[发明专利]基于三维大气电场测量的雷暴云点电荷定位海拔校正方法

说明书

本发明公开了一种基于三维大气电场测量的雷暴云点电荷定位海拔校正方法，包括以下步骤：首先建立雷暴云点电荷定位海拔校正模型，定义校正参数；然后利用三维大气电场仪，测得三维大气电场分量；最后推导出海拔校正后的点电荷坐标计算公式。基于间接测量误差理论，研究大气电场仪所在位置的海拔高度对雷暴云点电荷定位性能的影响，对校正前后的定位误差进行比较分析。本发明在雷暴监测领域可以显著降低了在单个大气电场仪下获取雷暴云方位数据的误差，通过数据证明，相比于校正前，该方法在实际应用中具有更好的性能，减少了海拔对雷暴云点电荷定位性能的负面影响，为雷暴云预报预警研究提供了一种新的误差补偿手段。

技术领域

本发明涉及一种雷电探测方法，尤其涉及一种基于三维大气电场测量的雷暴云点电荷定位海拔校正方法。

背景技术

在日常生活中，避雷针可以有效减少了雷电灾害带来的经济损失，但这些属于被动防雷范畴，无法准确预报雷电发生的时间和位置。近些年雷电预警技术得到了快速发展，通过分析晴天和雷暴天气时三维大气电场的时域特征，为雷暴发生阶段追踪雷暴云运动轨迹提供了一种思路，然而，现有的研究在促进基于三维大气电场测量的雷暴云探测工作的同时，忽略了大气电场仪所在位置的海拔高度对雷暴云点电荷定位精度的负面影响，在预测精度上面难有显著的突破。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种显著降低雷暴云方位数据误差的基于三维大气电场测量的雷暴云点电荷定位海拔校正方法。

技术方案：本发明的基于三维大气电场测量的雷暴云点电荷定位海拔校正方法，包括以下步骤：

步骤一、建立雷暴云点电荷定位海拔校正模型，以N点为坐标原点，建立三维直角坐标系，其中，S(x,y,z)为海拔校正前雷暴云点电荷所在位置；N(0,0,0)为三维大气电场仪观测点所在位置；海拔校正点M(0,0,-h)为电场仪所在Z轴与海平面的交点；h表示大气电场仪自身高度与其所处位置的海拔之和，海拔校正前的雷暴云点电荷水平偏角和仰角分别为α，β；r为点电荷S到电场仪N的距离；

步骤二、大气电场仪在N处，测得S的电场强度为E，由大气电场仪测得x、y、z方向上校准前的电场分量分别为E_x、E_y、E_z；

步骤三、在测点M处，得到S的电场强度为E'；对电场分量E_x、E_y、E_z进行校准，校准后的电场分量分别为E_x'、E_y'、E_z'，校正后的点电荷水平偏角和仰角分别为α'，β'，r'为S到M的距离；

步骤四、海拔校正后的点电荷S的球坐标为S'(r',α',β')，根据三维直角坐标系的矢量关系得到校正后的点电荷直角坐标S'(x',y',z')；

步骤五、通过仿真对比分析海拔校正前后的测距误差。

进一步地，步骤一中，所述海拔校正前雷暴云点电荷所在位置S(x,y,z)与α、β、r的关系分别为：

其中，

进一步地，步骤三中，所述校正后的三维电场分量E_x'、E_y'、E_z'分别为：

由式(3)进一步得到：

其中，

进一步地，步骤四中，海拔校正后的点电荷球坐标S'(r',α',β')为：

其中，