当前位置：文档之家 › 第二章 闪电探测技术-1

第二章 闪电探测技术-1

  • 格式：ppt
  • 大小：11.80 MB
  • 文档页数：113

下载文档原格式

  / 113

合集下载

(环境管理)气象探测环境保护专项规划编制指南

(环境管理)气象探测环境保护专项规划编制指南

气象探测环境保护专项规划编制指南（试行）第一章总则第一条为了开展气象探测环境保护专项规划的编制工作，统一气象探测环境保护专项规划技术文件的内容和要求，提高气象探测环境保护专项规划的科学性、规范性和有效性，依据有关法律、法规和技术规范，制定本指南。

第二条编制气象台站探测环境保护专项规划应当依据气象台站所在城镇经批准实施的总体规划、详细规划，统筹气象探测环境保护与城市开发建设；经批准的气象台站探测环境保护专项规划，是气象台站周边规划和建设的依据。

第三条本指南所称气象探测环境，是指为避开各种干扰、保证气象探测设施准确获得气象探测信息所必需的环境空间。

本指南所称气象探测设施，是指用于各类气象探测的场地、仪器、设备及其附属设施。

第四条编制气象探测环境保护专项规划的依据：1.《中华人民共和国城乡规划法》；2.《中华人民共和国气象法》；3.《气象探测环境和设施保护办法》（中国气象局第7号令）；4.中国气象局、建设部《关于加强气象探测环境保护的通知》（气发〔2004 〕247号）；5.江苏省气象局、江苏省建设厅《关于加强气象探测环境保护的通知》（苏气发[2008]83号）6.《地球电磁环境保护要求》（GB13615—92）。

第二章探测环境保护技术标准第五条编制的气象探测环境保护专项规划应符合《气象探测环境和设施保护办法》规定的保护标准：1．国家基准气候站、国家基本气象站、国家一般气象站和太阳辐射观测站周围的建筑物、作物、树木等障碍物和其他对气象探测有影响的各种源体，与气象观测场围栏必须保持一定距离，具体保护标准如下：注：“障碍物”是指建筑、作物、树木等影响观测场气流通畅或探测资料代表性、准确性的物体。

