用于卫星光学地面无线电混合闪电定位的系统和方法技术方案

本文描述了用于定位闪电活动的方法和系统。服务器计算设备从检测地理区域中发生的闪电活动的卫星接收与由卫星检测到的闪电活动相关联的位置坐标和时间数据。服务器从检测闪电活动的一个或多个地基闪电传感器中的至少一个捕捉针对由一个或多个地基闪电传感器中的至少一个检测到的闪电活动的闪电特征数据。服务器计算设备使用闪电特征数据以及位置坐标和时间数据来确定在地理区域内的闪电活动的位置。服务器计算设备将经确定的闪电活动的位置发送到一个或多个远程计算设备。

System and method of hybrid lightning location for satellite optical ground radio

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于卫星光学地面无线电混合闪电定位的系统和方法
本申请要求2017年5月2日提交的美国临时专利申请号62/500,158的优先权权益，其内容通过援引并入本文。
本申请大体涉及用于卫星光学地面无线电混合闪电定位的系统和方法，包括计算机程序产品。
技术介绍
存在卫星闪电定位系统(LLS)和地基闪电定位系统两者，并且以不同的方式运行。通常，卫星闪电定位系统使用类似照相机的传感器来测量由闪电发射的光，以定位闪光。典型的地基闪电定位系统(例如EarthNetworks公司的地球网络总闪电网络)可以在多个位置测量闪电的射频辐射，并使用到达时间三角测量技术来定位闪电闪光。就在最近，随着在美国的地球同步闪电测绘仪(GLM)的发射，基于卫星的LLS在闪电的操作检测中变得非常有用。以前，卫星LLS绕近地轨道运行，并且在一天中只能在特定位置提供有限时间段(大约15分钟)的覆盖。由于GLM处于地球同步轨道，因此其视场不会随时间变化，从而可以提供连续的覆盖。然而，地面LLS和卫星LLS每一个都有某些优势和劣势。地基系统通常具有不均匀的检测效率(DE)，而卫星系统则具有更均匀的高DE。这是因为地面系统的灵敏度/信噪比(SNR)取决于闪电与传感器的距离，而对于卫星系统，灵敏度是恒定的，并且SNR随背景光水平而变化(即，白天更低，晚上更高)。如果地面传感器的密度足够高，则地基系统的DE可以高于卫星，但是远离传感器(例如，越过海洋)则往往不那么高。卫星系统是基于图像的系统，因此定位精度较低。定位精度取决于电荷耦合器件(CCD)像素的数量和透镜的视场。例如，在GLM上，一个像素从地球上的大约10x10km的正方形收集光。地基系统通常以比这更好的精度来定位闪电。可以增加GLM上的像素数量，但是这样做会增加成本并降低SNR。
技术实现思路
因此，需要用于卫星光学地面无线电混合闪电定位的方法和系统，其利用卫星系统和地基系统的优势来产生更准确和有效的闪电定位。本文所述的混合闪电定位系统具有卫星系统的DE，以及地基系统的LA。此外，由于混合系统的卫星部分可以识别出同一闪电过程产生的无线电特征，因此可以减少混合闪电定位系统的地基部分的计算要求，从而克服了现有地基定位技术的主要困难。替代地，通过寻找两个独立的检测，混合闪电定位系统可以用于释放通常由LLS单独使用的降噪算法。一方面，本专利技术的特征在于一种定位闪电活动的计算机化方法。服务器计算设备从检测地理区域中发生的闪电活动的卫星接收与由卫星检测到的闪电活动相关联的位置坐标和时间数据。服务器计算设备从检测闪电活动的一个或多个地基闪电传感器中的至少一个捕捉针对由一个或多个地基闪电传感器中的至少一个检测到的闪电活动的闪电特征数据。服务器计算设备基于从地基闪电传感器捕捉的闪电特征数据来生成多个地面点位置。服务器计算设备将地面点位置与从卫星接收的位置坐标进行比较，以识别一组或多组经匹配的数据。服务器计算设备利用从地基传感器捕捉的闪电特征数据为每组经匹配的数据增加从卫星接收的闪电活动的位置坐标。服务器计算设备将增加的针对闪电活动的位置坐标发送到一个或多个远程计算设备。另一方面，本专利技术的特征在于一种用于定位闪电活动的系统。该系统包括服务器计算设备，该服务器计算设备包括用于存储计算机可执行指令的存储器和用于执行计算机可执行指令的处理器。处理器执行计算机可执行指令，以从检测地理区域中发生的闪电活动的卫星接收与由卫星检测到的闪电活动相关的位置坐标和时间数据。处理器执行计算机可执行指令，以从检测闪电活动的一个或多个地基闪电传感器中的至少一个捕捉针对由一个或多个地基闪电传感器中的至少一个检测到的闪电活动的闪电特征数据。处理器执行计算机可执行指令以基于从地基闪电传感器捕捉的闪电特征数据来生成多个地面点位置。处理器执行计算机可执行指令，以将地面点位置和从卫星接收到的位置坐标进行比较，以识别一组或多组经匹配的数据。处理器执行计算机可执行指令，以利用从地面传感器捕捉的闪电特征数据为每组经匹配的数据增加从卫星接收的闪电活动的位置坐标。处理器执行计算机可执行指令，以将增加的针对闪电活动的位置坐标发送到一个或多个远程计算设备。