NO851994L - Apparat for radio-retningsbestemmelse. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører posisjonsbestemmelse

av lynnedslag.

Lynnedslag forårsaker betydelig skade på elektriske in-stallasjoner og annen eiendom. Det er derfor av interesse for elektrisitetsforsyning og andre å vite posisjonen til slike nedslag, deres styrke og å kunne plotte bevegelse av elektriske stormer. Lynnedslag utsender kraftig radiofrekvent energi og radiopeileteknikker blir brukt til å lokalisere nedslagenes posisjon. Disse teknikker er av begrenset nøyaktighet og det er for-målet med oppfinnelsen å tilveiebringe et forbedret system for lokalisering av lynnedslag.

Radioutsendelse fra lyn har en toppenergi i frekvensområdet fra 5 til 6 kHz med en total båndbredde som strekker seg fra noen få Hz til flere hundre MHz. Radiopeilere for lyn har tradisjonelt arbeidet i spektralområdet fra 9 til 20 KHz siden slike frekvenser forplanter seg med minst dempning over store avstander.

På grunn av de begrensninger som påføres på grunn av den meget lange bølgelengden med slike frekvenser, er de eneste prak-tiske peileantenner som kan brukes, vertikale rammeantenner som vanligvis har et areal på en kvadratmeter eller mer. Vanligvis blir det brukt to slike rammer, anordnet ortogonalt slik at det horisontale magnetiske (H) feltet til en vertikalt polarisert

(E) feltbølge vil frembringe forskjellige spenninger proporsjo-nale med cosinus til bølgeretningens vinkel i forhold til plan-

et for hver ramme. Ved å dele én spenning med den andre får man tangens til bølgeretningsvinkelen i forhold til planet for én av rammene.

Selv om denne løsningen er utbredt, er den beheftet med to fundamentale feil. Disse er (a) at rammene også har direktivitet i vertikalretningene (elevasjon) såvel som i horisontalretningene (asimut) og at (b) når en bølge faller inn nær normalen til et rammeplan er den induserte spenning i denne rammen liten i forhold til den i den andre rammen og utsatt for støy og målefeil.

I virkeligheten er det derfor fire dødsoner på + 5° normalt til rammeplanene hvor systemet ikke kan brukes.

Begrensning (a) er den alvorligste ettersom det lenge har vært kjent at på grunn av den måte radiofrekvensen genereres på ved et lynnedslag og på grunn av ionosfæriske refleksjoner, er det ved en peileantenne tilstede horisontalpolariserte nedkommende bølger og at disse er grunnen til asimutretnings-feil på opptil 10° eller mer. Dette er den såkalte "polarisasjonsfeil".

Ifølge den foreliggende oppfinnelse er det tilveiebragt peileapparat for lynnedslag omfattende en antenneanordning som reagerer på vertikalt polarisert stråling for å tilveiebringe radiofrekvenssignaler som indikerer retningen til strålingskilden og en filteranordning for å disktriminere mot signaler fra antenneanordningen ved frekvenser over en forutbestemt frekvens som er valgt å tilsvare grensesekvensen for horisontalt polarisert stråling i jord-ionosfære-bølgelederen.

Det er blitt vist at ved lokalisering av lynnedslag ved hjelp av tidligere kjente radiopeile-teknikker, skyldes hoved-kilden til asimutretnings-feil forekomsten av horisontalt polariserte nedkommende bølgekomponenter som i samvirke med den vertikalt polariserte hovedbølgen frembringer feilspenninger i peile-rammene. Det er videre blitt vist at disse feil er systematiske og har grenseverdier på + 90°.

Radiobølgen fra et lynnedslag forplanter seg i rommet mellom jordoverflaten og den nedre overflate av ionosfæren. Den er således begrenset til å forplante seg i alle retninger radialt ut-over fra kilden i en bølgeleder dannet av jordoverflaten og ionosfæren. Denne bølgelederen er bare begrenset av disse to flatene og har derfor bare én grensebølgelengde som bestemmes av høyden av ionosfæren over jorden, som vanligvis er 80 km. Fra bølge-lederteorien er denne dimensjon den halve bølgelengden av den laveste sekvens som vil forplante seg gjennom bølgelederen og svarer til en frekvens på 1,875 KHz. Fordi begrensningen av bølgelederdimensjonen videre bare er i vertikalretningen, så ved-rører denne grensefrekvensen bare eventuelle horisontalt, polariserte komponenter i bølgen og den vertikalt polariserte komponent kan forplante seg fritt i alle retninger fra kilden.

