專利名稱：閃電探測(cè)定位系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣象觀測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種閃電探測(cè)定位系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
閃電是我國(guó)最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，由于其具有大電流、強(qiáng)電磁輻射等特性，常常引起森林火災(zāi)、油庫(kù)爆炸、供電中斷、通訊故障、設(shè)備破壞等事故，也容易造成人員傷亡。據(jù)保守估計(jì)，我國(guó)每年因雷災(zāi)造成的人員傷亡上千人，直接經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)數(shù)億元，而由此造成的間接經(jīng)濟(jì)損失和影響難以估計(jì)，雷電災(zāi)害已經(jīng)波及到各行各業(yè)和生活的方方面面。遭雷擊方式也從閃電直擊、過(guò)電壓波沿線傳輸擴(kuò)展到閃電輻射電磁場(chǎng)的三維空間入侵。由于雷電成災(zāi)迅速，而給其研究、預(yù)報(bào)和防治帶來(lái)了極大的困難，因此發(fā)展閃電探測(cè)技術(shù)和預(yù)警預(yù)報(bào)方法是當(dāng)前非常迫切的任務(wù)。目前國(guó)內(nèi)外的一些單站閃電探測(cè)系統(tǒng)功能均比較單一，不能滿足社會(huì)的需要。迄今為止，國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有同時(shí)可以進(jìn)行閃電定位和電場(chǎng)變化測(cè)量的商業(yè)化產(chǎn)品，也沒(méi)有適合業(yè)務(wù)運(yùn)行的電場(chǎng)變化測(cè)量設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是如何提供一種可進(jìn)行閃電波形采集和閃電回?fù)舳ㄎ坏亩喙δ軉握鹃W電探測(cè)定位的閃電探測(cè)定位系統(tǒng)及方法。( 二 )技術(shù)方案為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種閃電探測(cè)定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括天線單元， 用于探測(cè)閃電發(fā)生時(shí)的電磁場(chǎng)變化信號(hào)，探測(cè)GPS衛(wèi)星信號(hào)，并將所述電磁場(chǎng)變化信號(hào)以及所述GPS衛(wèi)星信號(hào)發(fā)送至接收機(jī)單元；接收機(jī)單元，與所述天線單元相連，用于接收所述電磁場(chǎng)變化信號(hào)以及所述GPS衛(wèi)星信號(hào)；波形特征提取處理單元，與所述接收機(jī)單元相連， 用于實(shí)時(shí)提取電磁場(chǎng)變化信號(hào)波形特征參數(shù)，對(duì)其進(jìn)行分析處理，獲得云地閃鑒別結(jié)果以及地閃定位結(jié)果；測(cè)控單元，與所述波形特征提取處理單元以及接收機(jī)單元均相連，用于實(shí)時(shí)采集并存儲(chǔ)所述電磁場(chǎng)變化信號(hào)波形，標(biāo)記采集所述閃電波形的時(shí)間，實(shí)時(shí)顯示地閃在地理信息系統(tǒng)中的位置。其中，所述天線單元進(jìn)一步包括電場(chǎng)快變化天線，用于探測(cè)閃電發(fā)生時(shí)的電場(chǎng)變化信號(hào)；正交磁場(chǎng)天線，用于探測(cè)閃電發(fā)生時(shí)的磁場(chǎng)變化信號(hào)；GPS天線，用于探測(cè)GPS衛(wèi)星信號(hào)。其中，所述電場(chǎng)快變化天線為平板電容天線，所述正交磁場(chǎng)天線為兩個(gè)具有相同的環(huán)截面積和線圈匝數(shù)且垂直正交的環(huán)形導(dǎo)線圈。其中，所述接收機(jī)單元進(jìn)一步包括電磁變化接收機(jī)，與所述電場(chǎng)快變化天線以及所述正交磁場(chǎng)天線相連，接收所述電場(chǎng)變化信號(hào)以及磁場(chǎng)變化信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行積分、以及濾波放大處理；GPS接收機(jī)，與所述GPS天線相連，接收所述GPS衛(wèi)星信號(hào)。其中，所述波形特征提取處理單元為現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA。
