基于特征匹配的三维闪电定位系统研究

论文摘要

闪电作为日常生活中最为常见的一种自然现象,在全球范围内普遍存在。闪电的发生对加油站、森林、发电厂等存在安全隐患的场所构成了一定的危害,甚至对人们的安全产生了巨大威胁,因此对闪电的定位研究具有重要意义。目前闪电定位系统存在定位精度不足和由干扰信号引起的误判等问题,导致不能得到更加准确地闪电发生位置,难以解决闪电发生对社会生活构成的威胁。针对上述问题,提出了一种基于特征匹配的三维闪电定位方法。首先,通过构建时差定位模型,分析了Taylor级数展开算法、Chan算法、协同定位算法以及最大似然法几种定位算法存在的优缺点,并对几种算法的性能进行了比较,结果显示,最大似然法比其他定位算法在性能上存在一定的优势,同时,对不同站址布局进行了仿真比较,得出Y型站址布局定位误差较小。然后,由于闪电定位系统授时精度较低,对子站系统的时钟模块进行了设计,通过采用高频压控晶振和时钟驯服方法提高了闪电定位系统的授时精度;中心站则是采用特征匹配法对接收的闪电信号进行匹配处理,去除了单个站点的干扰信号对闪电定位的影响,减少了系统的误报。采用文中系统方案在河北省地区进行了闪电定位实验,子站分别布署在桃城、泊头、定州和威县来对闪电信号进行采集;中心站则对采集的数据进行处理、计算。结果表明,系统能够实时、精确地计算闪电的三维位置。

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摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 研究背景及选题意义

1.2 国内外研究现状及发展趋势

1.2.1 闪电定位国外现状

1.2.2 闪电定位国内现状

1.3 常用定位技术简介

1.4 时差定位技术优势

1.5 本文研究内容及章节安排

第2章闪电定位原理及算法研究

2.1 时差定位基本原理

2.2 闪电定位常用算法研究

2.2.1 Taylor级数展开法

2.2.2 Chan算法

2.2.3 协同定位算法

2.2.4 最大似然法

2.3 定位算法仿真分析

2.3.1 不同算法性能分析

2.3.2 几何精度分析

2.4 本章小结

第3章子站系统设计

3.1 闪电定位系统整体结构

3.2 子站系统结构

3.2.1 工作环境及技术指标

3.2.2 子站功能

3.3 GPS时钟同步

3.3.1 时钟同步原理

3.3.2 时钟驯服原理

3.4 时钟同步系统设计

3.4.1 信号采集模块

3.4.2 GPS同步与时钟模块

3.4.3 数据通讯模块

3.5 闪电信号判别方法

3.6 本章小结

第4章中心站

4.1 软件功能

4.1.1 整体结构

4.1.2 服务器功能及配置

4.2 通信系统

4.3 闪电信号特征分析

4.3.1 闪电瞬时能量对比

4.3.2 闪电脉冲信号分析

4.3.3 闪电信号检测误差分析

4.4 特征匹配

4.4.1 小波阈值去噪原理

4.4.2 小波阈值选取

4.4.3 小波阈值去噪结果

4.4.4 特征点匹配

4.5 本章小结

第5章闪电定位计算

5.1 位置选取

5.2 定位计算

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李灿东

导师: 李春明,王震洲

关键词: 时差法,闪电定位系统,时钟驯服,特征匹配

来源: 河北科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 气象学,气象学

单位: 河北科技大学

分类号: P412;P427.3

总页数: 70

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