專利名稱：一種光電信號(hào)同步監(jiān)測(cè)的閃電數(shù)據(jù)處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及閃電監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種光電信號(hào)同步監(jiān)測(cè)的閃電數(shù)據(jù)處理方法。
背景技術(shù)：
閃電是自然大氣中的超強(qiáng)、瞬間放電現(xiàn)象，是聯(lián)合國(guó)“國(guó)際減災(zāi)十年”公布的最嚴(yán) 重的十種自然災(zāi)害之一，一直對(duì)人類的生產(chǎn)生活構(gòu)成嚴(yán)重危害。經(jīng)常受到閃電影響的領(lǐng)域 包括建筑、電網(wǎng)、通訊、林業(yè)、交通、軍事設(shè)置等，尤其現(xiàn)在廣泛使用的微電子技術(shù)、信息網(wǎng) 絡(luò)、無(wú)線通信設(shè)備，遭受閃擊并造成重大損失的可能性愈來(lái)愈大。因此，如何準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)和 預(yù)報(bào)閃電，已日益成為人類急需解決的問(wèn)題。閃電是發(fā)生在自然大氣中的瞬間放電過(guò)程，同時(shí)伴有聲、光、電磁等信號(hào)的出現(xiàn)。 當(dāng)前，最適合大范圍探測(cè)的信號(hào)是電磁脈沖信號(hào)，而利用聲學(xué)、光學(xué)進(jìn)行閃電監(jiān)測(cè)的用途有 限。因此，當(dāng)前的閃電探測(cè)設(shè)備主要通過(guò)探測(cè)閃電回?fù)糨椛涞碾姶琶}沖信號(hào)來(lái)遙測(cè)閃電回 擊放電參數(shù)、確定閃電的時(shí)間和位置(一般為二維位置，用經(jīng)緯度表示)，其相應(yīng)的處理軟 件也僅僅利用電磁脈沖信號(hào)實(shí)現(xiàn)閃電識(shí)別，采用磁方向定位法或者時(shí)間差定位法完成閃電 的二維定位。在閃電識(shí)別方面，單純地探測(cè)閃電發(fā)生時(shí)輻射的電磁信號(hào)或者光信號(hào)，難以對(duì)閃 電進(jìn)行全面準(zhǔn)確的描述，不利閃電信號(hào)與噪聲信號(hào)的分辨，也不利于對(duì)閃電物理機(jī)制及其 微觀發(fā)展過(guò)程的研究。而同時(shí)采集記錄閃電發(fā)生時(shí)輻射的光信號(hào)和電磁脈沖信號(hào)，可以為 閃電的物理機(jī)制及其微觀發(fā)展過(guò)程研究提供更為充足的數(shù)據(jù)；通過(guò)光信號(hào)和電磁信號(hào)的同 步對(duì)比分析，可以有效的進(jìn)行閃電識(shí)別，濾除干擾信號(hào)，降低誤報(bào)率，提高閃電識(shí)別的精度。在閃電定位方面，采用二維定位，忽略閃電的高度信息，定位的誤差偏大，難以對(duì) 閃電位置進(jìn)行準(zhǔn)確的判定。而同時(shí)采集探測(cè)站點(diǎn)所在位置的經(jīng)度、緯度和高度信息，在空間 直角坐標(biāo)系下，利用時(shí)間差定位法，可以實(shí)現(xiàn)閃電的三維高精度定位。因此，在閃電監(jiān)測(cè)方面，研究光電信號(hào)同步采集的閃電數(shù)據(jù)處理方法具有重要意 義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種光電信號(hào)同步監(jiān)測(cè)的閃電數(shù) 據(jù)處理方法。它通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接收多個(gè)閃電探測(cè)站點(diǎn)采集并發(fā)送的閃電發(fā)生時(shí)輻射的光信號(hào)數(shù) 據(jù)和電磁信號(hào)數(shù)據(jù)；通過(guò)閃電光信號(hào)和電磁信號(hào)的同步對(duì)比分析，濾除干擾的噪聲信號(hào)，實(shí) 現(xiàn)閃電識(shí)別；利用時(shí)間差定位法，計(jì)算出閃電發(fā)生的時(shí)間和三維空間位置；建立閃電信息 數(shù)據(jù)庫(kù)，將新定位出的閃電數(shù)據(jù)填入數(shù)據(jù)庫(kù)。