其中，所述測(cè)控單元進(jìn)一步包括數(shù)據(jù)采集卡，與所述接收機(jī)單元相連，用于實(shí)時(shí)采集所述電磁場(chǎng)變化信號(hào)波形；測(cè)量處理子單元，與所述數(shù)據(jù)采集卡相連，用于控制所述數(shù)據(jù)采集卡的采樣長(zhǎng)度、采樣率、觸發(fā)方式、觸發(fā)閾值、存儲(chǔ)路徑、以及存儲(chǔ)方式，以及顯示所述信號(hào)波形；定位顯示子單元，與所述波形特征提取處理單元相連，用于顯示所述地閃在地理信息系統(tǒng)中的位置。其中，該系統(tǒng)還包括自檢校準(zhǔn)單元，與所述天線單元以及接收機(jī)單元相連，用于為所述天線單元提供標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，以及為系統(tǒng)給出校正系數(shù)；供電單元，與所述接收機(jī)單元、 波形特征提取處理單元、測(cè)控單元以及自檢校準(zhǔn)單元相連，為上述各單元供電；防護(hù)體單元，罩在所述天線單元、接收機(jī)單元、波形特征提取處理單元、以及自校準(zhǔn)單元外，為上述各單元提供支撐和環(huán)境防護(hù)。本發(fā)明還提供了一種基于上述系統(tǒng)的閃電探測(cè)定位方法，該方法包括步驟Si.天線單元將探測(cè)到的閃電發(fā)生時(shí)的電磁場(chǎng)變化信號(hào)以及GPS衛(wèi)星信號(hào)發(fā)送至接收機(jī)單元；S2.判斷閃電發(fā)生時(shí)電磁場(chǎng)變化量是否超過(guò)設(shè)定的觸發(fā)閾值，若是，則執(zhí)行步驟 S3，否則，等待；S3.波形特征提取處理單元采集電磁場(chǎng)變化信號(hào)波形特征參數(shù)，對(duì)其進(jìn)行分析處理，獲得云地閃鑒別結(jié)果以及地閃定位結(jié)果；測(cè)控單元實(shí)時(shí)采集并保存所述電磁場(chǎng)變化信號(hào)波形，標(biāo)記采集所述電磁場(chǎng)變化信號(hào)波形的時(shí)間，并顯示地閃在地理信息系統(tǒng)中的位置。其中，步驟S3中，所述波形特征提取處理單元鑒別云地閃的方法為若電場(chǎng)變化信號(hào)同時(shí)滿足以下條件中的三個(gè)，則判定閃電為地閃(a) 0. 8 μ s < 電場(chǎng) 10% -90 % 峰值持續(xù)時(shí)間 < 8 μ S ；(b)電場(chǎng)峰值> 電場(chǎng)起始值的兩倍；(C)電場(chǎng)峰值> 0. 5V ；(d)下降沿過(guò)零時(shí)間> 10 μ s ；若電場(chǎng)變化信號(hào)同時(shí)滿足以下三個(gè)條件，則判定閃電為運(yùn)云閃(e)脈沖寬度<8ys;(f)上升沿時(shí)間>下降沿時(shí)間；(g)非地閃。其中，步驟S3中，所述波形特征提取處理單元進(jìn)行地閃定位的方法包括步驟S3. 1提取電磁場(chǎng)變化信號(hào)信息；S3. 2比較兩個(gè)磁場(chǎng)天線中的感應(yīng)電壓，得到雷擊點(diǎn)時(shí)低頻磁場(chǎng)的方位角；S3. 3根據(jù)閃電發(fā)生時(shí)刻的電磁峰值強(qiáng)度，獲取閃電的距離信息；S3. 4根據(jù)所述地閃低頻磁場(chǎng)的方位角、所述閃電的距離信息以及探測(cè)站的經(jīng)緯度信息，獲得地閃的發(fā)生位置。其中，在步驟S3中，云地閃鑒別之后，還進(jìn)行對(duì)地閃進(jìn)行定位以及云閃計(jì)數(shù)的步驟，計(jì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)為對(duì)Is記錄長(zhǎng)度的波形進(jìn)行分析，確定有云閃脈沖的，記錄為1次。(三)有益效果本發(fā)明的系統(tǒng)及方法采用高速大容量數(shù)據(jù)采集和GPS時(shí)間同步技術(shù)，將雷電定位和波形采集融為一體，增加了對(duì)閃電微秒、亞微秒時(shí)間尺度的物理過(guò)程的監(jiān)測(cè)功能。同時(shí)，
