专利名称：雷电定位系统时差定位精度确定方法
技术领域：
本发明涉及一种定位误差的确定方法，特别是雷电定位系统时差定位精度确定方法。
本发明的技术解决方案是，雷电时差定位误差mP取决于距离差误差mΔs，其特征在于，雷电时差定位误差mP和探测站定位误差mx有关，应确定探测站定位误差mx、对选择的探测站的测量数据进行采集处理，采用雷电时差定位系统取得如下参数雷击点(P点)与时差定位计算出的雷击近似点(P0点)间的距离 雷击近似点P0分别到探测站A、B、C的距离S°p1、S°p2、S°p3；探测站A、B、C的点定位误差mx；距离差误差mΔs雷击近似点P0分别到探测站A、B、C形成的∠AP0B和∠BP0C的分角线的夹角即位置线的交会角θ，θ=12(γ+ρ),]]>γ＝∠AP0B；ρ＝∠BP0C；雷击近似点P0到探测站A、B、C三点的坐标方位角分别是α°P1、α°P2、 α°P3， 雷击近似点P0分别到探测站A、B、C的距离差 雷击点P分别到探测站A、B、C的距离差测量值ΔS12P＝SP2-SP1ΔS23P＝SP3-SP2； 根据上述参数，采用公式 +[(1sin2γ2+1sin2ρ2)/4sin2θ](2mx2+mΔs2)---(1)]]>来确定雷电时差定位误差mP。
数据处理中，将可能形成的很大点位误差的位置线交会角θ趋近于0°或趋近于180°的观测值剔除掉，不让其参与平差计算，以提高定位精度。
本发明应用于数据处理中，将可能构成雷击近似点P0到探测站的距离S°P1或S°P2，或S°P3很小的探测站的观测值剔除掉，不让其参与平差计算，以提高定位精度。
为能取得雷电时差定位误差mP，对于雷电时差定位即距离差定位，探测站间距在二百公里以内，其精度确定是将椭球面上的问题求解当作平面上的问题求解，采用平面距离差误差方程式 上式中，j，k为探测站编号，α°pj、α°pk为雷击近似点P0到探测站j、k的坐标方位角；dxp、dyp是由雷击近似点P0求雷击点P的坐标改正数；ΔS°jkp是雷击近似点P0到探测站j、k的距离差；ΔSjkp是雷击点P到探测站j、k的距离差；只取三个探测站的时间值进行时差即距离差定位计算，求出ΔS°jkp和ΔSjkp，用最小二乘法则(2)式组成的误差方程式组可解得 从(3)式，用误差传播定律可得雷击点P的坐标误差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)将式(2)中的坐标方位角及距离差均化为点的x，y坐标的函数关系式；令探测站定位误差 且均为mx令距离差误差 求出上之公式(4)的系数阵，进而得 点位误差 由上述结果并舍弃交叉项，经归纳整理即可得到本发明的公式(1)。
本发明应用于雷电探测网工程设计时，要避免不利的图形因素，选择有利的探测站位置，将保护对象置于最有利的探测区域。
本发明的优点是，充分考虑到时差定位误差是距离差误差和探测站定位误差综合影响的结果。应用本发明对于雷电定位系统实际布站设计、定位计算、系统优化，更具有科学合理性，而且能够提高确定雷电定位的精度。这种误差确定方法可以帮助专业人员开发出有效的数据处理软件，不但用于今后数据处理，还可重新处理历史数据，提高其质量和应用价值。本发明用于探测网工程设计分析，可以避免最不利的图形因素，包括建立优化设计模型，重要保护目标的有利探测站位置选择，确定探测站定位精度等。
图2，雷击点与三个探测站的位置线交会角示意图。
图3，雷击点到三个探测站的坐标示意图。
如
