主被动闪电探测相位差获取校正系统，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、ADS-B天线；
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；
所述第一条天线基线、第二条天线基线相互正交；
所述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N个偶极子天线依次排列构成，且N为大于0的偶数；
所述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N个偶极子天线依次排列构成，且N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、ADS-B天线连接；
所述发射系统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N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N个偶极子天线输入至所述数字信号接收系统；
所述ADS-B天线用于接收飞机飞行过程中实时发送的飞机ADS-B广播所包含的位置信息，并传输至数字信号接收系统；
确定出每个探测时刻的飞机参考位置的三维坐标；通过互相关算法获取L型干涉阵列中不同偶极子天线相对于公共偶极子天线的通道间测量相位差；计算得到每个放电时刻的飞机三维坐标相对于L型干涉阵列的方位角和仰角、L型干涉阵列中不同偶极子天线相对于公共偶极子天线的通道间参考相位差；获取得到L型干涉阵列中不同偶极子天线相对于公共偶极子天线的通道间相位差偏移量；通过优化的校准方法进行进一步获取更精确的通道间相位差来校准系统。
2.一种应用于权利要求1所述的主被动闪电探测相位差获取校正系统的主被动闪电探测相位差获取校正方法，其特征在于，
步骤1：数字信号接收系统通过ADS-B天线连续接收多个探测时刻的飞机ADS-B广播，广播信息中包含飞机实时位置信息，从而可以确定出每个探测时刻的飞机参考位置的三维坐标；
步骤2：数字信号接收系统通过L型干涉阵列连续采集多个放电时刻的飞机穿云放电过程产生的信号，通过互相关算法获取L型干涉阵列中不同偶极子天线相对于公共偶极子天线的通道间测量相位差；
步骤3：将每个探测时刻的飞机参考位置的三维坐标通过三次样条内插法进行插值，得到每个放电时刻的飞机三维坐标，根据所述每个放电时刻的飞机三维坐标，利用直角坐标到极坐标的转换方法计算得到每个放电时刻的飞机三维坐标相对于L型干涉阵列的方位角和仰角；根据所述方位角和仰角，利用相位差计算公式计算出L型干涉阵列中不同偶极子天线相对于公共偶极子天线的通道间参考相位差；
步骤4：将时刻集合下的每一个参考相位差与对应时刻的测量相位差相减后，总体求平均，获取得到L型干涉阵列中不同偶极子天线j相对于公共偶极子天线i的通道间相位差偏移量，所述通道间相位差偏移量用于修正主被动闪电探测系统每个偶极子天线通道的相位；
步骤5：若任意一个通道间相位差偏移量超出设定相位阈值时，通过优化的校准方法进行进一步获取更精确的通道间相位差来校准系统。
3.根据权利要求2所述的主被动闪电探测相位差获取校正方法，其特征在于：步骤1所述多个探测时刻的时间值，定义如下：
Time_AK1∈[t1,t2],K1∈[1,M1]
其中，Time_AK1为第K1个探测时刻的时间值，t1为开始时间值，t2为结束时间值，M1为总探测时刻个数；
步骤1所述每个探测时刻的飞机参考位置的三维坐标，具体如下：
其中，为第K1个探测时刻的飞机参考位置的三维坐标，为第K1个探测时刻的飞机参考位置的三维坐标的横坐标，为第K1个探测时刻的飞机参考位置的三维坐标的纵坐标，为第K1个探测时刻的飞机参考位置的三维坐标的高度。
4.根据权利要求3所述的主被动闪电探测相位差获取校正方法，其特征在于：
步骤2所述多个放电时刻的时间值，定义如下：
Time_BK2∈[t1,t2],K2∈[1,M2]
其中，Time_BK2为第K2个放电时刻的时间值，t1为开始时间值，t2为结束时间值，M2为总放电时刻个数；Time_BK2的时间值范围与Time_AK1的时间值范围相同，取值间隔不同；
步骤2所述L型干涉阵列中不同偶极子天线相对于公共偶极子天线的通道间测量相位差为：
其中，为第K2个放电时刻的L型干涉阵列中不同偶极子天线j相对于公共偶极子天线i的通道间测量相位差，Natenna为一条基线上的偶极子天线个数。
5.根据权利要求4所述的主被动闪电探测相位差获取校正方法，其特征在于：
步骤3所述每个放电时刻的飞机三维坐标为：
其中，为第K2个放电时刻的飞机三维坐标的x坐标，为第K2个放电时刻的飞机三维坐标的y坐标，为第K2个放电时刻的飞机三维坐标的高度；
步骤3中所述方位角和仰角的计算公式如下：
其中，为飞机相对于L型干涉阵列的方位角，arccos()为反余弦函数，为第K2个放电时刻的飞机参考航迹点的横坐标，X0为L型干涉阵列的横坐标，为第K2个放电时刻的飞机参考航迹点的纵坐标，Y0为L型干涉阵列的纵坐标；为飞机相对于L型干涉阵列的仰角，arctan()为反正切函数，为第K2个放电时刻的飞机参考航迹点的高度，Z0为L型干涉阵列的高度；
相位差计算公式为：
其中，为第K2个放电时刻的偶极子天线j相对于公共偶极子天线i的通道间参考相位差，arcsin为反正弦函数，d为天线j和天线i的距离，λ为电磁辐射信号的波长，i＝0,j∈[1,2Natenna]，Natenna为一条基线上的偶极子天线个数。