Foreliggende oppfinnelse gjør bruk av den naturlige filtre-ringsvirkning som gjør at den horisontalt polariserte komponent av radiofrekvensbølgen som genereres av et lynnedslag, hovedsakelig er fraværende hvis peile-enhetens arbeidsfrekvens er lav nok i forhold til grense frekvensen for jord-ionosfære-bølgelederen.

På denne måten kan den såkalte polarisasjonsfeil hovedsakelig

elimineres.

I praksis varierer ionosfærens effektive høyde med års-tidene og tid på døgnet, men man har funnet at hvis den øvre frekvensgrense for mottagerutstyret holdes under omkring 2,6 kHz, så er dempningsvirkningen for den horisontalt polariserte komponent effektiv. I praksis kan filteranordningen være anordnet for å ha et passbånd fra omkring 1,4 kHz til 2,6 kHz. Et slikt arrangement tilveiebringer en forbedring i retningsnøyaktigheten i forhold til tidligere kjent utstyr som arbeider i området fra 9,5 til 10,5 kHz, med omkring 20:1.

Antenneanordningen har fortrinnsvis tre eller flere rammeantenner anordnet i vertikale plan, med minst to rammer i plan med andre vinkler enn ortogonale med en tredje ramme. Dette arrangement eliminerer de såkalte "dødsoner" ved begrensning (b) som er nevnt ovenfor. Fortrinnsvis er det tre rammeantenner i vertikalplan som er likt vinkelmessig fordelt. I dette tilfelle er det maksimale spenningsforhold mellom de to største signalene fra rammeantennene 2:1. Fortrinnsvis blir de tre sløyfespenning-ene brukt til å bestemme retningen til kilden, men det blir auto-matisk sørget for at den minste spenning aldri brukes som divisor eller multiplikator i retningsligningen. Selv når bølge-retningen er normal til planet for en ramme (noe som tilveiebringer null spenning i denne rammen) er på denne måten spenningene i de andre to rammene forholdsvis store og dødsonen opptrer ikke.

Vanligvis er rammeantennene i det ovenfor nevnte trigonale arrangement gjensidig posisjonert i forhold til hverandre for å minimalisere magnetisk kopling mellom to og to av rammeantennene. For dette formål kan hver ramme være posisjonert med sitt vertikalplan hovedsakelig tangensielt til hvert av de tre magnetfelter som frembringes av strømmer i hver av de andre rammene. Fortrinnsvis er vertikalplanet for hver ramme tangensiell med hvert av de nevnte felter ved ett kontaktpunkt som er forskjøvet fra rammens sentrum mot den ramme som frembringer det respektive felt.

Apparatet omfatter vanligvis en behandlingsenhet som fortrinnsvis er fysisk anbragt i en forutbestemt avstand fra antenneanordningen for å minimalisere magnetisk feltforstyrrelse ved antenneanordningen, og der er en respektiv antenneforsterker for å forsterke radiofrekvenssignalet fra hver rammeantenne og

en kabelanordning for å mate de forsterkede radiosignalene fra antenneanordningen til behandlingsenheten. Denne forutbestemte avstand bør være minst 50 meter.

Behandlingsenheten arbeider fortrinnsvis på en likespenning fra en modemenhet. Modemenheten er fortrinnsvis minst en halv kilometer fra antenneanordningen og nærmest den elektriske hoved-forsyning. Behandlingsenheten sender beregnede retningsdata til modemenheten for videresending til en sentral kontrollstasjon.

I en foretrukket utførelsesform omfatter antenneanordningen en ytterligere rammeantenne i et ikke vertikalt (fortrinnsvis horisontalt) plan, for å tilveiebringe et radiofrekvent signal som indikerer styrken av en eventuell horisontalt polarisert komponent i strålingen fra kilden.