“孤立”障碍物是指在观测场围栏距障碍物最近点，向障碍物方向看去，与邻近物体的横向距离≥30米的单个物体在水平方向的最大遮挡角度≤22.5°的障碍物。

“成排”障碍物是指在观测场围栏距障碍物最近点，向障碍物方向看去，单个物体或2个单个物体的横向距离≤30米的集合物体在水平方向的最大遮挡角度＞22.5°的障碍物。

防雷探测方法研究

防雷探测方法研究

防雷探测方法研究防雷探测方法研究1. 引子在现代社会中，雷电事故频繁发生，给人们的生命和财产安全带来了严重威胁。

为了提高雷电防护的效果，我们需要研究和探索有效的防雷探测方法。

本文将从深度和广度两个维度探讨防雷探测方法的研究进展和发展趋势。

2. 概述防雷探测是指利用先进的技术手段，对雷电活动进行监测、预警和预防措施的研究。

通过及时发现雷电活动和提前预警，可以有效减少雷电事故的发生，保护人们的生命和财产安全。

3. 传统防雷探测方法传统防雷探测方法主要包括雷电感应器、雷电定向接收器和雷电定位系统。

雷电感应器通过电磁感应原理，对雷电活动进行监测和处理。

雷电定向接收器通过设置多个接收天线，利用信号强度的差异判断雷电方向。

雷电定位系统是在雷暴区域设置多个接收站，通过多点触发计算出雷电的位置。

4. 新型防雷探测方法随着科技的不断进步，新型的防雷探测方法也不断涌现。

其中，红外线成像技术是一种应用广泛的防雷探测方法。

红外线成像技术通过探测目标周围的温度变化，判断是否发生雷电活动。

该方法具有灵敏度高、反应速度快的优点，能够及时发现雷电活动并进行预警。

5. 防雷探测方法的评估对于防雷探测方法的评估，我们可以从深度和广度两个维度进行考量。

深度评估主要关注方法的准确度、可靠性和响应速度。

广度评估则注重对多种情况的适应性和可行性的评估。

综合考虑深度和广度的评估结果，可以找到最优的防雷探测方法。

6. 防雷探测方法的发展趋势在未来的研究中，我们可以将防雷探测方法与人工智能相结合，利用机器学习等技术提高雷电活动的预测准确度。

随着无人机技术的发展，可以将无人机应用于雷电活动的监测和预警，提高雷电防护的效果。

7. 结论防雷探测方法的研究对于提高雷电防护的效果至关重要。

传统的防雷探测方法为我们提供了基础，而新型的防雷探测方法则为我们提供了更多机遇和可能。

通过对防雷探测方法的评估和发展趋势的研究，我们可以不断提高雷电防护的能力，保护人们的生命和财产安全。

雷电探测与预警系统

雷电探测与预警系统

雷电探测与预警系统DW100 雷电探测器是在雷云的云闪或地闪电前提供雷电防护安全决策的信息系统。

原理：当雷云形成雷爆核心及其周边区域的地面的静电场会发生巨大变化，正常条件下（开阔平地、晴天以及没有尖端放电效应），场强约为250 ～270V/M ；当雷爆核心出现的过程中，场强会以KV/M 的倍数增加。

整个增加过程耗时大约20 ～25min 。

DW-100 探测器的天线能够在雷击发生数毫秒内测出雷击发生的确切方位；探测器的主机能够根据接受到的信号强度来发出警报声，同时估算出相应的距离，在计算机中显示出来对应位置。

组成：主机、天线、其他配件以及相应的处理软件等。

主机正面主机背面接收天线传输导线软件主界面雷击速率包括近距离雷击/ 分钟以及严重雷击/ 分钟，可以通过之前的雷击率趋势图显示出来，从而可以容易地知道雷击是在增加还是在衰减。

显示范围有100 ，200 ，300 英里（对应160 ，320 ，480 公里） 3 种选择，您可以根据所关注的区域设置显示范围。

DW-100 显示的是实时雷击速率！当雷击发生时，它只需要几个毫秒就可以捕获其信号并且将其显示在屏幕上。

DW-100 可以很容易地连接到您的计算机的USB 或者COM 口上，从而通过软件对雷击数据进行记录、分析。

在您的电脑处于关机状态下，DW-100 依然能够探测到雷击的发生；当DW-100 发出警报声或者雷击显示灯开始闪烁时，您可以打开计算机来查看雷击发生的具体位置。

DW-100 主机具有两个内置的警报器：近距离雷击警报器和严重雷击警报器。

当探测到的雷击距离小于设定值时，近距离雷击警报器将被激活；而当探测到的雷击强度（单位时间内的雷击次数）大于设定值时，严重雷击警报器将被激活。

DW-100 能够当任何一个警报器激活后发生警报声。

前置面板上的按钮可以将雷击声和警报声设置为失效。

在电脑中可以设置警报声或者弹出式菜单来确认警报的发生。

警报的状态通过在地图窗口左上角的近距离雷击距离旋钮颜色已经严重雷击状态指示器来显示。

现代防雷技术PPT课件(第一部分：第1-5章)

现代防雷技术PPT课件(第一部分：第1-5章)

北回归线（北纬23.5）以南一般在80以上（但台湾省只有30左右），北纬 23.5到长江一带约为40~80，长江以北大部地区（包括东北）多在20~40， 西北多在20以下。西藏沿雅鲁藏布江一带约达50~80。我国把年平均雷暴日不 超过15的叫少雷区，超过40的叫多雷区，超过90的叫强雷区。在防雷设计中， 要根据雷暴日的多少因地制宜。

i I (1 cost)
2
（1-4）
其中，I为雷电流幅值；ω为角频率。
对半余弦波头，其最大陡度出现在t=τf/2时，其值为平均陡度的π/2倍。
根据国内外的实测统计，75~90%的雷电流是负极性的。因此电气设备的防雷 保护和绝缘配合一般都按负极性雷进行研究。
1.1.4 雷暴日和雷暴小时
里雷暴日。
输电线路的存在，改变了雷云—地之间的电场分布，有引雷作用。根据模拟
试验及运行经验，线路每侧的引雷宽度为2h（h为避雷线的平均高度，m）。
因此，对雷暴日T=40 地区，避雷线或导线平均高度为h的线路，每100km每
年雷击的次数

