基于雷电多元数据自相关时差算法的雷电定位方法技术

本申请公开了一种基于雷电多元数据自相关时差算法的雷电定位方法，所述方法包括：对各个监测站监测到的电磁波信号进行去噪预处理；裁剪出所述各监测站的同步数据；求取所述同步数据间的自相关时差t；根据时差定位方程进行雷电位置计算；其中，所述时差定位方程为

Lightning location method based on autocorrelation time difference algorithm of lightning multivariate data

The invention discloses a self correlation time difference algorithm based on multivariate data of lightning lightning location method, the method includes: the electromagnetic wave signal of each monitoring station to the denoising pretreatment; cut out the synchronous data of each monitoring station; calculate the autocorrelation time t the synchronization between the data; the lightning location based on TDOA location equation; among them, the time difference location equation

【技术实现步骤摘要】
基于雷电多元数据自相关时差算法的雷电定位方法
本申请涉及雷电定位
，尤其涉及一种基于雷电多元数据自相关时差算法的雷电定位方法。
技术介绍
雷电的发生可能会产生诸多的危害，如可能会造成电网输电线路的跳闸，调度中心下达命令,由线路责任区的单位出动大批巡线维护人员,根据人工保护故障测距结果,沿输电线路逐杆排查故障点。雷电频繁区域通常处于山区地区,巡线维护人员翻山越岭,费时费力。对于一些重点线路的故障,可能造成延误送电、减低电网安全稳定水平等严重后果。为提高雷电导致故障的排查效率，减轻雷电带来的后果，人们不断对雷电定位进行研究。现有雷电定位技术包括磁定向方法、甚低频时间到达法、甚高频干涉仪法和雷声定位法。磁定向法是通过放置南北方向和东西方向的正交环形磁场天线，接收雷电发生产生的电磁波信号，从而判断出雷电发生的方位。这种方法误差较大，对天线的安装要求也比较高，距离越远，误差越大。甚低频时间到达法分为二维与三维两种形式，其原理是利用闪电到达不同测站产生的时间差对闪电位置进行定位，一般配合最小二乘法等优化方法进行误差修正，误差较大。甚高频干涉仪法是利用干涉仪测点雷电辐射的高频电磁波进行定位，其原理是采用若干个足够波程差的天线，当雷电产生的电磁波从不同方向传向天线时，各天线阵子上接收到的信号将产生不同的相位差，通过相位差计算出闪电发生的位置。这种方法的特点是可以同时定位云闪和地闪，并可了解雷电的大致放电过程，但探测距离较短，难以业务化，只可用于科研工作。雷声定位法利用声音在空气中的传播速度与光在空气中的传播速度，观测者在雷电发生后会先看到雷电过程后听到雷声，利用此时间差估算雷电发生位置与观测者间的距离，这种方法仅能用于估算，不能精准定位。因此，如何提高雷电的精准定位是本领域技术人员亟待解决的技术难题。
技术实现思路
本申请提供了一种基于雷电多元数据自相关时差算法的雷电定位方法，以进行雷电位置的精准计算。本申请提供了一种基于雷电多元数据自相关时差算法的雷电定位方法，其特征在于，所述方法包括：对各个监测站监测到的电磁波信号进行去噪预处理；裁剪出所述各监测站的同步数据；求取所述同步数据间的自相关时差t；根据时差定位方程进行雷电位置计算；其中，所述时差定位方程为(x,y,z,t)表示辐射源发生的位置及发生时间,(xi,yi,zi)表示第i个观测站的位置，ti为第i个观测站测到的信号的时间，c为大气中电磁波传播速度。可选的，上述方法中，所述对各个监测站监测到的电磁波信号进行去噪预处理包括：采用滤波器将所述电磁波信号进行杂波滤除。可选的，上述方法中，所述对各个监测站监测到的电磁波信号进行去噪预处理包括：利用50Hz的正弦信号对所述电磁波信号进行拟合，将所述电磁波信号减掉拟合出的正弦信号。可选的，上述方法中，所述裁剪出所述各监测站的同步数据后还包括：对所述同步数据进行线性插值处理。可选的，上述方法中，所述求取所述同步数据间的自相关时差t后还包括：求取所述时差对应的同步数据的相关系数；如果所述相关系数达到0.5以上，则认为所述时差有效；其中，所述相关系数的计算公式为xn和yn表示任意两组同步数据，*表示复共轭，m表示数据移动的位置。可选的，上述方法中，所述根据时差定位方程进行雷电位置计算具体为：根据时差定位方程，通过Levenberg-Marquardt算法来迭代计算所述雷电位置。本申请提供的基于雷电多元数据自相关时差算法的雷电定位方法，通过对各监测站监测到的电磁波信号数据进行去噪预处理，裁剪出其中的同步数据，计算同步数据的自相关时差，根据自相关时差进行雷电位置的计算，最终获得雷电位置坐标。