光電信號(hào)同步監(jiān)測(cè)的閃電數(shù)據(jù)處理方法包含以下步驟1)采用網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆绞?，接收多個(gè)閃電探測(cè)站點(diǎn)采集并發(fā)送的閃電數(shù)據(jù)，其中閃 電數(shù)據(jù)包括閃電光信號(hào)數(shù)據(jù)、電磁信號(hào)數(shù)據(jù)、電磁脈沖峰值到達(dá)探測(cè)站點(diǎn)的時(shí)間以及探測(cè)站點(diǎn)所在位置的三維坐標(biāo)值，并將閃電數(shù)據(jù)保存至本地硬盤(pán)；2)采用光信號(hào)和電磁信號(hào)同步對(duì)比分析的方式，濾除閃電數(shù)據(jù)中的噪聲信號(hào)，實(shí) 現(xiàn)閃電識(shí)別；3)利用時(shí)間差定位算法，計(jì)算出閃電發(fā)生的時(shí)間和三維空間位置；4)建立閃電信息數(shù)據(jù)庫(kù)，包含閃電的序號(hào)、發(fā)生時(shí)間、發(fā)生位置和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)位置， 將新定位出的閃電信息添入數(shù)據(jù)庫(kù)。所述的采用光信號(hào)和電磁信號(hào)同步對(duì)比分析的方式，濾除閃電數(shù)據(jù)中的噪聲信 號(hào)，實(shí)現(xiàn)閃電識(shí)別，實(shí)現(xiàn)閃電識(shí)別的規(guī)則為1)閃電的光信號(hào)波形和電磁信號(hào)波形都應(yīng)具有明顯的上升沿，當(dāng)采集到的某一閃 電的光信號(hào)或電磁信號(hào)不具有該特征時(shí)，判斷該信號(hào)為噪聲信號(hào)；2)閃電的光信號(hào)脈沖發(fā)生時(shí)間滯后于電磁信號(hào)的脈沖發(fā)生時(shí)間，當(dāng)采集到的某一 閃電的光信號(hào)和電磁信號(hào)不具有該特征時(shí)，判斷該信號(hào)為噪聲信號(hào)；3)閃電的光信號(hào)脈沖峰值到達(dá)時(shí)間滯后于電磁信號(hào)的脈沖峰值到達(dá)時(shí)間，當(dāng)采集 到的某一閃電的光信號(hào)和電磁信號(hào)不具有該特征時(shí)，判斷該信號(hào)為噪聲信號(hào)；4)閃電的光信號(hào)脈沖上升沿寬度比電磁信號(hào)的脈沖上升沿寬度大，當(dāng)采集到的某 一閃電的光信號(hào)和電磁信號(hào)不具有該特征時(shí)，判斷該信號(hào)為噪聲信號(hào)；5)閃電的光信號(hào)脈沖寬度比電磁信號(hào)的脈沖寬度大，當(dāng)采集到的某一閃電的光信 號(hào)和電磁信號(hào)不具有該特征時(shí)，判斷該信號(hào)為噪聲信號(hào)。所述的利用時(shí)間差定位算法，計(jì)算出閃電發(fā)生的時(shí)間和三維空間位置，實(shí)現(xiàn)的步 驟為1)利用高斯-克里格投影，將探測(cè)站點(diǎn)所在位置的地理坐標(biāo)μ,豹/O轉(zhuǎn)換為空間直 角坐標(biāo)(X，1，ζ)；2)對(duì)于每一個(gè)探測(cè)站點(diǎn)，都存在一個(gè)方程(X-Xi)2+(y-y,)2+(Z-Zi)2 = C2· (t-、)2，其中t代表閃電發(fā)生的時(shí)間，(x，y，z)代表閃電發(fā)生的三維空間位置，而、代 表閃電發(fā)生時(shí)輻射的電磁信號(hào)脈沖到達(dá)探測(cè)站點(diǎn)i的時(shí)間，(Xi，Ii, Zi)代表探測(cè)站點(diǎn)i所 在的三維空間位置，C代表光速常數(shù)；3)假設(shè)有η個(gè)探測(cè)站點(diǎn)探測(cè)到閃電，可以得到一個(gè)含有η個(gè)方程的方程組 4)采用迭代法解此方程組，可以得到閃電發(fā)生的時(shí)間t和三維空間位置(X，y，
5)利用高斯_克里格投影的反方向近似逼近方法，將求得的閃電的三維直角空間 位置(χ，ι, ζ)轉(zhuǎn)化為地理坐標(biāo)位置μ,豹/0。 本發(fā)明構(gòu)思新穎、設(shè)計(jì)合理、性能穩(wěn)定，提供了一種光電信號(hào)同步監(jiān)測(cè)的閃電數(shù)據(jù) 處理方法。采用網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆绞浇邮仗綔y(cè)站點(diǎn)采集并發(fā)送的閃電數(shù)據(jù)，傳輸高效穩(wěn)定；通 過(guò)對(duì)閃電光信號(hào)和電磁信號(hào)的同步分析，可以濾除干擾的噪聲信號(hào)，降低誤報(bào)率；利用時(shí)間差法，計(jì)算出閃電的時(shí)間以及三維空間位置，具有定位精度高的特點(diǎn)；閃電信息數(shù)據(jù)庫(kù)的建 立，有利于對(duì)閃電信息的管理。


