一种空中大气平均电场探测方法及系统技术方案

本发明专利技术实施例公开了一种空中大气平均电场探测方法，包括：无人机接收操作平台的无人机控制模块发送的无人机控制指令，并控制所述无人机到达待测电场；控制所述无人机中大气平均电场传感器的金属尖端置于所述待测电场中；获取电压值及阈值电场强度；获取无人机位置和时间信息、以及环境探测模块探测的基本气象要素；将所述电压值、阈值电场强度、无人机位置和时间信息及基本气象要素通过模数转换得到相应的数字信号，得出大气平均电场值；将所述大气平均电场值及数字信号发送至操作平台的信号接收模块；所述信号接收模块接收所述大气平均电场值及数字信号并发送至所述操作平台的显示界面。该方法提高了大气平均电场探测的可控性及稳定可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及空间环境探测
，特别是涉及一种空中大气平均电场探测方法及系统。
技术介绍
雷电是发生在大气中的一种强放电现象，能够产生高电流、强电磁辐射，是自然界十大电子公害，常常引起森林火灾，油库爆炸等灾难。为了对雷电现象进行深入研究，就必须了解雷暴云内的电特征，而大气平均电场强度是其中最重要的参量，决定了雷电放电是否能够始发以及传输。传统的空中大气平均电场探测方法是通过金属感应板在大气电场中产生感应电荷，其感应电荷量和大气平均电场强度有关，通过对感应板的交替屏蔽使感应电荷有规律的释放，经过反馈回路形成交替变化的电流，通过测量该变化电流获得大气平均电场的变化。但是，传统的空中大气平均电场探测过程中，使用的探测仪器机械机构较为复杂，造价较高，制约了其长期使用寿命，另外，探测仪器一般采用探空气球作为载体，但探空气球容易受到强对流天气中大风的影响，造成探测过程可控性差、结果误差较大大。
技术实现思路
本专利技术实施例中提供了一种空中大气平均电场探测方法及系统，以解决现有技术中探测过程不稳定，受天气条件制约大的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术实施例公开了如下技术方案：本专利技术实施例提供了一种空中大气平均电场探测方法，包括：无人机接收操作平台的无人机控制模块发送的无人机控制指令，并控制所述无人机到达待测电场；控制所述无人机中大气平均电场传感器的金属尖端置于所述待测电场中；获取所述大气平均电场传感器测得的电晕自持放电时的电压值及阈值电场强度；获取所述无人机中的GPS模块测得的电晕电流发生时的无人机位置和时间信息、以及环境探测模块探测的基本气象要素，所述基本气象要素包括无人机周围环境的温度、湿度、气流和云滴；将所述电压值、阈值电场强度、无人机位置和时间信息及基本气象要素通过模数转换得到相应的数字信号，并对所述数字信号进行处理，得出大气平均电场值；控制所述无人机的无线发射模块将所述大气平均电场值及数字信号发送至操作平台的信号接收模块；所述信号接收模块接收所述大气平均电场值及数字信号并发送至所述操作平台的显示界面，以显示所述大气平均电场值及数字信号。优选地，所述空中大气平均电场探测方法还包括：所述信号接收模块接收GPS模块、环境探测模块及大气平均电场传感器的运行状态监测信息；根据所述运行状态监测信息判断所述GPS模块、环境探测模块及大气平均电场传感器的运行状态。优选地，所述控制所述无人机到达待测电场无人机控制模块发送的无人机控制指令，包括：提取所述无人机控制指令的速度信息和运行方向信息；根据所述速度信息和运行方向信息，控制所述无人机运行时的速度及运行方向，以到达待测电场。优选地，所述对所述数字信号进行处理，得出大气平均电场，包括：根据所述电压值和大气平均电场传感器的金属尖端的电阻阻值，获取电晕电流；通过所述基本气象要素确定环境影响系数；根据所述电晕电流、环境影响系数、阈值电场强度以及对应关系，得出所述大气平均电场；根据所述无人机位置和时间信息，记录并显示电晕自持放电时的位置及时间。一种空中大气平均电场探测系统，包括无人机和位于地面的操作平台，所述无人机包括：信号采集模块，分别与所述信号采集模块电连接的GPS模块、大气平均电场传感器、环境探测模块、信号处理模块，及与所述信号处理模块连接的无线发射模块；所述操作平台包括无人机控制模块和信号接收模块，其中，所述操作平台用于发送无人机控制指令；所述无人机控制模块，用于接收无人机控制指令，控制无人机的运动方向及速度；所述大气平均电场传感器，用于产生电晕自持放电并获取电晕自持放电时的电压值及阈值电场强度；所述环境探测模块，用于获取包含温度、湿度、气流和云滴的基本气象要素；所述GPS模块，用于获取无人机的位置及时间信息；所述信号采集模块，用于将所述电压值、阈值电场强度、无人机位置和时间信息及基本气象要素进行模数转换，转换为相应的数字信号；所述信号处理模块，用于将所述数字信号进行处理，得出大气平均电场；所述无线发射模块，用于将所述大气平均电场发送至信号接收模块；所述信号接收模块，用于接收所述大气平均电场及数字信号；所述操作平台还包括一显示屏，所述显示屏与所述信号接收模块电连接，用于显示所述大气平均电场及数字信号。优选地，所述大气平均电场传感器包括依次电连接的一端为尖端的金属棒、无感电阻及放大电路，所述放大电路一端电连接无感电阻，另一端电连接信号采集模块，所述金属棒的尖端用于产生电晕自持放电，所述放大电路用于将电晕电流转换成电压。优选地，所述信号接收模块还用于接收GPS模块、环境探测模块及大气平均电场传感器的运行状态监测信息，实时监测所述GPS模块、环境探测模块及大气平均电场传感器的运行状态。