一种CID定位方法和装置制造方法及图纸

本申请实施例公开了一种CID定位方法和装置，其中所述方法包括：获取闪电产生的电磁脉冲信号的信号幅度、噪声水平和波形参数；根据预设波形参数阈值、预设参数权重值和波形参数，确定电磁脉冲信号的放电类型；若确定放电类型为CID，根据测站所处地理位置的磁偏角及电磁脉冲信号在正交环磁天线中产生的感应电压，计算CID的方位角；根据电磁脉冲信号在地球‑电离层空腔内传输至测站的传输时间，计算CID和测站之间的水平距离和相对高度；根据CID的方位角、CID与测站之间的水平距离和相对高度，确定CID的地理位置。采用前述方法和装置能够通过建设单个测站即可进行CID定位，降低测站建设的成本和运维难度。

CID positioning method and device

The embodiment of this application discloses a CID positioning method and device, which includes acquiring the signal amplitude, noise level and waveform parameters of the electromagnetic pulse signal generated by lightning, determining the discharge type of the electromagnetic pulse signal according to the preset waveform parameter threshold, the preset parameter weight value and the waveform parameters, and determining the discharge type of the electromagnetic pulse signal if determined. The discharge type is CID. The azimuth angle of CID is calculated according to the geographic position of the station and the induced voltage produced by the electromagnetic pulse signal in the orthogonal annular magnetic antenna. The horizontal distance and relative height between CID and the station are calculated according to the transmission time of the electromagnetic pulse signal transmitted to the station in the earth's ionospheric cavity. According to the azimuth angle of CID, the horizontal distance and relative height between CID and the station, the geographical location of CID is determined. Using the above methods and devices, CID positioning can be carried out by building a single station, which reduces the cost of station construction and the difficulty of operation and maintenance.

