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云闪测向定位算法

梁丽 马舒庆 庞文静 蒲晓虎

梁丽, 马舒庆, 庞文静, 等. 云闪测向定位算法. 应用气象学报, 2015, 26(5): 618-625. DOI: 10.11898/1001-7313.20150511..
引用本文: 梁丽, 马舒庆, 庞文静, 等. 云闪测向定位算法. 应用气象学报, 2015, 26(5): 618-625. DOI: 10.11898/1001-7313.20150511.
Liang Li, Ma Shuqing, Pang Wenjing, et al. Direction-finding location algorithm of cloud flashes. J Appl Meteor Sci, 2015, 26(5): 618-625. DOI:  10.11898/1001-7313.20150511.
Citation: Liang Li, Ma Shuqing, Pang Wenjing, et al. Direction-finding location algorithm of cloud flashes. J Appl Meteor Sci, 2015, 26(5): 618-625. DOI:  10.11898/1001-7313.20150511.

云闪测向定位算法

DOI: 10.11898/1001-7313.20150511
资助项目: 

公益性行业 (气象) 科研专项 GYHY201106047

详细信息
    通信作者:

    马舒庆, email: msqaoc@cma.gov.cn

Direction-finding Location Algorithm of Cloud Flashes

  • 摘要: 基于多站测向交叉算法,提出云闪侧向定位算法。根据各站仰角、方位角信息求解出各组闪电位置,由最大值和最小值约束条件剔除粗差较大的解后,引入加权运算得到较为准确的定位信息,再利用高斯牛顿迭代算法得到精准的云闪位置信息,从而实现云闪的三维定位。通过蒙特卡罗模拟方法,对算法进行评估,详细分析了站网多种因素对定位结果的影响。研究表明:该算法提高了定位精度,测向误差为1°时,4站站网误差低于500 m,站点越多定位精度越高,但综合考虑4站、5站站网为优,测向精度提高时,定位精度也随之提高;站网呈均匀布站方式优于T型等布站方式,均匀布站在实际中更具实用性。
  • 图  1  闪电辐射源和站点位置示意图

    Fig. 1  The sketch map of lightning radiation source and sites

    图  2  Δθφ=0.5°时,3D-AOA定位算法定位误差分布

    (单位:m,*为站点位置)

    Fig. 2  Positioning error distribution for Δθφ=0.5°

    (unit:m, *denotes the location of sites)

    图  3  Δθφ=1°时, 3D-AOA定位算法定位误差分布

    (单位:m,*为站点位置)

    Fig. 3  Positioning error distribution for Δθφ=1°

    (unit:m, *denotes the location of sites)

    图  4  Δθφ=1.5°时, 3D-AOA定位算法定位误差分布

    (单位:m,*为站点位置)

    Fig. 4  Positioning error distribution for Δθφ=1.5°

    (unit:m, *denotes the location of sites)

    图  5  不同布站方式的3D-AOA定位算法定位精度

    (单位:m,*为站点位置)

    Fig. 5  Different disposition way of positioning accuracy

    (unit:m, *denotes the location of sites)

    图  6  不同测站数量3D-AOA定位算法定位精度

    (单位:m,*为站点位置)

    Fig. 6  The positioning accuracy of different station number

    (unit:m, *denotes the location of sites)

    图  7  不同基线长度R的3D-AOA定位算法定位精度

    (单位:m,*为站点位置)

    Fig. 7  Different positioning accuracy of the baseline length R

    (unit:m, *denotes the location of sites)

    表  1  目标位置及不同定位算法处理的定位结果

    Table  1  Target location and positioning results of different-algorithm processing

    定位算法 P1P2
    估计值距离差/km估计值距离差/km
    站1、站2定位(11.2841, 10.9815, 11.9707)2.5487(207.5448, 187.5402, 14.4163)11.544
    站1、站3定位(489.967, -371.926, 54.201)614.97(121.5323, 163.0574, 6.8494)80.337
    站1、站4定位(9.9387, 12.0577, 12.2632)3.0594(206.1214, 187.1350, 16.4622)11.407
    站2、站3定位(9.6487, 9.3406, 11.1953)1.4096(194.5842, 176.9904, 11.1215)6.2966
    站2、站4定位(-142.999, -143.828, 18.729)217.14(200.0445, 181.4351, 14.6315)4.8489
    站3、站4定位(8.5626, 10.6550, 11.4343)2.1337(194.2440, 175.9943, 13.6423)7.9021
    加权融合(25.9388, 7.3337, 14.3823)16.744(179.0228, 179.9303, 12.0337)21.075
    粗差加权融合(9.9322, 10.7581, 11.7097)1.8715(196.9330, 176.7247, 12.0337)4.9265
    3D-AOA(9.9105, 10.0164, 11.7052)3.7477×10-5(198.0982, 180.9891, 12.6110)3.3782
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-12-29
  • 修回日期:  2015-05-27
  • 刊出日期:  2015-09-30

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