云闪雷电脉冲信号的到达时间差估计与软件实现

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1、华中科技大学硕士学位论文5总结和展望5.1全文总结·······································································(75)5.2展望·············································································(75)致谢·································································

2、················(77)参考文献··············································································(78)V华中科技大学硕士学位论文1绪论1.1研究背景及意义雷电是指一部分带电的云层与另一部分带异种电荷的云层，或者是带电的云层对大地间迅猛地放电，其中，云层对大地的放电，即对建筑物、建筑物内电子设备和人产生极大危害，是人类主要的研究对象。雷电灾害一直以来都给人类带来严重的人员伤亡和经济损失。目前，全

3、球每日约发生800万次雷电，每年因雷击死亡的人数逾千，每年因雷击受伤人数约是因其死亡人数的5-10倍。由于人类社会生活和生产生活日益现代化，大量电子产品和通信设备被广泛投入使用，雷击灾害事故次数呈逐年上升，损失呈逐年增加的趋势。计算机系统作为信息资源的重要载体已逐渐受到各个行业的重视，计算机系统的可靠性决定了诸如国防军工、航空航天、国民经济建设等各方面的安全性。然而，雷电产生的电磁辐射会对计算机系统稳定性、安全性和可靠性产生不利的影响，甚至可能导致整个系统瘫痪。雷电的重灾区同样也包括卫星、通信指挥系统

4、和有室外天线设备的系统。正是因为雷击灾害对人民生命财产和社会各部门和各行业的危害程度如此之大，范围如此之广，联合国有关部门将其列为“最严重的十种[1][2]自然灾害之一”。研究雷电探测技术有助于获得雷电发生的时间信息和位置信息以及相关的物理参数，从而快速准确地定位雷电灾害，为灾后重建以及雷电灾害的预防提供重要信息依据。当雷电灾害引起电网损坏时，雷电探测系统能通过雷电发生的位置快速查出电网故障的位置，从而将故障排除。此外，雷电在未来一段时间内的走势也能够通过统计分析当前时间段内的雷电活动情况获得。[3]

5、[4]目前，常用的无源定位技术实现途径主要有以下几种：(1)多站时差定位法，也称为双曲线定位法。该方法是利用由多个探测站得到的信号到达时间差，得到多个双曲面交点的原理来定位的。在二维定位中，需要三个接收站同时接收到信号，得到其中两个站相对于参考站的到达时间差，根据时间差得到1华中科技大学硕士学位论文两条分别以两个站中的某一站与参考站为焦点的双曲线，得到多个交点，再利用DOA信息去除定位模糊，就可以实现对目标的定位。对于三维定位，则需要至少四个接收站，形成三个双曲面的交点来确定信号源的位置。(2)测向定

6、位法，也称为三角定位法。该方法通过单个或多个探测站的高精度测向装置对信号源进行测向，然后根据基线距离以及各个探测站得到的方位角或俯仰角信息，经过几何三角运算来确定信号源的位置。根据基站的数量，可将这类基于测向的探测定位系统分为多站测向定位系统和单站侧向定位系统。(3)测向/时差混合定位法。该方法将系统得到的测向信息和时差信息相结合，既能保证高精度的时差定位，又能利用方位角和俯仰角信息去除定位模糊。同时，也能弥补多站时差定位时至少需要四个接收站，即三个时差信息的不足。在定位方法中，方向测量定位是研究最早

7、，也是应用最多的定位方法，该方法的缺点是定位误差较大，在侧边区域尤为明显。随着多平台通信技术的发展和时差测量技术的进步，时间差测量定位的研究和应用开始受到人们的重视，成为现代高精度无源定位的主要方法之一。时间差测量定位的一个重要研究方向是时间延迟估计。时间延迟是指同源信号分量因其传输距离不同引起的接收机到达时间差。时间延迟估计是指利用参数估计和信号处理的理论和方法估计同源信号的到达时间差。获取辐射源发射信号到达两个接收站的时间差有两种方法：(1)将两个接收站得到的信号到达时间（TOA）测量值作差；(2

8、)利用互相关技术，计算一个探测站的接收信号与另一个探测站的接收信号之间的互相关函数，然后进行峰值搜索。前一种方法不仅要求各接收站之间保持严格的时钟同步，而且还须知道发射信号波形的先验知识，因而多用于规则脉冲信号情形。故本论文采用互相关技术直接计算信号到达时间差，可以完全摆脱对发射信号波形的限制，可用于对雷电脉冲到达时间差的估计，其应用的前提条件依然是各接收站之间必须保持高精度的时钟同步。1.2时差定位技术发展概况早在上个世纪40年代，人们就开始使用诸如无