圖1是光電信號(hào)同步監(jiān)測(cè)的閃電數(shù)據(jù)處理方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面，結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做進(jìn)一步的描述。如圖1所示，光電信號(hào)同步監(jiān)測(cè)的閃電數(shù)據(jù)處理方法包含以下步驟1)采用網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆绞剑邮斩鄠€(gè)閃電探測(cè)站點(diǎn)采集并發(fā)送的閃電數(shù)據(jù)，其中閃 電數(shù)據(jù)包括閃電光信號(hào)數(shù)據(jù)、電磁信號(hào)數(shù)據(jù)、電磁脈沖峰值到達(dá)探測(cè)站點(diǎn)的時(shí)間以及探測(cè) 站點(diǎn)所在位置的三維坐標(biāo)值，并將閃電數(shù)據(jù)保存至本地硬盤(pán)；2)采用光信號(hào)和電磁信號(hào)同步對(duì)比分析的方式，濾除閃電數(shù)據(jù)中的噪聲信號(hào)，實(shí) 現(xiàn)閃電識(shí)別；3)利用時(shí)間差定位算法，計(jì)算出閃電發(fā)生的時(shí)間和三維空間位置；4)建立閃電信息數(shù)據(jù)庫(kù)，包含閃電的序號(hào)、發(fā)生時(shí)間、發(fā)生位置和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)位置， 將新定位出的閃電信息添入數(shù)據(jù)庫(kù)。所述的采用光信號(hào)和電磁信號(hào)同步對(duì)比分析的方式，濾除閃電數(shù)據(jù)中的噪聲信 號(hào)，實(shí)現(xiàn)閃電識(shí)別，實(shí)現(xiàn)閃電識(shí)別的規(guī)則為1)閃電的光信號(hào)波形和電磁信號(hào)波形都應(yīng)具有明顯的上升沿，當(dāng)采集到的某一閃 電的光信號(hào)或電磁信號(hào)不具有該特征時(shí)，判斷該信號(hào)為噪聲信號(hào)；2)閃電的光信號(hào)脈沖發(fā)生時(shí)間滯后于電磁信號(hào)的脈沖發(fā)生時(shí)間，當(dāng)采集到的某一 閃電的光信號(hào)和電磁信號(hào)不具有該特征時(shí)，判斷該信號(hào)為噪聲信號(hào)；3)閃電的光信號(hào)脈沖峰值到達(dá)時(shí)間滯后于電磁信號(hào)的脈沖峰值到達(dá)時(shí)間，當(dāng)采集 到的某一閃電的光信號(hào)和電磁信號(hào)不具有該特征時(shí)，判斷該信號(hào)為噪聲信號(hào)；4)閃電的光信號(hào)脈沖上升沿寬度比電磁信號(hào)的脈沖上升沿寬度大，當(dāng)采集到的某 一閃電的光信號(hào)和電磁信號(hào)不具有該特征時(shí)，判斷該信號(hào)為噪聲信號(hào)；5)閃電的光信號(hào)脈沖寬度比電磁信號(hào)的脈沖寬度大，當(dāng)采集到的某一閃電的光信 號(hào)和電磁信號(hào)不具有該特征時(shí)，判斷該信號(hào)為噪聲信號(hào)。所述的利用時(shí)間差定位算法，計(jì)算出閃電發(fā)生的時(shí)間和三維空間位置，實(shí)現(xiàn)的步 驟為ι)利用高斯-克里格投影，將探測(cè)站點(diǎn)所在位置的地理坐標(biāo)μ,外/0轉(zhuǎn)換為空間直 角坐標(biāo)(X，1，ζ)；2)對(duì)于每一個(gè)探測(cè)站點(diǎn)，都存在一個(gè)方程(X-Xi)2+(y-y,)2+(Z-Zi)2 = C2· (t-、)2，其中t代表閃電發(fā)生的時(shí)間，(x，y，z)代表閃電發(fā)生的三維空間位置，而、代 表閃電發(fā)生時(shí)輻射的電磁信號(hào)脈沖到達(dá)探測(cè)站點(diǎn)i的時(shí)間，(Xi，Ii, Zi)代表探測(cè)站點(diǎn)i所 在的三維空間位置，C代表光速常數(shù)；3)假設(shè)有η個(gè)探測(cè)站點(diǎn)探測(cè)到閃電，可以得到一個(gè)含有η個(gè)方程的方程組
