[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

摘要

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。

主权项

1.一种基于三维大气电场仪观测视角的雷暴云定位校准方法，其特征在于，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)的方位角和俯仰角分别为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)式中，E_x、E_y、E_z分别为大气电场仪N(0,0,0)点测得x轴、y轴、z轴方向上的雷暴云电场强度，且两两互相垂直；步骤5、根据雷暴云电场强度E_x、E_y、E_z的电位分布计算得到基于三维大气电场仪视角的雷暴云定位坐标(r,α,β)为：式中，x、y、z分别为所测量的雷暴云M(x,y,z)的坐标参数；α为所测量的雷暴云M(x,y,z)的方位角；β为所测量的雷暴云M(x,y,z)的俯仰角；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6、基于步骤1中的雷暴云电场测量空间模型，以观测视角P(X,Y,Z)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；θ为所测量的雷暴云M(x',y',z')的方位角；ψ为所测量的雷暴云M(x',y',z')的俯仰角；R为所测量的雷暴云M(x',y',z')到观测视角P(X,Y,Z)的距离；步骤7、所测量的雷暴云所在位置M(x',y',z')到观测视角P(X,Y,Z)的坐标值，转换为(x'‑X,y'‑Y,z'‑Z)，并将其等效为M(X',Y',Z')：式中，R'是雷暴云M(x',y',z')到观测视角P(X,Y,Z)的距离R的反演值；步骤8、基于步骤6中的观测视角P(X,Y,Z)为原点的坐标系、公式(3)、公式(4)，得到基于三维大气电场仪观测视角的雷暴云的定位坐标(R'，θ'，ψ'):式中，θ'和ψ'分别为雷暴云M(x',y',z')方位角和俯仰角的反演值，R'是雷暴云M(x',y',z')到观测视角P(X,Y,Z)的距离R的反演值。