短基线时差法雷电定位仪的定位精度分析

蔡新景，王延廷，刘兴山，苏有权，王一平

(1．沈阳工业大学电气工程学院，辽宁 沈阳 110870；2．太平湾发电厂，辽宁 丹东 118000)

雷电定位系统(Lightning Locating System，LLS)由于可实时获取云间闪和云地闪雷电过程的时空分布、强度和极性等特征在雷电物理、雷电预警和雷电防护等领域得到广泛应用[1-2]。雷电定位方法有定向定位(Direction Finding，DF)和时差定位(Time Difference of Arrival，TDOA)[3-4]。DF定位采用正交环形天线测定落雷点与探测子站的方位角进行定位，探测的雷电信号主要集中于甚低频(Very Low Frequency，VLF)[5]；TDOA定位采用雷电电磁脉冲到达不同探测子站的时间差进行定位，探测的雷电信号包括甚低频和甚高频(Very High Frequency，VHF)[6-9]。当前大多雷电定位系统既采用定向定位，也采用时差定位。

VLF电磁辐射信号由于具有传播距离远、衰减小等特点而较适合于远距离探测(600 km)，因此目前的雷电定位系统大多采集的是VLF信号。VLF信号在地面和高空电离层所组成的波导中传播时，陡度会减小，这种状况导致基于峰值检测的传统时差法定位误差往往较大。近些年来，人们提出了两种改进方法，即基于互相关理论的时差法和基于群到达时间法(Time of Group Arrival，TOGA)[7]。基于互相关理论的时差法通过计算到达不同探测子站信号的互相关函数，根据互相关函数最大值对应时刻确定雷电辐射信号到达子站的时间差[8]；群到达时间法通过计算信号相位随频率的变化率来确定TOGA[10]。

一般而言，VLF信号对应于较大尺度的闪电放电过程，常用来确定云地闪的回击点；VHF信号对应于较小尺度的击穿过程，常用来研究雷电发展过程[11-12]。……