博碩士論文 105623001 詳細資訊




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姓名 吳鎮宇(Chen-Yu Wu)  查詢紙本館藏   畢業系所 太空科學研究所
論文名稱 閃電定位系統誤差模擬與比對
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摘要(中) 中壢特高頻雷達站在民國101年增設了一套干涉天線陣列,本實驗使用此陣列進行閃電觀測。由於閃電柱具有高電子濃度的特性,因此會反射干涉天線所發射的電磁波,回波到達干涉陣列的各個接收天線的路程差,會由於十字型的擺設而有所不同,藉此可以得到閃電柱在三維空間中的座標參數,進而得到閃電在三維空間中的結構。氣象局是用TOA(Time Of Arrival)的方法進行閃電定位,以往在用TOA方法進行演算時通常只有考慮GPS測時誤差,但實際上還有許多因素會影響誤差,本研究將眾多影響因素包含傳播速度、地球曲率、高度項,建立一個新的誤差模擬模型。
本實驗之目的是將氣象局的定位資料與中壢特高頻的定位資料進行比對,希望能達到校驗氣象局的定位誤差的效果。若考慮在偵測閃電機制演算法上的差異,將定義兩系統觀測到同一筆閃電的標準放寬至閃電持續時間(0.3秒),兩系統的距離差與誤差模擬的結果有了較合理的差距。
利用新的誤差模擬模型,分析不同套閃電定位系統的定位精準度,並且分析氣象局現有站址,發現在佈站上,台灣西部與台灣東部有分佈不均之情形,經模擬後發現加入花蓮以及台東站後會有較好的定位精準度。
摘要(英) The Chung-Li VHF Radar Station set up an interferometric antenna array in the Republic of China in 2012. This paper uses this array for lightning observation. Due to the high electron concentration characteristics of the lightning channel, it reflects the electromagnetic waves emitted by the transmitter. The wave path difference of the echo arriving at each receiving antenna will be different due to the cross-shaped arrangement, so that the coordinate parameter of the lightening channel in the three-dimensional space can be obtained, and then the lightning structure in the three-dimensional space can be known.
The Bureau of Meteorology uses the Time Of Arrival (TOA) method to locate lightning. In the past, when the TOA method was used to locate the location, only the GPS timing error was considered. However, there are actually many factors that affect the error. Therefore, a new model, which considers all error terms needs to be established.
The purpose of this experiment is to compare the locating data of the Bureau of Meteorology with the locating data of Cung-Li VHF radar, hoping to achieve the effect of verifying the locating error of the Bureau of Meteorology. However, there is still a certain gap between the comparison results of the two systems and the simulation results. If one considers the difference in the lightning detection mechanism, the criteria for both systems observing the same lightning will be redefined and the time criteria will be relaxed to 0.3 seconds (lightning event duration). After redefining the criteria, the distance difference between the two systems has a reasonable gap with the error simulation results.
Using the new error simulation model to analyze the locating accuracy of different sets of lightning location systems, and to analyze the current site of the Bureau of Meteorology, it was found that there was an uneven distribution in the western part of Taiwan and eastern Taiwan. After the simulation, it was found that adding Hualien, Taitung Station will have a better locating accuracy.
關鍵字(中) ★ 閃電
★ 雷達干涉法
★ 時間差法
★ 誤差模擬
★ 線性球面模型
關鍵字(英) ★ lightning
★ interferometry
★ time-of-arrival
★ error simulation
★ linear sperical method
論文目次 摘要 ii
Abstact iii
致謝 iv
圖目錄 ix
表目錄 xiii
第一章、前言 1
1.1研究動機及文獻回顧 1
1.2 中壢特高頻雷達系統簡介 3
第二章、閃電基礎理論 9
2.1閃電成因 9
2.2 閃電回波雷達方程式 13
第三章、被動式定位理論與誤差模擬 16
3.1 被動式定位理論介紹 16
3.1.1 磁測向法(MDF) 16
3.1.2 時差法(TOA) 19
3.2氣象局定位系統介紹 21
3.3 定位誤差模擬 24
3.3.1 定位網幾何結構的影響 27
3.3.2異質傳播的影響 30
3.3.3地球曲率的影響 36
3.3.4 輻射源高度項的影響 42
3.3.5 模型精細的影響程度 49
第四章、主動式閃電偵測方法建立 53
4.1 相關函數分析 53
4.2主動式閃電訊號篩選 55
4.2.1 被動式訊號門檻制定 58
4.2.2 主動式訊號門檻制定 61
4.2.3 飛機、低層大氣訊號門檻制定 65
4.3 閃電通道之三維定位 67
4.3.1干涉方程式推導 68
4.3.2 系統相位差校正 76
4.3.3相位混淆處理 77
4.4 閃電之三維定位 81
4.5 閃電事件分析 84
五、各系統定位結果比較與討論 91
5.1 中壢VHF雷達定位系統與氣象局定位系統定位結果比較 91
5.2 定位結果討論 98
5.3 氣象風險公司定位系統模擬 101
5.4 測站分布不均的影響 103
六、結論與未來展望 107
6.1 結論 107
6.2 未來展望 109
參考文獻 110
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(19). Source: Retrieved Apirl 11, 2018, from https://www.weatherrisk.com/index.php/news-media/media/3246-2017-07-17-16-01
指導教授 朱延祥(Yen-Hsyang Chu) 審核日期 2018-7-24
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