[发明专利]一种基于VHF雷达的闪电定位系统及闪电定位方法

说明书

本发明涉及闪电探测技术领域，具体涉及一种基于VHF雷达的闪电定位系统及闪电定位方法，该系统包括：位于同一站点内的VHF雷达发射系统和雷达接收系统，其中，雷达接收系统包括：干涉接收天线含有至少两个长基线天线阵列和至少两个短基线天线阵列；长基线天线阵列与短基线天线阵列均含有至少两副接收天线；且长基线天线阵列的端点与短基线天线阵列的端点设有公共的接收天线；长基线天线阵列中的相邻的两副接收天线的间距大于短基线天线阵列中的相邻的两副接收天线的间距；且接收天线的尺寸与VHF雷达发射系统发射的VHF雷达波的波长相匹配。该定位系统能够实现对闪电进行三维定位和对闪电的单站定位。

技术领域

本发明属于闪电探测技术领域，尤其涉及一种基于VHF雷达的闪电定位系统及闪电定位方法。

背景技术

闪电是一种特殊的天气现象，它是指由强积雨云引起的伴有闪电活动及短暂降水的局地天气；在地面观测中则是指伴随有闪电和雷鸣的天气现象作为局地性强对流天气，常常造成人员和经济财产方面的损失。闪电灾害已成为联合国公布的十种最严重的自然灾害之一，它带有半随机性、分散性、局域性、瞬时性、突发性及三维性等特点。

目前，常用闪电VHF(Very High Frequency，甚高频)辐射探测系统对闪电进行定位。在几乎整个闪电放电过程都伴随着VHF辐射，同时有较高的辐射强度，因而可以实现一定距离内云闪和地闪的辐射脉冲进行高时间分辨率和高精度的探测和定位；另一方面，VHF辐射是视距内直线传播，受地面传导率、地形变化以及电离层影响小，在定位精度上较高。正是由于这些优点，近些年来利用VHF辐射探测和定位闪电已逐渐成为闪电研究的主要方向。常见的被动式闪电定位方法主要以多个接收站组网方式接收电磁辐射信号的时差测向混合法和相位差法。

时差测向混合法是在磁定向和时差法两种定位方法结合的基础上发展形成的，它的定位原理是：每个雷达回波接收站既探测回击发生的方位角，又探测回击产生的电磁脉冲到达的准确时间。当只有两个雷达回波接收站接收到信号时，采用一条时差双曲线和测得的两个方向角使用混合算法计算位置。当有三个接收站接收到数据时，在非双解区域，采用时差算法；在双解区域，先采用时差算法得出初步结果，然后利用测向数据剔除其中的错误结果。当有四个及四个以上接收站接收到数据时，先釆用三站算法进行定位，然后再利用最小二乘法优化结果以提高精度，据国内外资料表明采用该方法定位精度优于500m。由于时差测向混合法闪电定位系统定位精度高，又可与原有的时差法及磁定向探测系统联网，因此具有良好的兼容性，可用于原有系统升级。时差测向混合法定位系统在雷达回波接收站数目较少的前提下，保证了较高的定位精度，是目前比较实用的闪电监测定位系统。

相位差法依靠闪电电磁辐射波到达短距离天线阵列不同天线的相位差来反演其方位角和仰角，进而描绘出闪电放电的二维发展结构。若多个台站干涉仪同步测量，则可以对辐射源进行三维定位。窄带干涉仪技术对孤立脉冲和连续脉冲均能很好定位，尤其对连续脉冲更有效，特别是对快速发展的负极性击穿放电过程。在多个辐射源情况下，窄带干涉技术定位效果差强人意；宽带干涉仪技术虽然可以对多个辐射源定位，但系统测量精度相对较低。

综上可以看出，现有的基于时间差和相位差的这两种VHF辐射源定位技术进行闪电定位都需要采用多站形式，即多个雷达回波接收站的形式，而两个或者两个以上的接收站进行闪电的定位，会带来在选点布站建设、高精度时间同步、设备量的投入与运行管理上的诸多不便，进而导致闪电定位系统的适应性不强。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够利用单站进行闪电定位的闪电定位系统，同时还提供该闪电定位系统的定位方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于VHF雷达的闪电定位系统，包括位于同一站点内的VHF雷达发射系统和雷达接收系统；

VHF雷达发射系统包括发射机、天线模块和控制模块；发射机用于产生VHF雷达信号；天线模块包括至少一个发射天线，用于发射VHF雷达信号；控制模块用于控制发射机和天线模块；