雷电定位系统的设计
2021-01-15宋润武
邓 苏,宋润武
(贵州省江口县气象局,贵州 江口 554400)
0 引言
雷电是大自然中常见的一种天气现象,容易引发各种灾害,甚至危及人类生命财产安全。贵州雷电发生比较频繁,特别是西南部和赤水地区[1]。由此可见,雷电的监测显得尤为重要。目前,雷电定位是监测雷电的基本技术手段,国内外对雷电定位系统做了很多研究,其中不少已投入实际环境中使用[2]。但这些雷电定位系统的探测器普遍体积较大、成本较高、安装困难。本论文研究的新型雷电定位系统,是通过闪电传感器测量距离、GPS模块能定位与授时的功能,大大缩小探测器体积、降低探测器成本,而且具有安装方便、自动化程度高的特点。
1 雷电定位原理
通过闪电传感器测出闪电到探测器的距离,探测器内的GPS模块获取探测器所在地的经纬度、高度和时间,再根据几何学中的多圆相交于一点的准则,就能确定闪电的发生位置(图1)。

图1 闪电定位原理图Fig.1 lightning positioning schematic diagram
闪电定位是在WGS-84坐标系中计算。假如闪电到达S1、S2、S3、S4的位置分别为d1、d2、d3、d4。而S1、S2、S3、S4在WGS-84坐标系中的位置分别为(x1y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)、(x4,y4,z4),闪电在WGS-84坐标系中的位置为(x,y,z),根据两点之间的距离公式,则计算闪电位置的方程组如下:

(1)

(2)

(3)

(4)
对上述4个方程先变形,式(2)-式(1),式(3)-式(1),式(4)-式(1),得到闪电位置坐标的线性方程组,将方程组写成矩阵形式:
ΑX=L
(5)
其中
(6)
X=(xyz)T
(7)
(8)
把ΑX=L写成另外一种形式:
X=A-1L
(9)
通过计算,从而获取闪电在WGS-84坐标系中的位置,再将WGS-84坐标系中的闪电位置转换成大地坐标系,就能获得经纬度。
2 总体设计
根据设计要求,雷电定位系统由探测器、中心站、数据库和雷电信息发布平台组成。……
