APP下载

四站时差三维闪电定位精度的仿真研究

2018-05-14李灿东李春明陈士举

科技风 2018年19期
关键词:定位精度误差分析

李灿东 李春明 陈士举

摘要:为了对闪电定位的误差进行分析,采用时差定位原理并建立三维定位模型,通过计算机仿真分析了不同观测站分布对定位精度的影响。结果表明:定位精度与站址布局的方式有关,采用星型布站的最佳方案,为闪电定位网站址的选择提供了参考依据。.

关键词:定位算法;定位精度;误差分析

雷击是一种常见的大气放电现象,具有电流大、电压强、电磁辐射强等[1]特点。由于雷电现象对交通运输、森林防火、电力发电、加油站防火等都存在一定的安全隐患[2],因此闪电发生引起了人们的高度重视。多站闪电定位精度与探测站的位置有关。不在同一平面上的四站采用时差定位方法[3]可以实现空间三维定位,本文在四站时差定位原理和定位精度分析[4]的基础上,对不同站点分布方式的定位精度进行了仿真分析,给出了不同站点分布的定位精度的仿真[5]曲线,得出定位精度较理想的星型最佳的站址布局。

1 3DTOA定位原理

设闪电位置为S(x,y,z),设A为主站位置为(xA,yA,zA),B,C,D为副站位置为(xi,yi,zi)每个观测站到闪电位置的距离差为ΔRi(i=B,C,D)。图1给出了四站时差定位模型。

那么时差定位方程为:

[XCimage168.tif][JY](1)

式中关于RA的函数是非线性的,通过间接法可求得R0的值。

2 探测精度分析

设闪电位置S(x,y,z)定位误差为dx,dy,dz,对ΔRi=Ri-RA(i=B,C,D)等号两边进行微分求解得:

[XCimage169.tif][JY](2)

通过对公式两边的推导得出闪电定位的协方差为:

[XCimage170.tif][JY](3)

利用3DTOA算法求其定位精度用GDOP(定位精度几何稀释)为:

[XCimage171.tif;E+7.405mm。46.896mm][JY](4)

式中σx2,σy2,σz2分别为定位误差在x,y,z方向上的方差。

3 计算机仿真分析

由3DTOA算法得定位精度与站址选择及闪电位置有关。站址的布局[6]不同得到不同定位误差。设闪电高度为10km,站间距离20Km,该系统测时误差为20ns。不同站址分布下各个观测站的坐标,其坐标见下表。

由仿真结果可看出:不同站址的布局GDOP等值线的形状与数值随着布站位置的不同而变化。其中星型的站址布局方案定位精度优于方形和菱形定位方案。

4 结论

本文利用三维闪电定位算法模型,针对不同站址的选择对其进行了仿真分析,通过仿真,可以在星型、方型、菱型中得到星型布站的定位精度最佳,这对于闪电定位的研究具有重要的意义。

参考文献:

[1]李斌,宋佰春,林建民,等.雷电冲击波的危害特点与鉴定方法研究[J].农学学报,2015,5(3):102106.

[2]沈海波,陈贻亮,梁毅坚.加油加气站的雷电防护简析及其防雷装置安全检测[J].气象研究与应用,2017,38(1):137139.

[3]顾黎明,赵砚,朱建丰,等.四星时差定位中的卫星构型及其定位性能[J].电讯技术,2017,57(1):3338.

[4]丁玉成,闫世强. 四站时差定位測高精度的仿真研究[J]. 电讯技术,2005,19(3):1820.

[5]杨洁.空间四站时差定位算法及其性能分析[J].西安邮电学院学报,2012,17(2):1321.

[6]张文娟,孟青,吕伟涛.时间差闪电监测网的误差分析和布局优化[J].应用气象学报,2009,20(4):402410.

猜你喜欢

定位精度误差分析
GPS定位精度研究
GPS定位精度研究
送餐机器人
基于超宽带的室内定位算法研究
气压高度计的测量误差分析及修正方法
基于“比值比较法”确定最佳实验方案的研究
基于WiFi的室内定位中AP选择方法研究
电学计量的误差分析及不确定度理论探究分析
基于S7?300 PLC不规则空间曲线自动焊接系统设计