一种闪电三维定位方法、装置、存储介质及电子设备

1.本技术涉及雷电监测领域，具体而言，涉及一种闪电三维定位方法、装置、存储介质及电子设备。


背景技术：

2.雷电监测技术在雷电研究中一直发挥着重要作用，通过提供早期预警信号以避免或降低闪电引起的灾害，同时，也可以给出探测范围内闪电发生的位置、频数以及部分放电参量，这些信息对于闪电活动规律研究具有重要意义。
3.而如何准确地获取闪电的定位信息，也成为了本领域技术人员所关注的问题。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供一种闪电三维定位方法、装置、存储介质及电子设备，以至少部分改善上述问题。
5.为了实现上述目的，本技术实施例采用的技术方案如下：
6.第一方面，本技术实施例提供一种闪电三维定位方法，所述方法包括：
7.对第一采集结果和第二采集结果进行余弦平面修正，以获取对应的第一修正结果和第二修正结果；
8.其中，所述第一采集结果包括第一干涉仪对目标闪电进行定位所采集到的方位角和俯仰角，所述第二采集结果包括第二干涉仪对目标闪电进行定位所采集到的方位角和俯仰角，所述第一修正结果与所述第一采集结果对应，所述第二修正结果与所述第二采集结果对应；
9.基于所述第一干涉仪和所述第二干涉仪之间的经纬度差异信息，对所述第一修正结果进行归一化坐标修正，获取第一初步定位结果，其中，所述第一初步定位结果包括所述第一干涉仪对应的修正后方位角和修正后俯仰角；
10.基于所述第一初步定位结果、第二初步定位结果以及预先配置的双站交汇三维定位算法，获取所述目标闪电对应的三维坐标信息，其中，所述第二初步定位结果与所述第二修正结果相同；
11.在所述三维坐标信息对应的定位误差小于或等于预设的误差阈值的情况下，将所述三维坐标信息确定为所述目标闪电的最终坐标信息。
12.第二方面，本技术实施例提供一种闪电三维定位装置，所述装置包括：
13.处理单元，用于对第一采集结果和第二采集结果进行余弦平面修正，以获取对应的第一修正结果和第二修正结果；
14.其中，所述第一采集结果包括第一干涉仪对目标闪电进行定位所采集到的方位角和俯仰角，所述第二采集结果包括第二干涉仪对目标闪电进行定位所采集到的方位角和俯仰角，所述第一修正结果与所述第一采集结果对应，所述第二修正结果与所述第二采集结果对应；
15.所述处理单元还用于基于所述第一干涉仪和所述第二干涉仪之间的经纬度差异信息，对所述第一修正结果进行归一化坐标修正，获取第一初步定位结果，其中，所述第一初步定位结果包括所述第一干涉仪对应的修正后方位角和修正后俯仰角；
16.所述处理单元还用于基于所述第一初步定位结果、第二初步定位结果以及预先配置的双站交汇三维定位算法，获取所述目标闪电对应的三维坐标信息，其中，所述第二初步定位结果与所述第二修正结果相同；
17.输出单元，用于在所述三维坐标信息对应的定位误差小于或等于预设的误差阈值的情况下，将所述三维坐标信息确定为所述目标闪电的最终坐标信息。
18.第三方面，本技术实施例提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述的方法。
19.第四方面，本技术实施例提供一种电子设备，所述电子设备包括：处理器和存储器，所述存储器用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述处理器执行时，实现上述的方法。
20.相对于现有技术，本技术实施例所提供的一种闪电三维定位方法、装置、存储介质及电子设备，包括：对第一采集结果和第二采集结果进行余弦平面修正，以获取对应的第一修正结果和第二修正结果；基于第一干涉仪和第二干涉仪之间的经纬度差异信息，对第一修正结果进行归一化坐标修正，获取第一初步定位结果；基于第一初步定位结果、第二初步定位结果以及预先配置的双站交汇三维定位算法，获取目标闪电对应的三维坐标信息；在三维坐标信息对应的定位误差小于或等于预设的误差阈值的情况下，将三维坐标信息确定为目标闪电的最终坐标信息，能够在极大程度上消除干涉仪定位的系统误差的影响，显著提升双站干涉仪定位系统的定位精度。
21.为使本技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
22.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。
23.图1为本技术实施例提供的一种天线布局示意图；