以上方面中的任一个可包括以下特征中的一个或多个。在一些实施例中，服务器计算设备从卫星接收与检测到的闪电活动相关联的光能信息。在一些实施例中，从地基闪电传感器捕捉的闪电特征数据包括无线电天电数据。在一些实施例中，生成多个地面点位置包括：组合从多个地基闪电传感器接收的无线电天电数据，并使用到达时间三角测量算法来处理所组合的数据，以生成地面点位置。在一些实施例中，每个地面点位置包括位置、分类、估计的峰值电流和估计的位置精度。在一些实施例中，比较步骤包括确定由一个或多个地基传感器检测到的闪电事件在卫星检测到的闪电事件的预定时间内发生，并且在与由卫星检测到的闪电事件相距预定距离内发生。在一些实施例中，增加步骤包括将来自地基传感器的地理坐标、峰值电流和分类附加到与卫星相关联的分组数据。在一些实施例中，比较步骤包括确定由一个或多个地基传感器检测到的闪电事件在由卫星检测到的闪电事件的预定时间内发生，在与由卫星检测到的闪电事件相距第一预定距离外发生，并且在与由卫星检测到的闪电事件的第二预定距离内发生。在一些实施例中，增加步骤包括将来自地基传感器的峰值电流和分类附加到与卫星相关联的分组数据。在一些实施例中，比较步骤包括确定由一个或多个地基传感器检测到的闪电事件在由卫星检测到的闪电事件的预定时间外发生，或在与由卫星检测到的闪电事件相距预定距离外发生。在一些实施例中，增加步骤包括使与卫星相关联的分组数据保持不变。在一些实施例中，生成多个地面点位置进一步包括：确定从卫星接收的位置坐标到每个地基传感器的位置的距离；从位于与从卫星接收的位置坐标相距预定距离之内的每个地基传感器获得无线电天电数据；确定从地基传感器获得的无线电天电数据的预期到达时间；将具有在预定阈值内的预期到达时间的无线电天电数据合并为无线电天电数据的集合；以及确定与无线电天电数据相关联的闪电活动的位置。在一些实施例中，确定与无线电天电数据相关联的闪电活动的位置包括：a)在无线电天电数据的集合中找到每个无线电天电的峰值时间(tp)和传感器位置(ps)；b)将从地基传感器接收到的地理坐标(p0)和时间数据(t0)分配为初始猜测位置；c)使用最小化|t-D(p,ps)/c-tp|的无线电天电数据的集合来确定闪电过程的位置(p)和时间(t)；d)使用等式r＝t-D(p，ps)/c-tp确定在无线电天电数据的集合中所有无线电天电的残值(r)；e)如果(r)低于每个无线电天电的预定值，则基于无线电天电的所确定的位置来识别闪电活动的位置；以及f)如果(r)不低于对于至少一个无线电天电的预定值，则从无线电天电数据的集合中去除具有高于预定值的残值(r)的无线电天电，并返回步骤c)。另一方面，本专利技术的特征在于一种定位闪电活动的计算机化方法。服务器计算设备从检测地理区域中发生的闪电活动的卫星接收与由卫星检测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种定位闪电活动的计算机化方法，所述方法包括以下步骤：/n由服务器计算设备从检测地理区域中发生的闪电活动的卫星接收与由所述卫星检测到的闪电活动相关联的位置坐标和时间数据；/n由所述服务器计算设备从检测闪电活动的一个或多个地基闪电传感器中的至少一个地基闪电传感器捕捉针对由所述一个或多个地基闪电传感器中的所述至少一个地基闪电传感器检测到的闪电活动的闪电特征数据；/n由所述服务器计算设备基于从所述地基闪电传感器捕捉的所述闪电特征数据来生成多个地面点位置；/n由所述服务器计算设备将所述地面点位置与从所述卫星接收的所述位置坐标进行比较，以识别一组或多组经匹配的数据；/n由所述服务器计算设备利用从所述地基传感器捕捉的所述闪电特征数据为每组经匹配的数据增加从所述卫星接收的针对所述闪电活动的所述位置坐标；以及/n由所述服务器计算设备将针对所述闪电活动的所增加的位置坐标发送到一个或多个远程计算设备。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170502 US 62/500,1581.一种定位闪电活动的计算机化方法，所述方法包括以下步骤：
由服务器计算设备从检测地理区域中发生的闪电活动的卫星接收与由所述卫星检测到的闪电活动相关联的位置坐标和时间数据；
由所述服务器计算设备从检测闪电活动的一个或多个地基闪电传感器中的至少一个地基闪电传感器捕捉针对由所述一个或多个地基闪电传感器中的所述至少一个地基闪电传感器检测到的闪电活动的闪电特征数据；
由所述服务器计算设备基于从所述地基闪电传感器捕捉的所述闪电特征数据来生成多个地面点位置；
由所述服务器计算设备将所述地面点位置与从所述卫星接收的所述位置坐标进行比较，以识别一组或多组经匹配的数据；
由所述服务器计算设备利用从所述地基传感器捕捉的所述闪电特征数据为每组经匹配的数据增加从所述卫星接收的针对所述闪电活动的所述位置坐标；以及
由所述服务器计算设备将针对所述闪电活动的所增加的位置坐标发送到一个或多个远程计算设备。