N (b 4h) 100T 0.28(b 4h)
在雷击点A与地中零电位面之间串接着一个阻抗，它可以代表被击中物体的 接地电阻R，也可以代表被击物体的波阻抗Z。从图1-3（e）中可以看出， 当Z=0时，i=2i0；若Z<<Z0（如Z≤30Ω），仍然可得i≈2i0。所以国际上习惯 于把流经波阻抗为零（或接近于零）的被击物体的电流称为“雷电流”。从 其定义可以看出，雷电流i的幅值恰好等于沿通道Z0传来的流动电流波i0的幅 值的两倍。
现代防雷技术
第一章 雷电及其参数
雷电是大自然中最宏伟和恐怖的气体放电现象。对雷电的物理本质了解始 于18世纪，最有名的当属美国的富兰克林和俄国的罗蒙诺索夫。富兰克林在 18世纪中期提出了雷电是大气中的火花放电，首次阐述了避雷针的原理并进 行了试验；罗蒙诺索夫则提出了关于乌云起电的学说。近几十年来，由于雷 电放电对于现代航空、电力、通信、建筑等领域都有很大的影响，促使人们 从20世纪30年代开始加强了对雷电及其防护技术的研究，特别是利用高速摄 影、数字记录、雷电定向定位等现代测量技术所作的实测研究的成果，大大 丰富了人们对雷电的认识。

静止轨道瞬态点源多目标闪电信号实时探测技术

静止轨道瞬态点源多目标闪电信号实时探测技术

关键 词 ：瞬态点 源 多 目标 ； 静 止轨道 ； 实 时探 测
中 图 分 类 号 ：Ｖ１ ９ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ — ２ ６ ２ １ ） ９ ２ ９ — ６ ０ ７ ２ ７ （０ ２０ — ３ ０ ０
Ｒｅ ｌｔｍ ｅ ｄ ｔｃ ｉｎ ｔ ｃ ｎｏｏ ｙ ｏ ｎｓａ ｔ ｎ ｏ ｓ ｐ ｉ ｔｓ ｕ ｃ ａ －ｉ ｅ ｅ ｔｏ ｅ ｈ ｌ ｇ ｆｉ ｔ ｎ ａ ｅ ｕ ｏ ｎ －ｏ ｒ ｅ
ｍ ｕ ｔ・ａ ｇ ｔ ｌ ｈｔ ｉ ｇ ｓｇ ａ ｎ ｔ ｅ ｇ ｏ ｔ ｔｏ ａ ｙ ｏ ｂ ｔ ｌｉｔ ｒ ｅ ｉ ｎ ｎ ｉ ｎ ｌ ｏ ｈ ｅ ｓ ａ ｉ ｎ ｒ ｒ ｉ ｇ
Ｂａ ｈ ｌ ｎ ，Ｔａ ｇ Ｓ ａ ｆ ｎ ｏ Ｓ ｕｏ ｇ ｎ ｈ ｏ ａ ，Ｌｉ Ｙｕ ｆ ｉ ｎ ｅ ，Ｌｉｎ ａ，Ｚｈ ｏ Ｙａ ｈ ａ ａ ｇ Ｈｕ ａ ｎ ｕ
目标 闪 电信 号 和缓 变的 云层 、 陆地 与 海 洋等 背景噪 声之 间存 在 时 间、 空间和 光谱特 性 上 的 差异 ， 用 采
光谱 滤波 、 间滤波 、 空 帧一 帧背景 去 除三种 方法 的组合 来 实现瞬 态点 源 多 目标 闪电信号 的增 强与探 测
的 方 案 及 其 技 术 实现 ， 行 了理 论 分 析 与 试 验 验 证 。 进
ｃ ｕｌ ｅ ａ ｑ ｉｅ ｈ ｏ ｇ ｉ ｈ ｎｎｇ ｏ ｓ ｒ ｔ ｎ．Ｉ ｈ ｓ ｐ ｓａ ｅ，ｔ ｅ ｄｉｆｒ ｎ ｅ ｅｗ ｅ ｎ ｌｇ ｔ ｉ ｇ ｉｎ ｌ ｏ ｄ ｂ ｃ ｕ ｒｄ ｔ ｒ ｕ ｈ ｌｇ ｔ ｉ ｂ ｅｖａ ｏ ｉ ｎ ｔ ｉ ａ ｓ ｇ ｈ ｆｅ ｅ ｃ ｓ ｂ ｔ ｅ ｉ ｈｎ ｎ ｓｇ ａ ａ ｄ ｓｏ ｙ ｃ ｎ ｅ ｂ ｃ ｇ ｏ ｎ ｎ ｉｅ ｕ ｈ ａ ｃｏ ｄ， ｅ ｒｈ ａ ｄ ｏ ｅ ｅｃ ｗｅ ｅ ｉｃ ｓ ｅ ｏ ｔ ｅ ｎ ｌ ｗｌ ｈａ ｇ ｄ ａ ｋ ｒ ｕ ｄ ｏ ｓ ｓ ｃ ｓ ｌ ｕ ａｔ ｎ ｃａ ｎ ｔ ｒ ｄ ｓ ｕ ｓ ｄ ｎ ｈ

