O objetivo do projeto Blitzortung.org é criar uma rede de estações de baixo orçamento para localização de raios de alta precisão. Isto é conseguido devido ao grande número de estações receptoras localizadas próximas umas das outras, em regra, a uma distância de 50 km - 250 km. Essas estações transmitem seus dados para um servidor central, onde os locais dos relâmpagos são calculados pela hora de chegada dos sinais. Os proprietários desses receptores são voluntários que compram ou montam equipamentos por conta própria. Há também uma equipe de programadores voluntários que desenvolvem e implementam algoritmos de localização e visualização e pessoas que ajudam a manter a saúde de todo o sistema. Os locais de descargas atmosféricas estão disponíveis gratuitamente no formato original para os participantes cujas estações transmitem seus dados ao servidor do projeto.O proprietário da estação receptora pode usar os dados de origem para quaisquer fins não comerciais.O equipamento necessário para participar da rede consiste em um sistema de antena, um amplificador VLF (VLF), uma placa controladora e um receptor GPS que fornece um sinal de 1PPS (um pulso por segundo).
Encomendar peçasBlitzortung.org. , , . 200 . , , . , . , . , , . , . !
Não é possível garantir que a estação receptora funcione bem em qualquer lugar. Os dispositivos elétricos podem causar interferência, como fontes de alimentação, computadores, lâmpadas economizadoras de energia, monitores CRT, televisões, etc. Em alguns casos, as estações com muita interferência devem ser definidas para configurações abaixo do ideal. Por exemplo, proteções de fio de cortadores de grama robóticos ou grandes linhas de energia com alta tensão produzem interferência muito forte. Mas não se preocupe, os dados da estação serão recebidos desde que a interferência seja ocasional. Também não é um problema se a estação receptora não transmitir dados por algum tempo diariamente, devido a interferências ou outras circunstâncias.Pouco de teoria
Como o raio se forma inicialmente ainda é uma questão de debate. Os cientistas estudaram as causas, desde distúrbios atmosféricos básicos (vento, umidade, atrito e pressão atmosférica) até a exposição ao vento solar e o acúmulo de partículas solares carregadas. O gelo dentro da nuvem é considerado um elemento-chave no desenvolvimento do raio e pode levar à separação forçada de cargas positivas e negativas na nuvem e, assim, contribuir para a formação de raios.O fato de os raios serem de natureza elétrica não era óbvio, pois a corrente elétrica não flui pelo ar. Em 10 de junho de 1752, Benjamin Franklin lançou uma pipa durante uma tempestade, quando um raio atingiu a pipa, uma cobrança foi cobrada em um banco de leiden, o que lhe permitiu demonstrar a natureza elétrica do raio. Ele também inventou o pára-raios usado para proteger edifícios e navios.
Um raio emite energia em frequências de rádio em uma ampla faixa de frequências. Quando altas correntes ocorrem em canais ionizados anteriormente durante as explosões de nuvem para terra, as emissões mais poderosas ocorrem na faixa do VLF.VLF - Frequência muito baixaVLF — Very low frequency( ). 3 kHz 30 kHz 10 100 . VLF .
Uma vantagem significativa das frequências baixas, em contraste com as frequências mais altas, é a capacidade desses sinais viajarem milhares de quilômetros quando refletidos da ionosfera e da Terra.Uma descarga de raio gera vários pulsos de curta duração lançados entre uma nuvem de trovoada e o solo ou entre nuvens de trovoada. A corrente cria um campo elétrico paralelo à direção do seu fluxo e o campo magnético correspondente perpendicular ao campo elétrico.Recepção do sinal de raio
Ondas com frequência de 3 kHz a 30 kHz têm um comprimento entre 100 e 10 km. Uma antena adequada para essas frequências é uma antena de loop pequeno com tamanho menor que 1/10000 do comprimento de onda. Loops pequenos também são chamados de magnéticos, porque são mais sensíveis ao componente magnético da onda eletromagnética e menos sensíveis ao ruído elétrico quando devidamente blindados. Se o loop for menor que o comprimento de onda, a corrente ao redor da antena estará quase completamente em fase. Assim, as ondas que se aproximam no plano do loop não serão recebidas e a recepção das ondas ao longo do eixo perpendicular ao plano do loop será máxima. Essa propriedade muda se o loop aumentar. A polarização das descargas atmosféricas de nuvem para terra é principalmente vertical, de modo que o campo magnético é orientado horizontalmente.Para cobertura circular (360 graus), é recomendável usar mais de um loop. Uma solução adequada pode ser obtida usando duas alças cruzadas mutuamente perpendiculares, tal solução é usada em sistemas de localização de direção.
