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闪电信号模拟及闪电仪数据处理方法研究

作　者: 陈夺
导　师: 李文辉
学　校: 吉林大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 携带成像闪电仪噪声蒙特卡洛模拟闪电信号
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 60次
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内容摘要

闪电作为一种重要的自然现象,是积雨云中所发生的雷电交作的激烈放电现象,是唯一的代表大气对流强度的因子,同时也是利用空间技术探测深对流的重要手段。闪电仪数据结合其他对地观测数据,可以加深人类对海洋和陆地对流云层的认识,同时也是全球气象研究中有关雷暴和闪电分布的数据基础。认识了解闪电特性,高精度定位、分析闪电不仅对国民经济部门影响很大,而且对军事活动影响深远。同时对做好对流性天气预报,预防对流性天气的突然袭击,对防火、抗灾,保障国民经济和国防建设都有十分重要的意义。传统的对闪电的探测主要以地面探测为主,以闪电信号的波形特征识别闪电。随着卫星遥感技术的不断发展,国外已经开始利用飞机,卫星从光学角度对闪电进行观测,如美国NASA已利用U-2飞机测量云顶光谱最强的放射特性,美日合作发射了热带降雨测量卫星(TRMM),携带闪电成像仪(LIS)日夜观测闪电,取得了大量有用的数据。而我国这方面的研究几乎没有起步,随着我国卫星技术的飞速发展,利用卫星观测闪电技术已经成为了重点研究课题。我国新一代静止气象卫星风云四号闪电成像仪迫切需要解决闪电产品生成的算法,这些闪电产品将主要应用于我国暴雨、台风、冰雹等灾害性强对流天气的监测和预警。主要内容包括：(1)闪电辐射传输模拟计算。采用Boltzman传输理论,在辐射扩散的合理简化条件下,针对不同雷暴云的微物理和光学特性参数,开展闪电照亮云顶辐射强度的模拟计算,作为闪电产品生成算法的正演计算数据库；(2)闪电观测数据计算和处理方法,研究利用闪电成像仪获得的基本数据单元闪电事件Event,生成人们熟悉的闪电脉冲闪击Flash产品的方法；(3)高精度闪电地球定位方法,闪电地球定位就是要建立CCD焦平面探测单元行列与地球像元经纬度之间的对应关系,但是这种对应关系受到卫星平台摄动和闪电高度以及陆表高程等因素的影响,建立可靠的处理方法修正这些因素的影响；(4)闪电产品生成算法软件的运行试验,利用LIS的L1b数据和模拟数据,开展产品算法运行试验,检验算法软件的精度,完善算法及软件。本文就是在对国外在卫星搭载闪电仪探测闪电技术的深入分析和研究之后,结合我国的技术现状,努力探索改进空间,构建一个闪电仪数据处理系统。本文第一章首先介绍了卫星搭载闪电仪的背景和工作原理,然后介绍了构造闪电信号处理系统需要用到技术。第二章阐述闪电信号的模拟方法,在卫星上天之前,缺少真实的闪电信号数据,为了方便研究和实验,利用国外已经获得的数据信息,利用统计方法分析,得出闪电信号的生成特征。第三章利用蒙特卡洛模拟方法,模拟闪电光源的光子在云层中的辐射传输过程,最后证实了前面通过统计方法得出的闪电信号模拟方法的正确性。第四章阐述闪电影像中会存在的噪声,这些噪声的特征以及去除方法。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-13
  1.1 项目背景  10
  1.2 国内外研究现状  10-11
  1.3 本文主要研究的内容  11-13
第二章闪电信号模拟  13-21
  2.1 闪电仪探测闪电的基本流程  13-14
  2.2 闪电信号的物理特征  14-15
  2.3 闪电数据的统计参数  15-16
  2.4 随机闪电信号发生器  16-19
    2.4.1 分析分布函数  16-17
    2.4.2 闪电信号的模拟过程  17
    2.4.3 验证  17-18
    2.4.4 闪电信号模拟的不对称性  18-19
  2.5 LIS数据格式向GEO格式转换  19-21
    2.5.1 LIS格式与GEO格式的区别  19-20
    2.5.2 模拟GEO下的闪电信号  20-21
第三章辐射传输模拟  21-30
  3.1 蒙特卡洛模拟  21-22
  3.2 光子在云层中的辐射传输过程  22-23
  3.3 模型参数  23-24
  3.4 利用蒙特卡洛模型进行辐射传输模拟  24-30
第四章闪电仪数据处理  30-40
  4.1 像素水平滤波  31-34
  4.2 聚类算法  34-37
  4.3 闪光滤波  37-40
第五章总结和展望  40-43
参考文献  43-45
作者简介及在学期间所取得的科研成果  45-46
致谢  46

闪电信号模拟及闪电仪数据处理方法研究

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