雷电监测原理和方法(好文章)

雷电监测原理和方法(好文章)
第九章
雷电监测原理和方法
雷电的监测方法主要有：目测、照相、电场仪、闪电计数器、光谱仪、脉冲电压记录仪、卫 星闪电探测器、声探测器、雷达探测等。有关声探测和光谱仪已在第八章作了讲述。
第一节 闪电的照相观测方法
利用照相机对闪电观测是研究闪电的重要工具之一。由照相观测可以测量闪电的时间、 闪电的速度和闪电的结构。 早在十八世纪后期， Hoffert (1889)就利用照相摄影方法观测闪击， 他将照相机作水平快速移动，获取闪电照片，观测闪电变化情况，发现闪击是有分枝的，并 且闪击之间有连续发光存在。并测量两闪击的时间间隔为 1/5~1/10 秒， 这个时间显然是过 大了。到二十世纪初，法国 Walter（1902~1918）利用一由钟控制的可移动照相机，他精确地 测出了闪击之间的时间，并照到了第一次闪击之先导，并观测到第一次闪击是向下分枝的。
(9.4)
v = Eh ⋅
(9.5)
由（9.5）式可见，测得的电压正比于地面电场 E。而其比例系数 hC c /(C g + C ) 可以通过计 算或测量确定。实际上， C > C g ，故 C 用来控制测量电压大小。R 的作用是使电压 V 有一 时间常数 R（C+Cg） ，或如当 C >> C g 时，时间常数为 RC。如果 RC 大于所要测量的时间 ， 则 R 对测量的影响即可忽略。 根据与天线相联的测量电路的 RC 取值，把对大气电场的测量分为两种情况： （1）静电场计（慢天线） ：取时间常数 RC= 4 秒，频率响应从直流到 20KHz 以上，有 5 个不同的 C 值使电压增益变化范围为 80db， 而 R 值从 107 变到 1011。 由示波器显示输出电压。 示波器作非同步扫描，每一次扫描较前一次偏离一点，每次扫描时间为 50 m sec ，时间分辨 率为几分之一毫秒。

闪电探测技术

闪电探测技术
黄苗青;孙胜利
【期刊名称】《红外》
【年(卷),期】2000(000)009
【摘要】1 闪电探测的意义云中的颗粒在积聚增大及相互作用的过程中,部分颗粒通过碰撞而带电。

