[发明专利]一种基于三维大气电场仪观测视角的雷暴云定位校准方法

说明书

本发明属于雷暴云监测预警技术领域，具体涉及一种基于三维大气电场仪观测视角的雷暴云定位校准方法。具体步骤包括在分析电场测量原理基础上，建立三维电场模型；根据镜像法理论，得出雷暴云在大气电场仪处的电位分布，利用含介电常数的电位分布公式，推导出各电场分量公式，得到雷暴云所在位置。基于电场模型所示矢量关系，得出方位角和仰角。利用电场仪测得数据，基于电场仪观测视角建立新坐标系，对雷暴云进行定位校准。本发明能够准确从大气电场仪观测视角获得雷暴云所在方位，有效的解决一维大气电场仪测量电场分量单一问题，可以提高雷暴云定位精确度和稳定性，具有较好的校准效果。

技术领域

本发明属于雷暴云监测预警技术领域，具体涉及一种基于三维大气电场仪观测视角的雷暴云定位校准方法。

背景技术

雷暴云是发展到一定强度后产生雷暴的积雨云，而雷电是雷暴云电荷积累形成极性产生的，它是一种重大的自然灾害，严重影响着人类的活动。随着社会现代化的日益发展，雷电所造成的静电感应等效应对社会经济造成不可估量的损失，对于建筑物来说，如果遭到雷电感应，其内部的构架与接地不良的金属装置容易出现火花，这对存放易燃品的仓库来说是很危险的，它会引起爆炸。闪电时，瞬间强电流通过输电电缆、通信线路、电话线和金属管道等引入室内或由电磁感应造成计算机网络、通讯设备和工业控制系统的雷击事故。从近几年的雷击资料分析，这类事故发生率高，后果十分严重。据有关部门估计，世界各地每分钟大约有1800个雷电交作在进行中。它们每秒钟约发出600次闪电，其中有100次袭击地球。中国每年有三四千人因雷击伤亡，造成财产损失50亿至100亿元。因此，切实有效的雷暴云监测手段对减少雷暴危害有着重要的作用。目前，许多科研人员积极地参与到大气电场测量技术的研究中。研究人员们从材料和结构等方面，对一维到三维的大气电场测量仪器进行了较大的完善，解决了一维大气电场仪测量电场分量单一问题，减小了现有电场传感器之间电场分量的耦合性。然而，这些研究在实现大气电场分量测量的同时，往往从大气电场仪视角获得雷暴云数据，却忽略了从电场仪观测视角获得数据的重要性。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，提出一种基于三维大气电场仪观测视角的雷暴云定位校准方法，能够准确从大气电场仪观测视角获得雷暴云所在方位，有效解决一维大气电场仪测量电场分量单一问题，可以提高雷暴云定位精确度和稳定性，具有较好的校准效果。

为实现上述目的，本发明提出一种基于三维大气电场仪观测视角的雷暴云定位校准方法，包括如下步骤：步骤1、建立雷暴云电场测量空间模型，该模型以N点为坐标原点，建立三维直角坐标系；其中，N(0,0,0)为三维大气电场仪的所在位置；M(x,y,z)为大气电场仪所测量的雷暴云所在位置；M'(x,y,0)为M(x,y,z)在x0y平面上的投影点；h为三维大气电场仪N(0,0,0)与海拔高度之和；所测量的雷暴云M(x,y,z)的方位角、俯仰角分别为α，β；r为所测量的雷暴云M(x,y,z)到三维大气电场仪N(0,0,0)的距离；

步骤2、设所测量的雷暴云M(x,y,z)的点电荷为q，根据镜像法，得到点电荷q关于x0y平面对称的镜像电荷q'；

步骤3、根据所测量的雷暴云M(x,y,z)所产生的电场是由点电荷q和它的镜像电荷q'构成，得到所测量的雷暴云M(x,y,z)在大气电场仪N(0,0,0)处的电位分布

式中，ε₁为空气介电常数，ε₂为大气电场仪N(0,0,0)所在地面的介电常数，h为三维大气电场仪N(0,0,0)与海拔高度之和；

步骤4、在大气电场仪N(0,0,0)点测得的雷暴云电场强度E，对E进行正交分解，得到：

E＝E_x+E_y+E_z (2)