الهدف من مشروع Blitzortung.org هو إنشاء شبكة من محطات الميزانية منخفضة التكلفة لتحديد موقع البرق بدقة عالية. يتم تحقيق ذلك بسبب العدد الكبير من محطات الاستقبال التي تقع بالقرب من بعضها البعض ، كقاعدة عامة ، على مسافة 50 كم - 250 كم. تنقل هذه المحطات بياناتها إلى خادم مركزي ، حيث يتم حساب مواقع ومضات البرق في الوقت الذي تصل فيه الإشارات. أصحاب هذه المستقبلين هم متطوعون يشترون أو يجمعون المعدات بأنفسهم. هناك أيضًا فريق من المبرمجين المتطوعين الذين يقومون بتطوير وتنفيذ خوارزميات الموقع والتصور والأشخاص الذين يساعدون في الحفاظ على صحة النظام بأكمله. تتوفر مواقع Lightning مجانًا بالتنسيق الأصلي للمشاركين الذين ترسل محطاتهم بياناتهم إلى خادم المشروع.يمكن لمالك محطة الاستقبال استخدام بيانات المصدر لأي أغراض غير تجارية.تتكون المعدات المطلوبة للمشاركة في الشبكة من نظام هوائي ومضخم VLF (VLF) ولوحة تحكم وجهاز استقبال GPS يوفر إشارة 1PPS (نبضة واحدة في الثانية).
أجزاء الطلبBlitzortung.org. , , . 200 . , , . , . , . , , . , . !
لا يمكن ضمان أن محطة الاستقبال ستعمل بشكل جيد في أي مكان. يمكن أن تتسبب الأجهزة الكهربائية في حدوث تداخل ، مثل مصادر الطاقة وأجهزة الكمبيوتر والمصابيح الموفرة للطاقة وشاشات CRT وأجهزة التلفزيون ، إلخ. في بعض الحالات ، يجب ضبط المحطات التي بها الكثير من التداخل على الإعدادات دون المستوى الأمثل. على سبيل المثال ، ينتج عن حراس الأسلاك في جزازة العشب الآلية أو خطوط الطاقة الكبيرة ذات الجهد العالي تداخلًا قويًا للغاية. ولكن لا تقلق ، سيتم استقبال البيانات من المحطة طالما كان التداخل عرضيًا. كما أنها ليست مشكلة إذا كانت محطة الاستقبال لا ترسل البيانات لبعض الوقت يوميًا بسبب التداخل أو ظروف أخرى.جزء من النظرية
كيف يتشكل البرق في البداية لا يزال موضع جدل. لقد درس العلماء الأسباب ، من الاضطرابات الجوية الأساسية (الرياح والرطوبة والاحتكاك والضغط الجوي) إلى تأثيرات الرياح الشمسية وتراكم الجسيمات الشمسية المشحونة. يعتبر الجليد داخل السحابة عنصرًا أساسيًا في تطور البرق ، ويمكن أن يؤدي إلى الفصل القسري للشحنات الإيجابية والسلبية في السحابة وبالتالي يساهم في تكوين البرق.لم تكن حقيقة البرق ذات طبيعة كهربائية واضحة ، لأن التيار الكهربائي لا يتدفق عبر الهواء. في 10 يونيو 1752 ، أطلق بنيامين فرانكلين طائرة ورقية خلال عاصفة رعدية ، عندما ضرب البرق الطائرة الورقية ، تم جمع شحنة في بنك ليدن ، مما سمح له بإظهار الطبيعة الكهربائية للبرق. كما اخترع قضيب الصواعق المستخدم لحماية المباني والسفن.
ينبعث الصاعق من الطاقة عند ترددات الراديو في نطاق تردد واسع. عندما تحدث تيارات عالية في القنوات المتأينة سابقًا أثناء التوهج السحابي إلى الأرض ، تحدث أقوى الانبعاثات في نطاق VLF.VLF - تردد منخفض جداًVLF — Very low frequency( ). 3 kHz 30 kHz 10 100 . VLF .