通常,较小的颗粒带正电,较大的颗粒带负电。

在大气的上升作用
及地球引力的作用下,云的上端积聚正电荷,而云的下端积聚负电荷。

电荷的分离在
云与大地之间及云内部形成了巨大的电能,有时高达几百万瓦。

电荷不断积累,直至电场使空气发生电离,在地面与云的下部或云层的不同部分之间产生放电。

放电过
程中,释放出巨大的能量,有时高达10^(12)瓦。

当大气放电使大气温度达到20,000℃时,周围受到压缩的空气产生强大的冲击波,经过延迟,
【总页数】6页(P1-6)
【作者】黄苗青;孙胜利
【作者单位】中国科学院上海技术物理研究所，上海200083
【正文语种】中文
【中图分类】P415.35
【相关文献】
1.闪电探测技术发展和资料应用 [J], 张义军;孟青;马明;董万胜;吕伟涛
2.论闪电探测技术在雷电防护上应用 [J], 周扬;伍瑞林;范昊澄
3.静止轨道闪电探测性能实验室验证技术研究 [J], 李云飞;鲍书龙;王志强;唐绍凡;
张如意
4.基于风云四号闪电成像仪的高原闪电探测分析 [J], 文刚;邹斌;周仿荣;方明;钱国超;黄然;马御棠;潘浩;姚年鹏;蒋尧
5.闪电探测仪中干扰抑制技术 [J], 李蕾;薛剑波
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

雷电探测-2


时差法：长基线（LDAR）
• 优点：资料最详细 • 缺点：分析繁琐 • 组成：五个宽带垂直极 化天线来完成的。 • LDAR：七个组成部分， 6个天线大致安装在六 边形的顶点，中心是第 7个天线，信号通过微 波与处理器连接。
1983年Proctor的布阵
LMA: 在美国2000年夏季的STEPS(Sever Thunderstorm Electrification and Precipitation Study) 实验中，LMA闪电观测系统 共设有13个测站，可以探测300km以内的闪电活动。
5.00E-02
干涉仪定位原理
VHF：相位差的问题 辐射源定位计算方法
通过快速付里叶变换得出 信号到达不同天线的相位差
利用相位差计算入射信号 与相应基线的夹角
2 L
arccos 2 D

L D cos
利用信号与两个相互正交 的基线的夹角计算方位角 和仰角
arccos((co s PDA) 2 (cos PDC ) 2 )1 / 2
(t dc / t da ) 即： arctg
arccos(( c / d * tda ) 2 (c / d * tdc ) 2 )1/ 2
其中θ 为仰角，Φ 为方位角。
快天线
云闪15201001
LMA接收天线
LMA的观测结果（STEPS 计划）
• 长基线的局限性： 虽然长基线的TOA 辐射源定位系统有较 高的定位精度，但由 于需要多站同步观测 势必增加GPS等许多 观测设备，在某些多 山地区观测时，地形 也会造成非常不利的 影响。
4.1 时差法：短基线
短基线时差法： 基线短 设备简单地 地形要求低 易判同事件 定位精度低 适于定近闪 基线长度10米 天线距地1.83米 天线长2.15米

第二章 闪电探测技术-1


旋转双叶双曲面
旋转单叶双曲面
•在三维空间里，满足PB1-PB2 为常数的所有的点的集合，是 一个旋转双叶双曲面。称点B1 与B2为双曲面的焦点。
21
4. 优 缺 点
• 优点 优点：采用的天线简单，且通过测定闪电回击辐射场到达不 同测站的时间差，从而避免了MDF固有的随闪电离测站距离 误差线性增大的缺点。 • 局限 局限： 1）对测时精度要求较高； 2）且至少要3站才有可能定位； 3）回击波形峰值点随传播路径和距离的不同可能发生漂 移和畸变，或者受到环境的干扰，易导致时间测量误差，使 实际探测误差有时达几百米或几公里； 4）如不借助波形鉴别，会将个别强云闪误记为地闪。
13
θmi −θi Emi − Ei χ = ∑ + ∑ σθi i=1 σ Ei i=1
N N 2
2
2
和 Ei 是未知的方位角 θ 以及电场峰值， 以及电场峰值，mi 和 Emi 是在第i个观测站得的方 是在第 个观测站得的方 E 位角以及电场峰值， 位角以及电场峰值， mi 是测量的标准误差。 是测量的标准误差。 三站及三站以上定位示意图
实线：雷击点的测量方位角； 实线的交点：方位角矢量的三个不同交叉点所确定的三个可能的雷击点； 实心圆：最理想的雷击点位置（实心圆）是由函数
虚线：估计的最理想位置的方位角矢量。
θi
χ
2 的最小值确定的；
14
4.定位误差及缺点
• 一般，为了校正定位误差，要记录和分析一个监 测网中至少3个测站数据的一致性，由此来确定每 个测站的角度函数的定位校正曲线。此后这些定 位误差校正还会通过软件处理。 • 一旦这些数据被校正，已被指出，通常余下的误 差将会小于2~3度。 • 其主要缺点是测向精度受测站附近地形地物的影 响较大，对天线安装的环境要求高，因此实际探 测精度不是很高。