4)采用迭代法解此方程組，可以得到閃電發(fā)生的時(shí)間t和三維空間位置(X，y, ζ)；5)利用高斯_克里格投影的反方向近似逼近方法，將求得的閃電的三維直角空間 位置(X，1, ζ)轉(zhuǎn)化為地理坐標(biāo)位置(不外/0。實(shí)施例子1.實(shí)施例子中包含4個(gè)探測(cè)站點(diǎn)，表1表示其空間位置分布表1實(shí)施例子中探測(cè)站點(diǎn)空間位置分布表 2.通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，接收到探測(cè)站點(diǎn)采集到的閃電數(shù)據(jù)，本方法中的閃電數(shù)據(jù)以.CSV文 件形式進(jìn)行保存，文件名主要表示探測(cè)站點(diǎn)收到閃電電磁脈沖信號(hào)峰值的觸發(fā)時(shí)刻；假設(shè) 某一個(gè)閃電事件，4個(gè)探測(cè)站點(diǎn)均采集到閃電數(shù)據(jù)，對(duì)于該閃電事件，表2表示的4個(gè)站點(diǎn)的 閃電數(shù)據(jù)文件名及探測(cè)站點(diǎn)收到閃電信號(hào)的時(shí)間表2閃電數(shù)據(jù)文件名和探測(cè)站點(diǎn)收到閃電信號(hào)的時(shí)間 3.根據(jù)閃電識(shí)別的規(guī)則，對(duì)上述4個(gè)閃電數(shù)據(jù)中的光信號(hào)和電磁信號(hào)進(jìn)行對(duì)比分 析，判斷均為閃電信號(hào)，數(shù)據(jù)有效；4.利用時(shí)間差定位法，計(jì)算出閃電的時(shí)間和空間位置，表3為計(jì)算出的閃電發(fā)生 的時(shí)間和位置
表3閃電的時(shí)間和位置
權(quán)利要求
一種光電信號(hào)同步監(jiān)測(cè)的閃電數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于包含以下步驟1)采用網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆绞?，接收多個(gè)閃電探測(cè)站點(diǎn)采集并發(fā)送的閃電數(shù)據(jù)，其中閃電數(shù)據(jù)包括閃電光信號(hào)數(shù)據(jù)、電磁信號(hào)數(shù)據(jù)、電磁脈沖峰值到達(dá)探測(cè)站點(diǎn)的時(shí)間以及探測(cè)站點(diǎn)所在位置的三維坐標(biāo)值，并將閃電數(shù)據(jù)保存至本地硬盤(pán)；2)采用光信號(hào)和電磁信號(hào)同步對(duì)比分析的方式，濾除閃電數(shù)據(jù)中的噪聲信號(hào)，實(shí)現(xiàn)閃電識(shí)別；3)利用時(shí)間差定位算法，計(jì)算出閃電發(fā)生的時(shí)間和三維空間位置；4)建立閃電信息數(shù)據(jù)庫(kù)，包含閃電的序號(hào)、發(fā)生時(shí)間、發(fā)生位置和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)位置，將新定位出的閃電信息添入數(shù)據(jù)庫(kù)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種光電信號(hào)同步監(jiān)測(cè)的閃電數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于所述 的采用光信號(hào)和電磁信號(hào)同步對(duì)比分析的方式，濾除閃電數(shù)據(jù)中的噪聲信號(hào)，實(shí)現(xiàn)閃電識(shí) 別，實(shí)現(xiàn)閃電識(shí)別的規(guī)則為1)閃電的光信號(hào)波形和電磁信號(hào)波形都應(yīng)具有明顯的上升沿，當(dāng)采集到的某一閃電的 光信號(hào)或電磁信號(hào)不具有該特征時(shí)，判斷該信號(hào)為噪聲信號(hào)；2)閃電的光信號(hào)脈沖發(fā)生時(shí)間滯后于電磁信號(hào)的脈沖發(fā)生時(shí)間，當(dāng)采集到的某一閃電 的光信號(hào)和電磁信號(hào)不具有該特征時(shí)，判斷該信號(hào)為噪聲信號(hào)；3)閃電的光信號(hào)脈沖峰值到達(dá)時(shí)間滯后于電磁信號(hào)的脈沖峰值到達(dá)時(shí)間，當(dāng)采集到的 