本申请提供的基于雷电多元数据自相关时差算法的雷电定位方法计算量小，速度快，灵活性高，定位精度高，在雷电研究领域有很强的实用价值。三维定位算法可以反演雷电发生过程及树状结构，对精细化雷电探测有重要意义。附图说明为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本申请实施例提供的基于雷电多元数据自相关时差算法的雷电定位方法的结构流程图；图2为本申请实施例提供的滤波法去噪预处理；图3为本申请实施例提供的同步数据裁剪；图4为本申请实施例提供的同步数据的相关时差计算；图5为本申请实施例提供的时差定位示意图。具体实施方式一次雷电放电过程一般可以定位几百个到几千个辐射源，可以得到雷电放电的三维精细结构、雷电VLF辐射源能量，并可反演雷暴云电荷结构等重要的物理特征和物理参量。雷电VLF辐射源三维定位过程实际上是利用分布在同一地区内的各探测天线测到的雷电VLF辐射源到达时间ti，结合利用高精度GPS时钟精确定位的各站空间位置坐标(xi、yi、zi)，求解包含四个未知量(t、x、y、z)的超定方程组的过程，其中t为雷电VLF辐射源的开始时间，(x、y、z)是VLF辐射源的时空位置坐标。对雷电的辐射源坐标的计算是对雷电定位的重要组成部分。参见图1，图1示出了本申请提供的基于雷电多元数据自相关时差算法的雷电定位方法的结构流程图，所述方法具体包括以下步骤：S100：对各个监测站监测到的电磁波信号进行去噪预处理。雷电多元数据是指不同雷电探测设备的雷电数据及同一设备接收的不同频段的雷电数据。通过监测站内雷电监测设备对监测站周围的雷电电场信号和磁场信号进行监测。雷电电磁场测量经常会收到各种因素的干扰，如果干扰源简单而且又有规律，那么采用一定的数字信号处理方法就可以对其进行处理，从而极大地改善数据的质量。对各个监测站监测到的电磁波信号进行去噪预处理，具体的，对于本申请中，数据的去噪主要是用来去除50Hz的工频噪声，以及尽可能地去除一些环境噪声，可采用滤波法或拟合法。滤波法可采用Butterworth滤波器来实现，这种方法除了能够去除50Hz的工频干扰外，还能对雷电的低频分量滤除，去除波形信号上的隆起波形。拟合法利用一个50Hz的正弦信号来对信号的噪声部分进行拟合，并且将拟合的结果拓展到整条数据，将原始数据剪掉拟合出的正弦信号即可得到去除工频噪声后的信号。如图2所示，给出了监测站监测到的原始信号，拟合的工频噪声以及去除噪声后的结果，可以看出，采用拟合法可以很好地去除这种工频噪声的干扰，其中图2中为了更好地区分原始信号和滤波后的信号，对滤波后的信号进行了偏移。S200：裁剪出所述各监测站的同步数据。同步数据的裁剪主要是为了便于寻找同步数据之间的时间差。由于仪器采用的是触发式记录，所以各个测站记录到的同一组同步数据的数据范围是不同的，为了进行下面的时差计算，必须对数据进行裁剪，取出这组数据中每个测站收到的信号的公共部分。如附图3所示，其给出了本申请中同步数据的裁剪实例，为了更好地区分各测站数据，对信号在电压轴方向进行了偏移。其给出了测站1、测站2和测站3的监测数据，同步数据段2为3个测站的同步数据与处理结果。可以看到，对于给定的这三个数据被分为了3段，数据段2为3个测站共有的信号，其余两个数据段可以和其他数据进行比较，来验证是否有别的同步数据。为提高本申请实施例中时差计算精度，本申请具体实施过程中，对获得的同步数据进行数据差值，进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于雷电多元数据自相关时差算法的雷电定位方法，其特征在于，所述方法包括：对各个监测站监测到的电磁波信号进行去噪预处理；裁剪出所述各监测站的同步数据；求取所述同步数据间的自相关时差t；根据时差定位方程进行雷电位置计算；其中，所述时差定位方程为

【技术特征摘要】
1.一种基于雷电多元数据自相关时差算法的雷电定位方法，其特征在于，所述方法包括：对各个监测站监测到的电磁波信号进行去噪预处理；裁剪出所述各监测站的同步数据；求取所述同步数据间的自相关时差t；根据时差定位方程进行雷电位置计算；其中，所述时差定位方程为(x,y,z,t)表示辐射源发生的位置及发生时间,(xi,yi,zi)表示第i个观测站的位置，ti为第i个观测站测到的信号的时间，c为大气中电磁波传播速度。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对各个监测站监测到的电磁波信号进行去噪预处理包括：采用滤波器将所述电磁波信号进行杂波滤除。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对各个监测站监测到的电磁波信号进行去噪预处理包括：利用5...

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，周懋坤，梁仕斌，陈柏希，田庆生，肖冬，杜景琦，陈柯豪，张其林，王金虎，李详超，王烁，
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