(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111632577.0 (22)申请日 2021.12.28 (71)申请人 华象科技 （南京） 有限公司 地址 210000 江苏省南京市 建邺区嘉陵江 东街18号04幢2层209-108室 (72)发明人 蒋雯　李黎黎　赵航　 (74)专利代理 机构 东莞市卓易专利代理事务所 (普通合伙) 44777 代理人 卜中元 (51)Int.Cl. G01R 29/08(2006.01) G01S 13/88(2006.01) G01S 13/95(2006.01) G01S 19/37(2010.01) G06K 9/62(2022.01) (54)发明名称 基于FY4A卫星资料和雷达组网资料的云地 闪初次闪击探测算法 (57)摘要 本发明公开了基于FY4A卫星资料和雷达组 网资料的云地闪初次闪击探测算法， 其探测算法 包括如下步骤： A、 装载于Microlab ‑1卫星上的闪 电光学瞬变探测器和装载于热带 降水测量计划 任务卫星上的闪电成像仪； B、 静止卫星闪电成像 仪： 静止卫星闪电成像仪主要包括CCD面阵以及 用于星上数据预处理和背景信号滤除的星上实 时事件处理器。 本发明通过静止卫星闪电成像仪 CCD观测波长为777.4nm， CCD探测来自闪电放电 过程产生的光辐射， 探测到的光辐射强度数据通 过星上RTEP进行星上数据预处理和地面产品生 成系统， 首先， 采用背景光估计等方法滤除CCD面 元探测的背景光， 提取可能来自于闪电的发光事 件， 数据实时发送至地面接收站， 以便于工作人 员进行观测。 权利要求书2页 说明书5页 CN 114280379 A 2022.04.05 CN 114280379 A 1.基于FY4A卫星资料和雷达组网资料的云地 闪初次闪击探测算法， 包括， 其特征在于， 其探测算法包括如下步骤： A、 装载于Microlab ‑1卫星上的闪电光学瞬变探测器和装载于热带降水测量计划任务 卫星上的闪电成像仪； B、 静止卫星闪电成像仪： 静止卫星闪电成像仪主要包括CCD面 阵以及用于星上数据预 处理和背景信号滤除的星上实时事 件处理器； C、 闪电产品算法： 闪电产品算法对经地面处理系统定标定位处理后的发光事件进行虚 假信号滤除和聚类分析， 输出闪电事件、 组和闪电的发生时间、 位置和强度等信息， 以及基 于结构树的闪电事 件、 组和闪电之间的从属关系； C1、 闪电成像仪CCD面阵探测的原始数据中的噪声主要来源于闪电成像仪的仪器探测 系统噪声， 不同CCD面元噪声在总噪声中所占的比例和降噪方法有 所不同， 可采用面元噪声 滤除方法， 针对不同噪声特 征， 对噪声 进行初步滤除； D、 星上数据预处理系统： 实现对闪电信号的捕捉， 并将闪电事件与背景数据一并输出 给信息编码电路并传至地 面接收测站； D1、 星上预处理系统输出的经定标定位处理后的原始探测数据， 进行虚假信号滤除和 聚类分析 处理， 输出包含闪电事件、 组和闪电的发生时间、 位置和强度等信息以及基于结构 树的闪电事件、 组和闪电之 间的从属关系的闪电探测产品， 当闪电成像仪CCD面阵单个像元 探测到的闪电光辐 射的辐亮度高于背景阈值时， 定义为一次闪电事件， 即像元观测区域云 中闪电光辐射透过云层的发光现象， 对应的CCD面阵该像元中心位置即为这次闪电事件的 位置， 同一帧CCD图像上的多个相 邻微小像元探测到的闪电事件组成一个组， 对应于地闪的 一次回击或云闪的一次K变化， 满足一定阈值条件的多个组定义 为一次真实的闪电过程； D2、 经面元噪声滤除方法处理后的观测数据中仍然存在噪声， 这些噪声只能在聚类分 析后做进一步滤除， 即虚假信号滤除， 风云四号静止卫星闪电成像仪虚 假信号滤除算法， 对 聚类分析后的闪电事件、 组和闪电产品， 首先分析特定区域是否只存在一个事件、 组或闪 电， 若出现此类情况， 则可能为虚假信号， 然后， 对聚类分析输出 的闪电产品采用如下方法 滤除不同噪声产生的虚假信号， 蒙特卡洛方法滤除粒子噪声， 背景噪声分析、 过渡区域滤 除、 闪烁滤除、 边 缘滤除、 关联 滤除和组滤除； E、 模拟代 理数据生成： 由于云层的散射和吸收作用， 闪电发出的光辐射在云层中传输， 光辐射强度会发生衰减， 由于闪电光源非稳态光源的特殊性， 应用蒙特卡罗方法可较为准 确地模拟闪电光辐 射在云中的辐射传输过程， 此外， 由于卫星探测的闪电光辐 射来自于云 顶， 因此需利用云顶高度订 正提高闪电定位精度； E1、 仪模拟代 理数据的生成方法如下， 首先假定光脉冲的位置和发生时间， 其 次生成正 态分布的光脉冲对应的电流幅值， 最后利用经验分布函数和电流幅值， 获得发光事件的辐 亮度值， 以及每 个光脉冲对应的光子分布。 2.根据权利要求1所述的基于FY4A卫星资料和雷达组网资料的云地 闪初次闪击探测算 法， 其特征在于： 所述步骤A中作为LIS的原型， 相对赤道倾角70 °， 轨道高度740km， 观测区域 为75°S—75°N， 轨道周期为100分钟， 完整覆盖全球需55天， 用于探测闪电光辐射的电荷耦 合器件探测阵列(CCD)大小为128 ×128， 观测视场为1300km ×1300km， 空间分辨率为10km， 闪电探测率 为50％～66％。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114280379 A 23.根据权利要求1所述的基于FY4A卫星资料和雷达组网资料的云地 闪初次闪击探测算 法， 其特征在于： 所述步骤B中处理器主要包括卫星观测数据定标和定位， 以及包括虚假信 号滤除和聚类分析等产品算法的产品生成系统。 4.根据权利要求1所述的基于FY4A卫星资料和雷达组网资料的云地 闪初次闪击探测算 法， 其特征在于： 所述步骤D 中星上数据预处理系统的主要部分是星上实时事件处理器， 实 时事件处理器接收CCD面阵并行输出的原始观测数据， 经信号接收与限幅、 多帧平均背 景估 值、 背景信号去除、 逐 元阈值自适用设置、 闪电信号探测、 闪电信号编码。 5.根据权利要求1所述的基于FY4A卫星资料和雷达组网资料的云地 闪初次闪击探测算 法， 其特征在于： 所述步骤D2中的蒙特卡洛方法滤除粒子噪声为CCD面阵探测的高能粒子影 响产生的随机分布的噪声， 闪烁滤除为滤除太阳光散射影响卫星观测平台。 6.根据权利要求1所述的基于FY4A卫星资料和雷达组网资料的云地 闪初次闪击探测算 法， 其特征在于： 所述步骤E1中模拟代理数据应用于风云四号静止卫星闪电成像仪的聚类 算法仿真测试。 7.根据权利要求1所述的基于FY4A卫星资料和雷达组网资料的云地 闪初次闪击探测算 法， 其特征在于： 所述步骤C1中闪电成像仪的仪器探测系统噪声包括重复噪声、 鬼影噪声、 棒棒糖噪声、 轨 迹噪声和冲击噪声等。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114280379 A 3