5可提供閃電發(fā)生類型、回?fù)魯?shù)目、發(fā)生時(shí)間、發(fā)生位置信息，并可實(shí)時(shí)顯示上述信息和閃電電磁場(chǎng)波形。根據(jù)對(duì)閃電電場(chǎng)變化波形的分析和判斷，增加了云閃計(jì)數(shù)功能。該系統(tǒng)可與其他雷電測(cè)量設(shè)備同步，對(duì)閃電放電過(guò)程進(jìn)行綜合觀測(cè)，補(bǔ)充了現(xiàn)有的觀測(cè)設(shè)備。


圖1為依照本發(fā)明一種實(shí)施方式的閃電探測(cè)定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖2為依照本發(fā)明一種實(shí)施方式的閃電探測(cè)定位方法流程圖；圖3為依照本發(fā)明一種實(shí)施方式的閃電探測(cè)定位方法中云地閃計(jì)數(shù)流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出的閃電探測(cè)定位系統(tǒng)及方法，結(jié)合附圖及實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明如下。本發(fā)明的系統(tǒng)適合閃電波形采集和閃電回?fù)舳ㄎ坏亩喙δ軉握鹃W電探測(cè)定位，該系統(tǒng)具有閃電電磁波波形高時(shí)間分辨率采集以及地閃定位雙重功能。如圖1所示，依照本發(fā)明一種實(shí)施方式的閃電探測(cè)定位系統(tǒng)包括天線單元100、接收機(jī)單元200、波形特征提取處理單元300、測(cè)控單元400、自檢校準(zhǔn)單元500、供電單元600、以及防護(hù)體單元700。天線單元100，用于探測(cè)閃電發(fā)生時(shí)的電磁場(chǎng)變化信號(hào)，探測(cè)GPS衛(wèi)星信號(hào)，并將電磁場(chǎng)變化信號(hào)以及GPS衛(wèi)星信號(hào)發(fā)送至接收機(jī)單元200。天線單元100包括電場(chǎng)快變化天線101，用于探測(cè)閃電發(fā)生時(shí)的電場(chǎng)變化信號(hào)；正交磁場(chǎng)天線102，用于探測(cè)閃電發(fā)生時(shí)的磁場(chǎng)變化信號(hào)；GPS天線103，用于探測(cè)GPS衛(wèi)星信號(hào)。電場(chǎng)快變化天線101為平板電容天線，通過(guò)電場(chǎng)引起的平板電容電荷改變探測(cè)電場(chǎng)；正交磁場(chǎng)天線102為兩個(gè)具有相同的環(huán)截面積和線圈匝數(shù)且垂直正交的環(huán)形導(dǎo)線圈，通過(guò)探測(cè)磁場(chǎng)變化產(chǎn)生的感生電流探測(cè)磁場(chǎng)。該天線單元100能夠探測(cè)到數(shù)百兆帶寬的電磁場(chǎng)信號(hào)。接收機(jī)單元200，與天線單元100相連，用于接收來(lái)自天線單元100的電磁場(chǎng)變化信號(hào)以及GPS衛(wèi)星信號(hào)。接收機(jī)單元200進(jìn)一步包括電磁變化接收機(jī)201，與電場(chǎng)快變化天線101以及正交磁場(chǎng)天線102相連，接收該電場(chǎng)變化信號(hào)以及磁場(chǎng)變化信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行積分、以及濾波放大處理，其能夠根據(jù)需求調(diào)節(jié)時(shí)間常數(shù)和帶寬，該電磁變化接收機(jī) 201還可以進(jìn)一步包括電場(chǎng)快變化接收機(jī)和磁場(chǎng)變化接收機(jī)，電場(chǎng)快變化接收機(jī)的帶寬為 200Hz-5MHz，磁場(chǎng)變化接收機(jī)的帶寬為0. lHz_500kHz ；GPS接收機(jī)202，與GPS天線103相連，接收GPS衛(wèi)星信號(hào)。