雷電定位系統(tǒng)時(shí)差定位精度確定方法

專利名稱：雷電定位系統(tǒng)時(shí)差定位精度確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種定位誤差的確定方法，特別是雷電定位系統(tǒng)時(shí)差定位精度確定方法。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，雷電時(shí)差定位誤差mP取決于距離差誤差mΔs，其特征在于，雷電時(shí)差定位誤差mP和探測(cè)站定位誤差mx有關(guān)，應(yīng)確定探測(cè)站定位誤差mx、對(duì)選擇的探測(cè)站的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集處理，采用雷電時(shí)差定位系統(tǒng)取得如下參數(shù)雷擊點(diǎn)(P點(diǎn))與時(shí)差定位計(jì)算出的雷擊近似點(diǎn)(P0點(diǎn))間的距離 雷擊近似點(diǎn)P0分別到探測(cè)站A、B、C的距離S°p1、S°p2、S°p3；探測(cè)站A、B、C的點(diǎn)定位誤差mx；距離差誤差mΔs雷擊近似點(diǎn)P0分別到探測(cè)站A、B、C形成的∠AP0B和∠BP0C的分角線的夾角即位置線的交會(huì)角θ，θ=12(γ+ρ),]]>γ＝∠AP0B；ρ＝∠BP0C；雷擊近似點(diǎn)P0到探測(cè)站A、B、C三點(diǎn)的坐標(biāo)方位角分別是α°P1、α°P2、 α°P3， 雷擊近似點(diǎn)P0分別到探測(cè)站A、B、C的距離差 雷擊點(diǎn)P分別到探測(cè)站A、B、C的距離差測(cè)量值ΔS12P＝SP2-SP1ΔS23P＝SP3-SP2； 根據(jù)上述參數(shù)，采用公式 +[(1sin2γ2+1sin2ρ2)/4sin2θ](2mx2+mΔs2)---(1)]]>來確定雷電時(shí)差定位誤差mP。
數(shù)據(jù)處理中，將可能形成的很大點(diǎn)位誤差的位置線交會(huì)角θ趨近于0°或趨近于180°的觀測(cè)值剔除掉，不讓其參與平差計(jì)算，以提高定位精度。
本發(fā)明應(yīng)用于數(shù)據(jù)處理中，將可能構(gòu)成雷擊近似點(diǎn)P0到探測(cè)站的距離S°P1或S°P2，或S°P3很小的探測(cè)站的觀測(cè)值剔除掉，不讓其參與平差計(jì)算，以提高定位精度。
為能取得雷電時(shí)差定位誤差mP，對(duì)于雷電時(shí)差定位即距離差定位，探測(cè)站間距在二百公里以內(nèi)，其精度確定是將橢球面上的問題求解當(dāng)作平面上的問題求解，采用平面距離差誤差方程式 上式中，j，k為探測(cè)站編號(hào)，α°pj、α°pk為雷擊近似點(diǎn)P0到探測(cè)站j、k的坐標(biāo)方位角；dxp、dyp是由雷擊近似點(diǎn)P0求雷擊點(diǎn)P的坐標(biāo)改正數(shù)；ΔS°jkp是雷擊近似點(diǎn)P0到探測(cè)站j、k的距離差；ΔSjkp是雷擊點(diǎn)P到探測(cè)站j、k的距離差；只取三個(gè)探測(cè)站的時(shí)間值進(jìn)行時(shí)差即距離差定位計(jì)算，求出ΔS°jkp和ΔSjkp，用最小二乘法則(2)式組成的誤差方程式組可解得 從(3)式，用誤差傳播定律可得雷擊點(diǎn)P的坐標(biāo)誤差mdxp2mdyp2=(∂dxp∂a1)2(∂dxp∂a2)2(∂dxp∂b1)2(∂dxp∂b2)2(∂dxp∂l1)2(∂dxp∂l2)2(∂dyp∂a1)2(∂dyp∂a2)2(∂dyp∂b1)2(∂dyp∂b2)2(∂dyp∂l1)2(∂dyp∂l2)2ma12ma22mb12mb22ml12ml22---(4)]]>------(4)將式(2)中的坐標(biāo)方位角及距離差均化為點(diǎn)的x，y坐標(biāo)的函數(shù)關(guān)系式；令探測(cè)站定位誤差 且均為mx令距離差誤差 求出上之公式(4)的系數(shù)陣，進(jìn)而得 點(diǎn)位誤差 由上述結(jié)果并舍棄交叉項(xiàng)，經(jīng)歸納整理即可得到本發(fā)明的公式(1)。
本發(fā)明應(yīng)用于雷電探測(cè)網(wǎng)工程設(shè)計(jì)時(shí)，要避免不利的圖形因素，選擇有利的探測(cè)站位置，將保護(hù)對(duì)象置于最有利的探測(cè)區(qū)域。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，充分考慮到時(shí)差定位誤差是距離差誤差和探測(cè)站定位誤差綜合影響的結(jié)果。應(yīng)用本發(fā)明對(duì)于雷電定位系統(tǒng)實(shí)際布站設(shè)計(jì)、定位計(jì)算、系統(tǒng)優(yōu)化，更具有科學(xué)合理性，而且能夠提高確定雷電定位的精度。這種誤差確定方法可以幫助專業(yè)人員開發(fā)出有效的數(shù)據(jù)處理軟件，不但用于今后數(shù)據(jù)處理，還可重新處理歷史數(shù)據(jù)，提高其質(zhì)量和應(yīng)用價(jià)值。本發(fā)明用于探測(cè)網(wǎng)工程設(shè)計(jì)分析，可以避免最不利的圖形因素，包括建立優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，重要保護(hù)目標(biāo)的有利探測(cè)站位置選擇，確定探測(cè)站定位精度等。
圖2，雷擊點(diǎn)與三個(gè)探測(cè)站的位置線交會(huì)角示意圖。
圖3，雷擊點(diǎn)到三個(gè)探測(cè)站的坐標(biāo)示意圖。
如

