大连地区闪电定位资料的初步分析

利用大连地区2004-2006年SAFIR3000闪电定位系统定位资料,分析了该地区闪电的月变化、雷暴日的月变化、闪电强度、闪电密度等特征。结果表明,大连地区云间闪和云地闪的数量月变化呈双峰分布,雷暴日的月变化呈单峰分布;雷电流强度多数分布在＋50到-150KA范围内,电流强度绝对值大于100KA的强雷电主要集中在负闪电区域;大连市区、旅顺口区、瓦房店市西部和陆海交界处是闪电频发的重灾害地带,闪电多发区与当地环境有很大关系。     

闪电辐射源多脉冲匹配定位方法

为匹配出更多的闪电辐射源脉冲,定位出更多的闪电辐射源位置,得到清晰的闪电发展通道,提出了一种闪电辐射源多脉冲匹配定位方法。该方法利用经验模态分解(empirical mode decomposition, EMD)方法对原始的闪电电场信号进行分解,再将分解得到的部分分量合成,将合成后的信号进行归一化并提取脉冲,依据滑动窗口内四个脉冲序列的高度比例特征和间隔特征实现相同辐射源脉冲的匹配。结果表明,利用EMD方法对闪电电场信号进行分解再部分合成,去除了原始信号中的直流分量、单调分量和低频周期分量,使信号波形更干净平稳;依据四个脉冲序列的高度比例特征和间隔特征对各测站间相同闪电辐射源的脉冲进行匹配,基于辐射源脉冲的到达时间差定位出辐射源的三维位置,可以清晰地描绘出闪电通道的发展过程。从整体定位效果来看,本文提出的闪电辐射源多脉冲匹配定位方法效果优于传统的单脉冲匹配方法。     

两种闪电定位资料的对比分析

为更准确地应用闪电定位资料,实现资料的共享、互补,更好地为防雷减灾服务,利用贵州省2017年ADTD、VLF/LF两种闪电定位资料,运用数理统计等方法结合SPSS、MATLAB和ArcMap对闪电频次、雷电流强度等的时间分布和雷电流强度变化等进行对比分析。发现贵州省云闪中正闪发生的概率较高,正闪比例的峰值区域集中在冬季且雷电流强度最高; ADTD的雷电流强度整体大于VLF/LF,均较符合高斯分布;从探测到的闪电次数分析VLF/LF的探测效率较ADTD高。可见两套系统探测结果存在异同,因受探测站点安装时间的制约,需要积累长时间数据进行对比分析。     

静止卫星云图的云位置偏差及其几何校正

利用静止气象卫星云图红外亮温数据和大气的温度层结曲线计算云顶高度。根据几何关系推导出观测云与真云位置偏差的计算公式, 得到中国大陆地区对流云的观测偏差一般为5~20 km的结论。通过观测云经纬度和云顶高度计算真云经纬度, 在此基础上进行了卫星云图几何校正实验, 得到误差不超过2 km的云图校正结果。通过校正前后云图与雷达图的对比, 验证了校正方法的有效性。最后, 分析了云顶高度估算误差所造成的云图校正误差。     

北斗无源定位的虚拟卫星算法

为了解决现有的气压高度计辅助卫星定位算法计算繁琐或者难于分析定位精度的问题,该文提出虚拟卫星定位算法。该算法根据用户的位置估计值生成一颗"虚拟"卫星,对应的"虚拟"伪距由气压高度计提供,结合用户的可见卫星和测得的伪距来更新用户的位置估计值,反复执行上述过程直至收敛。该算法计算步骤简单,可直接进行定位精度分析。将该算法应用于北斗三星无源定位当中,仿真结果表明:设定气压测高误差标准差为8m,则中国及邻近地区的位置精度因子为8.8至22.4;在清华大学校园进行的静态测试显示,在各个历元上迭代过程只有4～9次,定位均方根误差为42.7m。     

温湿层结对雷暴云起电过程及闪电活动的影响

为了探究环境温湿配置对雷暴云微物理、电过程及闪电的影响,本文利用法国三维非静力中尺度数值模式Meso-NH,通过改变该模式初始各层的环境温度和相对湿度,对南京地区雷暴云云微物理过程及闪电活动的发生情况进行了模拟。研究发现:大气低层、中低层环境温度和湿度的改变对雷暴云中对流强度,电场强度及分布,4种水成物粒子(雨、冰晶、雪、霰)的分布及其所带电荷量和总闪电数造成了较大影响;在低层和中低层增湿对雷暴云及闪电发生的增强效果要好于增温;在中层和中高层,降温对雷暴云及闪电发生的增强效果要好于降湿。结果表明,对低层、中低层大气环境温湿层结的影响能显著地改变雷暴云的云微物理过程,影响起电和放电,并剧烈地改变闪电活动的强度。     

考虑高层建筑的高分辨率卫星影像几何定位

研究城市高层建筑环境下高分辨率卫星立体影像的几何校正方法和精度分析.实验结果表明,为了提高基于有理函数模型的定位精度,需要加入部分地面控制点.但是当控制点位于地面时,传统物方几何校正模型可以对平坦地面点进行有效几何校正,而建筑物楼顶点会出现高程外推计算错误.为此,提出一种改进的物方几何校正模型,可以消除建筑物高程差过大造成的几何定位影响.计算结果显示,在上海城市中心区域的实验中可以达到平面方向0.6 m和高程方向0.8 m的定位精度,证明了该改进模型的有效性.     