图1、图2所示，探测站A、探测站B、探测站C，P为雷击点，P0为时差定位计算出的雷击近似点，N为北方向，α°P1、α°P2、α°P3分别是雷击近似点P0到探测站A、B、C三点的坐标方位角；P0点对A、B和B、C的距离差分别形成二条双曲线，过P0点分别作两条双曲线的切线——即位置线，根据双曲线理论，位置线分别平分∠AP0B和∠BP0C；γ＝∠AP0B，ρ＝∠BP0C，θ为∠AP0B和∠BP0C的分角线的夹角即位置线的交会角， 如图3所示，原点O的座标为X＝3200000，Y＝35000。探测站A、探测站B、探测站C与具体雷击点P1、P2位于同一直角坐标系中。雷电时差定位误差mP不仅取决于距离差误差mΔs，还取决于探测站定位误差mx，对于时差(即距离差)定位，其误差估计可以将椭球面上的问题当作平面上的问题求解，对于误差估计没有影响。时差(双曲线)定位法的定位误差mp，当mx和mΔS有一定取值时，图形因数是决定性因素，图形因素带来的定位误差mp的绝对值取值范围0-∞，而图形因素的表现形式是位置线的交会角θ。算式中mx、mΔS的系数与θ有关，mx的系数多项与 有关，从而决定了定位误差的大小，因此在数据处理时如何避开不利因素以获取最高的点位精度是关键所在。探测站点位误差mx的值可取自探网施测的精度评定结果；mΔS的值可取自雷电定位系统的时间系统；θ值、S°p1、S°p2、S°p3、l1、l2与雷击点的位置以及探测网的图形有关； 因此对具体雷击点的精度估计，算式中所有元素均有确定值，可计算具体点的定位误差；若要估计最大误差，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，其他值视雷击点位置和网的图形确定取值范围。
对本发明采用的计算公式进行分析算式(1)中大括号项含 据(6)式可写作 算式(1)最后一项含 当γ＝ρ＝θ且θ＝0°或θ＝180°时，则定位误差无穷大，即当θ→0°或θ→180°时，mp→∞，可见当雷击点位于无穷远或三个探测站位于(或接近)一条直线，且雷击点位于(或接近)三个探测站的直线(包括延长线)上时，探测站定位点误差mx和距离差误差mΔS的影响是非常大的。算式(1)大括号项中一、二、三项除 外，系数均小于等于1，而 的取值范围变化很大， 在解算中，如果雷击近似点解算精度高，则 小，反之则大；其中S°P1，S°P2，S°P3则取决于探测站点位分布，若雷击点很靠近探测站点1(或2、或3)，则S°P1(或S°P2，或S°P3)很小，可见，若 大且雷击点距探测站近，探测站定位误差mx的影响是很大的，对大括号中最后三项也可得到类似的结论。
因此，雷电定位数据处理时，尽量提高雷击近似点P0的解算精度，使P0最接近P；数据处理中，将可能形成θ→0°或θ→180°的探测站的观测值剔除掉(其判据是ΔSpjk→Sjk)，不让其参与平差计算，以提高定位精度；数据处理中，将可能构成S°P1(或S°P2，或S°P3)很小的探测站的观测值剔除掉，不让其参与平差计算，以提高定位精度。
根据上述分析，探测网工程设计时，从本发明采用的计算公式可以看出，应尽量避免相邻的三个探测站位于一条直线上的网形；依据本发明和雷电定位的最低精度要求，还可以估算雷电探测网的布网精度；应用本发明可以实现探测网的优化设计；在探测网布置探测站时，将需要保护的目标(如重要的输电线路和通信线路)置于探测网的最优位置；应用本发明能够提高探测网精度，使探测站定位误差mx尽可能小。下面列具体收集处理的数据。
表一列出了三个探测站的坐标值表一 探测站坐标值
表二列出了二个雷击点P1、P2的近似坐标(——定位计算中求出的值)，及其γ、ρ、θ值。
表二雷击点近似坐标及γ、ρ、θ值
