用于雷电测向正交磁环天线的测量误差与矫正研究

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雷电是一种复杂的自然现象,其发生的过程通常伴随着强大的声、光、电等信号辐射,从而对人类社会活动、人身安全等构成威胁。雷电灾害是最严重的自然灾害之一,而通过对雷电的监测以及快速确定雷电发生位置能有效减少雷电的威胁。因此,对雷电探测技术的研究也越发重要。本文主要提出了一种正交磁环天线自身结构误差的矫正方法,并通过实验验证了其优化效果,最后通过分析单站式雷电定位系统的定位原理,理论分析了该矫正方法对单站雷电定位的优化效果。全文大致内容如下:(1)首先概括性地介绍了雷电探测技术的研究背景与意义,重点介绍了国内外研究技术的发展动态与发展现状。(2)先介绍了雷电的云闪与地闪两种放电的放电过程,接着从放电原理出发,介绍了目前主流的雷电探测方法,主要有磁方向法、到达时间差法、联合定位法以及干涉法。最后重点分析了基于正交磁环天线的雷电探测仪的探测误差来源,提出了天线自身结构加工误差引起的测向角度相对误差。(3)用于雷电测向的正交磁环天线的测量精度要求不断提高,导致天线自身结构加工误差引起的测向角度相对误差进一步加大。分析了该测向角度误差的来源与影响,并通过对天线自身结构加工误差与测角误差的关系建立理论模型,引入补偿系数增强两磁环的一致性,并引入等效结构误差角度来等效由于天线自身结构加工误差引起的测向角度相对误差。在此基础上,提出了一种对正交磁环天线测角误差的矫正方法。并且通过实验对比3组正交磁环天线,对其常规测向结果和矫正测向结果的测角误差进行对比分析,实验表明矫正后测角误差比常规测角误差降低约50%。因此该矫正方法在同等硬件条件下,可以很好地提升正交磁环天线的雷电测向精度。(4)分析了多站式雷电定位系统与单站式雷电定位系统的优缺点,介绍了应用于单站定位系统中的定距方法,重点研究了测角误差对单站式雷电定位系统的定位误差影响,分析了在距离雷电源500km,定距误差0-10km条件下的测角误差趋势。通过理论分析与已有的实验数据,验证了正交磁环天线测角误差的矫正方法对单站定位系统的定位精度优化效果。数据结果表明,在一定的定距误差下,该矫正方法对定位误差的优化可以达到近25%的效果,且该定位误差的标准差也有0.675减小到了0.171。
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