Miten salamanpaikannin toimii?

Salamanpaikannus on luonteeltaan radiopaikannusta, jossa itse salama toimii radiosignaalin säteilevänä antennina.

Salamanpaikanninverkkoon kuuluvat anturit raportoivat keskusyksikölle vastaanotetun salamasignaalin suuntiman ja tarkan vastaanottoajankohdan. Keskusyksikkö laskee anturitietojen perusteella salaman sijainnin käyttäen hyväkseen kaikkia ko. iskusta saatuja anturiraportteja. Tyypillisesti yksittäisen iskun paikannukseen osallistuu 4...6 anturia ja raportoitu paikka on optimointialgoritmin tulos. Tämä parantaa paikannuksen tarkkuutta ja luotettavuutta, koska anturihavaintoja on käytettävissä enemmän kuin mikä puhtaasti matemaattisesti olisi tarpeen salaman sijainnin laskemiseksi.

Salamanpaikannuksen toimintaperiaate.

 

Paikannusalgoritmi käyttää salaman sijainnin laskemisessa hyväkseen sekä antureiden raportoimia suuntimia (atsimuuttikulma) että tarkkoja signaalin vastaanoton kellonaikoja. Periaatteessa salama voidaan paikantaa kohtuullisella tarkkuudella ainoastaan suuntimallakin (kolmiomittaus) ja siihen tarvitaan minimissään havainto ainoastaan kahdelta anturilta. Kuitenkin jo 0,5 asteen suuntavirhe tekee 200 kilometrin päässä noin 1,7 kilometrin virheen, joten pelkästään suuntimiseen perustuva järjestelmä ei voi olla kovin tarkka. Tämän vuoksi paikannuksessa käytetään myös aikatietoa, joka mahdollistaa suuremman paikannustarkkuuden.

Kaikilla antureilla on GPS-järjestelmään perustuva kello, jonka avulla anturin aikatarkkuus on parempi kuin 1 μs (mikrosekunti: 0,000001 s). Radioaalto etenee mikrosekunnissa noin 300 metriä, joten aikaeroihin perustuva paikannus antaa mahdollisuuden paikantaa salamoita parhaimmillaan muutaman sadan metrin tarkkuudella. Puhdas aikaeropaikannus vaatii kuitenkin enemmän anturihavaintoja, vähintään neljältä anturilta, ennen kuin salaman paikka voidaan yksiselitteisesti laskea. Tämä puolestaan johtaa suuntimapaikannusta (kolmiomittaus) alhaisempaan havaintotehokkuuteen, ellei sitten rakenneta selvästi tiheämpää anturiverkkoa.

Suuntimismenetelmä.
 

Ilmatieteen laitoksen käytössä oleva järjestelmä käyttää molempia em. paikannusmenetelmiä yhtä aikaa ja saavuttaa tällä tavalla parhaan mahdollisen tuloksen sekä havaintotehokkuuden että paikannustarkkuuden suhteen. Käytännössä voimakas (maa-) salama havaitaan suuremmalla anturijoukolla ja sen vuoksi sellaisen sijainti saadaan yleensä tarkasti määritettyä. Toisaalta taas heikot pilvisalamasignaalit havaitaan usein vain kahdella lähimmällä anturilla ja silloin paikannuksessa on paljon enemmän epävarmuutta.

Aikaeromenetelmä.

Salamanpaikantimen anturi

Salamanpaikantimen anturi.