表三、表四列出了对雷击点P1、P2的
值(以下简称I值)和
的值(以下简称II值)。在此，mx根据当前雷电探测网探测站采用的GPS卫星定位方法不同而不同，相对定位方法赋与mx＝±0.5m或mx＝±1m，绝对定位方法赋与mx＝±10m或mx＝±30m；而当前水平mΔs＝±425m，以后将达到的水平mΔs＝±100m。
表三P1点的I值和II值
表四 P2点的I值和II值 从表三、表四的值可以看出，对P1点，θ角接近0°，对于不同的mx和mΔs，I值和II值分别达到数公里到数百公里，最终带来的点位误差大得惊人；对P2点，θ角比较大，对不同的mx和mΔs，I值和II值只有几米到数百米。实际应用时，如果实用中要求mp≤1km，即设阀值(mp)y＝1km，则在软件中设置不等式组 ，经判断，A、B、C三站对P1的观测值应剔除，而改用其它探测站对P1点的观测值参与平差计算；同样A、B、C三站对P2的观则值达到了要求，可以参与平差计算。
如果实用中要求mp≤0.3km，即(mp)y＝0.3km，则设不等式组 ，经判断，只有当mΔs＝±100m时，A、B、C三站对P2的观测值可保留。这也从一个侧面说明了，提高雷电探测时精度的重要性。
权利要求
1.雷电定位系统时差定位精度确定方法，雷电时差定位误差mP取决于距离差误差mΔs，其特征在于，雷电时差定位误差mP和探测站定位误差mx有关，应确定探测站定位误差mx，对选择的探测站的测量数据进行采集处理，采用雷电时差定位系统取得如下参数雷击点(P点)与时差定位计算出的雷击近似点(P0点)间的距离 雷击近似点P0分别到探测站A、B、C的距离S°p1、S°p2、S°p3；探测站A、B、C的点定位误差mx；距离差误差mΔs；雷击近似点P0分别到探测站A、B、C形成的∠AP0B和∠BP0C的分角线的夹角即位置线的交会角θ，θ=12(γ+ρ),]]>γ＝∠AP0B；ρ＝∠BP0C；雷击近似点P0到探测站A、B、C三点的坐标方位角分别是α°P1、α°P2、α°P3， 雷击近似点P0分别到探测站A、B、C的距离差 雷击点P分别到探测站A、B、C的距离差测量值ΔS12P＝SP2-SP1；ΔS23P＝SP3-SP2； 根据上述参数，采用公式 +[(1sin2γ2+1sin2ρ2)/4sin2θ](2mx2+mΔs2)---(1)]]>来确定雷电时差定位误差mP。
2.根据权利要求1所述的雷电定位系统时差定位精度确定方法，其特征在于，数据处理中，将可能形成的很大点位误差的位置线交会角θ趋近于0°或趋近于180°的观测值剔除掉，不让其参与平差计算，以提高定位精度。
3.根据权利要求1或2所述的雷电定位系统时差定位精度确定方法，其特征在于，数据处理中，将可能构成雷击近似点P0到探测站的距离S°P1或S°P2，或S°P3很小的探测站的观测值剔除掉，不让其参与平差计算，以提高定位精度。
全文摘要
本发明涉及雷电定位系统时差定位精度确定方法,雷电定位系统时差定位误差是探测站定位误差和距离差观测误差综合影响的结果,该方法在雷电定位系统实际布站设计、定位计算、系统优化中更具有科学合理性,提高了雷电定位精度。这种精度确定方法可以开发出有效的数据处理软件,不但用于今后数据处理,还可重新处理历史数据,提高其质量和应用价值。
文档编号G01S5/00GK1375706SQ02115709
公开日2002年10月23日 申请日期2002年4月12日 优先权日2002年4月12日
发明者张文亮, 吴维宁, 赵文光, 陈家宏, 张勤, 舒印彪, 辛耀中, 王光财, 彭庆华, 文银平, 冯万兴, 王海涛 申请人:武汉高压研究所