1.一种三维闪电定位方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤一、对甚低频闪电磁场探测设备接收到的数据进行读取和预处理,得到闪电磁场脉冲时域信号,时间信息,以及测站坐标信息;
步骤二、对闪电信号进行识别;
将脉冲时域信号进行归一化处理,并计算每个脉冲的半峰宽度,然后对每个脉冲进行频谱分析;筛选出符合闪电特征的脉冲信号;
步骤三、三维闪电定位;
通过最优互相关和时差法对闪电脉冲进行三维定位,得到闪电定位信息;
步骤四、使用蒙特卡洛法和空间精度控制法对闪电定位结果进行验证,剔除误差大于设定阈值的结果;
步骤五、闪电类型分类和回击电流反演,生成闪电定位数据。
2.根据权利要求1所述三维闪电定位方法,其特征在于,所述步骤二中计算半峰宽度的方法为:以每个脉冲峰值为中心,取100微秒的时间窗口,将脉冲时域信号插值到0.1微秒,计算脉冲的半峰宽度。
3.根据权利要求2所述三维闪电定位方法,其特征在于,所述步骤二中闪电信号的识别标准为:
归一化幅值大于0.05;
半峰宽度小于7微秒;
频谱宽度横跨5kHz‑500KHz;
20微秒的时间窗口内,脉冲个数少于4个。
4.根据权利要求3所述三维闪电定位方法,其特征在于,所述三维闪电定位的具体步骤为:提取首先触发的测站的闪电脉冲波形,对于每一个闪电脉冲,用三角形法则计算出其他测站对应的磁场信号时段;
将所有测站相对应的时段插值到0.1微秒,计算并查询出互相关最大的闪电脉冲波形;
以脉冲峰值为中心,将时间窗口扩展到300微秒,计算各个测站波形之间的相关系数,当相关系数大于0.5时,则属于同一脉冲;
按照如下公式计算出闪电脉冲发生时刻及其坐标位置的初值;
其中,x,y,z,t为闪电的坐标和发生时间,xi,yi,zi,ti为各测站的坐标以及闪电电磁脉冲到达测站的时间,c为电磁波传播速度,L是脉冲和测站间的距离,基于信赖域迭代法,计算出闪电脉冲的发生时刻和空间位置;
分别选取第二个到最后一个触发的测站,提取其中的闪电脉冲波形,重复上述步骤。
5.根据权利要求4所述三维闪电定位方法,其特征在于,对闪电定位结果进行验证的蒙特卡洛法具体步骤为:
计算出闪电电磁脉冲传播到各测站的时间;
在计算出的时间上增加随机误差;
基于修改叠加随机误差的时间,重新计算闪电的空间位置;
对比第一次定位得到的和重新计算得到的闪电位置,计算两者之间的差,即空间误差,剔除误差大于设定阈值的定位点。
6.根据权利要求4所述三维闪电定位方法,其特征在于,对闪电定位结果进行验证的空间精度控制法具体步骤为:
计算电磁波从定位点到各个测站所需的时间;
在每个定位点周边设置固定半径的圆,计算电磁波从圆上的任意点到各个测站的时间;
对比两组时间,当两者误差小于等于1微秒,则进行剔除。
7.根据权利要求5所述三维闪电定位方法,其特征在于,闪电类型分类过程中将闪电脉冲分为地闪回击脉冲、地闪云内脉冲和云闪脉冲。
8.根据权利要求6所述三维闪电定位方法,其特征在于,闪电类型分类的具体步骤为:对闪电进行聚类,距离在50km以内,并且发生时间在1s以内的脉冲认为属于同一次闪电;
当一次闪电中至少有一个脉冲高度距离地面不到1km时,认为是地闪,其中,高度距地面小于1km的脉冲是地闪回击脉冲,高度在地面1km以上的是地闪云内脉冲;当一次闪电所有脉冲点都在地面1km以上时,认为是云闪;
当一次闪电被识别为地闪时,根据磁场波形的极性以及闪电相对于测站的方位,判断正负地闪。
9.根据权利要求7所述三维闪电定位方法,其特征在于,所述回击电流反演过程为:回击电流依据如下公式反演得到:其中,Bφ是磁场强度,i是回击电流大小,c为光速,d为测站到闪电距离,t为磁场脉冲峰值的时间,v是回击速度,μ0是磁导率。