Apparatet for lokalisering av en strålingskilde som omfatter minst to peileapparater som beskrevet, kan videre omfatte en sentral kontrollstasjon anordnet for å motta retningsdata fra de minst to peileapparatene og for fra disse å beregne posisjonen til strålingskilden og avstanden til kilden fra antenne-anordninge i hvert av peileapparatene, idet den sentrale kontrollstasjon videre mottar data fra det peileapparat som representerer den relative størrelse av en eventuelt horisontalt polarisert komponent i strålingen fra kilden som detekteres av den ytterliger rammeantenne, og som er anordnet for å kompensere for feil i den beregnede retning som stammer fra den horisontalt polariserte komponent.

Et eksempel på oppfinnelsen vil nå bli beskrevet under hen-visning til de vedføyde tegninger hvor: Figur 1 er et grunnriss av et trigonalt arrangement av rammeantenner for en peileantenne som benyttes i den foreliggende oppfinnelse; Figur 2 er en perspektivskisse sett ovenfra av antennen på figur 1; Figur 3 er et blokkskjema over en behandlingsenhet for ut-vikling og behandling av spenningssignaler utledet fra rammeantennene i en enkelt peilestasjon sammen med den tilhørende modemenhet; og Figur 4 er et blokkskjema over et lokaliseringssystem for lynnedslag som innbefatter tre peilestasjoner som hver er for-bundet med en sentral kontrollstasjon.

Det vises først til figur 1 og 2 hvor et antennesystem 8 med flere rammer er montert ved toppen av en stang 9. Stangen er laget av ikke-magnetisk, fortrinnsvis ikke-metallisk, materi-ale som f.eks. tre, for å minimalisere de magnetiske feltfor-styrrelser ved antennen. Antennen bør monteres på stangen i en høyde på omkring 5 meter over bakken. Antennen utgjøres av fire rammer. Tre rammer 10, 11 og 12 er montert i vertikalplan med lik vinkelavstand på en trekantformet ramme 13. De vertikale rammene er anbragt i forhold til hverandre som det best fremgår av figur 1, for å minimalisere den magnetiske kopling mellom hver ramme og de to andre. For dette formål er hver ramme anordnet i et plan tangensielt til det frie magnetiske felt som ville bli frembragt av en strøm som sirkulerer i hver av de andre rammene. På figur 1 er derfor ramme 10 vist tangensielt til flukslinje 15 som representerer det frie magnetiske felt fra ramme 11, og også tangensielt til flukslinjen 16 som representerer det frie magnetiske felt fra ramme 12. Man vil forstå at den magnetiske feltstyrke til det felt som genereres av enhver ramme avtar med avstanden bort fra vedkommende ramme. Punktet for tangensiell kontakt mellom flukslinjene 15 og 16 og rammens 10 plan er derfor ikke ved rammens 10 sentrale akse, men for-skjøvet bort fra aksen i retning mot den respektive ramme som genererer feltet. Den korrekte posisjonering av rammene i forhold til hverandre for å minimalisere magnetisk kopling mellom rammene, kan oppnås empirisk. I praksis blir kopling mellom rammene holdt så lav som - 65 dB.

I tillegg til de tre rammene i vertikalplanene har antennesystemet ved enden av stangen en horisontal ramme 14 anbragt sentralt i den trekantede bæreramme 13 for antennesystemet, og anordnet for å være i medianplanet til de tre vertikale rammene for igjen å tilveiebringe minimal magnetisk kopling mellom den horisontale ramme og hver av de vertikale rammene.

I et praktisk eksempel omfatter hver av de fire rammene 1000 vindinger med tråd på en form med diameter 0,56 m. Hver ramme er avstemt med en kapasitans på typisk 3.300 pF og er resistivt dempet til en Q-faktor på 0,67 med en shunt-motstand på typisk 18 k ohm. Midtfrekvensen for den avstemte ramme er 1,95 kHz. Hver av rammene er avskjermet mot elektriske felter og reagerer derfor bare på varierende magnetfelt.

For å oppnå mekanisk stabilitet og værsikring er rammene, formene og deres bærestruktur laget av glassforsterket plast.

