L'objectif du projet Blitzortung.org est de créer un réseau de stations à faible budget pour la localisation de haute précision de la foudre. Cela est dû au grand nombre de stations de réception situées les unes à côté des autres, en règle générale, à une distance de 50 à 250 km. Ces stations transmettent leurs données à un serveur central, où les lieux des éclairs sont calculés par l'heure d'arrivée des signaux. Les propriétaires de ces récepteurs sont des bénévoles qui achètent ou assemblent du matériel par leurs propres moyens. Il y a également une équipe de programmeurs bénévoles qui développent et implémentent des algorithmes de localisation et de visualisation et des personnes qui aident à maintenir la santé de l'ensemble du système. Les emplacements Lightning sont disponibles gratuitement dans le format d'origine pour les participants dont les stations transmettent leurs données au serveur de projet.Le propriétaire de la station réceptrice peut utiliser les données sources à des fins non commerciales.L'équipement requis pour participer au réseau se compose d'un système d'antenne, d'un amplificateur VLF (VLF), d'une carte contrôleur et d'un récepteur GPS qui fournit un signal 1PPS (une impulsion par seconde).
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Il ne peut être garanti que la station de réception fonctionnera bien n'importe où. Les appareils électriques peuvent provoquer des interférences, comme les alimentations, les ordinateurs, les lampes à économie d'énergie, les moniteurs CRT, les téléviseurs, etc. Dans certains cas, les stations avec beaucoup d'interférences doivent être réglées sur des paramètres sous-optimaux. Par exemple, les protecteurs de fil des tondeuses à gazon robotisées ou des grandes lignes électriques à haute tension produisent de très fortes interférences. Mais ne vous inquiétez pas, les données de la station seront reçues tant que les interférences sont occasionnelles. Ce n'est pas non plus un problème si la station réceptrice ne transmet pas de données quotidiennement pendant un certain temps en raison d'interférences ou d'autres circonstances.Un peu de théorie
La façon dont la foudre se forme au départ fait encore débat. Les scientifiques ont étudié les causes, des perturbations atmosphériques de base (vent, humidité, frottement et pression atmosphérique) aux effets du vent solaire et à l'accumulation de particules solaires chargées. La glace à l'intérieur du nuage est considérée comme un élément clé dans le développement de la foudre, et peut conduire à la séparation forcée des charges positives et négatives dans le nuage et ainsi contribuer à la formation de la foudre.Le fait que la foudre soit de nature électrique n'était pas évident, car le courant électrique ne circule pas dans l'air. Le 10 juin 1752, Benjamin Franklin a lancé un cerf-volant lors d'un orage, lorsque la foudre a frappé le cerf-volant, une charge a été collectée dans une banque de Leiden, ce qui lui a permis de démontrer la nature électrique de la foudre. Il a également inventé le paratonnerre utilisé pour protéger les bâtiments et les navires.
Un éclair éclaire de l'énergie aux radiofréquences dans une large gamme de fréquences. Lorsque des courants élevés se produisent dans des canaux précédemment ionisés pendant les éruptions nuageuses au sol, les émissions les plus puissantes se produisent dans la gamme VLF.VLF - Très basse fréquenceVLF — Very low frequency( ). 3 kHz 30 kHz 10 100 . VLF .
Un avantage significatif des basses fréquences, contrairement aux fréquences plus élevées, est la capacité de ces signaux à parcourir des milliers de kilomètres lorsqu'ils sont réfléchis par l'ionosphère et la terre.Une décharge de foudre génère plusieurs impulsions de courte durée lancées entre un nuage d'orage et le sol ou entre des nuages d'orage. Le courant crée un champ électrique parallèle à la direction de son écoulement et le champ magnétique correspondant perpendiculaire au champ électrique.Réception du signal de foudre
Les ondes d'une fréquence de 3 kHz à 30 kHz ont une longueur comprise entre 100 et 10 km. Une antenne appropriée pour ces fréquences est une petite antenne à boucle d'une taille inférieure à 1/10000 de la longueur d'onde. Les petites boucles sont également appelées magnétiques, car elles sont plus sensibles à la composante magnétique de l'onde électromagnétique et moins sensibles au bruit électrique lorsqu'elles sont correctement protégées. Si la boucle est plus courte que la longueur d'onde, le courant autour de l'antenne sera presque complètement en phase. Ainsi, les ondes approchant dans le plan de boucle ne seront pas reçues, et la réception des ondes le long de l'axe perpendiculaire au plan de boucle sera maximale. Cette propriété change si la boucle devient plus grande. La polarisation des décharges de foudre nuage-sol est principalement verticale, de sorte que le champ magnétique est orienté horizontalement.Pour une couverture circulaire (360 degrés), il est conseillé d'utiliser plus d'une boucle. Une solution appropriée peut être obtenue en utilisant deux boucles croisées mutuellement perpendiculaires, une telle solution est utilisée dans les systèmes de radiogoniométrie.