波形特征提取處理單元300，與接收機(jī)單元200相連，用于實(shí)時(shí)提取電磁場(chǎng)變化信號(hào)波形特征參數(shù)，對(duì)其進(jìn)行分析處理，獲得云地閃鑒別結(jié)果以及地閃定位結(jié)果。該波形特征提取處理單元300優(yōu)選為現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA。測(cè)控單元400，與波形特征提取處理單元300以及接收機(jī)單元200均相連，用于實(shí)時(shí)采集并存儲(chǔ)電磁場(chǎng)變化信號(hào)原始波形，標(biāo)記采集所述電磁場(chǎng)變化信號(hào)波形的時(shí)間，并根據(jù)所述GPS衛(wèi)星信號(hào)，實(shí)時(shí)顯示地閃在地理信息系統(tǒng)中的位置。該測(cè)控單元400進(jìn)一步包括數(shù)據(jù)采集卡401，與接收機(jī)單元200相連，用于實(shí)時(shí)采集電磁場(chǎng)波形；測(cè)量處理子單元 402，與該數(shù)據(jù)采集卡401相連，能夠控制該數(shù)據(jù)采集卡401的采樣長(zhǎng)度、采樣率、觸發(fā)方式、 觸發(fā)閾值、存儲(chǔ)路徑、以及存儲(chǔ)方式等參數(shù)；定位顯示子單元403，與波形特征提取處理單元300相連接，顯示地閃在地理信息系統(tǒng)中的位置。該數(shù)據(jù)采集卡401以及測(cè)量處理子單元402優(yōu)選地位于計(jì)算機(jī)(工控機(jī))內(nèi)。自檢校準(zhǔn)單元500，與接收機(jī)單元200及天線單元100相連，用于為天線單元100 以及接收機(jī)單元200提供標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，以及經(jīng)采集檢測(cè)后，對(duì)系統(tǒng)給出校正系數(shù)。該單元優(yōu)選為標(biāo)準(zhǔn)波形發(fā)生器。供電單元600，與接收機(jī)單元200、波形特征提取處理單元300、測(cè)控單元400以及自檢校準(zhǔn)單元500相連，為上述各供電。防護(hù)體單元700，由金屬支架和防護(hù)罩構(gòu)成，天線單元100、接收機(jī)單元200、波形特征提取處理單元300、自檢校準(zhǔn)單元500均位于室外，防護(hù)體單元內(nèi)，用于為上述室外架設(shè)單元提供支撐和環(huán)境防護(hù)。如圖2所示，依照本發(fā)明一種實(shí)施方式的閃電探測(cè)定位方法包括步驟Si.天線單元將探測(cè)到的閃電發(fā)生時(shí)的電磁場(chǎng)變化信號(hào)以及GPS衛(wèi)星信號(hào)發(fā)送至接收機(jī)單元；S2.判斷閃電發(fā)生時(shí)電磁場(chǎng)變化量是否超過(guò)設(shè)定的觸發(fā)閾值，若是，則執(zhí)行步驟 S3，否則，等待；S3.波形特征提取處理單元采集電磁場(chǎng)變化信號(hào)波形特征參數(shù)，對(duì)其進(jìn)行分析處理，獲得云地閃鑒別結(jié)果以及地閃定位結(jié)果；測(cè)控單元實(shí)時(shí)采集并保存所述電磁場(chǎng)變化信號(hào)波形，標(biāo)記采集所述電磁場(chǎng)變化信號(hào)波形的時(shí)間，并顯示地閃在地理信息系統(tǒng)中的位置。由于GPS數(shù)據(jù)是通過(guò)串口傳遞至工控機(jī)的，采集數(shù)據(jù)是通過(guò)外設(shè)部件互連標(biāo)準(zhǔn) (PCI)總線傳遞至工控機(jī)的，為保證某一秒的串口數(shù)據(jù)與該秒的PCI總線數(shù)據(jù)在時(shí)刻上能正確對(duì)應(yīng)，數(shù)據(jù)采集卡401的數(shù)據(jù)傳遞必須保證嚴(yán)格的實(shí)時(shí)性，因此數(shù)據(jù)采集卡401在每個(gè) IPPS脈沖的上升沿都會(huì)向工控機(jī)申請(qǐng)中斷，在數(shù)據(jù)量到達(dá)一定量時(shí)也會(huì)向工控機(jī)申請(qǐng)中斷，工控機(jī)響應(yīng)中斷，將數(shù)據(jù)采集卡401上的數(shù)據(jù)全部讀取到工控機(jī)。