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。……