低频磁场闪电辐射源三维定位及FY-4A闪电成像仪探测性能初步评估
发布时间：2020-12-04 05:07
星地闪电探测系统的发展与进步极大丰富了闪电研究与应用的手段。风云四号A星（Fengyun-4A,FY-4A）闪电成像仪（Lightning Mapping Imager,LMI）在轨运行期间,需要地基高精度的同步闪电观测资料来评估其探测性能。本文基于南京信息工程大学于2018年在南京和昆明地区搭建的低频磁场闪电探测系统,在建立闪电辐射源三维定位算法的基础上,结合地基同步组网闪电观测数据,初步评估了LMI对闪电的探测性能。同时,为卫星闪电基数据预处理提供了一套高效通用的虚假信号滤除算法。得到主要的研究成果如下:（1）在地基闪电三维定位方面,基于南京7站低频磁天线的闪电同步观测数据,建立了一套基于波形互相关方法的闪电辐射源三维定位算法。采用蒙特卡洛方法和同步的雷达、卫星云顶亮温资料初步检验了该系统的探测性能。在系统的测时误差水平下,探测网内的水平定位误差小于150 m;闪电辐射源二维平面位置与低云顶亮温区、强雷达回波区有很好的对应;从一次云闪和地闪的定位结果中发现,该系统对闪电三维发展通道及放电过程有较高的解析能力。通过比较波形互相关法和其他6种时间差方法间的差异,探测网内最大斜率法与互相...
【文章来源】：南京信息工程大学江苏省
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 地基闪电定位系统的研究现状与发展趋势
1.2.2 卫星闪电探测技术研究现状与发展趋势
1.2.3 卫星闪电数据预处理及星地闪电数据综合对比应用的研究现状与发展趋势
1.3 本论文的主要研究内容
第二章 基于时差法的低频磁场闪电辐射源定位
2.1 南京地区闪电低频磁场探测实验系统
2.2 闪电时间差三维定位算法
2.2.1 波形互相关技术求解到达时间差
2.2.2 最优化方法计算闪电同步脉冲辐射源三维空间位置
2.3 闪电低频磁场探测系统定位误差的蒙特卡洛模拟
2.3.1 模拟参数设置
2.3.2 模拟结果
2.4 闪电低频磁场探测系统定位结果与云顶亮温的对比
2.5 闪电低频磁场探测系统定位结果与雷达回波的对比
2.6 闪电个例的定位结果
2.6.1 云闪
2.6.2 多回击地闪
2.7 小结
第三章 多种时间差计算方法对地闪回击定位结果的影响
3.1 时间差计算方法的定义
3.2 其他6种时间差计算方法与波形互相关方法计算结果的差异
3.3 其他6种时间差计算方法与波形互相关方法在定位结果上的差异
3.4 不同时间差计算方法定位结果差异的蒙特卡洛模拟
3.5 小结
第四章 FY-4A闪电成像仪L0 级数据中虚假信号的滤除
4.1 传统虚假信号滤除算法
4.2 基于贝叶斯推断的虚假信号滤除算法
4.3 算法结果分析
4.3.1 滤除孤立事件后的结果
4.3.2 贝叶斯概率推断对滤除结果的改善
4.3.3 信号再判断方法
4.4 滤除算法有效性验证
4.4.1 算法通用性的初步验证
4.4.2 滤除结果的初步验证
4.5 小结
第五章 星地闪电探测资料在部分中国区域的对比分析
5.1 FY-4A闪电成像仪与地基闪电定位网在昆明地区探测性能差异
5.1.1 LMI组和LLS闪击
5.1.2 LMI和 LLS的闪电
5.2 FY-4A闪电成像仪与地基闪电定位网在南京地区探测性能差异
5.2.1 LMI组和LLS闪击
5.2.2 LMI和 LLS的闪电
5.3 闪电云顶光辐射特征的模拟
5.3.1 闪电光辐射传输模型
5.3.2 闪电光源强度对云顶光辐射亮度和光斑区域大小的影响
5.3.3 闪电光源在云中位置对云顶光辐射亮度和光斑区域大小的影响
5.3.4 雷暴云光学厚度对云顶光辐射亮度和光斑区域大小的影响
5.3.5 观测区域对云顶光辐射亮度和光斑区域大小的影响