24.图2为本技术实施例提供的另一种天线布局示意图；
25.图3为本技术实施例提供的余弦平面的倾斜示意图；
26.图4为本技术实施例提供的经纬度差异示意图；
27.图5为本技术实施例提供的电子设备的结构示意图；
28.图6为本技术实施例提供的闪电三维定位方法的流程示意图；
29.图7为本技术实施例提供的双站交互三维定位算法的示意图；
30.图8为本技术实施例提供的闪电三维定位装置的单元示意图。
31.图中：10-处理器；11-存储器；12-总线；13-通信接口；201-处理单元；202-输出单元。
具体实施方式
32.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
33.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
34.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
35.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
36.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
37.在本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
38.下面结合附图，对本技术的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
39.本技术实施例提供了一套干涉仪系统，包括第一干涉仪和第二干涉仪。第一干涉仪和第二干涉仪中的一个可以为宽带甚高频干涉仪(intf)阵列，intf天线位于telescope array surface detector(tasd)以东预设距离，例如6km，以实现对产生the terrestrial gamma-ray flashes(tgfs)的观测研究。该intf阵列由三个宽带甚高频(16-88mhz)平板接收天线构成，请参考图1，图1为本技术实施例提供的一种天线布局示意图，基线长度分别为121.36m(ab)，105.70m(ac)和121.81m(bc)。不同于以往同类观测中采用的正交基线布局或等边三角形布局,对天线阵列的基线长度和基线间的夹角没有做严格的限制，这得益于定位方法和算法的改进，赋予了观测方案制定更大的自由度。
40.第一干涉仪和第二干涉仪中的另一个可以为套新型干涉仪系统(intf2)，是新的
第二代便携式宽带vhf系统，它具有更好的灵敏度、更宽的带宽、更高的时间分辨率。该系统采用了定制的倒v型天线设计，对一个水平极化敏感，具有广泛而均匀的增益模式，在天顶达到峰值。天线带宽从几兆赫延伸到大约150兆赫。来自8根天线的原始数据可以在360兆赫下以14位的分辨率同时进行采样。intf2采取了一种独特的天线布局方案，请参考图2，图2为本技术实施例提供的另一种天线布局示意图，其中5个天线(b-f)构成一个边长约100m的正五边形，另外，天线a和g能够分别与bcf和bef分别构成正三角基线，这能够在最大程度上保证天线布局的对称性，从而有效降低(正三角形布局)甚至消除(正五边形布局)干涉仪定位时由于平面波模型近似导致的定位系统误差。
41.第一干涉仪和第二干涉仪相距约16.8km，采用高精度gps进行时间校准，各自独立进行闪电观测和二维定位。由于两套干涉仪具备不同的采样精度且差异较大，在开始获取独立的闪电图像时，采用调整信号窗口大小的方式来使它们的定位结果具有同等的定位精度，即对于intf，采用36个采样点的窗口定位，而对intf2则采用80个采样点的窗口进行定位，这使得它们各自获取的辐射源代表的时间精度相同，均为200ns。
42.在研究的过程中，经过大量观察和总结，发明人发现，利用两套干涉仪进行同步观测以获取闪电三维定位结果，实际上存在多个方面较为显著的系统误差来源，具体地，请参考图3和图4，图3为本技术实施例提供的余弦平面的倾斜示意图，图4为本技术实施例提供的经纬度差异示意图。
43.在图3和图4中，abc代表观测系统所处的局地直角坐标系(倾斜的余弦平面处于该坐标系内)；xyz代表修正后的局地直角坐标系(修正的余弦平面处于该坐标系内)；由xyz坐标系绕旋得到abc坐标系的旋转顺序为：xyz绕转轴z旋转α后得到x’y’z’,x’y’z’绕y’轴旋转β后得到x”y”z”,x”y”z”绕z”轴旋转γ后得到abc，则从abc坐标系获取xyz坐标系是按照相反的顺序进行旋转得到。
