Time synchronization of electric field measurement and highspeed video registration at the lightning observation station in Rzeszow, Poland

• Autorzy: Karnas, G.

Warianty tytułu

PL

Synchronizacja czasowa pomiaru pola elektrycznego oraz wideo-rejestracji na stacji obserwacji wyładowań atmosferycznych w Rzeszowie, Polska

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Time synchronization is one of the most difficult tasks during the registration of lightning phenomena. Precise synchronization helps to identify particular strokes with data from commercial lightning location systems. This paper is aimed to present and analyze GPS synchronized recordings of the lightning electric field from the lightning observation station installed at the Rzeszow University of Technology, Poland. Synchronization with UTC was achieved by the simultaneous analysis of the electric field waveforms and the signal from the GPS receiver. Several improvements were made regarding synchronization and triggering of the system. For this purpose a set of functions in Matlab has been prepared. In order to explain used algorithms, lightning electric field waveforms and the GPS signal were analyzed simultaneously. Performance of the optical trigger was verified in high voltage laboratory. Results showed a good performance of this technique and suggested to use it during the high-speed camera and DSLR registration.

PL

Synchronizacja czasowa jest jednym z najtrudniejszych zadań podczas rejestracji zjawisk piorunowych. Precyzyjna synchronizacja zapewnia możliwość precyzyjnej identyfikacji poszczególnych wyładowań z danymi komercyjnych systemów lokalizacji wyładowań atmosferycznych. Celem artykułu jest przedstawienie i analiza przebiegów piorunowego pola elektrycznego zarejestrowanych na stacji obserwacji wyładowań atmosferycznych Politechniki Rzeszowskiej. W pracy opisano najnowsze modyfikacje systemu w kontekście synchronizacji czasowej oraz wyzwalania procesu rejestracji. W tym celu przygotowano zestaw funkcji w programie Matlab. Synchronizację z UTC wyjaśniono poprzez jednoczesną analizę przebiegów pola elektrycznego oraz sygnału z odbiornika GPS. Dokonano weryfikacji pracy optycznego wyzwalacza rejestracji. Testy przeprowadzono w laboratorium wysokich napięć. Rezultaty badań uwidoczniły dobre parametry wyzwalacza optycznego i wskazały na możliwość zastosowania tej techniki podczas rejestracji szybką kamerą oraz aparatem fotograficznym.

Słowa kluczowe

PL

piorunowe pole elektryczne; szybka rejestracja wideo; GPS; ochrona odgromowa

EN

lightning electric field; fast video recording; GPS; lightning protection

• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2015
• Tom: R. 91, nr 11
• Strony: 235-238
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys.

Twórcy

autor

Karnas, G.

• Rzeszow University of Technology,

Bibliografia

• [1] Rakov V.A., Uman M.A., Lightning: Physics and Effects, Cambridge Univ. Press, 2003, New York
• [2] Campos L.Z.S., Saba M.M.F., Pinto Jr. O., Ballarotti M.G., Waveshapes of continuing currents and properties of Mcomponents in natural negative cloud-to-ground lightning from high-speed video observations, Atmospheric Research 84, 4, 302-310, 2007, DOI: 10.1016/j.atmosres.2006.09.002
• [3] Betz H., Schmidt K., Laroche P., Blanchet P., Oettinger W., Defer E., LINET – A New Ligthning Detection Network in Europe, 13-th International Conference on Atmospheric Electricity, 2007, Beijing, China
• [4] Loboda M., Betz H.D., Baranski P., Wiszniowski J., Dziewit Z., New Lightning Detection Networks in Poland – LINET and LLDN, The Open Atmospheric Science Journal 01/2009; 3:29-38. doi:10.2174/1874282300903010029
• [5] Cummins K.L., Murphy M.J., An Overview of Lightning Locating Systems: History, Techniques, and Data Uses, With an In- Depth Look at the U.S. NLDN, IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, vol. 51, pp. 499-518, 2009, doi: 10.1109/TEMC.2009.2023450
• [6] Nucci C.A., Rachidi F., Ianoz M.V.,Mazzetti C., Lightning-Induced Overvoltages on Overhead Lines, IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, vol. 5, no.1,1993
• [7] Cooray V., Rakov V.A., Rachidi F., Montano R., Nucci C.A., On the Relationship Between the Signature of Close Electric Field and the Equivalent Corona Current in Lightning Return Stroke Models, IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, vol. 51, pp. 921-927, 2008, doi: 10.1109/TEMC.2008.926918
• [8] Bermudez J.L., Rachidi F., Rubinstein M., Janischewskyj W., Shostak V.O., Pavanello D., Chang J.S., Hussein A.M., Nucci C.A., Paolone M., Far-field-current relationship based on the TL model for lightning return strokes to elevated strike objects, IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, vol. 47, pp. 146-159, 2005, doi: 10.1109/TEMC.2004.842102
• [9] Schulz W., Pichler H., Diendorfer G., Vergeiner C., Pack S., Validation of detection of positive flashes by the austrian lightning location system ALDIS, Lightning Protection (XII SIPDA), 2013, doi: 10.1109/SIPDA.2013.6729206
• [10] Xiang N., Gu.S, A Precisely Synchronized Platform for Observing the Lightning Discharge Processes, Power and Energy Engineering Conference (APPEEC), 2011, doi: 10.1109/APPEEC.2011.5748369
• [11] Hussein A.M., Milewski M., Janischewskyj W., Correlating the Characteristics of the CN Tower Lightning Return-Stroke Current with Those of Its Generated Electromagnetic Pulse, IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, vol. 50, pp. 642-650, 2008, doi: 10.1109/TEMC.2008.924398
• [12] Berger G., Lafon G., Serrie G., Sigogne C., Recent progress in lightning studies at the Pic du Midi observatory, 7th Asia-Pacific International Conference on Lightning (APL), 2011, doi: 10.1109/APL.2011.6110150
• [13] Karnas G., Maslowski G., Baranski P., Berlinski J., Pankanin G., Instrumentation and data analysis process at the new lightning research station in Poland, vol.6, 2013
• [14] Karnas G., Maslowski G., Preliminary measurements and analysis of lightning electric field recorded at the observation station in the South-east part of Poland, Przeglad Elektrotechniczny, ISSN 0033-2097, R.90, no.4, 2014
• [15] Timing Committee Teleommunications and Timing Group Range Commanders Council, IRIG Serial Time Code Formats. IRIG Standard 200-04,Secretariat Range Commanders Council U.S. Army White Sands Missile Range, New Mexico 88002-5110, 2004
• [16] E. Kuffel, W. S. Zaengl, J. Kuffel High voltage engineering: fundamentals,Newnes, 2000 ISBN 0-7506-3634-3, pages 63, 70
• [17] Qie X., Jiang R., Sun Z., Liu M. Wang Z., Lu G., Zhang H., High resolution observation on rocket-triggered lightning, 2014 International Conference on Lightning Protection, Shanghai, China, 2014
• [18] Sigogne C., Pignolet P., Reess T., De Ferron A.S., Berger G., Lafon G., Serrie G., New Results At The Pic du Midi Lightning Station, 2013 International Symposium on Lightning Protection, Belo Horizonte, Brazil, 2013
• [19] Beger G., Lafon G., Serrie G., Sigogne C., Recent progress in lightning studies at the Pic du Midi observatory, 2011 7th Asia-Pacific International Conference on Lightning, November 1-4, Chengdu, China, 2011