其中，步驟S3中，本系統(tǒng)通過(guò)分析閃電電場(chǎng)的波形變化特征來(lái)判斷閃電類型，選取下述典型的電場(chǎng)特征值作為判斷依據(jù)電場(chǎng)峰值、電場(chǎng)起始值、10% -90%峰值持續(xù)時(shí)間、下降沿的過(guò)零時(shí)間、上升沿整體持續(xù)時(shí)間。波形特征提取處理單元300鑒別云地閃的方法為若電場(chǎng)變化信號(hào)同時(shí)滿足以下條件中的三個(gè)，則判定閃電為地閃(a) 0. 8 μ s < 電場(chǎng) 10 % "90 % 峰值持續(xù)時(shí)間 < 8 μ S ；(b)電場(chǎng)峰值> 電場(chǎng)起始值的兩倍；(c)電場(chǎng)峰值> 0. 5V ；(d)下降沿過(guò)零時(shí)間> 10 μ s ；云閃的判定是建立在地閃排除基礎(chǔ)之上的，若電場(chǎng)變化信號(hào)同時(shí)滿足以下三個(gè)條件，則判定閃電為云閃(e)脈沖寬度<8ys;(f)上升沿時(shí)間>下降沿時(shí)間；(g)非地閃。正確識(shí)別云地閃之后，對(duì)地閃進(jìn)行定位以及云閃計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)為，對(duì)Is記錄長(zhǎng)度的波形進(jìn)行分析，確定有云閃脈沖者，記錄為1次，如圖3所示。波形特征提取處理單元300進(jìn)行地閃定位的方法包括步驟
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S3. 1提取電磁場(chǎng)變化信號(hào)信息；S3. 2比較兩個(gè)磁場(chǎng)天線中的感應(yīng)電壓，得到雷擊時(shí)低頻磁場(chǎng)的方位角；S3. 3根據(jù)閃電發(fā)生時(shí)刻的電磁峰值強(qiáng)度，獲取閃電的距離信息；S3. 4根據(jù)所述地閃低頻磁場(chǎng)脈沖的方位角、所述閃電的距離信息以及探測(cè)站的經(jīng)緯度信息，獲得地閃的發(fā)生位置。其中，步驟S3. 2中確定地閃方位的原理如下將具有相同的環(huán)截面積和線圈匝數(shù)的兩環(huán)天線垂直正交地放置在地面之上，其中兩個(gè)線圈截面法線指向分別為南北和東西。此時(shí)，兩環(huán)天線感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)將分別為eM1=-NSp0 sincp(dH / dt) ；eM2=-NSp0 coscp(dH / dt)取其比值的反正切tg_1(eM1 / e·)= φ或180+φ由此可見(jiàn)，只要嚴(yán)格做到兩環(huán)天線線圈匝數(shù)相同，截面積相同，互相正交，它們感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)之比的反正切即可提供閃電源的方位角，其中，180°的模糊度可由電場(chǎng)分量的方向，根據(jù)電波傳播方向、電場(chǎng)和磁場(chǎng)分量三者互相正交的原理加以消除。以上實(shí)施方式僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而并非對(duì)本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
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權(quán)利要求