44.第一方面，野外观测中，干涉仪天线在架设时，可能由于地形限制，无法确保它们与局地直角坐标系的水平面完全平行，这导致多个天线构成的余弦平面存在一定角度的倾斜，该余弦倾斜角可以通过计算天线构成的平面与水平面的夹角来获取(图3所示)。
45.第二方面，在采用双站干涉仪进行闪电观测时，两套干涉仪的架设距离通常超过十几公里，这使得两套干涉仪(第一干涉仪和第二干涉仪)各自的正北方向并非平行，第一干涉仪和第二干涉仪各自的天顶方向也不相同，但是天顶和正北的指向差异实际上就是经纬度的差异(图4所示)。
46.第三方面，最显著的系统误差则来自于平面波模型近似。
47.对于前两项误差来源，可以归类为地形引起的系统误差，可以通过旋转球坐标的方式来进行误差修正；通过对平面波模型导致的系统误差的系统分析，证明了基线布局形态对定位结果的系统误差有重要影响，并且在辐射源发生位置已知时可以计算出误差的大小；另一方面，在双站观测情况下，双站定位结果的交汇可以获得一个初步的三维位置，那么这个三维位置可以用来初步估计两个干涉仪的大致误差。因此，本技术实施例提供了一种闪电三维定位方法，通过迭代算法来优化系统误差，从而获取更为精确的闪电三维图像。
48.具体地，本技术实施例提供了一种电子设备，可以是上述的第一干涉仪或第二干涉仪中的任意一个，也可以是与第一干涉仪和第二干涉仪通信连接的终端设备，例如服务器、电脑等等。请参照图5，电子设备的结构示意图。电子设备包括处理器10、存储器11、总线
12。处理器10、存储器11通过总线12连接，处理器10用于执行存储器11中存储的可执行模块，例如计算机程序。
49.处理器10可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，闪电三维定位方法的各步骤可以通过处理器10中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器10可以是通用处理器，包括中央处理器(central processing unit，简称cpu)、网络处理器(network processor，简称np)等；还可以是数字信号处理器(digital signal processor，简称dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，简称asic)、现场可编程门阵列(field－programmable gate array，简称fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
50.存储器11可能包含高速随机存取存储器(ram：random access memory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
51.总线12可以是isa(industry standard architecture)总线、pci(peripheral component interconnect)总线或eisa(extended industry standard architecture)总线等。图5中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线12或一种类型的总线12。
52.存储器11用于存储程序，例如闪电三维定位装置对应的程序。闪电三维定位装置包括至少一个可以软件或固件(firmware)的形式存储于存储器11中或固化在电子设备的操作系统(operating system，os)中的软件功能模块。处理器10在接收到执行指令后，执行所述程序以实现闪电三维定位方法。
53.可能地，本技术实施例提供的电子设备还包括通信接口13。通信接口13通过总线与处理器10连接。例如可以通过通信接口与第一干涉仪和/或第二干涉仪连接。
54.应当理解的是，图5所示的结构仅为电子设备的部分的结构示意图，电子设备还可包括比图5中所示更多或者更少的组件，或者具有与图5所示不同的配置。图5中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。
