【摘 要】
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雷电是较为危险的一种自然灾害,严重时会对我们人身安全及财产构成威胁。随着社会对电力需求的日渐增大,输电线路数量和覆盖面也随之增多变广,极易受到雷击的破坏,导致电力系统瘫痪,于是快速精准地确定雷电位置尤为重要。雷电爆发伴随着丰富的甚低频（VLF）信号的产生,定位雷电的位置可看成定位VLF信号源的位置。在两条不同的VLF信号传播大圆路径中,由于VLF信号受电离层的各向异性、地面电导率不同的影响,即使传
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雷电是较为危险的一种自然灾害,严重时会对我们人身安全及财产构成威胁。随着社会对电力需求的日渐增大,输电线路数量和覆盖面也随之增多变广,极易受到雷击的破坏,导致电力系统瘫痪,于是快速精准地确定雷电位置尤为重要。雷电爆发伴随着丰富的甚低频（VLF）信号的产生,定位雷电的位置可看成定位VLF信号源的位置。在两条不同的VLF信号传播大圆路径中,由于VLF信号受电离层的各向异性、地面电导率不同的影响,即使传播距离相同,信号传播的相位和相速也不同;在每天不同的时间,VLF的相位和相速也不同,另外,不同的季节,即使相同的时间,相位和相速也不相同。如果仅仅使用光速作为VLF信号的传播速度,雷电定位将会产生误差,特别是传播距离较远的情况,误差会更大。因此,本文根据VLF信号在地-电离层构成的波导空间中的传播模型,提出了一种基于“全波”波导模理论与改进后的果蝇优化算法（MFOA）的雷电定位修正技术。本文的主要工作安排如下:（1）针对如何有效修正VLF信号传播速度的问题,构建了一种适合VLF信号传播的波导模型。通过对VLF信号的特点和传播特性的分析,确定了VLF信号在地-电离层波导中的传播类型,进而构建波导模型,修正了VLF信号的传播速度。（2）针对VLF波导模场的WKB近似解计算过程中并未进行VLF相速计算的问题,提出了基于“全波”波导模理论计算相速的方法。通过分段数值积分的方法,推导出整段传播路径的函数式,进而推导出近场区、远场区及波导区的相速求解公式,然后利用Visual Studio编写的数值计算程序,计算出平均相速的准确值。计算结果表明,修正后的相速更为准确。（3）针对雷电定位算法易于陷入局部最优和迭代次数较多的问题,提出了改进后的果蝇优化算法（MFOA）。通过在FOA算法中加入自适应步长、松弛因子,改进了FOA算法中的不足。仿真结果表明,MFOA算法有效解决了算法陷入局部最优和迭代次数多的问题。通过实例仿真和分析表明,雷电脉冲信号传播速度经过VLF“全波”波导模的方法修正后,代入MFOA算法,求出雷电的位置坐标,与真实的雷电位置坐标之间的距离在误差范围内,且误差相对较小,证明了本文修正方法的有效性和实用性。
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