2.如权利要求1所述的方法，其中，所述服务器计算设备从所述卫星接收与所述检测到的闪电活动相关联的光能信息。


3.如权利要求1所述的方法，其中，从所述地基闪电传感器捕捉的所述闪电特征数据包括无线电天电数据。


4.如权利要求1所述的方法，其中，生成多个地面点位置包括：组合从多个所述地基闪电传感器接收的无线电天电数据，并使用到达时间三角测量算法来处理所组合的数据，以生成所述地面点位置。


5.如权利要求4所述的方法，其中，每个地面点位置包括位置、分类、估计的峰值电流和估计的位置精度。


6.如权利要求4所述的方法，其中，所述比较步骤包括确定由一个或多个所述地基传感器检测到的闪电事件在由所述卫星检测到的闪电事件的预定时间内发生，并且在与由所述卫星检测到的所述闪电事件相距预定距离内发生。


7.如权利要求6所述的方法，其中，所述增加步骤包括将来自所述地基传感器的地理坐标、峰值电流和分类附加到与所述卫星相关联的分组数据。


8.如权利要求4所述的方法，其中，所述比较步骤包括确定由一个或多个所述地基传感器检测到的闪电事件在由所述卫星检测到的闪电事件的预定时间内发生，在与由所述卫星检测到的闪电事件相距第一预定距离外发生，并且在与由所述卫星检测到的闪电事件的第二预定距离内发生。


9.如权利要求8所述的方法，其中，所述增加步骤包括将来自所述地基传感器的峰值电流和分类附加到与所述卫星相关联的分组数据。


10.如权利要求4所述的方法，其中，所述比较步骤包括确定由一个或多个所述地基传感器检测到的闪电事件在由所述卫星检测到的闪电事件的预定时间外发生，或者在与由所述卫星检测到的所述闪电事件相距预定距离外发生。


11.如权利要求10所述的方法，其中，所述增加步骤包括使与所述卫星相关联的分组数据保持不变。


12.如权利要求4所述的方法，其中，生成多个地面点位置进一步包括：
确定从所述卫星接收到的所述位置坐标到所述地基传感器中的每一个的位置的距离；
从位于与从所述卫星接收到的所述位置坐标相距预定距离内的每一个地基传感器获取所述无线电天电数据；
确定从所述地基传感器获取的所述无线电天电数据的期望的到达时间；
将具有在预定阈值内的期望的到达时间的所述无线电天电数据组合到无线电天电数据的集合中；以及
确定与所述无线电天电数据相关联的闪电活动的位置。