某一閃電的光信號(hào)和電磁信號(hào)不具有該特征時(shí)，判斷該信號(hào)為噪聲信號(hào)；4)閃電的光信號(hào)脈沖上升沿寬度比電磁信號(hào)的脈沖上升沿寬度大，當(dāng)采集到的某一閃 電的光信號(hào)和電磁信號(hào)不具有該特征時(shí)，判斷該信號(hào)為噪聲信號(hào)；5)閃電的光信號(hào)脈沖寬度比電磁信號(hào)的脈沖寬度大，當(dāng)采集到的某一閃電的光信號(hào)和 電磁信號(hào)不具有該特征時(shí)，判斷該信號(hào)為噪聲信號(hào)。
3.如權(quán)利要求1所述的一種光電信號(hào)同步監(jiān)測(cè)的閃電數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于所述 的利用時(shí)間差定位算法，計(jì)算出閃電發(fā)生的時(shí)間和三維空間位置，實(shí)現(xiàn)的步驟為D利用高斯-克里格投影，將探測(cè)站點(diǎn)所在位置的地理坐標(biāo)μ,外幻轉(zhuǎn)換為空間直角坐 標(biāo)(x, y, ζ)；2)對(duì)于每一個(gè)探測(cè)站點(diǎn)，都存在一個(gè)方程(X-Xi)2+(y-yi)2+(Z-Zi)2= C2 · (t-t》2，其 中t代表閃電發(fā)生的時(shí)間，(X，y，ζ)代表閃電發(fā)生的三維空間位置，而、代表閃電發(fā)生時(shí) 輻射的電磁信號(hào)脈沖到達(dá)探測(cè)站點(diǎn)i的時(shí)間，(Xi，Ii, Zi)代表探測(cè)站點(diǎn)i所在的三維空間 位置，C代表光速常數(shù)；3)假設(shè)有η個(gè)探測(cè)站點(diǎn)探測(cè)到閃電，可以得到一個(gè)含有η個(gè)方程的方程組‘(^-X1)2 +(y-y})2+(Z-Z1)2 =C2-{t-t,)2 {x-xtf +{y-ytf=C2 -{t-tf(x-x )2 +(少-八)2 +(z-zj2 = C2-(t-tj24)采用迭代法解此方程組，可以得到閃電發(fā)生的時(shí)間t和三維空間位置(x，y，z)；5)利用高斯_克里格投影的反方向近似逼近方法，將求得的閃電的三維直角空間位置 (X，1，ζ)轉(zhuǎn)化為地理坐標(biāo)位置μ,外/0。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光電信號(hào)同步監(jiān)測(cè)的閃電數(shù)據(jù)處理方法。它通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接收多個(gè)閃電探測(cè)站點(diǎn)采集并發(fā)送的閃電數(shù)據(jù)，其中閃電數(shù)據(jù)包括閃電光信號(hào)數(shù)據(jù)、電磁信號(hào)數(shù)據(jù)、電磁脈沖峰值到達(dá)探測(cè)站點(diǎn)的時(shí)間以及探測(cè)站點(diǎn)所在位置的三維坐標(biāo)值；通過(guò)閃電光信號(hào)和電磁信號(hào)的同步對(duì)比分析，濾除干擾的噪聲信號(hào)，實(shí)現(xiàn)閃電識(shí)別；利用時(shí)間差定位法，計(jì)算出閃電發(fā)生的時(shí)間和三維空間位置；建立閃電信息數(shù)據(jù)庫(kù)，包含閃電的序號(hào)、發(fā)生時(shí)間、發(fā)生位置和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)位置，將新定位出的閃電信息添入數(shù)據(jù)庫(kù)。本發(fā)明構(gòu)思新穎、設(shè)計(jì)合理、性能穩(wěn)定，可以實(shí)現(xiàn)閃電的三維定位監(jiān)測(cè)，適用于閃電監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G01S19/42GK101893661SQ20101024897
公開(kāi)日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月6日
發(fā)明者劉明, 寧王師, 曹保鋒, 李鵬, 程先友, 范江兵, 鄭毅, 項(xiàng)震 申請(qǐng)人:浙江大學(xué);中國(guó)人民解放軍63973部隊(duì)