55.本技术实施例提供的一种闪电三维定位方法，可以但不限于应用于图5所示的电子设备，具体的流程，请参考图6，闪电三维定位方法包括：s101、s102、s103、s104、s105、s106、s107以及s108，具体阐述如下。
56.s101，对第一采集结果和第二采集结果进行余弦平面修正，以获取对应的第一修正结果和第二修正结果。
57.其中，第一采集结果包括第一干涉仪对目标闪电进行定位所采集到的方位角和俯仰角，第二采集结果包括第二干涉仪对目标闪电进行定位所采集到的方位角和俯仰角，第一修正结果与第一采集结果对应，第二修正结果与所述第二采集结果对应。
58.可选地，对于s101中的内容，本技术实施例还提供了一种可能的实现方式，请参考下文，s101包括：s101-1、s101-2以及s101-3，具体阐述如下。
59.s101-1，获取第一倾斜角度和第二倾斜角度。
60.其中，第一倾斜角度为第一干涉仪的余弦平面与水平面之间的倾斜角度，第二倾斜角度为第二干涉仪的余弦平面与水平面之间的倾斜角度。
61.可选地，可以通过计算余弦平面与水平面的法向量夹角获取干涉仪的余弦平面与水平面之间的倾斜角度。
62.s101-2，基于第一倾斜角度对第一采集结果进行坐标旋转，完成余弦平面修正，以
得到第一修正结果。
63.s101-3，基于第二倾斜角度对第二采集结果进行坐标旋转，完成余弦平面修正，以得到第二修正结果。
64.应理解，通过三维坐标旋转以实现误差修正，称为余弦平面修正。
65.s102，基于第一干涉仪和第二干涉仪之间的经纬度差异信息，对第一修正结果进行归一化坐标修正，获取第一初步定位结果。
66.其中，第一初步定位结果包括第一干涉仪对应的修正后方位角和修正后俯仰角。
67.可选地，对于s102中的内容，本技术实施例还提供了一种可能的实现方式，请参考下文，s102包括：s102-1和s102-2，具体阐述如下。
68.s102-1，基于经纬度差异信息确定旋转角度信息。
69.s102-2，基于旋转角度信息将第一干涉仪的余弦平面旋转至第二干涉仪的坐标系中，以得到第一修正结果旋转后的信息，作为第一初步定位结果。
70.应理解，在旋转第一干涉仪的坐标系后，使得第一干涉仪具有与第二干涉仪相同的北向和天顶，称为归一化坐标修正。
71.应理解，在第一采集结果和第二采集结果表示为其中，k为1时表示第一采集结果，k为2时表示第二采集结果。
72.经过余弦平面修正和归一化坐标修正后的二维定位结果，第一初步定位结果和第二初步定位结果表示为(azk,elk),＝1,2，其中，k为1时表示第一初步定位结果，k为2时表示第二初步定位结果。第二初步定位结果与第二修正结果相同。
73.s103，基于第一初步定位结果、第二初步定位结果以及预先配置的双站交汇三维定位算法，获取目标闪电对应的三维坐标信息。
74.请参考图7，图7为本技术实施例提供的双站交互三维定位算法的示意图。如图7所示，将经过余弦平面修正和归一化坐标修正后的二维定位结果，第一初步定位结果和第二初步定位结果表示为(azk,elk),＝1,2，放置在图7所示坐标系中，以站点a(站点a为第一干涉仪或第二干涉仪中的一个，站点b为第一干涉仪或第二干涉仪中的另一个)为坐标原点、ab在水平面上的投影为y轴。辐射源的三维位置由ad与bc两条射线的方向交汇得到，使得两条射线ad和bc之间的距离cd最短，辐射源s位于cd上，并满足(1)式：
[0075][0076]
则s点的三维坐标可以使用空间向量关系获得，以下是主要的推导过程：
[0077]
将每个线段的空间向量表示为：
[0078][0079]
然后利用空间向量关系可以从下公式中获取点s的坐标(x，y，z)：
[0080][0081][0082][0083][0084][0085]
d＝c1(a3b
1-a1b3)+c2(a2b
3-a3b2)+c3(a1b
2-a2b1)(8)
[0086][0087]
由于r3是共同垂线dc的模，双站干涉仪交汇定位算法以r3的值反映每组定位结果的误差，用于辐射源的匹配和定位结果的可靠性分析。
[0088]
s104，确定三维坐标信息对应的定位误差是否大于预设的误差阈值。若是，则执行s105；若否，则执行s108。
[0089]
应理解，三维坐标信息对应的定位误差为r3的值。其中，误差阈值例如为10米。
[0090]
若三维坐标信息对应的定位误差大于预设的误差阈值，则表示还需要进一步处理，此时执行s105；反之可以直接输出本次迭代得到的三维坐标信息确定为目标闪电的最终坐标信息。
[0091]