北斗无源定位的虚拟卫星算法

为了解决现有的气压高度计辅助卫星定位算法计算繁琐或者难于分析定位精度的问题,该文提出虚拟卫星定位算法。该算法根据用户的位置估计值生成一颗"虚拟"卫星,对应的"虚拟"伪距由气压高度计提供,结合用户的可见卫星和测得的伪距来更新用户的位置估计值,反复执行上述过程直至收敛。该算法计算步骤简单,可直接进行定位精度分析。将该算法应用于北斗三星无源定位当中,仿真结果表明:设定气压测高误差标准差为8m,则中国及邻近地区的位置精度因子为8.8至22.4;在清华大学校园进行的静态测试显示,在各个历元上迭代过程只有4～9次,定位均方根误差为42.7m。     

基于匹配法的卫星云图自动定位微调算法

利用交叉相关系数法,通过设计晴空合成底图模板,并与当前云图进行匹配,以计算由于卫星飘移等问题出现的云图定位偏移量△x、△y,从而实现卫星云图的精确定位.结果表明：对于自动校正卫星云图中较小的定位误差效果（偏移量小于20个像素）的这种方法,可以用于静止卫星接收处理系统中在初定位后的精确校正.该算法从原理上也可用在定位误差较小的极轨卫星云图的准确定位上.匹配区域选择在海陆交界处、岛屿、湖泊和起伏大的山地等地表特征差异明显的区域效果明显.     

闪电定位误差及探测效率评估

为了实现闪电定位中定位误差及探测效率评估的自动化,从时差法闪电定位原理出发,分析了闪电定位原理存在的问题及其定位的误差来源。采用计算机模拟的方法,实现了对闪电的定位误差及探测效率的定量评估。以安徽省闪电定位网为例,说明了利用评估软件可以对已有的闪电定位网络作出有效的定位误差评估。分析了几种不同几何分布的布站效果,给出了几种基本布站模型,为将要布设的闪电定位网布站方案的提出提供选址依据。     

云闪定位算法研究及其精度分析

为了减少云闪对各种空间飞行器和电子设备造成的损失,同时研究雷暴活动物理机制以及云闪时空分布规律,开展云闪定位算法研究具有重要意义。概述了闪电定位原理及其基本方法,结合测向测时差联合定位法,研究了VHF频段云闪四站定位算法原理,并且分析了对定位精度造成影响的主要因素。在解决测角精度问题方面重点介绍了基于均匀圆阵的二维ESPRIT算法。最后利用Matlab仿真了不同云闪高度和测角精度情况下的定位误差分布图,为提高云闪定位精度提供了坚实的理论依据。     

基于静止气象卫星平台的闪电探测

闪电探测具有很重要的现实意义,但是传统的探测方法不能满足需要。在对比以往的探测手段基础上,结合闪电探测中目标背景信号的特点,设计了结合四种方法为一体的探测手段,在此基础上建立了闪电探测系统的框架结构,该系统是由光学系统、焦平面、图像处理单元、背景存储单元等组成的、搭载在静止气象卫星上的闪电探测系统。说明了整个系统的组成结构和工作原理,确定了各个分系统的功能和相互的关系。     

基于多种资料的建筑物防雷类别对高度的敏感性分析

利用人工雷暴日资料、闪电定位资料,分析了建筑物防雷类别对高度的敏感性差异。首先通过对比新、旧《建筑物防雷设计规范》在计算建筑物防雷类别时的不同,发现新规范比旧规范对高度的敏感性更高。对比了人工雷暴日资料和闪电定位资料随距离变化的相关性,得出只有在观测站20 km范围内的项目使用规范公式才较准确。通过对具体建筑防雷类别的计算,可以看出使用规范公式和闪电定位数据计算的结果差异较大,闪电定位资料更为合理。     