Det vises nå til figur 3 hvor rammene 11 til 14 er illustrert skjematisk til venstre på tegningen. Fire antennefor-sterkere 20 til 23 forsterker spenningene A, B, C og L som induseres i hver av rammene. Forsterkerne 20 til 23 er anordnet på eller i umiddelbar nærhet av bærestangen for antennen og mater de forsterkede spenningssignaler over en skjermet fler-parkabel 24 til en behandlingsenhet anbragt ca. 100 meter fra antennen. Denne avstand mellom antennesystemet og behandlingsenheten er nødvendig for å dempe eventuelle falske signaler som genereres i behandlingsenheten og som ellers kunne nå antennesammenstil-lingen og frembringe feilaktige signalspenninger. Det er også nødvendig å holde massen av metallkabinettet til behandlingsenheten godt borte fra den umiddelbare nærhet av antennen for å unngå at falske, lyninduserte magnetfelter fra kabinettet skjær-er rammene.

I behandlingsenheten blir hver av de forsterkede antenne-ramme-spenningene som leveres på den skjermede fler-parkabelen først ført gjennom respektive aktive tilpassede filtre 25, 26,

27, 28 med senterfrekvens 2 kHz og en båndbredde på 1,2 kHz ved 90%-responsnivå. Filternes responsformer er tilnærmet rektangu-lær med sidehelninger på omkring 62 dB pr. kHz. De fire filterne for de fire signalene er nøyaktig tilpasset med hensyn til form og frekvensrespons til + eller - 2 deler av tusen.

De signaler som slipper gjennom filterne 25 til 27 og som svarer til de filtrerte utgangsspenninger fra de vertikale antenner, blir matet til respektive presisjonslikerettere 29, 30 og 31 som igjen mater respektive sample- og holde-integratorer 32, 33 og 34. Presisjonslikeretterne 29 til 31 og sample- og holde-integratorene 32 til 34 blir styrt av et styresignal fra en styrekrets 35 for å likerette og integrere signalene fra båndpassfilterne over en periode på 1,5 ms.

Samtidig blir det filtrerte signal fra den horisontale ramme synkront likerettet i hver av synkrone likerettere 36 til 38 ved sammenligning med fasen til signalet fra hver av de vertikale rammene utledet fra filterne 25, 26 og 27. De likerettede signaler fra de synkrone likerettere 36 til 38 blir så levert til respektive sample- og holde-integratorer 39, 40 og 41, idet likeretterne 36 til 38 og integratorene 39 til 41 igjen er under-kastet styring av styresignalet fra styrekretsen 35. Den synkrone likeretting av spenningssignalet fra den horisontale ramme i forhold til fasene til signalene fra de tre vertikale rammene bevarer effektivt fortegnet til det horisontale rammesignal, idet dette er nødvendig for påfølgende bruk av dette signalet med korri-gering av den målte retning for de resterende polarisasjonsfeil.

De vertikale rammespenningssignaler fra filterne 25, 26 og

27 blir i tillegg levert til respektive terskeldetektorer 42. Terskeldetektorene 42 er anordnet for å generere et startsignal

på en linje 43 i det tilfelle at spenningssignalet fra noen av filterne 25, 26 og 27 overstiger et minste terskelnivå. Start-signalet på linje 43 blir levert til styrekretsen 35 for å generere det styresignal som styrer presisjonslikeretterne 29 til 31, de synkrone likerettere 36 til 38 og integratorene 32 til 34 og 39 til 41.

Alle de samplede og integrerte signaler fra integratorene

32 til 34 og 39 til 41 blir tilført en multiplekser og analog/ digital-omformer 44 for overføring til en mikroprosessor 45. Mikroprosessoren 45 omfatter en sentralenhet (CPU) 46, et lese-lager (ROM) 47 og en generell asynkron mottager/sender (UART) 48. Styrekretsen 35 gir signal til sentralenheten 46 på linje 49 om