6.根据权利要求5所述的主被动闪电探测相位差获取校正方法，其特征在于：
步骤5所述优化校准方法，具体步骤如下：
步骤5.1：数字信号接收系统通过L型干涉阵列连续采集多个探测时刻的飞机穿云放电过程产生的信号，根据主被动信号融合算法获取系统测量的飞机航迹的三维坐标：
其中，为主被动信号融合后的第K2个放电时刻的x轴坐标，为主被动信号融合后的第K2个放电时刻的y轴坐标，为主被动信号融合后的第K2个放电时刻的z轴坐标；
步骤5.2：通过异常点去除方法去除掉不合适的探测时刻对应的参考相位差和测量相位差，重新计算系统相位差偏移量所述异常点去除方法，具体如下：
对时刻集合{Time_BK2}下的每一个测量的飞机航迹的三维坐标与对应时刻Time_BK2的参考飞机航迹的三维坐标两点计算欧式距离若欧式距离大于设定的距离阈值ThreshD，则将该时刻Time_BK2对应的测量的飞机航迹的三维坐标和参考飞机航迹的三维坐标去除，不参与计算；
步骤5.3：对于每一个偶极子天线通道，减去对应的相位差偏移量，修正偶极子天线通道的相位偏移；针对步骤2得到的测量相位差，重新计算每一个时刻Time_BK2对应的测量的飞机航迹的三维坐标
其中，为重新计算后的第K2个放电时刻的X轴坐标，为重新计算后的第K2个放电时刻的y轴坐标，为重新计算后的第K2个放电时刻的z轴坐标；
然后重复步骤S5.2，重新计算得到第K2个放电时刻不同偶极子天线相对于的通道间相位差偏移量若第K2个放电时刻每一个均小于相位阈值Threshphase，则此时系统的通道间相位差偏移量符合要求，相位差校准过程结束；若第K2个放电时刻此时任意一个通道间相位差偏移量超出设定相位阈值Threshphase时，则重复上述步骤，其中，i＝0,j∈[1,2Natenna]，Natenna为一条基线上的偶极子天线个数。
7.根据权利要求6所述的主被动闪电探测相位差获取校正方法，特征在于：
所述步骤S5.1所述的主被动信号融合算法，具体步骤如下：
步骤S1、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S2、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S3、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S4、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S5、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。
8.根据权利要求7所述的主被动闪电探测相位差获取校正方法，特征在于：步骤S1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S1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；
步骤S2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S2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S2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S3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S3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S3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；
步骤S4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；
步骤S4所述每个被动闪电时间窗口的第一定位结果，定义为：
其中，PjB表示第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的第二定位结果，即表示第iA个闪电时间窗口的等离子体信号的第二定位结果，表示第B个被动闪电时间窗口的等离子体信号的第二定位结果的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第二定位结果的Y轴坐标，表示第B被动闪电时间窗口的等离子体信号的第二定位结果的Z轴坐标，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；
步骤S5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S3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S4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；
步骤S5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。
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