一种基于时差和聚类的闪电定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于时差和聚类的闪电定位方法，包括：基于到达时间差原理对闪电回击数据进行四站组合定位，得到初始闪电定位数据，构成初始闪电定位数据集，采用k均值聚类算法对初始闪电定位数据集进行聚类分析得到k个聚类簇集合，选取输出k个聚类簇集合中包含闪电定位数据点最多的簇中心，作为最终的闪电定位结果。剔除定位离群点后得到最终精确定位值。本发明专利技术可以有效提高闪电定位精度并减小数据粗差、站网布局等因素对闪电定位效果的影响。响。响。

【技术实现步骤摘要】
一种基于时差和聚类的闪电定位方法


[0001]本专利技术属于气象闪电定位
，具体涉及一种基于时差和聚类的闪电定位方法。

技术介绍

[0002]闪电是大气中的放电现象，常伴随着冰雹、暴雨等强对流天气过程。闪电具有强大电流、电磁辐射以及炙热高温等物理效应因此常常引起雷击灾害，包括对建筑物、电力设备、信息通信设备、油罐储运等造成的巨大破坏。闪电的监测预警及准确定位对减少雷击灾害事故具有重要的意义。
[0003]闪电定位系统利用闪电回击辐射的电磁场特性来遥测其发生的时间、位置、强度和极性，已应用于气象、电力、航天航空等领域。定位精度是评价闪电定位系统的关键技术指标。到达时间差(Time Difference Of Arrival，TDOA)定位方法由于定位精度较高，已成为主流闪电定位方法。该方法是基于各个闪电探测站与闪电辐射源之间的距离差确定定位双曲线，通过求解双曲线方程组来确定闪电辐射源信号相对于各个探测站相对位置。
[0004]TDOA定位方法依据时间差定位，由于雷电电磁场在传播过程中会受到地形、地球电导率等因素干扰，用于定位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于时差和聚类的闪电定位方法，其特征在于，包括：步骤S1、获取待定位闪电数据信息，所述闪电数据信息包括至少四个闪电探测站接收到所述待定位闪电信号的闪电回击数据；闪电回击数据包括闪电探测站的站点位置信息以及闪电到达时间；步骤S2、对所述闪电数据信息进行组合，得到多组闪电数据，其中每组闪电数据包括四个闪电探测站接收到待定位闪电信号的闪电回击数据；步骤S3、对每组闪电数据，采用四站时差定位法分别对闪电辐射源进行定位，得到初始闪电定位数据；所有的初始闪电定位数据构成闪电定位数据集；步骤S4、采用k均值聚类算法对闪电定位数据集中的所有闪电定位数据进行聚类分析，得到k个聚类簇集合；步骤S5、选取输出k个聚类簇集合中包含闪电定位数据点最多的簇中心，作为最终的闪电定位结果。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，所述站点位置信息为站点经纬高信息，还包括将站点经纬高信息转换成空间直角坐标系下定位的坐标x、y、z；其中，闪电探测站的经度L、纬度B、高度H，e为椭球的第一偏心率，N为椭球的卯酉圈曲率半径。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2包括：遍历所有闪电探测站，每四站的闪电数据信息进行组合，得到组闪电数据，其中n为闪电探测站的总个数。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，采用四站时差定位法分别对闪电辐射源进行定位，得到闪电初始定位数据，包括：根据到达时间差TDOA定位原理，距离差方程为：其中，闪电的发生位置为(x,y,z)，发生时间为t，第i个闪电探测站的坐标位置为(x
i
,y
i
,z
i
)，到达时间为t
i
；i＝0时表示主站，i＝1,2,3
…
n时表示副站；闪电到主站(x0,y0,z0)的距离为r0，到第i个副站的距离为r
i
，Δr
i
为r
i
与r0的距离差，c为电磁波信号的传播速率；探测站个数为4，即i＝0,1,2,3；式(1)变化为：r
i2
‑
r
02
＝d
i
‑
d0(2)其中d
i
＝(x
‑
x
i
)2+(y
‑
y
i
)2+(z
‑
z
i
)2,d0＝(x
‑
x0)2+(y
‑
y0)2+(z
‑
z0)2；对式(2)进行移项、平方、整理化简得：
式(3)中i＝1,2,3，是一个关于(x,y,z,t)的非线性方程组，将r0作为已知量，得到矩阵表达式：AX＝B(4)即：当闪电探测站不部署在同一平面上时，系数矩阵A的秩等于3，得到：X＝(A
T
A)
‑1A
T
B(6)将X带入式(1)可以得到方程：ar
02
+br0+c＝0(7)解一元二次方程(7)得到r0的数值解后，将r0反代入式(6)中求出闪电辐射源的空间直角坐标系下定位的坐标。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当Δ＝b2‑
4ac＞0时，r0有两个解r
01
、r
02
，即双曲面有两个交点；r0表示距离必须为正数，r
01
、r
02
一正一负时选取正根作为定位解；r
01
、r
02
皆为正数时通过增加方位角辅助信息消除定位模糊；当Δ＝b2‑
4ac＝0时r0有唯一解，不存在定位模糊问题。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4、采用k均值聚类算法对闪电定位数据集中的所有闪电定位数据进行聚类分析，包括：S41、第一次，在闪电定位数据集X中...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐伟，郑玉兰，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：