【技术实现步骤摘要】
一种CID定位方法和装置
本申请涉及雷电物理学领域，尤其涉及一种CID定位方法和装置。
技术介绍
云闪，是一种云内放电过程，其中，放电通道的长度小于1km的云闪被称为袖珍云闪(CompactIntracloudDischarge，CID)。为了实现对产生云闪的台风、龙卷风等灾害性天气的监测和预警，需要对CID进行定位。典型的CID定位方法为通过时间差(TimeOfArrival，TOA)定位技术对CID进行定位。参阅图1，在通过TOA定位技术对CID进行定位的方法中，需要在地表组建多个测站，多个测站构成一个测站网。另外，CID激发产生的电磁脉冲信号能够在地球-电离层空腔内通过不同路径传输至测站。在CID定位过程中，首先确定电磁脉冲信号的目标路径，其中，目标路径为电磁脉冲信号在地球-电离层空腔内通过地波传输至测站时所经过的路径；然后，采集电磁脉冲信号通过目标路径到达各个测站的时间，计算电磁脉冲信号通过目标路径传输至各个测站的时间差，再结合各个测站的地理位置和所述时间差，确定CID的方位角、CID与各个测站之间的水平距离和相对高度，从而确定CID的地理位置。但是，专利技术人在研究过程中发现，现有的CID定位方法，需要在定位前组建多个测站构成测站网，并且每次对CID进行定位时，需要运行测站网内各个测站对CID进行同步探测，才能实现对CID的定位。因此，现有的CID定位方法，需要组建多个测站，而组建多个测站所需要的成本高，并且多个测站的运维困难。
技术实现思路
本申请提供了一种CID定位方法，以解决现有的CID定位方法，需要组建多个测站，而组建多个测站所需要的成本高，并且多个测站的运维困难这一问题。第一方面，本申请实施例部分提供了一种CID定位方法，所述方法包括：获取闪电产生的电磁脉冲信号的信号幅度、噪声水平和波形参数；根据预设波形参数阈值、预设参数权重值和所述波形参数，确定所述电磁脉冲信号的放电类型；若确定所述放电类型为CID，根据测站所处地理位置的磁偏角，以及所述电磁脉冲信号在正交环磁天线中产生的感应电压，计算所述CID的方位角，其中，所述正交环磁天线设置在所述测站处，所述正交环磁天线包括相互正交的第一环磁天线和第二环磁天线；根据所述电磁脉冲信号在地球-电离层空腔内通过不同传输路径传输至所述测站的传输时间，计算所述CID和所述测站之间的水平距离和相对高度，所述不同传输路径至少为三种传输路径；根据所述CID的方位角、所述CID与所述测站之间的水平距离和相对高度，确定所述CID的地理位置。结合第一方面，在一种实现方式中，根据预设波形参数阈值、预设参数权重值和所述波形参数，确定所述电磁脉冲信号的放电类型，包括：判断所述波形参数是否满足所述预设参数阈值，所述预设参数阈值包括地闪回击参数阈值和CID参数阈值；若所述波形参数均满足所述预设参数阈值，根据所述预设参数权重值和所述波形参数，计算所述电磁脉冲信号的加权系数；根据所述加权系数判断所述电磁脉冲信号的放电类型，其中，若所述加权计算结果满足所述预设加权阈值，确定所述电磁脉冲信号的放电类型为CID。。结合第一方面，在一种实现方式中，根据测站所处地理位置的磁偏角，以及所述电磁脉冲信号在正交环磁天线中产生的感应电压，计算所述CID的方位角，包括：根据所述磁偏角，将所述电磁脉冲信号由地磁坐标方向的电磁脉冲信号转化为地理坐标方向的电磁脉冲信号，所述地磁坐标方向的电磁脉冲信号包括地磁南北向的第一电磁脉冲信号和地磁东西向的第二电磁脉冲信号，所述地理坐标方向的电磁脉冲信号包括地理南北向的第三电磁脉冲信号和地理东西向的第四电磁脉冲信号；获取所述地理坐标方向的电磁脉冲信号在所述正交环磁天线的感应电压，所述感应电压包括：所述地理南北向的第三电磁脉冲信号在第一环磁天线中的第一感应电压，及所述地理东西向的第四脉冲信号在第二环磁天线中的第二感应电压；根据以下公式计算所述CID的方位角：其中，θ为CID的方位角，Bng为地理南北向的第三电磁脉冲信号在第一环磁天线中的第一感应电压，Beg为地理东西向的第四电磁脉冲信号在第二环磁天线中的第二感应电压。结合第一方面，在一种实现方式中，根据所述电磁脉冲信号在地球-电离层空腔内通过不同传输路径传输至所述测站的传输时间，计算所述CID和所述测站之间的水平距离和相对高度，包括：获取所述电磁脉冲信号在地球-电离层空腔内通过不同传输路径传输至所述测站的各个传输时间；根据所述各个传输时间，计算所述电磁脉冲信号在地球-电离层空腔内通过不同传输路径传输至所述测站的时间差；根据以下公式计算所述CID和所述测站之间的水平距离和相对高度：其中，d为CID和测站之间的水平距离，h为CID和测站之间的相对高度，d1为电磁脉冲信号在地球-电离层空腔内一次反射传输至测站的路径长度，d2为电磁脉冲信号在地球-电离层空腔内两次反射传输至测站的路径长度，Re为地球半径，H为电离层等效反射高度，h0为测站的高度，αi(i∈1,2,3,4)为电磁脉冲信号在地球-电离层空腔内传输的探测角，Δt1为电磁脉冲信号在地球-电离层空腔一次反射传输至测站和电磁脉冲信号在地球-电离层空腔内无反射传输至测站的时间差，Δt2为电磁脉冲信号在地球-电离层空腔内两次反射传输至测站和电磁脉冲信号在地球-电离层空腔内一次反射传输至测站的时间差，c为电磁脉冲信号在地球-电离层空腔内的传播速度。结合第一方法，在一种实现方式中，在判断所述波形参数是否满足所述预设参数阈值之前，还包括：判断所述电磁脉冲信号的信号幅度是否超过噪声水平的三倍以上，若是，再执行判断所述波形参数是否满足所述预设参数阈值的操作。第二方面，本申请实施例部分提供了一种CID定位装置，所述装置包括：获取模块，用于获取闪电产生的电磁脉冲信号的信号幅度、噪声水平和波形参数；第一确定模块，用于根据预设波形参数阈值、预设参数权重值和所述波形参数，确定所述电磁脉冲信号的放电类型；第一计算模块，用于若确定所述放电类型为CID，根据测站所处地理位置的磁偏角，以及所述电磁脉冲信号在正交环磁天线中产生的感应电压，计算所述CID的方位角，其中，所述正交环磁天线设置在所述测站处，所述正交环磁天线包括相互正交的第一环磁天线和第二环磁天线；第二计算模块，用于根据所述电磁脉冲信号在地球-电离层空腔内通过不同传输路径传输至所述测站的传输时间，计算所述CID和所述测站之间的水平距离和相对高度，所述不同传输路径至少为三种传输路径；第二确定模块，用于根据所述CID的方位角、所述CID与所述测站之间的水平距离和相对高度，确定所述CID的地理位置。结合第二方面，在一种实现方式中，所述第一确定模块，包括：第一判断单元，用于判断所述波形参数是否满足所述预设参数阈值，所述预设参数阈值包括地闪回击参数阈值和CID参数阈值；第一计算单元，用于若所述波形参数均满足所述预设参数阈值，根据所述预设参数权重值和所述波形参数，计算所述电磁脉冲信号的加权系数；第一确定单元，用于根据所述加权系数判断所述电磁脉冲信号的放电类型，其中，若所述加权计算结果满足所述预设加权阈值，确定所述电磁脉冲信号的放电类型为CID。结合第二方面，在一种实现方式中，所述第一计算模块，包括：转化单元，用于根据所述磁偏角，将所述电磁脉冲信号由地本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种CID定位方法，其特征在于，所述方法包括：获取闪电产生的电磁脉冲信号的信号幅度、噪声水平和波形参数；根据预设波形参数阈值、预设参数权重值和所述波形参数，确定所述电磁脉冲信号的放电类型；若确定所述放电类型为CID，根据测站所处地理位置的磁偏角，以及所述电磁脉冲信号在正交环磁天线中产生的感应电压，计算所述CID的方位角，其中，所述正交环磁天线设置在所述测站处，所述正交环磁天线包括相互正交的第一环磁天线和第二环磁天线；根据所述电磁脉冲信号在地球‑电离层空腔内通过不同传输路径传输至所述测站的传输时间，计算所述CID和所述测站之间的水平距离和相对高度，所述不同传输路径至少为三种传输路径；根据所述CID的方位角、所述CID与所述测站之间的水平距离和相对高度，确定所述CID的地理位置。