雷电探测


经选择器保留第一项
8 0 RSm E 2 t V t sin T T
感应信号是一个正弦变化的波形，但这种交变信 号不能确定电场的极性。想知道其极性，可在感应 其中产生一个与感应信号同步的参考信号，用相敏 检波器就可剪出极性。
大气电场仪的测量结果
根据电场波形变化特征来反推雷暴电荷结构
雷击概率预测
利用电场的随机击穿特性模拟
越高雷击概率高
组合建筑物的雷 击概率
地表起伏对雷击概率的影响
建筑群雷击概率
四面体剖分方法模拟建筑物群雷 击概率
飞机外形示意图
目标的FDTD 几何一电磁建模
FDTD计算区域划分
FDTD计算网格划分
采用PML完美匹配吸收边界，计算区域为100X100X100,空间步长为10cm, 时间步长为2X10-9s
80.00 60.00 40.00 20.00 0.00 -20.00 -40.00 -60.00 -80.00 -100.00 -100.00 -60.00 -20.00 20.00 60.00 100.00
定位误差的优化（场地误差）
100.00 80.00 60.00 40.00 20.00 0.00 -20.00 -40.00 -60.00 -80.00 -100.00 -100.00 -60.00 -20.00 20.00
Am plifier Log -Am plifier Photodiode -array Dynam ic Range (60dB)
Time resolution: 100 ns
S14 Cloud
10 (M Sam ple/Sec) W ave M em ory 16380 Fram e
S6 S5 S4 S3 S2 S1 Ground
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
7
甚低频（VLF/LF)定位技术
• VLF/LF的MDF定位技术（ Magnetic direction finding ） • VLF/LF的TOA定位技术（ Time of arrival ） • VLF/LF的MDF和TOA综合定位技术IMPACT
8
VLF/LF的MDF定位技术
1.发展历史
3
F（Hz)
• 云地闪里有许多单独的物理过程，每一个过程都 有电磁场的特征。 • 闪电辐射的有效电磁能量频率在1Hz以下到近3亿 Hz。 • 甚至有更高的频率，如300M~300GHz的微波， 还有1014~1015Hz的可见光。 • 一般认为甚高频的辐射来源于空气被击穿的过程， 而甚低频的信号决定于已存在的闪电通道中的电 流流动。
18
3. 双曲线法定位原理
• 设闪电信号在空气中的传播速度为常数C（光速） • 第i和第j个探头收到闪电信号的时间分别为ti和tj • 闪电击地点距两站的距离差为Δd＝（ti－tj）C，即：击地 点位于以i，j 两站为焦点、到两站距离差恒为Δd的双曲面 上，由于闪击点在地球面上，所以闪击点在该双曲面与地 球表面相交得到的空间曲线上。 • 若第k个探头也接受到信号，则第i与第k个探头可确定出另 一条空间曲线，2条空间曲线的交点即为雷击点。 • 多站可确定多条双曲线，由于地形、噪声和干扰等的存在， 多于2条的双曲线不可能相交于一点，需采用优化算法计 算出雷击点最可能发生的位置。
28
• 日本株式会社山光社（Sankosha Corporation）成立了全球大气有限公 司GAI（ Global Atmospherics Inc. ） 。 山光社购买并改造了全球最主要的三 个公司LLP, ASRI 和GeoMet Data Services公司（一个商业化公司，发布 LLP的闪电数据）的产品。 • 新公司结合MDF和TOA系统设计出了 相同的探测设备：IMPACT传感器。 • 后来全球大气有限公司被维萨拉公司 （Vaisalla Instruments ）购买。
