detekcja i lokalizacja wyładowań atmosferycznych - Instytut ...

PAWEŁ BODZAK - DETEKCJA I LOKALIZACJA WYŁADOWAŃ ATMOSFERYCZNYCH
Jeśli założymy, że c 1 =c 2 =c wtedy otrzymamy wyrażenie na różnicę czasów odbioru
sygnału na stacjach A i B, która określa hiperbolę
[( t − t ) ± ∆t]
2 a = d1
− d
2
= c
1 2
(5)
W ten sposób otrzymujemy równanie hiperboli, które nie wystarcza do wyznaczenia
położenia wyładowania. Musimy wykonać analogiczny pomiar względem drugiej pary stacji
odbioru, żeby otrzymać drugą hiperbolę. Przecięcia się tych dwóch hiperboli są szukanymi
pozycjami wyładowania. Żeby uniknąć dwuznaczności (podwójnych rozwiązań, przecięć
hiperbol może być więcej niż jedno), przeprowadza się pomiar względem trzeciej pary stacji,
co usuwa niejasności i daje nam wielobok błędów.
Technika TOA, do zlokalizowania wyładowania atmosferycznego, wymaga użycia, co
najmniej 3 punktów pomiarowych. Stacje detekcji zlokalizowane w punktach pomiarowych
wykrywają impulsy elektromagnetyczne emitowane przez wyładowanie piorunowe i bardzo
precyzyjnie rejestrują czas nadejścia szczytów fal elektromagnetycznych skojarzonych z
przyziemnymi odcinkami kanału wyładowania. Bardzo ważna w przypadku systemów TOA
jest synchronizacja czasowa poszczególnych stacji. Stacje są synchronizowane z wzorcem
czasu bezwzględnego. Tym wzorcem może być sygnał stacji telewizyjnej, sygnał LORAN-C
(amerykański system radionawigacyjny dalekiego zasięgu) lub najczęściej obecnie stosowany
sygnał globalnego pozycyjnego systemu satelitarnego (GPS) [56]. Zarejestrowane impulsy i
czas ich odebrania ze wszystkich stacji są przesyłane do jednego analizatora, którego
zadaniem jest obliczenie różnic czasów rejestracji sygnału między poszczególnymi parami
stacji. Znając różnicę czasu odebrania sygnału pomiędzy daną parą stacji możemy wyznaczyć
hiperbolę, jak opisano w pierwszej części tego podrozdziału. Do jednoznacznego
wyznaczenia położenia wyładowania elektrycznego w atmosferze potrzebujemy 4 hiperbol, a
więc i 4 par stacji. W obliczeniach punktu przecięcia czterech hiperbol przestrzennych
uwzględnia się sferyczny kształt Ziemi.
4.4.3. Techniki mieszane DF & TOA.
W ostatnich kilkudziesięciu latach zaczęto łączyć techniki DF i TOA. Połączenie tych
technik miało na celu zintegrowanie obu pomiarów w celu połączenia zalet i osiągnięcia
minimalnego błędu w finalnym obliczeniu lokalizacji źródła sygnału. Połączenie różnych
algorytmów tych dwu technik daje rezultaty lepsze, niż gdy stosowano algorytmy tylko jednej
z nich. [130]
- 83 -