scholarly journals A New Hybrid Algorithm to Image Lightning Channels Combining the Time Difference of Arrival Technique and Electromagnetic Time Reversal Technique

2021 ◽  
Vol 13 (22) ◽  
pp. 4658
Author(s):  
Fengquan Li ◽  
Zhuling Sun ◽  
Mingyuan Liu ◽  
Shanfeng Yuan ◽  
Lei Wei ◽  
...  

Very-high-frequency (VHF) electromagnetic signals have been well used to image lightning channels with high temporal and spatial resolution due to their capability to penetrate clouds. A lightning broadband VHF interferometer with three VHF antennas configured in a scalene-triangle shape has been installed in Lhasa since 2019, to detect the lightning VHF signals. Using the signals from the VHF interferometer, a new hybrid algorithm, called the TDOA-EMTR technique, combining the time difference of arrival (TDOA) and the electromagnetic time reversal (EMTR) technique is introduced to the image the two-dimensional lightning channels. The TDOA technique is firstly applied to calculate the initial solutions for the whole lightning flash. According to the results by the TDOA method, the domain used for the EMTR technique is predetermined, and then the EMTR technique is operated to obtain the final positioning result. Unlike the original EMTR technique, the low-power frequency points for each time window are removed based on the FFT spectrum. Metrics used to filter noise events are adjusted. Detailed imaging results of a negative cloud-to-ground (CG) lightning flash and an intra-cloud (IC) lightning flash by the TDOA method and the TDOA-EMTR are presented. Compared with the original EMTR method, the positioning efficiency can be improved by more than a factor of 3 to 4, depending on the scope of the pre-determined domain. Results show that the new algorithm can obtain much weaker radiation sources and simultaneously occurring sources, compared with the TDOA method.

Author(s):  
Andrey Dudnik

Актуальність теми дослідження. Нині безпровідні сенсорні мережі є важливим інструментом для дослідження фізичного світу. Їхня важливість пов’язана з новими можливостями використання, завдяки таким характеристикам, як відсутність необхідності в кабельній інфраструктурі, мініатюрних вузлах, низькому енергоспоживанні, вбудованому радіоінтерфейсі, досить високій потужності передачі, відносно низькій вартості. Тому існує проблема створення нових засобів, що покращили б ефективність їх використання, що б дало змогу розширити сфери застосування. Постановка проблеми. У процесі розроблення таких систем розробникам доводиться вирішувати суперечність між зниження точності вимірювання відстані, зі зростанням дальності розташування об’єктів, обмеженою потужністю передавачів і дорогою вартістю спеціальних вузлів, що отримують точні координати із супутника. Наявність цих обмежень підвищує імовірність похибок при локалізації об’єктів у безпровідних сенсорних мережах. Аналіз останніх досліджень і публікацій. Були розглянуті останні публікації у відкритому доступі, включаючи існуючі алгоритми вимірювання відстані та задачі енергоефективності передавачів. Виділення недосліджених раніше частин загальної проблеми. Підвищення точності вимірювання відстані заобів, що використовують існуючі алгоритми вимірювання відстані. Постановка завдання. Удосконалення методу вимірювання відстані пристроями безпровідних сенсорних мереж, шляхом застосування мікропроцесорних фазометрів. Виклад основного матеріалу. Локалізація об’єктів відбувається за допомогою методу TDOA (Time Difference of Arrival). Дані, що були одержані після використання цього методу, надсилаються до мікропроцесорного фазометра, який визначає період між фазами радіо- та ультразвукового сигналу, що є пропорційною величиною до відстані між об’єктами. Висновки відповідно до статті. Запропонований метод дозволяє покращити точність процесу локалізації об’єктів у безпровідних сенсорних мережах.


Author(s):  
Ivo Muursepp ◽  
Marika Kulmar ◽  
Osama Elghary ◽  
Muhammad Mahtab Alam ◽  
Tao Chen ◽  
...  

Author(s):  
Hugo Seute ◽  
Cyrille Enderli ◽  
Jean-Francois Grandin ◽  
Ali Khenchaf ◽  
Jean-Christophe Cexus

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document