s105，确定重复迭代的次数是否超过预设的次数阈值。若是，则执行s108；若否，则执行s106。
[0092]
应理解，通过设置迭代的次数阈值(例如10次)，来保障方法的执行效率。
[0093]
s106，基于三维坐标信息、第一干涉仪的坐标信息以及第二干涉仪的坐标信息，分别获取第一干涉仪对应的第一误差角度信息和第二干涉仪对应的第二误差角度信息。
[0094]
s107，基于第一误差角度信息对第一初步定位结果进行误差消除，得到新的第一初步定位结果，基于第二误差角度信息对第二初步定位结果进行误差消除，得到新的第二
初步定位结果。
[0095]
应理解，在s107之后，返回迭代，重复执行s103及其后的步骤，重复基于第一初步定位结果、第二初步定位结果以及预先配置的双站交汇三维定位算法，获取目标闪电对应的三维坐标信息，直至三维坐标信息对应的定位误差小于或等于预设的误差阈值或者重复迭代的次数超过了预设的次数阈值，将最后一次迭代得到的三维坐标信息确定为目标闪电的最终坐标信息。
[0096]
s108，将三维坐标信息确定为目标闪电的最终坐标信息。
[0097]
如上文所述，将最后一次迭代得到的三维坐标信息确定为目标闪电的最终坐标信息。
[0098]
需要说明的是，由于干涉仪定位技术的基本原理是辐射源信号传输的平面波近似，是干涉仪定位的系统误差主要来源，导致定位结果显著偏离真实入射方向；干涉仪天线布局不同，误差的分布特征不同；系统误差的大小随辐射信号的入射方向周期性波动，在特定方向上存在极大值。因此，也是图7中两条射线无法准确相交r3值偏大的原因，而定位算法为了获取r3值较小的配对辐射源，往往出现错误匹配。好在，从另一个方面而言，由图7获取的辐射源s(x,y,z)是一个确定的位置，并且距离真实的辐射源发生位置同向且距离较近，在这样的情况下，平面波近似下用干涉法获取的定位结果的系统误差可以利用球面波模型计算得到。在这样的思想基础上，本技术提出了系统误差迭代修正算法，具体地，通过执行s106和s107后重复迭代。
[0099]
在此基础上，对于s106中的内容，本技术实施例还提供了一种可能的实现方式，请参考下文，s106包括：s106-1、s106-2、s106-3以及s106-4，具体阐述如下。
[0100]
s106-1，基于三维坐标信息和第一干涉仪的坐标信息确定第一干涉仪对应的第一校正角度信息，其中，第一校正角度信息包括用于校正第一干涉仪的方位角信息和俯仰角信息。
[0101]
可选地，si(x,y,z)表示第i次迭代后的辐射源位置对应的三维坐标信息，即闪电对应的三维坐标信息。
[0102]
s106-2，基于三维坐标信息和第二干涉仪的坐标信息确定第二干涉仪对应的第一校正角度信息，其中，第二校正角度信息包括用于校正第二干涉仪的方位角信息和俯仰角信息。
[0103]
应理解，基于si(x,y,z)和第一干涉仪、第二干涉仪的线布局的几何中心(坐标信息中的一种)可以获取第一校正角度信息和第二校正角度信息。
[0104]
需要说明的是，在双站交汇三维定位算法中，干涉仪定位原理是采用平面波模型，获取的是闪电发生的方位角和俯仰角(az，el)，平面波模型是有误差的，高频信号的真实传播是球面波模型；双站交汇技术本身建立在信号球面传播的基础上，因此，双站交汇技术本身是不可能得到准确的三维位置，因为两个干涉仪各自的方位角和俯仰角(az，el)有误差；但是经过前两种误差修正后交汇获取的si(x,y,z)已经距离真实位置s(x,y,z)较近，平面波模型造成的误差可以用球面波模型计算出来，迭代过程是一个由估计位置向真实位置逐渐逼近的过程。通过si(x,y,z)反向推导出来的俯仰角和方位角与前面的初步定位结果会有出入的原因是：干涉仪定位(az，el)的计算是平面波模型，si(x,y,z)的计算是球面波模型，误差估计(δaz，δel)是由si(x,y,z)在球面波模型下的方位角、仰角与平面波模型下
(az，el)的差值，si(x,y,z)只是在不断接近真实位置s，误差估计(δaz，δel)也始终由于不断逼近真实位置的原因在减小。
[0105]
s106-3，基于第一校正角度信息和第一初步定位结果确定第一误差角度信息。
[0106]
可选地，获取第一校正角度信息中的方位角信息与第一初步定位结果中的方位角信息的差，作为第一误差角度信息中的方位角信息，获取第一校正角度信息中的俯仰角信息与第一初步定位结果中的俯仰角信息的差，作为第一误差角度信息中的俯仰角信息。
[0107]
