[发明专利]基于三维大气电场和MEMD的雷电预警方法

摘要

本发明公开了一种基于三维大气电场和MEMD的雷电预警方法，首先对三维大气电场信号进行MEMD算法分解，获得三维大气电场信号经MEMD分解后得到多元本征模态函数IMF各个阶段的分量集合、余量集合；然后计算和观察多元本征模态函数IMF对应三维大气电场信号在x轴、y轴、z轴方向的第一阶段的分量的能量，如果其中任一一个阶段分量的能量值发生连续陡变，则实施雷电预警。本发明提取高频电场分量，减少了复杂电磁噪声对大气电场的干扰，提高了雷电预警时间，并减小了漏警率。

主权项

1.基于三维大气电场和MEMD的雷电预警方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤1)，对信号序列长度为T的三维大气电场信号u(t)＝[x(t),y(t),z(t)]T进行MEMD算法分解，x(t)、y(t)、z(t)分别为三维大气电场仪测得三维大气电场信号在x轴、y轴、z轴方向的值；步骤1.1)，在二维球面建立适宜三维空间的方向向量集，令为三维大气电场信号在二维球面上的对应角θ_k＝{θ₁^(k),θ₂^(k)}的方向向量集，k＝1,2,3......L，L为要在球面空间建立的方向向量的个数，D₁^(k)、D₂^(k)、D₃^(k)分别为三维大气电场信号中第一维信号、第二维信号、第三维信号的k个向量集，θ₁^(k)、θ₂^(k)分别为二维球面中第一维球面、第二维球面的k个方向向量的角度；步骤1.2)，将三维大气电场信号u(t)作为输入信号；步骤1.3)，计算输入信号在每个方向向量上的映射并查找记录大气电场映射信号投影的极大值与其对应的时间刻度i∈[1,T]；步骤1.4)，对极值点采用多元样值插值法进行数据拟合，得到三维大气电场信号k个方向的包络线步骤1.5)，根据以下公式计算各个包络线的均值：步骤1.6)，计算h(t)＝u(t)‑m(t)，判断h(t)是否满足多元本征模态函数IMF的条件；步骤1.7)，若h(t)不满足多元本征模态函数IMF的条件，将h(t)作为输入信号，跳转执行步骤1.3)；步骤1.8)，若h(t)满足多元本征模态函数IMF的条件，将h(t)作为多元本征模态函数IMF当前阶段的分量；步骤1.9)，若多元本征模态函数IMF所有阶段的分量均被分离，执行步骤2)，否则，将u(t)‑h(t)作为输入信号，跳转执行步骤1.3)；步骤2)，令h(t)＝{hx(t),hy(t),hz(t)}、r(t)＝{rx(t),ry(t),rz(t)}分别为三维大气电场信号经MEMD分解后得到多元本征模态函数IMF各个阶段的分量集合、余量集合，hx(t)、hy(t)、hz(t)分别为多元本征模态函数IMF对应三维大气电场信号在x轴、y轴、z轴方向的各个阶段的分量集合，rx(t)、ry(t)、rz(t)分别为多元本征模态函数IMF对应三维大气电场信号在x轴、y轴、z轴方向的各个阶段的余量集合，q为多元本征模态函数IMF分量的层数，则h(t)、r(t)和三维大气电场信号的关系如下：分别计算hx(t)、hy(t)、hz(t)中第一阶段分量的能量，计算公式如下：步骤3)，观察hx(t)、hy(t)、hz(t)中第一阶段分量的能量值的变化，如果其中任一一个阶段分量的能量值发生连续陡变，则实施雷电预警。