Un método de localización de dirección (DOA) de mapeo de muy alta frecuencia de rayos basado en una matriz L y 2D-MUSIC
Autores: Wang, Chuansheng; Xiang, Nianwen; Li, Zhaokun; Lyu, Zengwei; Yang, Yu; Chen, Huaifei
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Un método de localización de dirección (DOA) de mapeo de muy alta frecuencia de rayos basado en una matriz L y 2D-MUSIC
Categoría
Ciencias Naturales y Subdisciplinas
Subcategoría
Astronomía
Palabras clave
Tecnología de mapeo de fuentes de radiación VHF
Algoritmo de Clasificación de Múltiples Señales (MUSIC)
Dirección de Llegada (DOA)
Algoritmo de Consenso de Muestra Aleatoria (RANSAC)
Algoritmo de Descomposición de Modo Empírico Conjunto (EEMD)
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 8
Citaciones: Sin citaciones
La tecnología de mapeo de fuentes de radiación de muy alta frecuencia (VHF) de rayos representa un avance fundamental en el estudio de los procesos de descarga de rayos y sus mecanismos físicos subyacentes. Este artículo presenta una nueva metodología para reconstruir los canales de descarga de rayos mediante el uso del algoritmo de Clasificación de Múltiples Señales (MUSIC) para estimar la Dirección de Llegada (DOA) de las fuentes de radiación VHF de rayos, específicamente adaptada tanto para arreglos en forma de L no uniformes como uniformes (2D-MUSIC). El enfoque propuesto integra el algoritmo de Consenso de Muestra Aleatoria (RANSAC) con 2D-MUSIC, mejorando así la precisión y robustez del proceso de reconstrucción. Inicialmente, los datos del arreglo se someten a un proceso de eliminación de ruido a través del algoritmo de Descomposición de Modo Empírico de Conjunto (EEMD). A continuación, la matriz de covarianza de los datos del arreglo procesados se descompone para aislar el subespacio de señal, que corresponde a los componentes de señal, y el subespacio de ruido, que es ortogonal a los componentes de señal. Al explotar la ortogonalidad entre estos subespacios, el método logra una estimación precisa de la dirección de incidencia de la señal, facilitando así la reconstrucción precisa del canal de rayos. Para validar la viabilidad de este método, se realizaron simulaciones numéricas exhaustivas, revelando una precisión notable con errores en los ángulos de elevación y acimut mantenidos por debajo de 1 grado. Además, se establecieron y desplegaron sistemas de observación de rayos VHF en forma de L no uniformes y uniformes para analizar eventos de rayos reales ocurridos en 2021 y 2023. Los resultados empíricos demuestran que el método propuesto reconstruye efectivamente las estructuras de los canales de rayos a través de diversas configuraciones de arreglos en forma de L. Este enfoque innovador aumenta significativamente las capacidades de varios arreglos VHF de banda ancha en la imagen de fuentes de radiación y hace una contribución sustancial al estudio de los procesos de desarrollo de rayos. Los hallazgos de este estudio subrayan el potencial de la metodología propuesta para avanzar en nuestra comprensión de la dinámica de los rayos y mejorar la precisión de la reconstrucción de canales de rayos.
Descripción
La tecnología de mapeo de fuentes de radiación de muy alta frecuencia (VHF) de rayos representa un avance fundamental en el estudio de los procesos de descarga de rayos y sus mecanismos físicos subyacentes. Este artículo presenta una nueva metodología para reconstruir los canales de descarga de rayos mediante el uso del algoritmo de Clasificación de Múltiples Señales (MUSIC) para estimar la Dirección de Llegada (DOA) de las fuentes de radiación VHF de rayos, específicamente adaptada tanto para arreglos en forma de L no uniformes como uniformes (2D-MUSIC). El enfoque propuesto integra el algoritmo de Consenso de Muestra Aleatoria (RANSAC) con 2D-MUSIC, mejorando así la precisión y robustez del proceso de reconstrucción. Inicialmente, los datos del arreglo se someten a un proceso de eliminación de ruido a través del algoritmo de Descomposición de Modo Empírico de Conjunto (EEMD). A continuación, la matriz de covarianza de los datos del arreglo procesados se descompone para aislar el subespacio de señal, que corresponde a los componentes de señal, y el subespacio de ruido, que es ortogonal a los componentes de señal. Al explotar la ortogonalidad entre estos subespacios, el método logra una estimación precisa de la dirección de incidencia de la señal, facilitando así la reconstrucción precisa del canal de rayos. Para validar la viabilidad de este método, se realizaron simulaciones numéricas exhaustivas, revelando una precisión notable con errores en los ángulos de elevación y acimut mantenidos por debajo de 1 grado. Además, se establecieron y desplegaron sistemas de observación de rayos VHF en forma de L no uniformes y uniformes para analizar eventos de rayos reales ocurridos en 2021 y 2023. Los resultados empíricos demuestran que el método propuesto reconstruye efectivamente las estructuras de los canales de rayos a través de diversas configuraciones de arreglos en forma de L. Este enfoque innovador aumenta significativamente las capacidades de varios arreglos VHF de banda ancha en la imagen de fuentes de radiación y hace una contribución sustancial al estudio de los procesos de desarrollo de rayos. Los hallazgos de este estudio subrayan el potencial de la metodología propuesta para avanzar en nuestra comprensión de la dinámica de los rayos y mejorar la precisión de la reconstrucción de canales de rayos.