å lese de multipleksede data fra multiplekseren og analog/digital-omformeren 44 og behandle denne informasjon for å utlede data som definerer retningen til det detekterte lynnedslag i forhold til stasjonen og forskjellige andre data som vil fremgå av det følgende. Disse utledede data blir ordnet i serie ved hjelp av den asynkrone mottager/sender 48 og overført ved hjelp av et høyfrekvent modem 50 (typisk en bærebølge på 50 kHz) med en data-hastighet på 2.400 baud over en skjermet kabel 51 til et modem-kabinett 52. Modem-kabinettet 52 er fortrinnsvis anbragt omkring en kilometer fra antennesystemet og behandlingsenheten som er beskrevet ovenfor, og utgjør den del av det elektriske hoved-

nett som befinner seg nærmest antennen. Dette er for å minske støy fra det elektriske nett. Elektrisk kraft ved 240 volt og 50 Hz blir således levert til det fjerntliggende modem-kabinett 52 på en kraftlinje 53 for å drive kretsene i kabinettet og også for å forsyne en likestrøms-kraftforsyning i modemet som genererer en likestrøms kraftforsyning ved typisk 100 volt. Denne likestrømsforsyningen på 100 volt blir matet på en linje 54 fra modem-kabinettet tilbake til behandlingsenheten for bruk som dens kraftforsyning. Dette er for å minske vekselfeltet i nærheten av rammeantennene. Modem-kabinettet 52 omfatter en høyfrekvent modem-ehhet 58 til å motta data fra behandlingsenheten over 50 kHz-linjen. Disse data blir dekodet og matet til et telefonlinje-modem 55 i kabinettet for overføring av dataene over en utpekt telefonlinje til en sentral kontrollstasjon som vil bli beskrevet mer detaljert senere.

I et fullstendig lokaliseringssystem for lynnedslag blir det vanligvis anvendt tre peilestasjoner som illustrert på figurene 1 til 3, anbragt ved forskjellige posisjoner for å muliggjøre posisjonsdetektering av lynnedslag ved hjelp av triangulering. Data fra modem-kabinettene 52 i hver av disse stasjoner blir overført over utpekte telefonlinjer til tre mot-tager-modemer 60 til 62 ved en sentral kontrollstasjon, som illustrert på figur 4. De data som mottas av modemene 60 til 62 blir levert til en sentral behandlingsenhet 63 i kontrollstasjonen, som behandler de mottatte data for å beregne posisjonen av lynnedslag. Denne posisjonsinformasjon blir enten registrert på en trykkeanordning 64, fremvist på en kartfrem-visning 65 eller lagret i et digitalt lager 66 for påfølgende analyse.

I et typisk eksempel på oppfinnelsen er mikroprosessor-enheten 45 i behandlingsenheten for hver radiopeilestasjon anordnet for å beregne fra de relative signalstyrke-data fra de fire rammeantennene, følgende informasjon: (a) retningen til et lynnedslag i forhold til stasjonen. Denne retningsberegning kan ha en nøyaktighet på 0,1°. Det

skal bemerkes at den beregnede retning har en tvetydighet på 180°. Denne tvetydighet blir imildertid løst i den sentrale behandlingsenhet 63 i den sentrale kontrollstasjon ved hjelp av

sammenligning med retningstall fra andre radiopeilestasjoner. Retningen til lynnedslaget blir beregnet av mikroprosessoren 45 ved å anvende passende trigonometriske funksjoner på signal-amplitydene fra de tre vertikale rammeantennene. I denne be-regningen blir den minste amplityde fra de tre vertikale rammene ikke brukt som divisor eller multiplikator i retningsligningen. På denne måten og ved hjelp av det likevinklede arrangement av rammene blir dødsoner unngått. (b) En verdi og dens -polaritet utledet ved å ta forholdet mellom amplityden til det horisontale rammeantennesignalet og vektorsummen av alle de vertikale rammesignalene. Den relative polaritet av de tre synkront likerettede signaler som leveres til multiplekseren og analog/digital-omformeren 44 blir også anvendt til å finne polariteten av denne verdien. Denne verdien og dens polaritet kan deretter anvendes i den sentrale kontrollstasjon for å korrigere for små retningsfeil som induseres av en eventuelt gjenværende horisontalt polarisert bølgekomponent i det signal som detekteres av antennesløyfene. (c) Forskjellige overbelastningssignaler som detekteres i mikroprosessoren 45 som reaksjon på grenseoverskridende indikasjoner som leveres til mikroprosessoren på en linje 56 fra grense-detektorene 57 som overvåker amplityden av de forsterkede signaler som mottas fra antenneforsterkerne 20 til 22. Slike overbelastningssignaler kan anvendes til å indikere at et sterkt (vanligvis lokalt) lynnedslag er blitt detektert som overstiger behandlingskretsenes signalbehandlings-kapasitet. (d) Sektortall for detekterte lynnedslag som indikerer den sektor i hvilken retningen til nedslaget befinner seg, f.eks. 0 til 60° (sektor 1), 60 til 120° (sektor 2) og 120 til 180° (sektor 3). Disse sektortallene blir anvendt i den sentrale behandlingsenhet 63 i den sentrale kontrollstasjon som grove kontroller på retningene til detekterte lynnedslag, og er spesielt nyttige hvis retningen er nær en sektorgrense. Sektortallene verifiserer også polariteten av den ovenfor nevnte verdi (b). (e) Styrken av lynets bølgemagnetiske feltvektor utledet ved å ta vektorsummen av alle amplitydesignalene fra de vertikale rammeantennene. Denne styrkeverdien er representert i 16,

