基于FPGA信号采集预处理的实时雷电定位方法技术

本发明专利技术公开了一种实时雷电定位方法，多个测站GNSS同步采集雷电信号获取波形数据；对雷电信号波形数据进行FFT带通滤波去噪处理；采用滑动窗口动态阈值提取峰值特征，获得波形在不同时间窗口内的峰值特征（t<subgt;p</subgt;,A<subgt;p</subgt;,W<subgt;p</subgt;），计算局部噪声标准差，仅保留有效峰值，在保证定位精度的同时实现雷电数据实时回传。计算中心基于峰值特征（t<subgt;p</subgt;,A<subgt;p</subgt;,W<subgt;p</subgt;）重构波形，重构后的波形更准确地反映雷电信号的特性，减少因信号畸变导致的时间延迟测量误差。每两个测站重构后的雷电波形数据计算互相关，提取最大相关时间延迟，根据信号时间延迟信息，采用加权非线性最小二乘法解算TDOA方程组，输出三维闪电定位结果。通过残差分析与几何精度因子评估定位结果可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及气象学、大气电学和空间科学，特别涉及一种基于峰值波形重构互相关的实时雷电定位方法。

技术介绍

1、 雷电是大气电磁活动中的重要现象之一，对气象学、大气电学和空间科学等领域研究具有重要意义。雷电定位对探测雷暴云内电荷结构、电荷密度分布、及其随雷暴过程发展的演变研究，对揭示雷电发生、发展过程物理机制有着重要的科学意义。现有技术的雷电定位方法很多，如：时差法（toa）和到达时间差法（tdoa）是目前常用雷电定位技术。由于雷电采样率比较高，雷电信号采样率需≥10 ms/s，每次雷电发生采样数据量非常大，一般雷电事件数据量达gb级，无法通过常规通信网络实时回传，一般是依赖本地存储数据再处理后回传，导致定位延迟，无法满足要求秒级响应场景的需求。现有技术实时方法仅提取峰值时间与幅值进行匹配，但雷电波形多峰叠加，误匹配率高达15%~20%，峰值匹配效率低。探测站接收到的信号通常包含噪声和其他干扰，低频（vlf/lf）信号易受工频噪声、地表电荷干扰，导致信号的峰值特征不明显。雷电信号在传播过程中会受到噪声、地形遮挡和电磁干扰的影响，导致信号失真。因此，发展一种本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种基于FPGA信号采集预处理的实时雷电定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述基于FPGA信号采集预处理的实时雷电定位方法，其特征在于：所述的步骤S1、S2、S3在测站采用FPGA逻辑门电路对采集的雷电数据预处理，提取峰值信息，通过5G网络实时回传至计算中心；所述的步骤S4、S5、S6、S7在计算中心进行波形重构、互相关计算、雷电定位、结果评估。

3.根据权利要求1所述基于FPGA信号采集预处理的实时雷电定位方法，其特征在于：所述的S1获取多个雷电信号波形数据具体方法为：设第 i 个测站采集到的雷电信号波形为si(t)，其中 t 为时间，...

【技术特征摘要】

1.一种基于fpga信号采集预处理的实时雷电定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述基于fpga信号采集预处理的实时雷电定位方法，其特征在于：所述的步骤s1、s2、s3在测站采用fpga逻辑门电路对采集的雷电数据预处理，提取峰值信息，通过5g网络实时回传至计算中心；所述的步骤s4、s5、s6、s7在计算中心进行波形重构、互相关计算、雷电定位、结果评估。

3.根据权利要求1所述基于fpga信号采集预处理的实时雷电定位方法，其特征在于：所述的s1获取多个雷电信号波形数据具体方法为：设第 i 个测站采集到的雷电信号波形为si(t)，其中 t 为时间，i = 1, 2, …,n，n

4.根据权利要求1所述基于fpga信号采集预处理的实时雷电定位方法，其特征在于：所述的s2去噪处理采用傅里叶变换去噪方法，具体包括：对信号si(t)进行快速傅里叶变换（fft）得到频域信号si(f)，识别噪声所在频率范围，通过带通滤波器hbp(f)去除高频噪声和低频趋势，将处理后的频域信号通过逆傅里叶变换（ifft）转换回时域，进一步对去噪信号进行基线校正，消除直流偏移，得到去噪后的雷电信号，傅里叶变换去噪公式如下：

5.根据权利要求1所述基于fpga信号采集预处理的实时雷电定位方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：郄秀书，刘明远，孙竹玲，蒋如斌，袁善锋，
申请(专利权)人：中国科学院大气物理研究所，
类型：发明
国别省市：