浅议闪电定位系统技术和其应用

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1、浅议闪电定位系统技术和其应用　　摘要本文阐述了闪电定位技术的发展概况，着重介绍了当前几种常用的闪电定位方法。分析了这几种方法的定位原理、优缺点以及性能指标，针对云南闪电研究现状，探讨了闪电定位系统建设和应用。关键词：闪电定位；甚低频；甚高频；定位系统中图分类号：P228.4文献标识码：A文章编号：引言雷电是自然界大气中发生的瞬间放电过程，并伴有声、光、电的出现，它被联合国公布为十大自然灾害之一。随着电子科技的发展，大量电子设备应用在不同的领域，雷电的危害领域也随之不断扩展，特别是对微电子领域的危害程度加剧。例

2、如，62007年云南省曲靖市第一人民医院监控系统受到雷电波冲击，造成价值上百万元的设备被损。但期间未监测到造成此次事故的雷电数据特征，只观测到采用传统地面气象方法观测的雷暴起止时间和方位，以及依靠人体听觉、视觉来判断和记载。城市建设的不断发展，大量气象观测站由原先的远离城区变为城郊或城区，各种噪音给准确判断雷暴带来较大的困难，特别是白天雷暴的记载受影响最大，漏记、迟记的现象较为普遍。随着对闪电研究的深入和遥感遥测技术的发展，相继研究开发并应用的几种闪电定位方法，均可以给出闪电发生的位置、强度以及回击次数等信息

3、，本文浅析了这几种闪电定位方法的原理及其优缺点，希望更好的运用闪电定位系统为社会服务。闪电探测原理闪电探测是指利用闪电辐射的声、光、电磁场特性来遥测闪电放电参数（时间、位置、强度、极性、电荷、能量等）。云闪和云地闪发生时产生辐射频谱范围极大的电磁场，在初始击穿和通道建立过程中（应对先导和流光过程）主要产生甚高频辐射VHF，当在电离后的通道中发生强电流时主要产生低频辐射LF和甚低频辐射VLF。在地一电离层波导中，VHF以射线方式传播，辐射范围较小，一般为百公里量级。LF、VLF以地波方式传播，可以传播到较远的范

4、围，一般为千公里以内，特别是VLF借助于电离层的反射可以传播到很远的地方（数千公里）甚至全球。因此可以在不同的距离上，采用不同频带的探测仪探测闪电过程。另外，闪电发生时还辐射很强的可见光可以在空间利用卫星探测；闪电通道的电离和隆隆雷声可以用声学传感器探测。地基闪电定位技术目前，国际上普遍采用的地基定位技术大致有5种，即：(1)VLF/LF无线电（磁）定向定位法;(2)工作在甚高频段的时间到达法(TOA);(3)工作在甚高频段(VHF)的干涉仪方法;6(4)工作在低频(LF)范围的长基线时间到达法(TOA)；(

5、5)利用雷声定位闪电通道的技术。从性能看，前2种可以在较大的范围内布网，后3种比较适用于特殊用途及闪电物理的研究。云南使用的是基于(1)、(2)两种定位技术设计而成的闪电探测仪，在全省范围内共设置有23个ADTD雷电探测监测站，共同监测云南的雷电活动规律。下面就重点介绍VLF/LF无线电（磁）定向定位法。早在20世纪初，将传统的VLF/LF无线电（磁）测向技术用于远程雷电活动的监测获得成功。但当雷电活动与测站距离变小到300到500km时，闪电通道的非垂直性开始影响测向精度，最终导致无法使用所监测到的信号来定

6、向。20世纪70年代一项基础研究的成果使其测向法获得再次应用：在地闪回击的瞬间，十分靠近地面的通道垂直于地面，如果能探测地闪过程仅在这段时间的辐射，那么应用VLF/LF无线电（磁）测向法进行雷电定位的障碍就可以被基本清除。而这一部分辐射有明显的波形特征，便于在技术上实现波形捕捉。由此基础上出现了新一代有波形鉴别技术并加有时间门限的VLF/LF无线电（磁）测向技术及其多站网络，从而使实时雷电定位技术变成现实。6VLF/LF无线电（磁）定向定位法定位原理是通过一对正交的南北方向和东西方向环形磁场天线接收闪电发生产

7、生的电磁波信号，再通过电路将信号定位分析计算处理后实时显示地闪发生的时间、位置、雷电流强度和极性、回击次数等参数。该方法只探测地闪，基本原理如图1所示。假定闪电产生的电磁波水平磁场相对正北方向成θ角，在两个环天线上感应的信号分别正比于X和Y，则θ=arctan(X/Y)，由该式可以计算出入射电磁波的水平方向，利用两个或更多定位子站测量的雷电方向汇交，可以确定闪电发生点的平面位置。由于三角函数的周期性，由上式可得到两个解。利用垂直电天线感应的信号极性来消除180°的不确定性，以得到闪电的真实方向。但是，其主要问

8、题是非理想测站环境引起的定向误差较大，它本身是方向的函数，难以校正，而且对天线的安装要求也比较高。方向汇交法的定位精度还取决于各测站的测向误差，距离越远，定位误差越大。云南的闪电定位系统的建设云南地域广大，地形复杂，闪电分布极为不均。在云南首先由南方电网在曲靖市建立了第一个闪电定位监测站，2006年以来云南省气象局在全省范围内相继建设了23个闪电定位仪站点和1个中心站，覆盖全省16个州市。6云南的中