ميزة كبيرة للترددات المنخفضة ، على عكس الترددات الأعلى ، هي قدرة هذه الإشارات على السفر آلاف الكيلومترات عندما تنعكس من الأيونوسفير والأرض.ينتج عن تفريغ البرق عدة نبضات قصيرة المدى يتم إطلاقها بين السحابة الرعدية والأرضية أو بين السحابة الرعدية. يخلق التيار مجالًا كهربائيًا موازيًا لاتجاه تدفقه ، والمجال المغناطيسي المقابل عموديًا على المجال الكهربائي.استقبال إشارة البرق
يتراوح طول الموجات التي يتراوح ترددها من 3 كيلوهرتز إلى 30 كيلوهرتز بين 100 و 10 كم. الهوائي المناسب لهذه الترددات هو هوائي حلقي صغير بحجم أقل من 1/10000 من الطول الموجي. تسمى الحلقات الصغيرة أيضًا مغناطيسية ، لأنها أكثر حساسية للمكون المغناطيسي للموجة الكهرومغناطيسية وأقل حساسية للضوضاء الكهربائية عند حمايتها بشكل صحيح. إذا كانت الحلقة أقصر من الطول الموجي ، فإن التيار حول الهوائي سيكون تقريبًا في الطور. وبالتالي ، لن يتم استقبال الموجات التي تقترب من مستوى الحلقة ، وسيكون استقبال الموجات على طول المحور المتعامد مع مستوى الحلقة هو الحد الأقصى. تتغير هذه الخاصية إذا أصبحت الحلقة أكبر. إن استقطاب تصريف البرق من السحابة إلى الأرض غالبًا ما يكون رأسيًا ، لذلك يتم توجيه المجال المغناطيسي أفقيًا.للتغطية الدائرية (360 درجة) ، يُنصح باستخدام أكثر من حلقة واحدة. يمكن الحصول على حل مناسب باستخدام حلقتين متقاطعتين متعامدتين بشكل متبادل ، ويستخدم هذا الحل في أنظمة تحديد الاتجاه.
الإشارات الكهرومغناطيسية لتصريفات البرق ليست موجات بتردد ثابت. الإشارات لها شكل نبض أكثر أو أقل وبالتالي تنبعث موجات في نطاق تردد واسع. كل من هذه الدوافع فريدة وتبدو مختلفة.وصف الجزء المستلم, , . , . , .
, . , . .
1000 (1 ). 1000 -72 (4000 ). , 1 . , 10 . 10 , 10 . , .
طريقة TOA (طريقة وقت الوصول)تعتمد طريقة تحديد موقع برق TOA على حسابات المنحنيات الزائدية. تتحرك إشارة الراديو المنبعثة من صاعقة البرق عبر الهواء بسرعة الضوء. هذا هو حوالي 300000 كيلومتر في الثانية أو 300 متر لكل ميكروثانية. تتلقى كل إشارة مستلمة طابعًا زمنيًا. دعونا تا (ق) سيكون الطابع الزمني للإشارة الصورة من المحطة A . يتم تعيين الطابع الزمني tA (s) بالتوقيت العالمي المنسق (UTC) بالميكروثانية بدقة 1 μs. يمكن ضبط الفرق بين طابعتين زمنيتين لإشارة واحدة يتم استقبالها من قبل محطتين مختلفتين ، ويمكن ضبط اختلاف موضع هذه المحطات بواسطة منحنى زائدي. دع دا (ع)المسافة من النقطة p إلى المحطة A بالأمتار. المنحنى الزائدي للإشارة s ، هو مجموعة من جميع مواضع النقطة p المقابلة لفرق المسافة dA (p) - dB (p) بالأمتار في الطوابع الزمنية المقابلة للفرق tA (s) - tB (s) بالميكروثانية المحولة بواسطة سرعة الضوء إلى المتر .dA (p) - dB (p) = (tA (s) - tB (s)) * 300
يجب أن يكون مصدر الإشارة في مكان ما على هذا المنحنى الزائدي. تحدد نقطة تقاطع ثلاثة أو أكثر من هذه المنحنيات الزائدية الموقع الفريد لمصدر الراديو.