Os sinais eletromagnéticos das descargas atmosféricas não são ondas de frequência fixa. Os sinais têm uma forma de pulso mais ou menos e, portanto, emite ondas em uma ampla faixa de frequência. Cada um desses impulsos é único e parece diferente.Descrição da peça receptora, , . , . , .
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1000 (1 ). 1000 -72 (4000 ). , 1 . , 10 . 10 , 10 . , .
Método TOA (método da hora de chegada)O método para determinar a localização do raio TOA é baseado em cálculos de curvas hiperbólicas. O sinal de rádio emitido por um raio se move pelo ar na velocidade da luz. Isso é cerca de 300.000 quilômetros por segundo ou 300 metros por microssegundo. Cada sinal recebido recebe um carimbo de hora. Vamos tA (s) será um carimbo de tempo para o sinal s da estação da A . O registro de data e hora tA é definido no UTC (Tempo Universal Coordenado) em microssegundos com uma precisão de 1 μs. A diferença de dois carimbos de hora para um sinal recebido por duas estações diferentes e a diferença de posição dessas estações podem ser definidas por uma curva hiperbólica. Deixe dA (p)distância do ponto p à estação A em metros. A curva hiperbólica do sinal s é o conjunto de todas as posições do ponto p correspondentes à diferença de distância dA (p) - dB (p) em metros nos carimbos de tempo correspondentes da diferença tA (s) - tB (s) em microssegundos convertidos pela velocidade da luz em metros .dA (p) - dB (p) = (tA (s) - tB (s)) * 300
A fonte do sinal deve estar em algum lugar nessa curva hiperbólica. O ponto de interseção de três ou mais dessas curvas hiperbólicas define a localização exclusiva da fonte de rádio.
A posição calculada será considerada o local da descarga do raio. Para determinar um ponto de interseção exclusivo, pelo menos 4 estações não estão localizadas na mesma linha. Se um sinal for recebido de mais de quatro estações, algumas informações redundantes melhorarão a precisão. A interseção das três curvas determina exclusivamente a localização da fonte do sinal de rádio (ponto branco).Uma diferença de tempo de ± 100 μs corresponde a uma diferença de distância de ± 30 quilômetros. Ou seja, se a estação A receber o mesmo sinal 100 μs mais cedo que a estação B, todos os pontos da curva hiperbólica correspondente estarão 30 km mais próximos da estação A do que com B. Suponha que os carimbos de hora tenham uma precisão de ± 1 μs e existem Quatro estações localizadas para que suas posições definam um quadrado. Se a fonte do sinal estiver exatamente no meio do quadrado, a precisão de determinar a localização será menor que 300m * √2 = 424 m.A precisão pode ser bem menor se a fonte do sinal estiver fora do quadrado.
O argumento de alguns fornecedores comerciais de que seu sistema tem uma precisão de 300m, porque a marca tem uma precisão de 1 μs, é um equívoco ingênuo.A principal complexidade do sistema TOA é o reconhecimento da singularidade do sinal recebido. Isso não é fácil porque o circuito do sinal muda quando percorre longas distâncias. A única maneira de lidar com várias formas de onda é calcular o tempo de chegada do grupo. No entanto, se o registro de data e hora não for atribuído seqüencialmente, as curvas hiperbólicas não se cruzam em um ponto de interseção comum.Os cálculos no servidor são realizados em dois estágios. No primeiro estágio, o ponto de partida é calculado a partir dos 4 primeiros carimbos de hora e, em seguida, usando um método numérico. Todos os cálculos usam coordenadas esféricas.Rede Blitzortung.org
A rede de localização de descargas atmosféricas da Blitzortung.org consiste em estações receptoras VLF e um servidor de processamento central para cada área grande. As estações receptoras transmitem seus dados em tempo real via Internet para o servidor. Cada pacote contém dados sobre a hora exata do raio recebido e as coordenadas do receptor.Com base nessas informações, as posições exatas dos bits são calculadas. As coordenadas esféricas estão disponíveis no formato original para todos os usuários que transmitem seus dados ao servidor. Os usuários podem usar os dados de origem para quaisquer fins não comerciais. A atividade relâmpago das últimas duas horas é exibida no site Blitzortung.org em vários mapas públicos e é recontada a cada minuto.Note-se que não é possível calcular a posição ou direções exatas com os dados de uma estação. São necessárias pelo menos quatro estações para calcular as posições dos relâmpagos. Atualmente, não há software que permita a conexão com outros sistemas de localização de direção, como o software LR do LightningRadar.net. Os cálculos da posição do relâmpago são feitos por apenas um dos servidores de computação da Blitzortung.org.Mais informações sobre o projeto, recebendo modelos de antena, hardware e software, podem ser encontradas em www.blitzortung.org/Documents/TOA_Blitzortung_RED.pdf .Esta publicação é uma tradução da introdução deste documento.