s106-4，基于第二校正角度信息和第二初步定位结果确定第一误差角度信息。
[0108]
可选地，获取第二校正角度信息中的方位角信息与第二初步定位结果中的方位角信息的差，作为第二误差角度信息中的方位角信息，获取第二校正角度信息中的俯仰角信息与第二初步定位结果中的俯仰角信息的差，作为第二误差角度信息中的俯仰角信息。
[0109]
在此基础上，执行s107，基于第一误差角度信息对第一初步定位结果进行误差消除，得到新的第一初步定位结果，基于第二误差角度信息对第二初步定位结果进行误差消除，得到新的第二初步定位结果。
[0110]
可选地，第一干涉仪的采样点数量为第一数量(例如36个采样点)，第二干涉仪的采样点数量为第二数量(例如80个采样点)，第一数量与第二数量由第一干涉仪和第二干涉仪中相对低的采样率决定。
[0111]
本技术基于对单站干涉仪定位的系统误差来源的细致分析，提出一种基于系统误差迭代修正的双站干涉仪定位方法，进行余弦平面修正、归一化坐标修正以及双站交汇-迭代修正的双站干涉仪定位方法，能够在极大程度上消除干涉仪定位的系统误差的影响，显著提升双站干涉仪定位系统的定位精度，三维定位精度优于10米。
[0112]
综上所述，本技术实施例示例提供了一种闪电三维定位方法，包括：对第一采集结果和第二采集结果进行余弦平面修正，以获取对应的第一修正结果和第二修正结果；基于第一干涉仪和第二干涉仪之间的经纬度差异信息，对第一修正结果进行归一化坐标修正，获取第一初步定位结果；基于第一初步定位结果、第二初步定位结果以及预先配置的双站交汇三维定位算法，获取目标闪电对应的三维坐标信息；在三维坐标信息对应的定位误差小于或等于预设的误差阈值的情况下，将三维坐标信息确定为目标闪电的最终坐标信息，能够在极大程度上消除干涉仪定位的系统误差的影响，显著提升双站干涉仪定位系统的定位精度。
[0113]
请参阅图8，图8为本技术实施例提供的一种闪电三维定位装置，可选的，该闪电三维定位装置被应用于上文所述的电子设备。
[0114]
闪电三维定位装置包括：处理单元201和输出单元202。
[0115]
处理单元201，用于对第一采集结果和第二采集结果进行余弦平面修正，以获取对应的第一修正结果和第二修正结果；
[0116]
其中，第一采集结果包括第一干涉仪对目标闪电进行定位所采集到的方位角和俯仰角，第二采集结果包括第二干涉仪对目标闪电进行定位所采集到的方位角和俯仰角，第一修正结果与第一采集结果对应，第二修正结果与第二采集结果对应；
[0117]
处理单元201还用于基于第一干涉仪和第二干涉仪之间的经纬度差异信息，对第一修正结果进行归一化坐标修正，获取第一初步定位结果，其中，第一初步定位结果包括第一干涉仪对应的修正后方位角和修正后俯仰角；
[0118]
处理单元201还用于基于第一初步定位结果、第二初步定位结果以及预先配置的双站交汇三维定位算法，获取目标闪电对应的三维坐标信息，其中，第二初步定位结果与第二修正结果相同；
[0119]
输出单元202，用于在三维坐标信息对应的定位误差小于或等于预设的误差阈值的情况下，将三维坐标信息确定为目标闪电的最终坐标信息。
[0120]
处理单元201还用于在三维坐标信息对应的定位误差大于预设的误差阈值的情况下，基于三维坐标信息、第一干涉仪的坐标信息以及第二干涉仪的坐标信息，分别获取第一干涉仪对应的第一误差角度信息和第二干涉仪对应的第二误差角度信息；基于第一误差角度信息对第一初步定位结果进行误差消除，得到新的第一初步定位结果，基于第二误差角度信息对第二初步定位结果进行误差消除，得到新的第二初步定位结果；重复基于第一初步定位结果、第二初步定位结果以及预先配置的双站交汇三维定位算法，获取目标闪电对应的三维坐标信息，直至三维坐标信息对应的定位误差小于或等于预设的误差阈值或者重复迭代的次数超过了预设的次数阈值；
[0121]
输出单元202用于将最后一次迭代得到的三维坐标信息确定为目标闪电的最终坐标信息。
[0122]
可选地，处理单元201可以执行上述的s101-s107，输出单元202可以执行上述的s108。
[0123]
需要说明的是，本实施例所提供的闪电三维定位装置，其可以执行上述方法流程实施例所示的方法流程，以实现对应的技术效果。为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考上述的实施例中相应内容。
[0124]