3 dB intervaller, og begynner ved den maksimale vektorverdi

(som svarer til grenseverdien) og arbeider seg nedover.

(f) Et summerings-feilsignal som svarer til den algebra-iske sum av de vertikale rammesignal-amplityder. Dette feil-signalet bør ideelt være null for et perfekt innrettet system. Hvis summen overstiger en forutbestemt verdi, indikerer dette enten en meget lokal interferens eller en ubalanse mellom de vertikale kanaler.

Som reaksjon på deteksjonen ved hjelp av terskeldetektorene 42 i noen av peilestasjonene av et signal over den minste ters-kel, vil mikroprosessoren 45 i den respektive stasjon overvåke og beregne hver av de ovenfor nevnte data og overføre dem via sitt lokale modem-kabinett 52 over en utpekt telefonlinje til den sentrale kontrollstasjon som vist på figur 4. Straks mikroprosessoren 45 har fullført sine beregninger og sendt alle dataene, blir et tilbakestillingssignal levert på linje 58 for å tilbakestille styreenheten 50 slik at den er klar for det neste detekterte lynnedslag. Hele prosessen med sampling, beregning og overføring som følger deteksjon av et lynnedslag, tar omkring 24 ms, hvoretter peilestasjonen blir tilbakestilt og det er klart for neste nedslag. Hver peilestasjon kan følgelig registrere og måle retningene til lynnedslag med en maksimal hastig-het på 42 pr. sekund. Denne arbeidshastigheten tillater hver peilestasjon individuelt å registrere retningene til flere lynnedslag, f. eks. flere lynnedslag til det samme punkt på bakken adskilt med fra 50 til 100 millisekunder. Registreringen av slike multiple lynnedslag til det samme punkt på bakken utgjør et middel til å kontrollere systemets egentlige nøyaktighet siden hver peilestasjon bør indikere den samme retning for de multiple lynnedslag og de sentrale kontrollstasjoner bør identifisere den samme posisjon.

I et typisk arrangement kan peilestasjonene være anordnet for grovt å danne en likesidet trekant med tre stasjoner, f.eks. anbragt med en avstand på fra 250 til 350 km.

Når det tas hensyn til forplantningstider for bølgene, ut-styrsvariasjoner og forplantningstider langs de forskjellige telefonlinjer, vil ankomsttiden for data som vedrører det samme lynnedslag fra forskjellige peilestasjoner som ligger så meget som 600 km fra hverandre, være innenfor noen få millisekunder. Den sentrale kontrollstasjon CPU 63 er anordnet for å definere en ''/vindustid", typisk 3 millisekunder, slik at lynindikas joner mottatt fra forskjellige peilestasjoner innenfor dette tids-vinduet, blir betraktet å være registreringer av den samme hend-else. Selv når det regnes med en meget høy hyppighet på lynnedslag innenfor det overvåkede område, f.eks. opp imot 3000 nedslag pr. time, og en vindustid på f.eks. 3 ms, så er sannsynlig-heten for at to forskjellige lynnedsalg faller innenfor den samme vindustid, bare 0,0025. Dette ansees å være et akseptabelt fall, spesielt når en slik høy nedslagshyppighét bare kan inn-treffe én gang på flere år, og da bare over et tidsrom på noen titalls minutter.