5.4 卫星闪电地理定位影响因素
5.4.1 云高对卫星闪电定位位置偏差的影响
5.4.2 卫星姿态角变化对卫星闪电定位的影响
5.5 小结
第六章 结论与展望
6.1 主要研究结果
6.1.1 时间差低频磁场闪电辐射源定位算法及其性能
6.1.2 卫星闪电探测中虚假信号滤除算法
6.1.3 FY-4A闪电成像仪在昆明及南京地区探测性能初步评价
6.2 论文的创新点
6.3 存在的不足及未来工作展望
6.3.1 存在的不足
6.3.2 未来研究展望
参考文献
作者简介
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]低频电场变化探测阵列建设及其初步运行结果[J]. 史东东,郑栋,张阳,张义军,黄治钢,吕伟涛,陈绍东,颜旭. 中国科学:地球科学. 2018(01)
[2]WWLLN与江苏省ADTD闪电定位系统数据的对比分析[J]. 崔逊,高金阁,樊荣. 大气科学学报. 2016(02)
[3]风云四号静止卫星闪电成像仪监测原理和产品算法研究进展[J]. 曹冬杰. 气象科技进展. 2016(01)
[4]闪电VHF辐射源三维定位网络测量精度的实验研究[J]. 张广庶,李亚珺,王彦辉,张彤,武斌,刘妍秀. 中国科学:地球科学. 2015(10)
[5]静止卫星闪电探测中的虚假信号滤除[J]. 惠雯,黄富祥,郭强. 气象科技. 2015(05)
[6]北京闪电综合探测网(BLNET):网络构成与初步定位结果[J]. 王宇,郄秀书,王东方,刘明远,苏德斌,沈永海,武智君,刘冬霞,孙竹玲. 大气科学. 2015(03)
[7]闪电气象学研究进展[J]. 郄秀书,刘冬霞,孙竹玲. 气象学报. 2014(05)
[8]地形地表的不规则起伏对雷电电磁场传输的影响[J]. 张其林,张源源,李东帅,樊艳峰,高金阁. 气象学报. 2013(02)
[9]基于蒙特卡罗方法的卫星光学波段闪电辐射观测模拟[J]. 胡丽琴,黄富祥. 光学学报. 2012(11)
[10]基于VHF辐射源短基线定位系统对闪电放电过程的研究[J]. 曹冬杰,郄秀书,段树,宣越建,王东方. 物理学报. 2012(06)
博士论文
[1]静止卫星闪电成像仪数据预处理关键技术研究[D]. 杨莹.吉林大学 2012
硕士论文
[1]静止卫星闪电成像仪数据信号模拟及其滤波方法研究[D]. 苏刚.吉林大学 2013
本文编号：2897058
【文章来源】：南京信息工程大学江苏省
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 地基闪电定位系统的研究现状与发展趋势
1.2.2 卫星闪电探测技术研究现状与发展趋势
1.2.3 卫星闪电数据预处理及星地闪电数据综合对比应用的研究现状与发展趋势
1.3 本论文的主要研究内容
第二章 基于时差法的低频磁场闪电辐射源定位
2.1 南京地区闪电低频磁场探测实验系统
2.2 闪电时间差三维定位算法
2.2.1 波形互相关技术求解到达时间差
2.2.2 最优化方法计算闪电同步脉冲辐射源三维空间位置
2.3 闪电低频磁场探测系统定位误差的蒙特卡洛模拟
2.3.1 模拟参数设置
2.3.2 模拟结果
2.4 闪电低频磁场探测系统定位结果与云顶亮温的对比
2.5 闪电低频磁场探测系统定位结果与雷达回波的对比
2.6 闪电个例的定位结果
2.6.1 云闪
2.6.2 多回击地闪
2.7 小结
第三章 多种时间差计算方法对地闪回击定位结果的影响
3.1 时间差计算方法的定义
3.2 其他6种时间差计算方法与波形互相关方法计算结果的差异
3.3 其他6种时间差计算方法与波形互相关方法在定位结果上的差异
3.4 不同时间差计算方法定位结果差异的蒙特卡洛模拟
3.5 小结