Les signaux électromagnétiques des décharges de foudre ne sont pas des ondes de fréquence fixe. Les signaux ont une forme d'impulsion plus ou moins importante et émettent donc des ondes dans une large gamme de fréquences. Chacune de ces impulsions est unique et semble différente.Description de la partie réceptrice, , . , . , .
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1000 (1 ). 1000 -72 (4000 ). , 1 . , 10 . 10 , 10 . , .
Méthode TOA (méthode de l'heure d'arrivée)La méthode de détermination de l'emplacement de la foudre TOA est basée sur des calculs de courbes hyperboliques. Le signal radio émis par un éclair se déplace dans l'air à la vitesse de la lumière. Cela représente environ 300 000 kilomètres par seconde ou 300 mètres par microseconde. Chaque signal reçu reçoit un horodatage. Que tA (s) sera un horodatage pour le signal s de la station A . L' horodatage tA (s) est réglé en UTC (temps universel coordonné) en microsecondes avec une précision de 1 μs. La différence de deux horodatages pour un signal reçu par deux stations différentes et la différence de position de ces stations peuvent être définies par une courbe hyperbolique. Soit dA (p) .
s,
,
dA(p) — dB(p) tA(s) — tB(s) , .
dA(p) — dB(p) = (tA(s) — tB(s))*300
- . .
La position calculée sera considérée comme l'emplacement de la décharge de foudre. Pour déterminer un point d'intersection unique, au moins 4 stations ne sont pas situées sur la même ligne. Si un signal est reçu de plus de quatre stations, certaines informations redondantes amélioreront la précision. L'intersection des trois courbes détermine uniquement l'emplacement de la source de signal radio (point blanc).Une différence de temps de ± 100 μs correspond à une différence de distance de ± 30 kilomètres. Autrement dit, si la station A reçoit le même signal 100 μs plus tôt que la station B, alors tous les points de la courbe hyperbolique correspondante seront 30 km plus proches de la station A que de B. Supposons que les horodatages aient une précision de ± 1 μs et qu'il y ait Quatre stations situées de telle sorte que leurs positions définissent un carré. Si la source du signal se trouve exactement au milieu du carré, la précision de la détermination de l'emplacement sera inférieure à 300 m * √2 = 424 m. La précision peut être bien inférieure si la source du signal est en dehors du carré.
L'argument de certains fournisseurs commerciaux selon lequel leur système a une précision de 300 m, parce que la marque a une précision de 1 μs, est une idée fausse naïve.La principale complexité du système TOA est la reconnaissance de l'unicité du signal reçu. Ce n'est pas facile car le circuit du signal change lorsqu'il parcourt de longues distances. La seule façon de gérer différentes formes d'ondes est de calculer l'heure d'arrivée du groupe. Cependant, si l'horodatage n'est pas affecté séquentiellement, les courbes hyperboliques ne se coupent pas à un point d'intersection commun.Les calculs sur le serveur sont effectués en deux étapes. À la première étape, le point de départ est calculé à partir des 4 premiers horodatages, puis à l'aide d'une méthode numérique. Tous les calculs utilisent des coordonnées sphériques.Réseau Blitzortung.org
Le réseau de localisation de foudre Blitzortung.org se compose de stations de réception VLF et d'un serveur de traitement central pour chaque grande zone. Les stations réceptrices transmettent leurs données en temps réel via Internet au serveur. Chaque paquet contient des données sur l'heure exacte du coup de foudre reçu et les coordonnées du récepteur.Sur la base de ces informations, les positions exactes des bits sont calculées. Les coordonnées sphériques sont disponibles dans le format d'origine pour tous les utilisateurs qui transmettent leurs données au serveur. Les utilisateurs peuvent utiliser les données source à des fins non commerciales. L'activité de foudre des deux dernières heures est affichée sur le site Web de Blitzortung.org sur plusieurs cartes publiques et est retracée chaque minute. Il convient de noter qu'il n'est pas possible de calculer la position ou les directions exactes avec les données d'une station. Au moins quatre stations sont nécessaires pour calculer les positions des coups de foudre. Il n'existe actuellement aucun logiciel qui vous permet de vous connecter à d'autres systèmes de radiogoniométrie, tels que le logiciel LR de LightningRadar.net. Les calculs de position de coup de foudre sont effectués par un seul des serveurs informatiques Blitzortung.org.Vous trouverez plus d'informations sur la conception, les modèles d'antenne de réception, le matériel et les logiciels sur www.blitzortung.org/Documents/TOA_Blitzortung_RED.pdf .Cette publication est une traduction de l'introduction de ce document.