[发明专利]一种闪电电磁脉冲峰值电流的计算方法

说明书

一种闪电电磁脉冲峰值电流计算方法，该方法包括：对电场传感器采集的闪电电磁脉冲信号进行预处理，得到对应的电场信号；建立传播模型，根据得到的电场信号计算归到地波范围内的场强；根据计算出的归到地波范围内的场强计算得到距离归一化电场强度：根据峰值电流和归一化电场强度之间的对应关系计算峰值电流。本发明提出的闪电电磁脉冲峰值电流计算方法，建立传播模型，将电场传感器采集的闪电电磁脉冲信号计算归到地波范围内的场强，综合考虑“地‑电离层波导”的传播效应及闪电电磁脉冲信号的传输线模型，可实现远距离闪电电磁脉冲峰值电流的计算。

技术领域

本发明涉及闪电电磁脉冲探测领域，尤其涉及一种根据探测站处的峰值电场信号计算闪电电磁脉冲峰值电流的算法。

背景技术

闪电是自然界中发生的一种强烈的大气放电现象，地球上每秒钟发生大量的雷电事件(尤其在多雨的雷暴区域)，造成大量的人员伤亡和财产损失。在雷暴形成过程中，云层中积累大量的正负电荷，形成正负电荷区。当正负电荷区产生的电场击穿空气时，产生闪电电磁脉冲(LEMP)。LEMP信号的频带很宽，主要能量集中在甚低频频段(VLF，3kHz～30kHz)，并以地波及天波方式在“地-电离层波导”中传播。当传播距离较近时，电磁脉冲探测设备接收到的信号以地波信号为主；当传播距离较远时，信号以电离层反射的天波为主，且衰减较小。

传统的闪电电磁观测系统中大部分不反演计算闪电的峰值电流幅度，或者仅能估算探测距离小于600公里范围内(仅考虑地波信号)的闪电电磁脉冲事件。在全国范围内部署四个电磁脉冲探测站，构成超长基线电磁脉冲阵，该阵能够实时监控全国范围内的强雷暴事件并对事件进行定位。在探测站处，电磁脉冲信号中包含了脉冲源的电流强度、大地电导率、电离层的反射系数等信息。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：传统的闪电电磁观测系统中大部分不反演计算闪电的峰值电流幅度，或者仅能估算探测距离小于600公里范围内的闪电电磁脉冲事件，不能实现对远距离LEMP事件的峰值电流的估算的问题。

(二)技术方案

本发明提供了一种适用于超长基线电磁脉冲探测阵的闪电电磁脉冲峰值电流计算方法，能够估计远距离LEMP事件的峰值电流。该算法包括：

步骤A：对电场传感器采集的闪电电磁脉冲信号进行预处理，得到对应的电场信号；

其中，对电场传感器采集的闪电电磁脉冲信号进行预处理，得到对应的电场信号，包括：

对采集的闪电电磁脉冲信号进行滤波操作；

滤波后的闪电电磁脉冲信号进行增益校正；

对增益校正后的闪电电磁脉冲信号进行去标定，去除探测系统的幅频响应及相频响应，得到电场信号，完成预处理操作。

步骤B：建立传播模型，根据得到的电场信号计算归到地波范围内的场强；

“地-电离层波导”中，探测站接收到的LEMP信号可以看做地波和各阶天波之和。根据“地-电离层波导”的波导模理论及波跳理论，传输路径传递函数与传播距离、频率、大地电导率、电离层反射系数与天线割背因子等相关。因此，可以建立传播模型，求解“地-电离层波导”的传播函数，将远距离的LEMP信号强度归到地波范围内的场强；

步骤C：根据计算出的归到地波范围内的场强计算得到距离归一化电场强度：

根据计算出的归到地波范围内的场强计算得到距离归一化电场强度采用以下公式实现：

其中，RNSS表示距离归一化电场强度，r为探测距离，I为归一化参考距离：I＝100km，SS为原始信号强度，p是衰减常数：p＝1.13，A是常数且A＝10⁵km或者p＝1，A＝1000km，C为常数。