闪电VHF辐射源定位系统误差分析及辐射观测研究
基于TOA(time of arrival)方法的闪电VHF(very high frequency)辐射源定位系统由多个VHF辐射观测站组成，根据辐射脉冲到达测站的时间，应用最小二乘拟合方法得到辐射源随时间变化的空间位置信息，定位结果用于研究闪电放电过程的物理机制与雷暴云电荷结构。因实际观测场地噪声干扰、仪器测量精度等诸多因素，测网定位误差的理论估计往往与实际情况偏离很大，仅采用理论分析方法无法得到对误差的真实估计。本论文在定位误差理论分析基础上，自行研制了闪电VHF辐射源模拟装置，2006年夏季在甘肃平凉地区应用该装置对闪电VHF辐射源定位系统进行了标定试验，并根据闪电VHF辐射观测资料，对地闪VHF辐射特征进行了统计分析，主要结论如下：
1.闪电VHF辐射源模拟装置研制与标定试验
探空气球携带的闪电VHF辐射源模拟装置，简称为模拟源。该装置包括单片机控制的VHF信号发射机，确定模拟源空间位置的GPS接收机和用于数据实时传输的数传电台等。标定试验利用探空气球搭载的GPS接收机得到模拟源位置的真实值，同时闪电VHF辐射源定位系统根据信号脉冲到达测网中各测站的时间，利用TOA方法得到模拟源位置的测量值，根据测量值与真实值的比较，得到测网的定位误差。
2.测网定位误差分析
首先对测网误差在理论上进行了分析，利用简单几何方法得到主观测站上空辐射源高度精度为20-45mrms。为了分析测时误差与辐射源距离测站远近对定位误差的影响，对6站组成的测网的定位误差进行了Monte Carlo计算机模拟，结果表明，高度误差基本大于平面位置误差，无论是高度误差还是距离误差，都随辐射源高度的升高而增大，随辐射源距测站中心径向距离的增加而增大。
对标定试验得到的数据分析发现，测网定位得到的模拟源高度大多分布在球载GPS接收机定位结果的±300m范围内，对于400-1200m高度范围内的模拟源，测网定位误差的标准偏差在水平方向上为100-200mrms，高度误差的标准偏差约为300-500m rms，高度误差远大于水平方向上的定位误差，而试验得到的误差估计与误差的理论估计结果相比偏大。在误差分析的基础上，对提高测网定位精度的方法进行了讨论，并提出了一些可行性方案。
3.地闪VHF辐射特征分析
利用亚微秒级时间分辨率的VHF辐射接收系统与快电场变化测量仪，对甘肃平凉地区雷暴过程中地闪VHF辐射及相应电场变化特征进行了分析研究，发现负地闪回击前VHF辐射与快电场变化在时间上有很好的对应关系。回击前后300μs内的VHF辐射波形可以归纳为三种类型。90％的负地闪从先导到回击阶段都伴随有连续的VHF辐射脉冲，平均持续时间为600μs；同负地闪相比，正地闪回击过程产生的连续辐射持续时间较长。统计表明，负地闪首次回击过程辐射峰值出现在回击开始后10-100μs，算术平均值为45μs；继后回击开始后10-260μs辐射达到峰值，算术平均值为91μs。
辐射源模
中国科学院寒区旱区环境与工程研究所
硕士
大气物理学与大气环境
张广庶
2007
中文
P427.322
64
2011-05-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）