ADTD閃電定位系統(tǒng)探測(cè)精度仿真分析

計(jì)想建

摘要： 針對(duì)ADTD系統(tǒng)的工作原理，采用了四站測(cè)向定位法探測(cè)誤差模型，分析了幾種站點(diǎn)布置方式對(duì)探測(cè)精度的影響。通過(guò)比較可以發(fā)現(xiàn)，采用Y型站點(diǎn)布置方式可以在較大區(qū)域獲得較好的探測(cè)精度?；赮形站點(diǎn)布置方式，計(jì)算了基線長(zhǎng)度對(duì)區(qū)域探測(cè)精度的影響。結(jié)果表明，基線在約130km時(shí)，在中心較大區(qū)域內(nèi)具有較高的探測(cè)精度，隨著基線的增加，中心高精度探測(cè)區(qū)域變小。

關(guān)鍵詞： ADTD;定位精度;仿真分析

引言

ADTD（ADvanced TOA and Direction system）閃電探測(cè)定位系統(tǒng)，是一套專門探測(cè)云地閃的系統(tǒng)，云地閃輻射的甚低頻信號(hào)被ADTD探測(cè)到，然后利用波形的判別給予閃電信號(hào)抵達(dá)傳感器的精準(zhǔn)時(shí)間。本文詳細(xì)介紹了利用測(cè)向測(cè)時(shí)差定位法進(jìn)行閃電定位的原理及算法，并通過(guò)布站位置的不同進(jìn)行比較，尋找出最理想的布站方式，另外對(duì)于影響定位精度的基線長(zhǎng)度進(jìn)行了分析，找出了較為合理的辦法。

布站方式的仿真分析

雷擊的定位準(zhǔn)確性和探測(cè)偏差、站點(diǎn)位置的探測(cè)偏差、站點(diǎn)的放置方式等條件有聯(lián)系。由此，我們可以得出探測(cè)偏差和站點(diǎn)位置的探測(cè)偏差越小，閃電定位準(zhǔn)確性越好。對(duì)于閃電定位精度而言，如果探測(cè)偏差與站點(diǎn)位置的探測(cè)偏差不變的情況下，那么站點(diǎn)的布局就是至關(guān)重要了。這里利用四個(gè)基站進(jìn)行仿真，一般性使用的站點(diǎn)布局是正方形、Y形、菱形等，不同的站點(diǎn)布局的定位精度呈現(xiàn)的情況也是不同的，具體情況如下。

第一種情形：正方形布站

正方形布站邊長(zhǎng)100km。如圖1為正方形主副站幾何坐標(biāo)示意情況，圖2為正方形站點(diǎn)布局的GDOP圖。

第二種情形：Y形布站

主站位于中心位置，基線長(zhǎng)100km。如圖3為Y形主副站幾何坐標(biāo)示意情況，圖4為Y形站點(diǎn)布局的GDOP圖。

定位精度影響分析

由第1節(jié)的討論能夠得出，在給定的分布區(qū)域中，Y形站點(diǎn)布局的定位準(zhǔn)確性較高，是雷電探測(cè)的合理站點(diǎn)布局措施。那么在Y形站點(diǎn)布局前提下，基線長(zhǎng)度可能對(duì)定位精度出現(xiàn)什么影響。接下來(lái)進(jìn)行分析：

由圖5（a）、（b）、（c）、（d）的仿真結(jié)果對(duì)比可知：基線長(zhǎng)度在100km-200km以內(nèi)，GDOP的范圍覆蓋較廣，且定位精度較高。當(dāng)基線長(zhǎng)為250km時(shí)，主站與輔站之間存在著較大的誤差，會(huì)使得定位精度不準(zhǔn)確。因此，可以得出當(dāng)基線長(zhǎng)度在100km-200km時(shí)，定位精度高，且為最佳Y形布站長(zhǎng)度。依托著基線長(zhǎng)度的擴(kuò)大，同等范圍GDOP等高線的數(shù)值減小，那么定位的準(zhǔn)確性相應(yīng)的就會(huì)增加。

結(jié)語(yǔ)

根據(jù)站點(diǎn)的閃電探測(cè)基本思路，通過(guò)閃電探測(cè)的原理和算法，充分闡述了測(cè)向測(cè)時(shí)差法。通過(guò)探測(cè)精度和站點(diǎn)布置偏差一定的基礎(chǔ)之上，使用計(jì)算機(jī)軟件MATLAB R2016a運(yùn)行算法，獲得四站定位在站點(diǎn)布局不同的條件下定位精度的覆蓋結(jié)果。利用比較研究得出，Y形站點(diǎn)布局是閃電探測(cè)較為合理的布局，在一定的覆蓋區(qū)域內(nèi)，可以獲得較好的定位準(zhǔn)確性且覆蓋較廣。此外，在Y形站點(diǎn)布局的基礎(chǔ)上，當(dāng)基線長(zhǎng)度在100km-200km時(shí)，定位精度高，且是最佳Y形站點(diǎn)布局的距離。

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