Dekningsavstanden for en peilestasjon kan være så meget som 2000 km. Normalt vil imidlertid den maksimale arbeidsavstand være redusert til omkring 600 km på grunn av innstillingen av de minste terskelnivåer og følsomhetsreguleringer.

I sentralenheten 63 i den sentrale kontrollstasjonen blir innkommende indikasjoner på lynnedslag sammenlignet og lagret.

De indikasjoner som tilfredsstiller vindubetingelsen, dvs. som ankommer innenfor 3 ms i forhold til hverandre fra forskjellige stasjoner, blir brukt til å beregne en posisjon for nedslaget ved hjelp av triangulering. Når dette første overslag over ned-slagets posisjon blir beregnet, kan avstanden fra lynnedslaget til hver peilestasjon beregnes, og de indikerte verdier av den mottatte signalstyrke (e) fra hver stasjon kan så reguleres for å gi et overslag over den aktuelle lynintensitet.

På dette trinn kan også verdien (b) som leveres fra hver peilestasjon, kombineres med avstanden fra peilestasjonen til lynnedslaget og ionosfærens høyde for å foreta en finjustering av den indikerte retning til lynnedslaget fra hver stasjon.

Denne justering vil vanligvis være av størrelsesorden 1° eller mindre. På denne måten kan det fastslås en mer nøyaktig posisjon.

De justerte retninger definerer så vanligvis et lite område (med tre eller flere peilestasjoner som rapporterer) og det brukes en algoritme i sentralenheten 63 for å beregne det beste skjæringspunkt. Dette blir tatt som nedslagsposisjonen.

Sentralenheten 63 utfører kontroller med hensyn til over-belastning som antydet av dataene (c) fra hver peilestasjon, og sektor- og summerings-kontroller blir utført. Sentralenheten 63 er anordnet for å anmerke posisjonsinformasjon for å indikere eventuelle noterte uregelmessigheter.

Fremvisningen av den beregnede informasjon ved den sentrale kontrollstasjon kan ha forskjellige former. Den enkleste fremvisning er en trykket liste med x, y-koordinater, tidspunktet for nedslaget, intensiteten og eventuell uregelmessighet. x, y-koordinatene kan være i bredde og lengde eller i et lokalt rute-nettsystem (slik som det nasjonale rutenett-referansesystem i Storbritannia). En ulempe med trykkmetoden er at når det er høy nedslagshyppighet, kan trykkeanordningen ligge så meget som 1 time etter de registrerte lynnedslag.

En foretrukket fremvisning omfatter et kart på overflaten av en bildeskjerm (som ideelt kan være en fargefjernsyns-skjerm) hvor de registrerte lynnedslag opptrer som flekker på fremvisningen.

Et separat område på skjermen kan brukes til å fremvise informasjon vedrørende utvalgte lynnedslag, valgt ved hjelp av posisjonen til en markør eller en lyspenn. Fremvisningen kan være konti-nuerlig eller kan oppfriskes med mellomrom på fra 1 til 60 minutter avhengig av størrelsen på lynaktiviteten. Forstørrelse av spesielle områder vil være mulig, noe som også er tilfelle for gjenavspillinger ved lavere eller høyere hastigheter enn sann tid.

På denne måten kan utviklingen, intensiteten og bevegelses-retningen for en elektrisk storm overvåkes, noe som muliggjør utsendelse av advarsler til truede områder og iverksettelse av forholdsregler. Slik informasjon er av spesiell interesse for kraftforsyningsmyndigheter, men vil også finne anvendelse i vær-varsling, luftfart, militære og på lignende felter.

Informasjon om lynnedslag kan over dataoverføringsledd over-føres til kontrollsenteret for elektrisitetsforsyning og andre for fremvisning som antydet ovenfor. Den behandlede informasjon kan videre lagres i arkivfiler i en datamaskin for fremtidig referanse- og forsknings-formål. Det kan sørges for at slike filer kan avsøkes over telefonnettet.