【技术特征摘要】
1.一种CID定位方法，其特征在于，所述方法包括：获取闪电产生的电磁脉冲信号的信号幅度、噪声水平和波形参数；根据预设波形参数阈值、预设参数权重值和所述波形参数，确定所述电磁脉冲信号的放电类型；若确定所述放电类型为CID，根据测站所处地理位置的磁偏角，以及所述电磁脉冲信号在正交环磁天线中产生的感应电压，计算所述CID的方位角，其中，所述正交环磁天线设置在所述测站处，所述正交环磁天线包括相互正交的第一环磁天线和第二环磁天线；根据所述电磁脉冲信号在地球-电离层空腔内通过不同传输路径传输至所述测站的传输时间，计算所述CID和所述测站之间的水平距离和相对高度，所述不同传输路径至少为三种传输路径；根据所述CID的方位角、所述CID与所述测站之间的水平距离和相对高度，确定所述CID的地理位置。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据预设波形参数阈值、预设参数权重值和所述波形参数，确定所述电磁脉冲信号的放电类型，包括：判断所述波形参数是否满足所述预设参数阈值，所述预设参数阈值包括地闪回击参数阈值和CID参数阈值；若所述波形参数均满足所述预设参数阈值，根据所述预设参数权重值和所述波形参数，计算所述电磁脉冲信号的加权系数；根据所述加权系数判断所述电磁脉冲信号的放电类型，其中，若所述加权计算结果满足所述预设加权阈值，确定所述电磁脉冲信号的放电类型为CID。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据测站所处地理位置的磁偏角，以及所述电磁脉冲信号在正交环磁天线中产生的感应电压，计算所述CID的方位角，包括：根据所述磁偏角，将所述电磁脉冲信号由地磁坐标方向的电磁脉冲信号转化为地理坐标方向的电磁脉冲信号，所述地磁坐标方向的电磁脉冲信号包括地磁南北向的第一电磁脉冲信号和地磁东西向的第二电磁脉冲信号，所述地理坐标方向的电磁脉冲信号包括地理南北向的第三电磁脉冲信号和地理东西向的第四电磁脉冲信号；获取所述地理坐标方向的电磁脉冲信号在所述正交环磁天线的感应电压，所述感应电压包括：所述地理南北向的第三电磁脉冲信号在第一环磁天线中的第一感应电压，及所述地理东西向的第四脉冲信号在第二环磁天线中的第二感应电压；根据以下公式计算所述CID的方位角：其中，θ为CID的方位角，Bng为地理南北向的第三电磁脉冲信号在第一环磁天线中的第一感应电压，Beg为地理东西向的第四电磁脉冲信号在第二环磁天线中的第二感应电压。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述电磁脉冲信号在地球-电离层空腔内通过不同传输路径传输至所述测站的传输时间，计算所述CID和所述测站之间的水平距离和相对高度，包括：获取所述电磁脉冲信号在地球-电离层空腔内通过不同传输路径传输至所述测站的各个传输时间；根据所述各个传输时间，计算所述电磁脉冲信号在地球-电离层空腔内通过不同传输路径传输至所述测站的时间差；根据以下公式计算所述CID和所述测站之间的水平距离和相对高度：其中，d为CID和测站之间的水平距离，h为CID和测站之间的相对高度，d1为电磁脉冲信号在地球-电离层空腔内一次反射传输至测站的路径长度，d2为电磁脉冲信号在地球-电离层空腔内两次反射传输至测站的路径长度，Re为地球半径，H为电离层等效反射高度，h0为测站的高度，αi(i∈1,2,3,4)为电磁脉冲信号在地球-电离层空腔内传输的探测角，Δt1为电磁脉冲信号在地球-电离层空腔一次反射传输至测站和电磁脉冲信号在地球-电离层空腔内无反射传输至测站的时间差，Δt2为电磁脉冲信号在地球-电离层空腔内两次反射传输至测站和电磁脉冲信号在地球-电离层空腔内一次反射传输至测站的时间差，c为电磁脉冲信号在地球-电离层空腔内的传播速度。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在判断所述波形参数是否满足所述预设参数阈值之前，还包括：判断所述电磁脉冲信号的信号幅度是否超过噪声水平的三倍以上，若是，再执行判断所述波形参数是否满足所述预设参数阈值...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈方伟，张其林，李建刚，王磊，梁仕斌，田庆生，王金虎，李祥超，吴进成，宋庆，
申请(专利权)人：云南电网有限责任公司昆明供电局，
类型：发明
国别省市：云南,53