Blitzortung.org项目的目的是创建一个低成本的站点网络,以实现闪电的高精度定位。之所以能够做到这一点,是因为大量的接收站通常彼此相距50公里-250公里。这些站将其数据传输到中央服务器,在中央服务器中通过信号的到达时间来计算闪电的位置。这些接收器的所有者是自愿购买或组装设备的志愿者。还有一个志愿者程序员团队,他们开发和实现位置和可视化算法,并帮助维护整个系统的健康。对于将站点将其数据传输到项目服务器的参与者,可以原始格式免费获得闪电位置。接收站的所有者可以将源数据用于任何非商业目的。参与网络所需的设备包括一个天线系统,一个VLF(VLF)放大器,一个控制器板和一个提供1PPS信号(每秒一个脉冲)的GPS接收器。
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不能保证接收站在任何地方都能正常工作。电气设备可能会造成干扰,例如电源,计算机,节能灯,CRT显示器,电视等。在某些情况下,应将干扰较大的电台设置为次佳设置。例如,机器人割草机的电线护罩或高压的大型电源线会产生非常强的干扰。但是请放心,只要偶尔出现干扰,就会接收到来自电台的数据。如果接收站由于干扰或其他情况每天不发送数据也没有问题。一点理论
闪电最初形成的方式仍是一个争论的问题。科学家已经研究了原因,从基本的大气干扰(风,湿度,摩擦和大气压)到暴露于太阳风和带电的太阳粒子的积累。云内部的冰被认为是闪电发展的关键因素,可以导致云中正负电荷的强制分离,从而有助于形成闪电。闪电具有电性这一事实并不明显,因为电流不会流过空气。1752年6月10日,本杰明·富兰克林在雷暴期间发射了一只风筝,当闪电击中该风筝时,在莱顿河岸收集了电荷,这使他得以展示闪电的电特性。他还发明了用于保护建筑物和船只的避雷针。
闪电在很宽的频率范围内以射频发射能量。当在云到地面的耀斑期间先前电离的通道中发生高电流时,最强的发射发生在VLF范围内。VLF-低频VLF — Very low frequency( ). 3 kHz 30 kHz 10 100 . VLF .
与高频相比,低频的一个显着优势是当这些信号从电离层和地球反射时,它们传播数千公里的能力。雷电放电会在雷云和地面之间或雷云之间产生几个短时脉冲。电流产生一个平行于其流动方向的电场,而相应的磁场垂直于该电场。雷电信号接收
频率从3 kHz到30 kHz的波的长度在100到10 km之间。对于这些频率合适的天线是尺寸小于波长的1/10000的小环形天线。小回路也称为磁性回路,因为当对它们进行适当屏蔽时,它们对电磁波的磁性成分更敏感,而对电噪声则较不敏感。如果环路比波长短,那么天线周围的电流将几乎完全同相。因此,在环形平面中接近的波将不会被接收,并且沿垂直于环形平面的轴的波的接收将是最大的。如果循环变大,此属性将更改。云对地雷电放电的极化大部分是垂直的,因此磁场是水平定向的。对于圆形覆盖范围(360度),建议使用多个循环。可以使用两个相互垂直的交叉环获得合适的解决方案,这种解决方案可用于测向系统。
雷电的电磁信号不是固定频率的波。信号或多或少具有脉冲形状,因此会在很宽的频率范围内发射波。这些冲动中的每一个都是独特的,并且看起来是不同的。接收部分说明, , . , . , .
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1000 (1 ). 1000 -72 (4000 ). , 1 . , 10 . 10 , 10 . , .
TOA方法(到达时间方法)确定TOA闪电位置的方法基于双曲线的计算。闪电发出的无线电信号以光速在空气中移动。这大约是每秒300,000公里或每微秒300米。每个接收到的信号都接收一个时间戳。令tA(s)将是来自站A的信号s的时间戳。时间戳记tA(s)以微秒为单位设置为UTC(世界标准时间),精度为1μs。可以通过双曲线来设置两个不同站点接收的一个信号的两个时间戳之差以及这些站点的位置差。令dA(p)从点p到桩号A的距离(以米为单位)。信号s的双曲曲线是点p的所有位置的集合,该点对应于以米为单位的差tA(s)-tB(s)的相应时间戳中以米为单位的距离差dA(p)-dB(p)以米为单位,由光速转换为米。dA(p)-dB(p)=(tA(s)-tB(s))* 300
信号源必须在此双曲线上。这些双曲线的三个或三个以上的交点定义了无线电源的唯一位置。
计算出的位置将被视为雷电放电的位置。为了确定唯一的交点,至少4个测站不在同一条线上。如果从四个以上的站接收到信号,则一些冗余信息将提高准确性。所有这三个曲线的交点唯一地确定无线电信号源(白点)的位置。±100μs的时间差对应于±30公里的距离差。也就是说,如果站点A比站点B早100μs接收到相同的信号,则对应的双曲线的所有点将比站点B距离站点A近30 km。假设时间戳的精度为±1μs,并且四个工作站的位置使它们的位置定义一个正方形。如果信号源正好在正方形的中间,则确定位置的精度将小于300m *√2= 424 m;如果信号源在正方形之外,则精度可能会低得多。
一些商业供应商认为,由于商标的准确性为1μs,因此其系统的准确性为300m,这是天真的误解。TOA系统的主要复杂性是对接收信号唯一性的认识。这并不容易,因为信号电路在长距离行驶时会发生变化。处理各种波形的唯一方法是计算组的到达时间。但是,如果未按顺序分配时间戳,则双曲曲线不会在公共交点处相交。服务器上的计算分两个阶段进行。在第一阶段,从前四个时间戳计算起点,然后使用数值方法。所有计算均使用球坐标。Blitzortung.org网络
Blitzortung.org闪电定位网络由VLF接收站和一个用于每个大区域的中央处理服务器组成。接收站通过Internet将其数据实时传输到服务器。每个包裹都包含有关接收到的雷击的确切时间和接收器坐标的数据。基于该信息,计算出比特的确切位置。对于将数据传输到服务器的所有用户,球形坐标都可以原始格式使用。用户可以将源数据用于任何非商业目的。最近的两个小时的闪电活动在Blitzortung.org网站上的多个公共地图上显示,并且每分钟都会重新记录一次,应注意,无法使用一个站点的数据来计算位置或确切方向。至少需要四个站点来计算雷击位置。当前没有允许您连接到其他测向系统的软件,例如LightningRadar.net的LR软件。雷击位置的计算仅由Blitzortung.org计算服务器之一完成。有关设计,接收天线模型,硬件和软件的更多信息,请访问www.blitzortung.org/Documents/TOA_Blitzortung_RED.pdf。本出版物是本文档简介的翻译。