Claims (13)

1. Retnings-peileapparat for lynnedslag, karakterisert ved en antenneanordning som reagerer på vertikalt polarisert stråling ved å tilveiebringe radiofrekvente signaler som indikerer retningen til kilden for strålingen, og en filteranordning for å diskriminere mot signaler fra antenneanordningen ved frekvenser over en forutbestemt frekvens som er valgt å svare til grensefrekvensen for horisontalt polarisert stråling i jord-ionosfære-bølgelederen.

2. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at den forutbestemte frekvens er i område fra 1,5 kHz til 2,6 kHz.

3. Apparat ifølge krav 2, karakterisert ved at filteranordningen har et passbånd for signaler fra antenneanordningen ved frekvenser i område fra 1,4 kHz til 2,6 kHz.

4. Apparat ifølge noen av de foregående krav, karakterisert ved at antenneanordningen omfatter tre eller flere rammeantenner anordnet i vertikale plan, idet minst to antenner er anordnet i plan med andre vinkler enn ortogonale i forhold til en tredje ramme.

5. Apparat ifølge krav 4, karakterisert ved tre rammeantenner i vertikale plan som er fordelt med like vinkelemssige avstander.

6. Apparat ifølge noen av kravene 4 eller 5, karakterisert ved en behandlingsenhet og en anordning som mater signaler fra hver av rammeantennene til behandlingsenheten.

7. Apparat ifølge krav 6, karakterisert ved at behandlingsenheten omfatter terskeldetektorer for å detek-tere når det forsterkede radiofrekvente signal fra hver av rammeantennene overstiger et forutbestemt terskelnivå, og en styre-enhet som reagerer på terskeldetektorene ved å innlede behandling av de radiofrekvente signaler fra alle rammeantennene.

8. Apparat ifølge krav 6 eller 7, karakterisert ved at behandlingsenheten omfatter en anordning for å tilveiebringe digitale signaler som representerer amplityden av de radiofrekvente signaler fra de vertikale rammeantenner, og en anordning for ut fra de digitaliserte amplityder å beregne retningen til strålingskilden i forhold til antenneanordningen, hvilken behandlingsenhet omfatter en elektrisk likestrømfor-syning.

9. Apparat ifølge krav 8, karakterisert ved en modem-enhet som er fysisk anbragt i en forutbestemt avstand fra antenneanordningen og anordnet for å sende data over en datakanal til en fjerntliggende sentral kontrollstasjon, og en lokal dataoverføringsanordning mellom behandlingsenheten og modem-enheten for overføring av retningsdata fra behandlingsenheten til modem-enheten for videresending til den sentrale kontrollstasjon, idet modem-enheten omfatter en vekselstrøm-kilde forsynt fra det elektriske hovednett og en anordning for å generere en likestrøms-forsyning fra nettforsyningen, samt en forsyningslinje som forbinder modem-enheten med behandlingsenheten for overføring av likestrømsforsyningen til behandlingsenheten .

10. Apparat iføle krav 9, karakterisert ved at den forutbestemte avstand er minst en halv kilometer.

11. Apparat ifølge noen av kravene 4 til 10, karakterisert ved en ytterligere rammeantenne i et ikke vertikalt plan for å tilveiebringe et radiofrekvent signal som indikerer styrken av en eventuell horisontalt polarisert komponent i strålingen fra kilden.

12. Apparat ifølge krav 10, karakterisert ved at den ikke vertikale rammeantenne er i et horisontalplan.

13. Apparat for lokalisering av en strålingskilde og omfattende minst to retnings-peileapparater ifølge noen av kravene 11 til 12, karakterisert ved en sentral kontrollstasjon anordnet for å motta retningsdata fra de minst to peileapparater og ut fra disse å beregne posisjonen til strålingskilden og avstanden mellom kilden og antenneanordningen i hver av peileapparatene, idet den sentrale kontrollstasjon videre mottar data fra peileapparatet som representerer den relative størrelse av en eventuell horisontal polarisert komponent i strålingen fra kilden som detekteres av den ytterligere rammeantenne, og er anordnet for å kompensere for feil i den beregnede retning som stammer fra den horisontalt polariserte komponent.