12
实线：雷击点的测量方位角； 虚线：方位角测量中的随机误差； 实心圆：雷击点的估计位置； 阴影部分：不确定的雷击点位置。
±1o
二站磁方向闪电定位交汇点示意图 a
•单站可提供雷电方位信 息，强度信号可给出雷电 的大致距离。 •两个或两个以上探测子 站测量的方位角进行交汇， 可确定闪电击地点。
二站磁方向闪电定位交汇点示意图 b
实线：雷击点的测量方位角； 实线的交点：方位角矢量的三个不同交叉点所确定的三个可能的雷击点； 实心圆：最理想的雷击点位置（实心圆）是由函数
虚线：估计的最理想位置的方位角矢量。
θi
χ
2 的最小值确定的；
14
4.定位误差及缺点
• 一般，为了校正定位误差，要记录和分析一个监 测网中至少3个测站数据的一致性，由此来确定每 个测站的角度函数的定位校正曲线。此后这些定 位误差校正还会通过软件处理。 • 一旦这些数据被校正，已被指出，通常余下的误 差将会小于2~3度。 • 其主要缺点是测向精度受测站附近地形地物的影 响较大，对天线安装的环境要求高，因此实际探 测精度不是很高。
16
VLF/LF的TOA定位技术
1.工作原理
•采用闪电电磁脉冲到达不同测站的时间差进行闪电定位。
17
2. 分 类
• • • • • 用于闪电定位的时间到达系统可分为三个类型： （i）超短基线（几十至几百米）； （ii）短基线（几十公里）； （iii）长基线（几百至几千公里）。 超短基线和短基线系统通常工作在甚高频，即频率为 30~3000MHz；长基线系统通常工作在甚低频，即 3~300kHz。 • 短基线系统可以模拟闪电通道，用来研究放电的时空发展 过程。 • 长基线系统常用于确定地闪的雷击点或者闪电的“平均” 位置。
9
20世纪70年代，一项研究 的成果使这一技术获得了新生。 研究表明：地闪回击的瞬间， 十分靠近地面的通道垂直于地 面。如果能探测地闪过程仅在 这段时间的辐射，用MDF法进 行雷电定位的缺陷基本被消除。 这部分辐射波形特征明显，便 于捕捉。由此，出现了新一代 有波形鉴别技术并加有时间门 限的VLF/LF频段MDF技术及 其多站网络，使实时雷电定位 技术变成现实。
4
预击穿、梯级先导 云闪 预击穿 梯级先导、云闪 梯级先导 云闪等过程的辐射能量 主要集中在1MHz以上的高频段 高频段；与回击过程的辐 高频段 射相比，这些过程在甚高频 超高频段 甚高频、超高频段 甚高频 超高频段辐射较强。 即低频 低频闪电电磁脉冲辐射主要由地闪产生 云 主要由地闪产生, 低频 主要由地闪产生 闪产生的电磁脉冲辐射主要分布在VHF 频段 从上 VHF 频段, 图中(在1 秒钟内) ,很明显地看到VHF 频段丰富的 闪电信息,也说明了闪电VHF 频段辐射的频数远远 高于L F 频段辐射。
5
6
主要内容
• 一、地基闪电定位技术 地基闪电定位技术 甚低频（ 甚低频（VLF/LF)定位技术 定位技术 甚高频（ 甚高频（VHF）定位技术 ） • 二、星载雷电探测、定位技术 星载雷电探测、 雷电探测 光学闪电探测 星载甚高频（ 星载甚高频（VHF）定位技术 ） • 三、雷电定位站网的发展 • 四、SAFIR闪电监测和预警系统 闪电监测和预警系统
23
定位原理
• 若两个探测仪 两个探测仪接收到电磁波信号，采用一条时差 两个探测仪 双曲线和两个方位角的混合算法计算回击位置； • 若有三个探测仪 三个探测仪接收到电磁波，在非双解区域， 三个探测仪 采用时差法，在双解区域，先采用时差法得出双 解，然后利用测向法去除假解； • 若有四个或四个以上探测仪 四个或四个以上探测仪接收到数据时，先取 四个或四个以上探测仪 三个探测仪的数据用三站算法进行定位，然后根 据最小二乘法，利用其它探测仪的数据校正误差， 从而提高三站探测的定位精度。
旋转双叶双曲面