本技术实施例还提供了一种存储介质，该存储介质存储有计算机指令、程序，该计算机指令、程序在被读取并运行时执行上述实施例的闪电三维定位方法。该存储介质可以包括内存、闪存、寄存器或者其结合等。
[0125]
下面提供一种电子设备，可以是上述的第一干涉仪或第二干涉仪中的任意一个，也可以是与第一干涉仪和第二干涉仪通信连接的终端设备，例如服务器、电脑以及手机等等。该电子设备如图5所示，可以实现上述的闪电三维定位方法；具体的，该电子设备包括：处理器10，存储器11、总线12。处理器10可以是cpu。存储器11用于存储一个或多个程序，当一个或多个程序被处理器10执行时，执行上述实施例的闪电三维定位方法。
[0126]
以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。
[0127]
对于本领域技术人员而言，显然本技术不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本技术的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本技术。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本技术的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本技术内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

技术特征：
1.一种闪电三维定位方法，其特征在于，所述方法包括：对第一采集结果和第二采集结果进行余弦平面修正，以获取对应的第一修正结果和第二修正结果；其中，所述第一采集结果包括第一干涉仪对目标闪电进行定位所采集到的方位角和俯仰角，所述第二采集结果包括第二干涉仪对目标闪电进行定位所采集到的方位角和俯仰角，所述第一修正结果与所述第一采集结果对应，所述第二修正结果与所述第二采集结果对应；基于所述第一干涉仪和所述第二干涉仪之间的经纬度差异信息，对所述第一修正结果进行归一化坐标修正，获取第一初步定位结果，其中，所述第一初步定位结果包括所述第一干涉仪对应的修正后方位角和修正后俯仰角；基于所述第一初步定位结果、第二初步定位结果以及预先配置的双站交汇三维定位算法，获取所述目标闪电对应的三维坐标信息，其中，所述第二初步定位结果与所述第二修正结果相同；在所述三维坐标信息对应的定位误差小于或等于预设的误差阈值的情况下，将所述三维坐标信息确定为所述目标闪电的最终坐标信息。2.如权利要求1所述的闪电三维定位方法，其特征在于，在所述三维坐标信息对应的定位误差大于预设的误差阈值的情况下，所述方法还包括：基于所述三维坐标信息、所述第一干涉仪的坐标信息以及所述第二干涉仪的坐标信息，分别获取所述第一干涉仪对应的第一误差角度信息和所述第二干涉仪对应的第二误差角度信息；基于所述第一误差角度信息对第一初步定位结果进行误差消除，得到新的第一初步定位结果，基于所述第二误差角度信息对第二初步定位结果进行误差消除，得到新的第二初步定位结果；重复基于所述第一初步定位结果、所述第二初步定位结果以及预先配置的双站交汇三维定位算法，获取所述目标闪电对应的三维坐标信息，直至所述三维坐标信息对应的定位误差小于或等于预设的误差阈值或者重复迭代的次数超过了预设的次数阈值，将最后一次迭代得到的三维坐标信息确定为所述目标闪电的最终坐标信息。3.如权利要求2所述的闪电三维定位方法，其特征在于，所述基于所述三维坐标信息、所述第一干涉仪的坐标信息以及所述第二干涉仪的坐标信息，分别获取所述第一干涉仪对应的第一误差角度信息和所述第二干涉仪对应的第二误差角度信息的步骤，包括：基于所述三维坐标信息和所述第一干涉仪的坐标信息确定所述第一干涉仪对应的第一校正角度信息，其中，所述第一校正角度信息包括用于校正所述第一干涉仪的方位角信息和俯仰角信息；基于所述三维坐标信息和所述第二干涉仪的坐标信息确定所述第二干涉仪对应的第一校正角度信息，其中，所述第二校正角度信息包括用于校正所述第二干涉仪的方位角信息和俯仰角信息；基于所述第一校正角度信息和所述第一初步定位结果确定所述第一误差角度信息；基于所述第二校正角度信息和所述第二初步定位结果确定所述第一误差角度信息。4.如权利要求1所述的闪电三维定位方法，其特征在于，所述对第一采集结果和第二采