本专利技术实施例基于电晕放电原理的电场探测方法，克服了传统探测方法中受天气等因素影响，且探测过程中机械结构复杂，不定因素较多使得测量过程难以控制等情况，并且采用了无人机作为载体，将各个模块集合一起，通过控制无人机，可准确到达目标位置，机械结构简单，大大提高了空中大气平均电场探测的可控性及探测装置的稳定可靠性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种空中大气平均电场探测方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种数字信号处理的流程示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种空中大气平均电场探测系统的结构示意图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术中的技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面结合附图和实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。当一定长度的尖端处在电场中时,尖端附近的电场会产生强烈畸变,如果畸变电场达到周围气体的击穿阈值,气体分子会发生雪崩式的电离过程，产生的大量离子轰击电极表面使其发射二次电子。当电场强度升到足够高时，大量正二次电子在数量上等于首次雪崩电离所需的电子源的电子数时，放电过程就可不依靠外来电子源提供电子而保持自持暗放电状态,即为电晕放电。本专利技术为了克服传统空中电场探测的缺陷，通过借鉴电场中的电晕原理以及最近发展起来的无人机技术，专利技术了一种基于电晕现象的、基于无人机施放手段方式的新型空中电场探测方法。参见图1，为本专利技术实施例提供的一种空中大气平均电场探测方法的流程示意图，包括：步骤S100：无人机10接收操作平台的无人机控制模块7发送的无人机控制指令，并控制所述无人机10到达待测电场。具体的，在地面设有操作平台及信号接收模块6，操作平台用于控制整个无人机10的运行，信号接收模块6用于接收无人机10发送回的各种信号。试验者通过操作平台设置无人机10的运行方向及运行速度，操作平台向无人机控制模块7发送包含有无人机10运行速度及运行方向的控制指令，所述无人机控制模块7接收所述控制指令，并提取所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空中大气平均电场探测方法，其特征在于，包括：无人机(10)接收操作平台的无人机控制模块(7)发送的无人机控制指令，并控制所述无人机(10)到达待测电场；控制所述无人机(10)中大气平均电场传感器(1)的金属尖端置于所述待测电场中；获取所述大气平均电场传感器(1)测得的电晕自持放电时的电压值及阈值电场强度；获取所述无人机中(10)的GPS模块(2)测得的电晕电流发生时的所述无人机(10)位置和时间信息、以及环境探测模块(9)探测的基本气象要素，所述基本气象要素包括无人机(10)周围环境的温度、湿度、气流和云滴；将所述电压值、阈值电场强度、无人机(10)位置和时间信息及基本气象要素通过模数转换得到相应的数字信号，并对所述数字信号进行处理，得出大气平均电场值；控制所述无人机(10)的无线发射模块(5)将所述大气平均电场值及数字信号发送至操作平台的信号接收模块(6)；所述信号接收模块(6)接收所述大气平均电场值及数字信号并发送至所述操作平台的显示界面，以显示所述大气平均电场值及数字信号。

【技术特征摘要】
1.一种空中大气平均电场探测方法，其特征在于，包括：无人机(10)接收操作平台的无人机控制模块(7)发送的无人机控制指令，并控制所述无人机(10)到达待测电场；控制所述无人机(10)中大气平均电场传感器(1)的金属尖端置于所述待测电场中；获取所述大气平均电场传感器(1)测得的电晕自持放电时的电压值及阈值电场强度；获取所述无人机中(10)的GPS模块(2)测得的电晕电流发生时的所述无人机(10)位置和时间信息、以及环境探测模块(9)探测的基本气象要素，所述基本气象要素包括无人机(10)周围环境的温度、湿度、气流和云滴；将所述电压值、阈值电场强度、无人机(10)位置和时间信息及基本气象要素通过模数转换得到相应的数字信号，并对所述数字信号进行处理，得出大气平均电场值；控制所述无人机(10)的无线发射模块(5)将所述大气平均电场值及数字信号发送至操作平台的信号接收模块(6)；所述信号接收模块(6)接收所述大气平均电场值及数字信号并发送至所述操作平台的显示界面，以显示所述大气平均电场值及数字信号。2.根据权利要求1所述的空中大气平均电场探测方法，其特征在于，所述空中大气平均电场探测方法还包括：所述信号接收模块(6)接收GPS模块(2)、环境探测模块(9)及大气平均电场传感器(1)的运行状态监测信息；根据所述运行状态监测信息判断所述GPS模块(2)、环境探测模块(9)及大气平均电场传感器(1)的运行状态。3.根据权利要求1所述的空中大气平均电场探测方法，其特征在于，所述控制所述无人机(10)到达待测电场无人机控制模块(7)发送的无人机控制指令，包括：提取所述无人机控制指令的速度信息和运行方向信息；根据所述速度信息和运行方向信息，控制所述无人机(10)运行时的速度及运行方向，以到达待测电场。4.根据权利要求1所述的空中大气平均电场探测方法，其特征在于，所述对所述数字信号进行处理，得出大气平均电场，包括：根据所述电压值和大气平均电场传感器(1)的金属尖端的电阻阻值，获取电晕电流；通过所述基本气象要素确定环境影响系数；根据所述电晕电流、环境影响系数、阈值电场强度以及对应关系，得出所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：周仿荣，王继承，钱国超，马仪，钟剑明，申元，
申请(专利权)人：云南电网有限责任公司电力科学研究院，云南电网有限责任公司保山供电局，
类型：发明
国别省市：云南;53