[发明专利]基于大气电场仪阵列群的雷暴云点电荷定位数据互补方法

权利要求书

1.一种基于大气电场仪阵列群的雷暴云点电荷定位数据互补方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、建立主大气电场仪模型，其中：主大气电场仪N1所在位置N1(0,0,0)为坐标原点，并以正南方向为X轴正半轴，正东方向为Y轴正半轴，建立三维直角坐标系；

由N1测得的雷暴云点电荷M1的坐标为M1(x₁,y₁,z₁)，M1在X-Y平面上的投影为M1'(x₁,y₁,0)，M1到N1的X轴、Y轴、Z轴的距离分别为x₁、y₁、z₁；主大气电场仪本身高度与其所处海拔之和为h1；N1测得的雷暴云点电荷的水平偏角和仰角分别表示为α1和β1；N1测得的M1到N1的距离为r1，由N1测得的雷暴云点电荷的电场强度为E1；

步骤2、基于步骤1建立的坐标系，将雷暴云看做一个点电荷q1，得到雷暴云点电荷M1在主大气电场仪N1处的电位分布

其中，q1'为点电荷q1的镜像电荷，ε₁为空气介电常数，ε₂为主大气电场仪N1所在地面的介电常数；

对电场强度E1进行正交分解，得到：

E1＝E_x1+E_y1+E_z1；

其中，E_x1、E_y1、E_z1分别为N1测得X轴、Y轴、Z轴方向上的雷暴云点电荷的电场强度分量，且两两互相垂直；

对X，Y，Z轴方向的电位分布进行求导，从而能够得到雷暴云点电荷M1的球坐标(r1,α1,β1)为：

中间变量中间变量

结合雷暴云点电荷M1的球坐标(r1,α1,β1)，根据主大气电场仪模型的矢量关系，得到雷暴云点电荷M1的直角坐标(x₁,y₁,z₁)为：

步骤3、基于步骤1建立的坐标系，建立大气电场仪阵列群模型，且第一副大气电场仪N2和第二副大气电场仪N3的海拔高度与N1相同；N2所在位置为(x_N2,y_N2,0)，N2到N1的X轴、Y轴、Z轴的距离分别为x_N2、y_N2、0；N3所在位置为(x_N3,y_N3,0)，N3到N1的X轴、Y轴、Z轴的距离分别为x_N3、y_N3、0；

此时，定义[E_x2,E_y2,E_z2]为N2测得的大气电场值，E_x2、E_y2、E_z2分别为N2测得X轴，Y轴，Z轴方向上的电场强度分量；[E_x3,E_y3,E_z3]为N3测得的大气电场值，E_x3、E_y3、E_z3分别为N3测得X轴，Y轴，Z轴方向上的电场强度分量；

由N1测得雷暴云点电荷M1的坐标为(x₁,y₁,z₁)，采用与步骤2同样的方法，利用[E_x2,E_y2,E_z2]、[E_x3,E_y3,E_z3]，得到由N2、N3直接测得的雷暴云点电荷M1的坐标分别为(X₂,Y₂,Z₂)、(X₃,Y₃,Z₃)，即：由N2测得的M1到N2的X轴、Y轴、Z轴的距离分别为X₂、Y₂、Z₂；由N3测得的M1到N3的X轴、Y轴、Z轴的距离分别为X₃、Y₃、Z₃；那么，从N1的观测角度看，由N2、N3间接测得的雷暴云点电荷M1的坐标分别为(x₂,y₂,z₂)、(x₃,y₃,z₃)，如下：

式中，由N2测得的M1到N1的X轴、Y轴、Z轴的距离分别为x₂、y₂、z₂；由N3测得的M1到N1的X轴、Y轴、Z轴的距离分别为x₃、y₃、z₃；

以步骤1建立的坐标系为基准，将N2、N3在X0Y平面上向外展开，联合定位雷暴云点电荷M1；预先设定偏差率阈值P％；对各电场仪测得数据进行互补处理后，重新得到雷暴云点电荷坐标(X,Y,Z)、水平偏角和仰角θ的表达式如下；X、Y、Z分别为重新得到的M1到N1的X轴、Y轴、Z轴的距离；

第一种情况：对于(x_i,y_i,z_i)，i＝1,2,3，当N1与N2、N3测得的各轴数据偏差率均小于P％时，对各轴数据进行互补处理，重新得到的雷暴云点电荷位置为：

当时，

第二种情况：对于(x_i,y_i,z_i)，i＝1,2,3：

①当N1与N2测得的各轴数据偏差率大于P％，且N1与N3测得各轴数据偏差率小于P％时，利用数据互补方法处理后，得到如下表达式：

当或或且时，

②当N1与N3测得的各轴数据偏差率大于P％，且N1与N2测得各轴数据偏差率小于P％时，利用数据互补方法处理后，得到如下表达式：

当或或且时，

第三种情况：对于(x_i,y_i,z_i)，i＝1,2,3，当N1、N2、N3中任意两个电场仪之间测得的任意轴数据的偏差率均大于P％时，重新将雷暴云点电荷定位数据置零，对应表达式为：

当或或且或或时，

第四种情况：对于(x_i,y_i,z_i)，i＝1,2,3，当N2与N3之间测得的各轴数据的偏差率均小于p％，且N2、N3分别与N1测得各轴数据的偏差率均大于P％时，利用数据互补方法处理后，得到如下表达式：

当且或或时，