سيتم اعتبار الموقع المحسوب موقع تفريغ البرق. لتحديد نقطة تقاطع فريدة ، لا توجد 4 محطات على الأقل على نفس الخط. إذا تم استقبال إشارة من أكثر من أربع محطات ، فستعمل بعض المعلومات الزائدة على تحسين الدقة. يحدد تقاطع المنحنيات الثلاثة بشكل فريد موقع مصدر الإشارة اللاسلكية (النقطة البيضاء).يقابل فارق زمني قدره ± 100 μs فارق مسافة يبلغ ± 30 كيلومترًا. أي إذا استقبلت المحطة A نفس الإشارة 100 ميكرون قبل المحطة B ، فستكون جميع نقاط المنحنى الزائدي المقابل أقرب إلى المحطة 30 كم من المحطة A من B. افترض أن الطوابع الزمنية لها دقة ± 1 μs وأن هناك توجد أربع محطات بحيث تحدد مواقعها مربعًا. إذا كان مصدر الإشارة في منتصف المربع بالضبط ، فستكون دقة تحديد الموقع أقل من 300 م * √2 = 424 م ، ويمكن أن تكون الدقة أقل بكثير إذا كان مصدر الإشارة خارج المربع.
حجة بعض الموردين التجاريين بأن نظامهم بدقة 300 م ، لأن العلامة بدقة 1 μs ، هي فكرة خاطئة ساذجة.التعقيد الرئيسي لنظام TOA هو الاعتراف بتفرد الإشارة المستقبلة. هذا ليس سهلاً لأن دائرة الإشارة تتغير عندما تنتقل لمسافات طويلة. الطريقة الوحيدة للتعامل مع الأشكال الموجية المختلفة هي حساب وقت وصول المجموعة. ومع ذلك ، إذا لم يتم تعيين الطابع الزمني بالتسلسل ، فلن تتقاطع المنحنيات الزائدية عند نقطة تقاطع شائعة.يتم إجراء العمليات الحسابية على الخادم على مرحلتين. في المرحلة الأولى ، يتم حساب نقطة البداية من أول 4 طوابع زمنية ، ثم باستخدام طريقة رقمية. تستخدم جميع الحسابات إحداثيات كروية.شبكة Blitzortung.org
تتكون شبكة مواقع الصواعق Blitzortung.org من محطات استقبال VLF وخادم معالجة مركزي واحد لكل منطقة كبيرة. تقوم محطات الاستقبال بإرسال بياناتها في الوقت الحقيقي عبر الإنترنت إلى الخادم. تحتوي كل عبوة على بيانات عن الوقت المحدد لصدمة البرق المستلمة وإحداثيات جهاز الاستقبال.بناءً على هذه المعلومات ، يتم حساب المواضع الدقيقة للبتات. تتوفر الإحداثيات الكروية بالتنسيق الأصلي لجميع المستخدمين الذين يرسلون بياناتهم إلى الخادم. يمكن للمستخدمين استخدام بيانات المصدر لأي أغراض غير تجارية. يتم عرض نشاط البرق خلال الساعتين الأخيرتين على موقع Blitzortung.org على العديد من الخرائط العامة ويتم إعادة سرده كل دقيقة ، وتجدر الإشارة إلى أنه لا يمكن حساب الموقع أو الاتجاهات الدقيقة باستخدام بيانات محطة واحدة. هناك حاجة إلى أربع محطات على الأقل لحساب مواقع ضربة البرق. لا يوجد حاليًا برنامج يسمح لك بالاتصال بأنظمة أخرى لتحديد الاتجاه ، مثل برنامج LR الخاص بـ LightningRadar.net. يتم إجراء حسابات موضع ضربة البرق بواسطة خادم واحد فقط من خوادم الحوسبة Blitzortung.org.يمكن العثور على مزيد من المعلومات حول التصميم وتلقي نماذج الهوائي والأجهزة والبرامج في www.blitzortung.org/Documents/TOA_Blitzortung_RED.pdf .هذا المنشور هو ترجمة لمقدمة هذه الوثيقة.