13.如权利要求12所述的方法，其中，确定与所述无线电天电数据相关联的闪电活动的位置包括：
a)在无线电天电数据的所述集合中找到每个无线电天电的峰值时间(tp)和传感器位置(ps)；
b)将从所述地基传感器接收到的所述地理坐标(p0)和时间数据(t0)分配为初始猜测位置；
c)为所述无线电天电数据的集合中的每个无线电天电确定使|t-D(p,ps)/c-tp|最小化的位置(p)和时间(t)；
d)使用等式r＝t-D(p,ps)/c-tp确定在所述无线电天电数据的集合中所有无线电天电的残值(r)；
e)如果(r)低于每个无线电天电的预定值，则基于所述无线电天电的所确定的位置来识别所述闪电活动的位置；以及
f)如果(r)不低于至少一个无线电天电的预定值，则从所述无线电天电数据的集合中去除具有高于所述预定值的残值(r)的无线电天电，并返回步骤c)。


14.一种用于定位闪电活动的系统，所述系统包括服务器计算设备，所述服务器计算设备包括存储器和处理器，所述存储器用于存储计算机可执行指令，所述处理器用于执行所述计算机可执行指令，所述处理器执行所述计算机可执行指令以：
从检测地理区域中发生的闪电活动的卫星接收与由所述卫星检测到的闪电活动相关联的位置坐标和时间数据；
从检测闪电活动的一个或多个地基闪电传感器中的至少一个地基闪电传感器捕捉针对由所述一个或多个地基闪电传感器中的所述至少一个地基闪电传感器检测到的闪电活动的闪电特征数据；
基于从所述地基闪电传感器捕捉的所述闪电特征数据来生成多个地面点位置；
将所述地面点位置与从所述卫星接收的所述位置坐标进行比较，以识别一组或多组经匹配的数据；
利用从所述地基传感器捕捉的所述闪电特征数据为每组经匹配的数据增加从所述卫星接收的所述闪电活动的所述位置坐标；并且
将针对所述闪电活动的所增加的位置坐标发送到一个或多个远程计算设备。


15.如权利要求14所述的系统，其中，所述服务器计算设备从所述卫星接收与所述检测到的闪电活动相关联的光能信息。


16.如权利要求14所述的系统，其中，从所述地基闪电传感器捕捉的所述闪电特征数据包括无线电天电数据。


17.如权利要求16所述的系统，其中，生成多个地面点位置包括：组合从多个所述地基闪电传感器接收的无线电天电数据，并使用到达时间三角测量算法来处理所组合的数据，以生成所述地面点位置。


18.如权利要求17所述的系统，其中，每个地面点位置包括位置、分类、估计的峰值电流和估计的位置精度。


19.如权利要求17所述的系统，其中，所述比较步骤包括确定由一个或多个所述地基传感器检测到的闪电事件在由所述卫星检测到的闪电事件的预定时间内发生，并且在与由所述卫星检测到的所述闪电事件相距预定距离内发生。


20.如权利要求19所述的系统，其中，所述增加步骤包括将来自所述地基传感器的地理坐标、峰值电流和分类附加到与所述卫星相关联的分组数据。


21.如权利要求17所述的系统，其中，所述比较步骤包括确定由一个或多个所述地基传感器检测到的闪电事件在由所述卫星检测到的闪电事件的预定时间内发生，在与由所述卫星检测到的闪电事件相距第一预定距离外发生，并且在由所述卫星检测到的闪电事件的第二预定距离内发生。


22.如权利要求21所述的系统，其中，所述增加步骤包括将来自所述地基传感器的峰值电流和分类附加到与所述卫星相关联的分组数据。


23.如权利要求17所述的系统，其中，所述比较步骤包括确定由一个或多个所述地基传感器检测到的闪电事件在由所述卫星检测到的闪电事件的预定时间外发生或者在与由所述卫星检测到的所述闪电事件相距预定距离外发生。


24.如权利要求23所述的系统，其中，所述增加步骤包括使与所述卫星相关联的分组数据保持不变。


25.如权利要求17所述的系统，其中，生成多个地面点位置进一步包括：
确定从所述卫星接收到的所述位置坐标到所述地基传感器中的每一个的位置的距离；
从位于与从所述卫星接收到的所述位置坐标相距预定距离内的每一个地基传感器获取所述无线电天电数据；
确定从所述地基传感器获取的所述无线电天电数据的期望的到达时间；
将具有在预定阈值内的期望的到达时间的所述无线电天电数据组合到无线电天电数据的集合中；以及
确定与所述无线电天电数据相关联的闪电活动的位置。


26.如权利要求25所述的系统，其中，确定与所述无线电天电数据相关联的闪电活动的位置包括：
a)在无线电天电数据的所述集合中找到每个无线电天电的峰值时间(tp)和传感器位置(ps)；
b)将从所述地基传感器接收到的所述地理坐标(p0)和时间数据(t0)分配为初始猜测位置；
c...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·斯托克，S·赫克曼，
申请(专利权)人：地球网络股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US