圖1、圖2所示，探測(cè)站A、探測(cè)站B、探測(cè)站C，P為雷擊點(diǎn)，P0為時(shí)差定位計(jì)算出的雷擊近似點(diǎn)，N為北方向，α°P1、α°P2、α°P3分別是雷擊近似點(diǎn)P0到探測(cè)站A、B、C三點(diǎn)的坐標(biāo)方位角；P0點(diǎn)對(duì)A、B和B、C的距離差分別形成二條雙曲線，過P0點(diǎn)分別作兩條雙曲線的切線——即位置線，根據(jù)雙曲線理論，位置線分別平分∠AP0B和∠BP0C；γ＝∠AP0B，ρ＝∠BP0C，θ為∠AP0B和∠BP0C的分角線的夾角即位置線的交會(huì)角， 如圖3所示，原點(diǎn)O的座標(biāo)為X＝3200000，Y＝35000。探測(cè)站A、探測(cè)站B、探測(cè)站C與具體雷擊點(diǎn)P1、P2位于同一直角坐標(biāo)系中。雷電時(shí)差定位誤差mP不僅取決于距離差誤差mΔs，還取決于探測(cè)站定位誤差mx，對(duì)于時(shí)差(即距離差)定位，其誤差估計(jì)可以將橢球面上的問題當(dāng)作平面上的問題求解，對(duì)于誤差估計(jì)沒有影響。時(shí)差(雙曲線)定位法的定位誤差mp，當(dāng)mx和mΔS有一定取值時(shí)，圖形因數(shù)是決定性因素，圖形因素帶來的定位誤差mp的絕對(duì)值取值范圍0-∞，而圖形因素的表現(xiàn)形式是位置線的交會(huì)角θ。算式中mx、mΔS的系數(shù)與θ有關(guān)，mx的系數(shù)多項(xiàng)與 有關(guān)，從而決定了定位誤差的大小，因此在數(shù)據(jù)處理時(shí)如何避開不利因素以獲取最高的點(diǎn)位精度是關(guān)鍵所在。探測(cè)站點(diǎn)位誤差mx的值可取自探網(wǎng)施測(cè)的精度評(píng)定結(jié)果；mΔS的值可取自雷電定位系統(tǒng)的時(shí)間系統(tǒng)；θ值、S°p1、S°p2、S°p3、l1、l2與雷擊點(diǎn)的位置以及探測(cè)網(wǎng)的圖形有關(guān)； 因此對(duì)具體雷擊點(diǎn)的精度估計(jì)，算式中所有元素均有確定值，可計(jì)算具體點(diǎn)的定位誤差；若要估計(jì)最大誤差，算式中(α22cos2α°p1+b22sin2α°p1)、[(α12+α22)cos2α°p2+(b12+b22)sin2α°p2]、(α12cos2α°p3+b12sin2α°p3)的值均小于1，可取最大值1，其他值視雷擊點(diǎn)位置和網(wǎng)的圖形確定取值范圍。
