ADTD閃電定位系統探測精度仿真分析

計想建

摘要： 針對ADTD系統的工作原理，采用了四站測向定位法探測誤差模型，分析了幾種站點布置方式對探測精度的影響。通過比較可以發現，采用Y型站點布置方式可以在較大區域獲得較好的探測精度。基于Y形站點布置方式，計算了基線長度對區域探測精度的影響。結果表明，基線在約130km時，在中心較大區域內具有較高的探測精度，隨著基線的增加，中心高精度探測區域變小。

關鍵詞： ADTD;定位精度;仿真分析

引言

ADTD（ADvanced TOA and Direction system）閃電探測定位系統，是一套專門探測云地閃的系統，云地閃輻射的甚低頻信號被ADTD探測到，然后利用波形的判別給予閃電信號抵達傳感器的精準時間。本文詳細介紹了利用測向測時差定位法進行閃電定位的原理及算法，并通過布站位置的不同進行比較，尋找出最理想的布站方式，另外對于影響定位精度的基線長度進行了分析，找出了較為合理的辦法。

布站方式的仿真分析

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

第一種情形：正方形布站

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

第二種情形：Y形布站

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

定位精度影響分析

由第1節的討論能夠得出，在給定的分布區域中，Y形站點布局的定位準確性較高，是雷電探測的合理站點布局措施。那么在Y形站點布局前提下，基線長度可能對定位精度出現什么影響。接下來進行分析：

由圖5（a）、（b）、（c）、（d）的仿真結果對比可知：基線長度在100km-200km以內，GDOP的范圍覆蓋較廣，且定位精度較高。當基線長為250km時，主站與輔站之間存在著較大的誤差，會使得定位精度不準確。因此，可以得出當基線長度在100km-200km時，定位精度高，且為最佳Y形布站長度。依托著基線長度的擴大，同等范圍GDOP等高線的數值減小，那么定位的準確性相應的就會增加。

結語

根據站點的閃電探測基本思路，通過閃電探測的原理和算法，充分闡述了測向測時差法。通過探測精度和站點布置偏差一定的基礎之上，使用計算機軟件MATLAB R2016a運行算法，獲得四站定位在站點布局不同的條件下定位精度的覆蓋結果。利用比較研究得出，Y形站點布局是閃電探測較為合理的布局，在一定的覆蓋區域內，可以獲得較好的定位準確性且覆蓋較廣。此外，在Y形站點布局的基礎上，當基線長度在100km-200km時，定位精度高，且是最佳Y形站點布局的距離。

參考文獻

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