第四章 FY-4A闪电成像仪L0 级数据中虚假信号的滤除
4.1 传统虚假信号滤除算法
4.2 基于贝叶斯推断的虚假信号滤除算法
4.3 算法结果分析
4.3.1 滤除孤立事件后的结果
4.3.2 贝叶斯概率推断对滤除结果的改善
4.3.3 信号再判断方法
4.4 滤除算法有效性验证
4.4.1 算法通用性的初步验证
4.4.2 滤除结果的初步验证
4.5 小结
第五章 星地闪电探测资料在部分中国区域的对比分析
5.1 FY-4A闪电成像仪与地基闪电定位网在昆明地区探测性能差异
5.1.1 LMI组和LLS闪击
5.1.2 LMI和 LLS的闪电
5.2 FY-4A闪电成像仪与地基闪电定位网在南京地区探测性能差异
5.2.1 LMI组和LLS闪击
5.2.2 LMI和 LLS的闪电
5.3 闪电云顶光辐射特征的模拟
5.3.1 闪电光辐射传输模型
5.3.2 闪电光源强度对云顶光辐射亮度和光斑区域大小的影响
5.3.3 闪电光源在云中位置对云顶光辐射亮度和光斑区域大小的影响
5.3.4 雷暴云光学厚度对云顶光辐射亮度和光斑区域大小的影响
5.3.5 观测区域对云顶光辐射亮度和光斑区域大小的影响
5.4 卫星闪电地理定位影响因素
5.4.1 云高对卫星闪电定位位置偏差的影响
5.4.2 卫星姿态角变化对卫星闪电定位的影响
5.5 小结
第六章 结论与展望
6.1 主要研究结果
6.1.1 时间差低频磁场闪电辐射源定位算法及其性能
6.1.2 卫星闪电探测中虚假信号滤除算法
6.1.3 FY-4A闪电成像仪在昆明及南京地区探测性能初步评价
6.2 论文的创新点
6.3 存在的不足及未来工作展望
6.3.1 存在的不足
6.3.2 未来研究展望
参考文献
作者简介
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]低频电场变化探测阵列建设及其初步运行结果[J]. 史东东,郑栋,张阳,张义军,黄治钢,吕伟涛,陈绍东,颜旭. 中国科学:地球科学. 2018(01)
[2]WWLLN与江苏省ADTD闪电定位系统数据的对比分析[J]. 崔逊,高金阁,樊荣. 大气科学学报. 2016(02)
[3]风云四号静止卫星闪电成像仪监测原理和产品算法研究进展[J]. 曹冬杰. 气象科技进展. 2016(01)
[4]闪电VHF辐射源三维定位网络测量精度的实验研究[J]. 张广庶,李亚珺,王彦辉,张彤,武斌,刘妍秀. 中国科学:地球科学. 2015(10)
[5]静止卫星闪电探测中的虚假信号滤除[J]. 惠雯,黄富祥,郭强. 气象科技. 2015(05)
[6]北京闪电综合探测网(BLNET):网络构成与初步定位结果[J]. 王宇,郄秀书,王东方,刘明远,苏德斌,沈永海,武智君,刘冬霞,孙竹玲. 大气科学. 2015(03)
[7]闪电气象学研究进展[J]. 郄秀书,刘冬霞,孙竹玲. 气象学报. 2014(05)
[8]地形地表的不规则起伏对雷电电磁场传输的影响[J]. 张其林,张源源,李东帅,樊艳峰,高金阁. 气象学报. 2013(02)
[9]基于蒙特卡罗方法的卫星光学波段闪电辐射观测模拟[J]. 胡丽琴,黄富祥. 光学学报. 2012(11)
[10]基于VHF辐射源短基线定位系统对闪电放电过程的研究[J]. 曹冬杰,郄秀书,段树,宣越建,王东方. 物理学报. 2012(06)
博士论文
[1]静止卫星闪电成像仪数据预处理关键技术研究[D]. 杨莹.吉林大学 2012
硕士论文
[1]静止卫星闪电成像仪数据信号模拟及其滤波方法研究[D]. 苏刚.吉林大学 2013
本文编号：2897058
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/qxxlw/2897058.html