對(duì)本發(fā)明采用的計(jì)算公式進(jìn)行分析算式(1)中大括號(hào)項(xiàng)含 據(jù)(6)式可寫作 算式(1)最后一項(xiàng)含 當(dāng)γ＝ρ＝θ且θ＝0°或θ＝180°時(shí)，則定位誤差無窮大，即當(dāng)θ→0°或θ→180°時(shí)，mp→∞，可見當(dāng)雷擊點(diǎn)位于無窮遠(yuǎn)或三個(gè)探測(cè)站位于(或接近)一條直線，且雷擊點(diǎn)位于(或接近)三個(gè)探測(cè)站的直線(包括延長(zhǎng)線)上時(shí)，探測(cè)站定位點(diǎn)誤差mx和距離差誤差mΔS的影響是非常大的。算式(1)大括號(hào)項(xiàng)中一、二、三項(xiàng)除 外，系數(shù)均小于等于1，而 的取值范圍變化很大， 在解算中，如果雷擊近似點(diǎn)解算精度高，則 小，反之則大；其中S°P1，S°P2，S°P3則取決于探測(cè)站點(diǎn)位分布，若雷擊點(diǎn)很靠近探測(cè)站點(diǎn)1(或2、或3)，則S°P1(或S°P2，或S°P3)很小，可見，若 大且雷擊點(diǎn)距探測(cè)站近，探測(cè)站定位誤差mx的影響是很大的，對(duì)大括號(hào)中最后三項(xiàng)也可得到類似的結(jié)論。
因此，雷電定位數(shù)據(jù)處理時(shí)，盡量提高雷擊近似點(diǎn)P0的解算精度，使P0最接近P；數(shù)據(jù)處理中，將可能形成θ→0°或θ→180°的探測(cè)站的觀測(cè)值剔除掉(其判據(jù)是ΔSpjk→Sjk)，不讓其參與平差計(jì)算，以提高定位精度；數(shù)據(jù)處理中，將可能構(gòu)成S°P1(或S°P2，或S°P3)很小的探測(cè)站的觀測(cè)值剔除掉，不讓其參與平差計(jì)算，以提高定位精度。
根據(jù)上述分析，探測(cè)網(wǎng)工程設(shè)計(jì)時(shí)，從本發(fā)明采用的計(jì)算公式可以看出，應(yīng)盡量避免相鄰的三個(gè)探測(cè)站位于一條直線上的網(wǎng)形；依據(jù)本發(fā)明和雷電定位的最低精度要求，還可以估算雷電探測(cè)網(wǎng)的布網(wǎng)精度；應(yīng)用本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)探測(cè)網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)；在探測(cè)網(wǎng)布置探測(cè)站時(shí)，將需要保護(hù)的目標(biāo)(如重要的輸電線路和通信線路)置于探測(cè)網(wǎng)的最優(yōu)位置；應(yīng)用本發(fā)明能夠提高探測(cè)網(wǎng)精度，使探測(cè)站定位誤差mx盡可能小。下面列具體收集處理的數(shù)據(jù)。
表一列出了三個(gè)探測(cè)站的坐標(biāo)值表一 探測(cè)站坐標(biāo)值

