El objetivo del proyecto Blitzortung.org es crear una red de estaciones de bajo presupuesto para la ubicación de rayos de alta precisión. Esto se logra debido a la gran cantidad de estaciones receptoras ubicadas una cerca de la otra, generalmente a una distancia de 50 km - 250 km. Estas estaciones transmiten sus datos a un servidor central, donde los lugares de los relámpagos se calculan por el momento de llegada de las señales. Los propietarios de estos receptores son voluntarios que compran o ensamblan equipos por su cuenta. También hay un equipo de programadores voluntarios que desarrollan e implementan algoritmos de localización y visualización y personas que ayudan a mantener la salud de todo el sistema. Las ubicaciones de Lightning están disponibles de forma gratuita en el formato original para aquellos participantes cuyas estaciones transmiten sus datos al servidor del proyecto.El propietario de la estación receptora puede usar los datos de origen para fines no comerciales.El equipo requerido para participar en la red consiste en un sistema de antena, un amplificador VLF (VLF), una placa controladora y un receptor GPS que proporciona una señal de 1PPS (un pulso por segundo).
Pedido de piezasBlitzortung.org. , , . 200 . , , . , . , . , , . , . !
No se puede garantizar que la estación receptora funcione bien en cualquier lugar. Los dispositivos eléctricos pueden causar interferencias, como fuentes de alimentación, computadoras, lámparas de bajo consumo, monitores CRT, televisores, etc. En algunos casos, las estaciones con mucha interferencia deben establecerse en configuraciones subóptimas. Por ejemplo, los protectores de alambre de cortacéspedes robóticos o grandes líneas de alta tensión con alto voltaje producen una interferencia muy fuerte. Pero no se preocupe, los datos de la estación se recibirán siempre que la interferencia sea ocasional. Tampoco es un problema si la estación receptora no transmite datos diariamente durante algún tiempo debido a interferencias u otras circunstancias.Poco de teoría
Cómo se forman inicialmente los rayos sigue siendo un tema de debate. Los científicos han estudiado las causas, desde las perturbaciones atmosféricas básicas (viento, humedad, fricción y presión atmosférica) hasta la exposición al viento solar y la acumulación de partículas solares cargadas. El hielo dentro de la nube se considera un elemento clave en el desarrollo de los rayos, y puede conducir a la separación forzada de las cargas positivas y negativas en la nube y, por lo tanto, contribuir a la formación de rayos.El hecho de que los rayos sean de naturaleza eléctrica no era obvio, ya que la corriente eléctrica no fluye por el aire. El 10 de junio de 1752, Benjamin Franklin lanzó una cometa durante una tormenta eléctrica, cuando un rayo golpeó la cometa, se recogió una carga en un banco de Leiden, lo que le permitió demostrar la naturaleza eléctrica de los rayos. También inventó el pararrayos utilizado para proteger edificios y barcos.
Un rayo emite energía a frecuencias de radio en un amplio rango de frecuencias. Cuando se producen altas corrientes en canales previamente ionizados durante las erupciones de nube a tierra, las emisiones más potentes se producen en el rango de VLF.VLF - Muy baja frecuenciaVLF — Very low frequency( ). 3 kHz 30 kHz 10 100 . VLF .
Una ventaja significativa de las frecuencias bajas, en contraste con las frecuencias más altas, es la capacidad de estas señales de viajar miles de kilómetros cuando se reflejan desde la ionosfera y la tierra.Una descarga de rayo genera varios pulsos de corta duración lanzados entre una nube de tormenta y tierra o entre nubes de tormenta. La corriente crea un campo eléctrico paralelo a la dirección de su flujo, y el campo magnético correspondiente perpendicular al campo eléctrico.Recepción de señal de rayo
Las ondas con una frecuencia de 3 kHz a 30 kHz tienen una longitud entre 100 y 10 km. Una antena adecuada para estas frecuencias es una antena de bucle pequeño con un tamaño de menos de 1/10000 de la longitud de onda. Los bucles pequeños también se denominan magnéticos, porque son más sensibles al componente magnético de la onda electromagnética y menos sensibles al ruido eléctrico cuando están protegidos adecuadamente. Si el bucle es más corto que la longitud de onda, entonces la corriente alrededor de la antena estará casi completamente en fase. Por lo tanto, las ondas que se aproximan en el plano del bucle no se recibirán, y la recepción de ondas a lo largo del eje perpendicular al plano del bucle será máxima. Esta propiedad cambia si el bucle se hace más grande. La polarización de las descargas de rayos de nube a tierra es principalmente vertical, por lo que el campo magnético está orientado horizontalmente.Para cobertura circular (360 grados), es recomendable usar más de un bucle. Se puede obtener una solución adecuada utilizando dos bucles cruzados perpendiculares entre sí, tal solución se utiliza en los sistemas de búsqueda de dirección.