1.一種閃電探測(cè)定位系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括天線單元，用于探測(cè)閃電發(fā)生時(shí)的電磁場(chǎng)變化信號(hào)，探測(cè)GPS衛(wèi)星信號(hào)，并將所述電磁場(chǎng)變化信號(hào)以及所述GPS衛(wèi)星信號(hào)發(fā)送至接收機(jī)單元；接收機(jī)單元，與所述天線單元相連，用于接收所述電磁場(chǎng)變化信號(hào)以及所述GPS衛(wèi)星信號(hào)；波形特征提取處理單元，與所述接收機(jī)單元相連，用于實(shí)時(shí)提取電磁場(chǎng)變化信號(hào)波形特征參數(shù)，對(duì)其進(jìn)行分析處理，獲得云地閃鑒別結(jié)果以及地閃定位結(jié)果；測(cè)控單元，與所述波形特征提取處理單元以及接收機(jī)單元均相連，用于實(shí)時(shí)采集并存儲(chǔ)所述電磁場(chǎng)變化信號(hào)波形，標(biāo)記采集所述閃電波形的時(shí)間，實(shí)時(shí)顯示地閃在地理信息系統(tǒng)中的位置。
2.如權(quán)利要求1所述的閃電探測(cè)定位系統(tǒng)，其特征在于，所述天線單元進(jìn)一步包括 電場(chǎng)快變化天線，用于探測(cè)閃電發(fā)生時(shí)的電場(chǎng)變化信號(hào)；正交磁場(chǎng)天線，用于探測(cè)閃電發(fā)生時(shí)的磁場(chǎng)變化信號(hào)； GPS天線，用于探測(cè)GPS衛(wèi)星信號(hào)。
3.如權(quán)利要求2所述的閃電探測(cè)定位系統(tǒng)，其特征在于，所述電場(chǎng)快變化天線為平板電容天線，所述正交磁場(chǎng)天線為兩個(gè)具有相同的環(huán)截面積和線圈匝數(shù)且垂直正交的環(huán)形導(dǎo)線圈。
4.如權(quán)利要求3所述的閃電探測(cè)定位系統(tǒng)，其特征在于，所述接收機(jī)單元進(jìn)一步包括 電磁變化接收機(jī)，與所述電場(chǎng)快變化天線以及所述正交磁場(chǎng)天線相連，接收所述電場(chǎng)變化信號(hào)以及磁場(chǎng)變化信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行積分、以及濾波放大處理； GPS接收機(jī)，與所述GPS天線相連，接收所述GPS衛(wèi)星信號(hào)。
5.如權(quán)利要求1所述的閃電探測(cè)定位系統(tǒng)，其特征在于，所述波形特征提取處理單元為現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA。
6.如權(quán)利要求1所述的閃電探測(cè)定位系統(tǒng)，其特征在于，所述測(cè)控單元進(jìn)一步包括 數(shù)據(jù)采集卡，與所述接收機(jī)單元相連，用于實(shí)時(shí)采集所述電磁場(chǎng)變化信號(hào)波形；測(cè)量處理子單元，與所述數(shù)據(jù)采集卡相連，用于控制所述數(shù)據(jù)采集卡的采樣長(zhǎng)度、采樣率、觸發(fā)方式、觸發(fā)閾值、存儲(chǔ)路徑、以及存儲(chǔ)方式，以及顯示所述信號(hào)波形；定位顯示子單元，與所述波形特征提取處理單元相連，用于顯示所述地閃在地理信息系統(tǒng)中的位置。
7.如權(quán)利要求1所述的閃電探測(cè)定位系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括自檢校準(zhǔn)單元，與所述天線單元以及接收機(jī)單元相連，用于為所述天線單元提供標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，以及為系統(tǒng)給出校正系數(shù)；供電單元，與所述接收機(jī)單元、波形特征提取處理單元、測(cè)控單元以及自檢校準(zhǔn)單元相連，為上述各單元供電；防護(hù)體單元，罩在所述天線單元、接收機(jī)單元、波形特征提取處理單元、以及自校準(zhǔn)單元外，為上述各單元提供支撐和環(huán)境防護(hù)。