表二列出了二個(gè)雷擊點(diǎn)P1、P2的近似坐標(biāo)(——定位計(jì)算中求出的值)，及其γ、ρ、θ值。
表二雷擊點(diǎn)近似坐標(biāo)及γ、ρ、θ值

表三、表四列出了對(duì)雷擊點(diǎn)P1、P2的

值(以下簡(jiǎn)稱I值)和

的值(以下簡(jiǎn)稱II值)。在此，mx根據(jù)當(dāng)前雷電探測(cè)網(wǎng)探測(cè)站采用的GPS衛(wèi)星定位方法不同而不同，相對(duì)定位方法賦與mx＝±0.5m或mx＝±1m，絕對(duì)定位方法賦與mx＝±10m或mx＝±30m；而當(dāng)前水平mΔs＝±425m，以后將達(dá)到的水平mΔs＝±100m。
表三P1點(diǎn)的I值和II值

表四 P2點(diǎn)的I值和II值 從表三、表四的值可以看出，對(duì)P1點(diǎn)，θ角接近0°，對(duì)于不同的mx和mΔs，I值和II值分別達(dá)到數(shù)公里到數(shù)百公里，最終帶來的點(diǎn)位誤差大得驚人；對(duì)P2點(diǎn)，θ角比較大，對(duì)不同的mx和mΔs，I值和II值只有幾米到數(shù)百米。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，如果實(shí)用中要求mp≤1km，即設(shè)閥值(mp)y＝1km，則在軟件中設(shè)置不等式組 ，經(jīng)判斷，A、B、C三站對(duì)P1的觀測(cè)值應(yīng)剔除，而改用其它探測(cè)站對(duì)P1點(diǎn)的觀測(cè)值參與平差計(jì)算；同樣A、B、C三站對(duì)P2的觀則值達(dá)到了要求，可以參與平差計(jì)算。
如果實(shí)用中要求mp≤0.3km，即(mp)y＝0.3km，則設(shè)不等式組 ，經(jīng)判斷，只有當(dāng)mΔs＝±100m時(shí)，A、B、C三站對(duì)P2的觀測(cè)值可保留。這也從一個(gè)側(cè)面說明了，提高雷電探測(cè)時(shí)精度的重要性。
權(quán)利要求
1.雷電定位系統(tǒng)時(shí)差定位精度確定方法，雷電時(shí)差定位誤差mP取決于距離差誤差mΔs，其特征在于，雷電時(shí)差定位誤差mP和探測(cè)站定位誤差mx有關(guān)，應(yīng)確定探測(cè)站定位誤差mx，對(duì)選擇的探測(cè)站的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集處理，采用雷電時(shí)差定位系統(tǒng)取得如下參數(shù)雷擊點(diǎn)(P點(diǎn))與時(shí)差定位計(jì)算出的雷擊近似點(diǎn)(P0點(diǎn))間的距離 雷擊近似點(diǎn)P0分別到探測(cè)站A、B、C的距離S°p1、S°p2、S°p3；探測(cè)站A、B、C的點(diǎn)定位誤差mx；距離差誤差mΔs；雷擊近似點(diǎn)P0分別到探測(cè)站A、B、C形成的∠AP0B和∠BP0C的分角線的夾角即位置線的交會(huì)角θ，θ=12(γ+ρ),]]>γ＝∠AP0B；ρ＝∠BP0C；雷擊近似點(diǎn)P0到探測(cè)站A、B、C三點(diǎn)的坐標(biāo)方位角分別是α°P1、α°P2、α°P3， 雷擊近似點(diǎn)P0分別到探測(cè)站A、B、C的距離差 雷擊點(diǎn)P分別到探測(cè)站A、B、C的距離差測(cè)量值ΔS12P＝SP2-SP1；ΔS23P＝SP3-SP2； 根據(jù)上述參數(shù)，采用公式 +[(1sin2γ2+1sin2ρ2)/4sin2θ](2mx2+mΔs2)---(1)]]>來確定雷電時(shí)差定位誤差mP。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雷電定位系統(tǒng)時(shí)差定位精度確定方法，其特征在于，數(shù)據(jù)處理中，將可能形成的很大點(diǎn)位誤差的位置線交會(huì)角θ趨近于0°或趨近于180°的觀測(cè)值剔除掉，不讓其參與平差計(jì)算，以提高定位精度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雷電定位系統(tǒng)時(shí)差定位精度確定方法，其特征在于，數(shù)據(jù)處理中，將可能構(gòu)成雷擊近似點(diǎn)P0到探測(cè)站的距離S°P1或S°P2，或S°P3很小的探測(cè)站的觀測(cè)值剔除掉，不讓其參與平差計(jì)算，以提高定位精度。
全文摘要
本發(fā)明涉及雷電定位系統(tǒng)時(shí)差定位精度確定方法,雷電定位系統(tǒng)時(shí)差定位誤差是探測(cè)站定位誤差和距離差觀測(cè)誤差綜合影響的結(jié)果,該方法在雷電定位系統(tǒng)實(shí)際布站設(shè)計(jì)、定位計(jì)算、系統(tǒng)優(yōu)化中更具有科學(xué)合理性,提高了雷電定位精度。這種精度確定方法可以開發(fā)出有效的數(shù)據(jù)處理軟件,不但用于今后數(shù)據(jù)處理,還可重新處理歷史數(shù)據(jù),提高其質(zhì)量和應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)G01S5/00GK1375706SQ02115709
公開日2002年10月23日 申請(qǐng)日期2002年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月12日
發(fā)明者張文亮, 吳維寧, 趙文光, 陳家宏, 張勤, 舒印彪, 辛耀中, 王光財(cái), 彭慶華, 文銀平, 馮萬興, 王海濤 申請(qǐng)人:武漢高壓研究所