集结果进行余弦平面修正，以获取对应的第一修正结果和第二修正结果的步骤，包括：获取第一倾斜角度和第二倾斜角度；其中，所述第一倾斜角度为所述第一干涉仪的余弦平面与水平面之间的倾斜角度，所述第二倾斜角度为所述第二干涉仪的余弦平面与水平面之间的倾斜角度；基于所述第一倾斜角度对所述第一采集结果进行坐标旋转，完成余弦平面修正，以得到所述第一修正结果；基于所述第二倾斜角度对所述第二采集结果进行坐标旋转，完成余弦平面修正，以得到所述第二修正结果。5.如权利要求1所述的闪电三维定位方法，其特征在于，所述基于所述第一干涉仪和所述第二干涉仪之间的经纬度差异信息，对所述第一修正结果进行归一化坐标修正，获取第一初步定位结果的步骤，包括：基于所述经纬度差异信息确定旋转角度信息；基于所述旋转角度信息将所述第一干涉仪的余弦平面旋转至所述第二干涉仪的坐标系中，以得到所述第一修正结果旋转后的信息，作为所述第一初步定位结果。6.如权利要求1所述的闪电三维定位方法，其特征在于，所述第一干涉仪的采样点数量为第一数量，所述第二干涉仪的采样点数量为第二数量，所述第一数量与所述第二数量由所述第一干涉仪和所述第二干涉仪中相对低的采样率决定。7.一种闪电三维定位装置，其特征在于，所述装置包括：处理单元，用于对第一采集结果和第二采集结果进行余弦平面修正，以获取对应的第一修正结果和第二修正结果；其中，所述第一采集结果包括第一干涉仪对目标闪电进行定位所采集到的方位角和俯仰角，所述第二采集结果包括第二干涉仪对目标闪电进行定位所采集到的方位角和俯仰角，所述第一修正结果与所述第一采集结果对应，所述第二修正结果与所述第二采集结果对应；所述处理单元还用于基于所述第一干涉仪和所述第二干涉仪之间的经纬度差异信息，对所述第一修正结果进行归一化坐标修正，获取第一初步定位结果，其中，所述第一初步定位结果包括所述第一干涉仪对应的修正后方位角和修正后俯仰角；所述处理单元还用于基于所述第一初步定位结果、第二初步定位结果以及预先配置的双站交汇三维定位算法，获取所述目标闪电对应的三维坐标信息，其中，所述第二初步定位结果与所述第二修正结果相同；输出单元，用于在所述三维坐标信息对应的定位误差小于或等于预设的误差阈值的情况下，将所述三维坐标信息确定为所述目标闪电的最终坐标信息。8.如权利要求7所述的闪电三维定位装置，其特征在于，所述处理单元还用于在所述三维坐标信息对应的定位误差大于预设的误差阈值的情况下，基于所述三维坐标信息、所述第一干涉仪的坐标信息以及所述第二干涉仪的坐标信息，分别获取所述第一干涉仪对应的第一误差角度信息和所述第二干涉仪对应的第二误差角度信息；基于所述第一误差角度信息对第一初步定位结果进行误差消除，得到新的第一初步定位结果，基于所述第二误差角度信息对第二初步定位结果进行误差消除，得到新的第二初步定位结果；重复基于所述第一初步定位结果、所述第二初步定位结果以及预先配置的双站交汇三维定位算法，获取所
述目标闪电对应的三维坐标信息，直至所述三维坐标信息对应的定位误差小于或等于预设的误差阈值或者重复迭代的次数超过了预设的次数阈值；所述输出单元用于将最后一次迭代得到的三维坐标信息确定为所述目标闪电的最终坐标信息。9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-6中任一项所述的方法。10.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器和存储器，所述存储器用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述处理器执行时，实现如权利要求1-6中任一项所述的方法。

技术总结
本申请提出一种闪电三维定位方法、装置、存储介质及电子设备，包括：对第一采集结果和第二采集结果进行余弦平面修正，以获取对应的第一修正结果和第二修正结果；基于第一干涉仪和第二干涉仪之间的经纬度差异信息，对第一修正结果进行归一化坐标修正，获取第一初步定位结果；基于第一初步定位结果、第二初步定位结果以及预先配置的双站交汇三维定位算法，获取目标闪电对应的三维坐标信息；在三维坐标信息对应的定位误差小于或等于预设的误差阈值的情况下，将三维坐标信息确定为目标闪电的最终坐标信息，能够在极大程度上消除干涉仪定位的系统误差的影响，显著提升双站干涉仪定位系统的定位精度。的定位精度。的定位精度。


技术研发人员：范祥鹏 张彤 赵果 李亚珺
受保护的技术使用者：中国科学院西北生态环境资源研究院
技术研发日：2023.06.25
技术公布日：2023/9/25