旋转单叶双曲面
•在三维空间里，满足PB1-PB2 为常数的所有的点的集合，是 一个旋转双叶双曲面。称点B1 与B2为双曲面的焦点。
21
4. 优 缺 点
• 优点 优点：采用的天线简单，且通过测定闪电回击辐射场到达不 同测站的时间差，从而避免了MDF固有的随闪电离测站距离 误差线性增大的缺点。 • 局限 局限： 1）对测时精度要求较高； 2）且至少要3站才有可能定位； 3）回击波形峰值点随传播路径和距离的不同可能发生漂 移和畸变，或者受到环境的干扰，易导致时间测量误差，使 实际探测误差有时达几百米或几公里； 4）如不借助波形鉴别，会将个别强云闪误记为地闪。
26
地闪定位仪公司历史
• MDF技术最早开始于19世纪70年代（ by Dr. E. Philip Krider, Dr. Burt Pifer and Dr. Martin Uman, at the University of Arizona.）。 • 第一个运行的MDF系统1976年发展起，被用于阿拉斯加的 美国土地管理局BLM （the Bureau of Land Management ）。 • 闪电定位和防护有限公司LLP （Lightning Location and Protection, Inc. ）发展了一个商业的MDF产品，并使其在 19世纪80年代得以广泛的应用。
13
θmi −θi Emi − Ei χ = ∑ + ∑ σθi i=1 σ Ei i=1
N N 2
2
2
和 Ei 是未知的方位角 θ 以及电场峰值， 以及电场峰值，mi 和 Emi 是在第i个观测站得的方 是在第 个观测站得的方 E 位角以及电场峰值， 位角以及电场峰值， mi 是测量的标准误差。 是测量的标准误差。 三站及三站以上定位示意图
20世纪初，VLF/LF无线电（磁）测向MDF技术用于远 程（上千公里以外）雷电活动的监测获得成功。 当雷电与测站距离小到300~500km时，闪电通道的非垂 直性（雷电电流同时具有垂直分量和水平分量，而水平分量 所产生的磁场并不是严格地与传播方向垂直）开始影响测向 精度，因此无法使用监测的信号来定向，导致MDF法一度在 雷电定位方法上的应用进展缓慢。 10km内的雷电，假设闪道相对地面呈45o，测向误差可 能达到10o以上，100km以外的闪电，小于等于1o左右。
雷电监测技术与预警方法
南京信息工程大学 雷电科学与技术系
第二章 闪电定位技术
• 20世纪70年代开始研究闪电定位技术，确定 闪电放电的参数和空间位置。 • 这已成为闪电最重要的观测手段。 • 一般，任何来自于闪电的可见信号，都能用 来探测与定位闪电发生的过程。 • 目前用来进行闪电定位和探测的信号主要有 声、光和电磁场3类。
27
• TOA技术最早由Dr. Rodney Bent 和 Dr. Walter Lyons发展 起来。 • 原型系统设计于1982，并被测试。 • 大气研究系统有限公司ARSI（ Atmospheric Research Systems, Inc. ）使闪电定位和跟踪系统LPATS （The Lightning Position and Tracking Systems ）得以商业化的应 用。
19
二站定位示意图
20
三站定位示意图
• 双曲面 双曲面是一种二次曲面。 • 双曲线的实轴 虚轴是两个焦点的中分线。 双曲线 实轴包含了两个焦点，虚轴 实轴 虚轴 旋转双叶双曲面。绕着虚 绕着实轴，旋转此双曲线，得到旋转双叶双曲面 旋转双叶双曲面 轴，旋转此双曲线，得到旋转单叶双曲面 旋转单叶双曲面。 旋转单叶双曲面
24
美国闪电定位网（NLDN） 美国闪电定位网（NLDN）
•美国国家闪电定位网（NLDN）采用IMPACT技术 美国国家闪电定位网（NLDN）采用IMPACT技术 美国国家闪电定位网 IMPACT
25
NLDN有106个传感器，自从1989年 以来，不同定位网的版本都可以提供覆盖 美国大陆的闪电资料。从1989~1995年， 可以通过估算首次回击的峰值电流和极性、 回击的数目来确定闪电的时间 位置 时间和位置 时间 位置。自 从1995年7月1日以后，得到的数据包括时 时 地点、峰值电流和由NLDN探测得到的 间、地点、峰值电流 首次回击及继后回击的极性 回击的极性。 回击的极性