基于自适应密度聚类分析的雷电定位算法

定位精度是评价雷电定位网络的重要指标之一,定位算法直接关系到雷电探测结果的精度。经典定位法抗误差干扰能力差、定位精度低,传统迭代算法易于发散且会陷入局部最优。为了实现更有效的定位,在定位计算中引入改进密度聚类算法(adaptive density-based spatial clustering of applications with noise,ADBSCAN)。通过雷击事故实例和区域仿真分析了定位算法的性能。结果表明,ADBSCAN不需要人工干预,对于雷电定位结果的聚类效果更好;基于ADBSCAN的雷电定位算法克服了传统定位算法的缺点,提高了抗误差干扰的能力,能稳定并精确求解出雷击点。     

海南地区山体地形对地闪回击定位精度的影响

为了将地形地貌带来的误差进行修正,提高闪电的探测效率和定位精度,基于二维时域有限差分法(finite difference time domain, FDTD),构建了真实地形下的雷电电磁波传播模型,研究了海南地区地形对雷电电磁波传播的影响,然后提出了一种修正闪电定位误差的方法即不同步长的地形包络和时间补偿法。模拟结果表明:山地地形会明显改变切向磁场的波形峰值大小和上升沿时间,与平坦地表情况相比,切向磁场波形峰值变化最大的减小了38%,上升沿时间增加范围在1～3μs,峰值到达时间也滞后于平地情况,而经过滤波处理,磁场峰值减小,波形变陡,上升沿时间变短;对于逐峰法,雷击点在真实地形路径下定位误差相比平地明显增大很多;而对于互相关算法,真实地形路径下定位误差比平地情况下大,但相差不大,相比逐峰法定位误差明显大很多;总体来说,使用5 km包络修订效果较好,定位误差都在百米量级内,相比较其他算法闪电定位精度有很大提高。     

2013年江苏省ADTD闪电定位系统资料的评估分析

江苏省于2012年7月对ADTD(active divectory topology diagrammer)-1型闪电定位系统进行升级,投入使用ADTD-2型VLF/LF三维全闪电(包括云闪、地闪)定位系统,这两套探测系统的探测效率有待评估。采用江苏省63站人工观测雷暴日资料与ADTD-1、ADTD-2型闪电定位系统资料分别进行对比分析,结果表明:在气象观测站半径r=8 km的范围内,雷暴日资料与ADTD-2闪电定位系统资料的相关性最好;同时,ADTD-2型VLF/LF三维全闪电新系统由于具备探测云闪的功能,其资料的可信度优于ADTD-1。对比8 km范围内2种不同类型观测站(全天候观测站、非全天候观测站)资料,全天候观测站资料相较于非全天候观测站出现较少偏差,使用全天候观测站资料评估ADTD-2闪电定位系统的探测效率,得出23站的平均探测效率为61.4%,雷暴日做为评估资料有一定的局限性。     

基于浙江省三维闪电监测系统的多回击闪电参数的特征分析

为深入了解浙江地区地闪和云闪的雷电活动,基于2019—2020年浙江省三维闪电定位探测资料,分析研究了该地区多回击地闪和云闪相关参数特征。结果表明:两年内浙江省共发生地闪回击数和云闪回击数98万和38万余次,多回击地闪和云闪分别占28.1%和8.01%,其中负闪占总闪比重大于正闪;地闪和云闪频数存在明显的月变化和地域分布,夏季和浙南地区更易发生多回击过程;云闪平均回击次数为1.10次,低于地闪的1.59次。地闪和云闪回击平均强度随回击数的增加而下降,其中正闪下降趋势更为剧烈;超一半的多回击地闪和云闪至少有一次继后回击电流强度大于首次回击电流强度,地闪和云闪继后回击与首次回击强度的比值呈对数正态分布,集中在0～2,其中云闪分布更为集中。地闪和云闪回击间隔时间算术平均值相当,约115 ms,几何平均值地闪明显大于云闪;回击间隔时间呈对数正态分布,其云闪分布更为集中,且集中区域对应的回击间隔时间更小。不同回击次数的云闪和地闪平均间隔时间随回击数增加而减少。地闪和云闪间隔距离分布相似,地闪平均间隔距离明显小于云闪,且分布更为集中。     

通信广播卫星的最佳轨位

通信广播卫星对于指定的覆盖区而言,它在静止轨道上的定点位置有个最佳值。本文从减小功率通量密度损失,提高接收仰角要求出发,在理论上导出通信广播卫星的最佳轨位的数学模型,经微型计算机模拟,确定中国通信广播卫星的最佳轨位为104.25°E。文中按此定点位置要求,给出中国主要城市卫星站参数的计算机运行结果。     

基于WorldWind平台的卫星云图模拟技术研究

卫星云图是目前最重要的气象信息来源之一。实现卫星云图的模拟对于灾害预防、评估等工作具有十分重要的意义。首先分析了WorldWind开源平台的系统框架。针对于彩色卫星云图,改进了一种基于图像色彩和灰度值的算法,能够较好地分割提取出云层区域。进而在开源平台WorldWind上采用多层纹理映射的方式实现了卫星云图的模拟。