8.一種基于權(quán)利要求1-7所述系統(tǒng)的閃電探測(cè)定位方法，其特征在于，該方法包括步驟Si.天線單元將探測(cè)到的閃電發(fā)生時(shí)的電磁場(chǎng)變化信號(hào)以及GPS衛(wèi)星信號(hào)發(fā)送至接收機(jī)單元； (52.判斷閃電發(fā)生時(shí)電磁場(chǎng)變化量是否超過(guò)設(shè)定的觸發(fā)閾值，若是，則執(zhí)行步驟S3，否則，等待； (53.波形特征提取處理單元采集電磁場(chǎng)變化信號(hào)波形特征參數(shù)，對(duì)其進(jìn)行分析處理， 獲得云地閃鑒別結(jié)果以及地閃定位結(jié)果；測(cè)控單元實(shí)時(shí)采集并保存所述電磁場(chǎng)變化信號(hào)波形，標(biāo)記采集所述電磁場(chǎng)變化信號(hào)波形的時(shí)間，并顯示地閃在地理信息系統(tǒng)中的位置。
9.如權(quán)利要求8所述的閃電探測(cè)定位方法，其特征在于，步驟S3中，所述波形特征提取處理單元鑒別云地閃的方法為若電場(chǎng)變化信號(hào)同時(shí)滿足以下條件中的三個(gè)，則判定閃電為地閃(a)0. 8 μ s <電場(chǎng)10 % -90 %峰值持續(xù)時(shí)間< 8 μ S ；(b)電場(chǎng)峰值>電場(chǎng)起始值的兩倍；(c)電場(chǎng)峰值>0. 5V ；(d)下降沿過(guò)零時(shí)間>IOys;若電場(chǎng)變化信號(hào)同時(shí)滿足以下三個(gè)條件，則判定閃電為運(yùn)云閃(e)脈沖寬度<8μ s ；(f)上升沿時(shí)間>下降沿時(shí)間；(g)非地閃。
10.如權(quán)利要求8所述的閃電探測(cè)定位方法，其特征在于，步驟S3中，所述波形特征提取處理單元進(jìn)行地閃定位的方法包括步驟S3. 1提取電磁場(chǎng)變化信號(hào)信息；S3. 2比較兩個(gè)磁場(chǎng)天線中的感應(yīng)電壓，得到雷擊時(shí)低頻磁場(chǎng)的方位角；S3. 3根據(jù)閃電發(fā)生時(shí)刻的電磁峰值強(qiáng)度，獲取閃電的距離信息；S3. 4根據(jù)所述地閃低頻磁場(chǎng)的方位角、所述閃電的距離信息以及探測(cè)站的經(jīng)緯度信息，獲得地閃的發(fā)生位置。
11.如權(quán)利要求8所述的閃電探測(cè)定位方法，其特征在于，在步驟S3中，云地閃鑒別之后，還進(jìn)行對(duì)地閃進(jìn)行定位以及云閃計(jì)數(shù)的步驟，計(jì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)為對(duì)Is記錄長(zhǎng)度的波形進(jìn)行分析，確定有云閃脈沖的，記錄為1次。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種閃電探測(cè)定位系統(tǒng)及方法，涉及氣象探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。該系統(tǒng)包括天線單元，用于探測(cè)閃電發(fā)生時(shí)的電磁場(chǎng)變化信號(hào)，探測(cè)GPS衛(wèi)星信號(hào)，并將電磁場(chǎng)變化信號(hào)以及GPS衛(wèi)星信號(hào)發(fā)送至接收機(jī)單元；接收機(jī)單元，用于接收電磁場(chǎng)變化信號(hào)以及GPS衛(wèi)星信號(hào)；波形特征提取處理單元，用于實(shí)時(shí)提取電磁場(chǎng)變化信號(hào)波形特征參數(shù)，對(duì)其進(jìn)行分析處理，獲得云地閃鑒別結(jié)果以及地閃定位結(jié)果；測(cè)控單元，用于實(shí)時(shí)采集并存儲(chǔ)所述電磁場(chǎng)變化信號(hào)波形，標(biāo)記采集所述閃電波形的時(shí)間，實(shí)時(shí)顯示地閃在地理信息系統(tǒng)中的位置。本發(fā)明的系統(tǒng)及方法可進(jìn)行閃電波形采集和閃電回?fù)舳ㄎ坏亩喙δ軉握鹃W電探測(cè)定位。
文檔編號(hào)G01R29/08GK102338830SQ20111015881
公開(kāi)日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2011年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月13日
發(fā)明者呂偉濤, 孟青, 張義軍, 張陽(yáng) 申請(qǐng)人:中國(guó)氣象科學(xué)研究院