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基于FPGA的云闪时差定位同源脉冲匹配算法实现*

2011-08-13崔雪楠李梦竹马启明黄启俊

电子技术应用 2011年6期

崔雪楠,李梦竹,马启明,黄启俊,常 胜

(武汉大学 物理科学与技术学院,湖北 武汉 430072)

雷电是在雷暴天气条件下,发生于大气中的一种长距离放电现象,具有大电流、高电压、强电磁辐射等特征[1]。雷电主要包括云对地面的放电(地闪)和云与云之间的放电(云闪)[2],地闪往往对地面民用工业、军事设施有严重的破坏性[3];云闪也严重影响民航飞机、航天飞行器等的正常飞行。观测表明,云闪先于地闪5 min~15 min发生[4],观测云闪对地闪有预警的作用,因此云闪监测及定位研究具有重要意义。

目前对于地闪的探测已经有了比较完善的定位系统,如ADTD雷击检测仪[5],但仅仅能检测地闪。云闪通常基于甚高频(VHF)频段,已有的甚高频云闪探测主要采用干涉法和时差法(TOA)建立雷电探测系统,时差法主要难点是同源脉冲匹配技术。OETZEL等利用VHF技术测量闪电辐射到达分离天线的时差确定闪电源位置的成果[6],采用短基线避免判断两个脉冲是否属于同一个辐射脉冲的问题,但是短基线带来的问题是信号到达两天线的时差太小,导致测向精度不高。基于此,本文提出一种同源脉冲匹配算法——相关性判别法,该方法可以应用于长基线的VHF云闪脉冲同源判别。

1 相关系数匹配算法

假定两信号分别为 x(t)、y(t),可以选择当倍数 a,使a×y(t)逼近x(t)。在此可以借用相关系数来度量这对波形的相似程度,以此判别两天线接收到的云闪信号是否为同源脉冲。定义误差能量相对误差能量由此可以求得相关系数的表达式:

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