Las señales electromagnéticas de las descargas de rayos no son ondas de una frecuencia fija. Las señales tienen una forma de pulso más o menos y, por lo tanto, emiten ondas en un amplio rango de frecuencias. Cada uno de estos impulsos es único y se ve diferente.Descripción de la parte receptora., , . , . , .
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1000 (1 ). 1000 -72 (4000 ). , 1 . , 10 . 10 , 10 . , .
Método TOA (método de tiempo de llegada)El método para determinar la ubicación del rayo TOA se basa en cálculos de curvas hiperbólicas. La señal de radio emitida por un rayo se mueve por el aire a la velocidad de la luz. Esto es aproximadamente 300,000 kilómetros por segundo o 300 metros por microsegundo. Cada señal recibida recibe una marca de tiempo. Deje tA (s) será un sello de tiempo para la señal s de la estación A . La marca de tiempo tA (s) se establece en UTC (Tiempo Universal Coordinado) en microsegundos con una precisión de 1 μs. La diferencia de dos marcas de tiempo para una señal recibida por dos estaciones diferentes y la diferencia de posición de estas estaciones se puede establecer mediante una curva hiperbólica. Deje dA (p)distancia del punto p a la estación A en metros. La curva hiperbólica para la señal s , es el conjunto de todas las posiciones del punto p correspondientes a la diferencia de distancia dA (p) - dB (p) en metros en los sellos de tiempo correspondientes de la diferencia tA (s) - tB (s) en microsegundos convertidos por la velocidad de la luz al metro .dA (p) - dB (p) = (tA (s) - tB (s)) * 300
La fuente de señal debe estar en algún lugar de esta curva hiperbólica. El punto de intersección de tres o más de estas curvas hiperbólicas define la ubicación única de la fuente de radio.
La posición calculada se considerará la ubicación de la descarga del rayo. Para determinar un punto de intersección único, al menos 4 estaciones no están ubicadas en la misma línea. Si se recibe una señal de más de cuatro estaciones, algo de información redundante mejorará la precisión. La intersección de las tres curvas determina de manera única la ubicación de la fuente de señal de radio (punto blanco).Una diferencia de tiempo de ± 100 μs corresponde a una diferencia de distancia de ± 30 kilómetros. Es decir, si la estación A recibe la misma señal 100 μs antes que la estación B, entonces todos los puntos de la curva hiperbólica correspondiente estarán 30 km más cerca de la estación A que de B. Suponga que las marcas de tiempo tienen una precisión de ± 1 μs y hay Cuatro estaciones ubicadas para que sus posiciones definan un cuadrado. Si la fuente de señal está exactamente en el medio del cuadrado, entonces la precisión para determinar la ubicación será inferior a 300 m * √2 = 424 m. La precisión puede ser mucho menor si la fuente de señal está fuera del cuadrado.
El argumento de algunos proveedores comerciales de que su sistema tiene una precisión de 300 m, debido a que la marca tiene una precisión de 1 μs, es una idea errónea ingenua.La principal complejidad del sistema TOA es el reconocimiento de la unicidad de la señal recibida. Esto no es fácil porque el circuito de la señal cambia cuando viaja largas distancias. La única forma de lidiar con varias formas de onda es calcular la hora de llegada del grupo. Sin embargo, si la marca de tiempo no se asigna secuencialmente, entonces las curvas hiperbólicas no se cruzan en un punto de intersección común.Los cálculos en el servidor se llevan a cabo en dos etapas. En la primera etapa, el punto de partida se calcula a partir de las primeras 4 marcas de tiempo, luego utilizando un método numérico. Todos los cálculos usan coordenadas esféricas.Red Blitzortung.org
La red de localización de rayos Blitzortung.org consta de estaciones receptoras VLF y un servidor central de procesamiento para cada área grande. Las estaciones receptoras transmiten sus datos en tiempo real a través de Internet al servidor. Cada paquete contiene datos sobre la hora exacta del rayo recibido y las coordenadas del receptor.En base a esta información, se calculan las posiciones exactas de los bits. Las coordenadas esféricas están disponibles en el formato original para todos los usuarios que transmiten sus datos al servidor. Los usuarios pueden usar los datos de origen para cualquier fin no comercial. La actividad del rayo de las últimas dos horas se muestra en el sitio web Blitzortung.org en varios mapas públicos y se relata cada minuto. Cabe señalar que no es posible calcular la posición o las direcciones exactas con los datos de una estación. Se necesitan al menos cuatro estaciones para calcular las posiciones del rayo. Actualmente no hay ningún software que le permita conectarse a otros sistemas de búsqueda de dirección, como el software LR de LightningRadar.net. Los cálculos de la posición del rayo los realiza solo uno de los servidores informáticos de Blitzortung.org.Puede encontrar más información sobre el diseño, recibir modelos de antena, hardware y software en www.blitzortung.org/Documents/TOA_Blitzortung_RED.pdf .Esta publicación es una traducción de la introducción a este documento.