一种基于北斗系统和GPS系统的三维闪电探测仪技术方案

一种基于北斗系统和GPS系统的三维闪电探测仪，其电源模块(4)为闪电信号接收模块(1)、时间同步模块(2)和自检模块(3)供电。时间同步模块(2)的输出端连接闪电信号接收模块(1)的输入端，时间同步模块(2)将同步后的时间信号传输给闪电信号接收模块(1)，闪电信号接收模块(1)的输出端与自检模块(3)的输入端连接，将接收到的模拟闪电信号处理后传输给自检模块(3)。时间同步模块(2)同时接收北斗系统数据和GPS系统数据，根据定位数据的有效性及定位精度，选择输出定位精度高的一路数据。闪电信号接收模块(1)根据时间同步模块(2)选定的时间数据对闪电探测仪的内部时间同步。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于一种闪电探测装置，具体涉及一种基于北斗和GPS的三维闪电探测仪。
技术介绍
闪电是自然界中的一种强放电现象，具有随机性和强烈的破坏性。雷电常常会引发森林火灾，导致成片森林的烧毁；高压电网附近的闪电往往引起线路故障，中断电网的供电；发射场及飞机场附近的雷电对导弹、火箭的发射及飞机的起飞构成威胁。因此，目前各国都很重视雷电的研究、监测及防护。目前闪电探测主要使用的是基于时差法测量闪电辐射的脉冲。用时差法测量闪电辐射的脉冲时，需要测量脉冲到达探测仪的精确时间。利用多个探测站同时观测同一闪电辐射的电磁信号，确定闪电源的所在位置。这样时间同步的精确性是闪电定位的重要性能参数，对最终的定位结果精度有很大的影响。现有的全球定位系统主要有美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯“格洛纳斯”系统、欧洲“伽利略”系统、中国“北斗”系统。目前使用最为广泛的是美国的GPS系统，但是GPS均数据外国军方控制，一旦战争爆发，如果仅依赖GPS，导航系统将全部失效；我国自主研发的北斗卫星导航系统服务性能与GPS相当，能够提供高精度、高稳定性的定位、导航和授时服务，已满足精度达10米的要求，而且北斗系统针对中国及其周边地区是特别加强过的，在国内卫星的几何条件比较好。目前，在闪电探测领域，闪电探测系统主要服务于气象系统和电力系统。目前已公开的闪电探测装置大都是采用单GPS授时系统或者北斗授时系统。但是在应用中发现GPS有搜星较慢、信号不稳定等因素，北斗目前只支持以中国为中心的一定范围内的实时定位等一系列的原因，迫使我们将GPS和北斗两种模式集于一体进行精确定位授时。专利CN102338830公布了一种闪电探测定位系统及方法，该方法接收GPS卫星信号标记闪电波形的时间。该方法只能接收GPS信息不能接收北斗卫星信息。专利CN103743958公布了一种基于北斗卫星授时系统的雷电探测装置，该装置采用北斗卫星授时信息作为雷电探测装置的时间系统集成，采用北斗卫星系统时间信息标识雷电数据。该装置只能接收北斗卫星授时信息，不能接收GPS授时信息，不具有通用性。
技术实现思路
本技术的目的在于克服三维闪电探测仪中只使用单一的GPS定位系统或者北斗定位系统的制约和弊端，满足三维闪电探测仪中高精度定位授时的要求，提供一种基于GPS和北斗同时授时的三维闪电探测仪。本技术包括闪电信号接收模块、自检模块、时间同步模块和电源模块。电源模块分别与闪电信号接收模块、时间同步模块和自检模块连接，为闪电信号接收模块、时间同步模块和自检模块供电。时间同步模块的输出端连接闪电信号接收模块的输入端，时间同步模块将同步后的时间信号传输给闪电信号接收模块，同步闪电时间。并且，闪电信号接收模块的输出端与自检模块的输入端连接，在自检模块工作时，闪电信号接收模块将接收到的模拟闪电信号判别处理后传输给自检模块。闪电的时间同步模块采用北斗和GPS双模式时间接收，有效地提高了闪电探测仪的时间精度。电源模块分别与闪电信号接收模块的输入端、时间同步模块供电的输入端和自检模块的输入端连接，向闪电信号接收模块、时间同步模块供电和自检模块供电。时间同步模块的输出端连接闪电信号接收模块的输入端；闪电信号接收模块的输出端同时与自检模块的输入端连接，在自检模块工作时，闪电信号接收模块将接收到的模拟闪电信号判别处理后传输给自检模块。所述的闪电接收模块包括闪电接收天线和闪电信号处理模块。闪电接收天线由两个正交的磁环线圈和一个平板电容组成，所述的两个磁环天线分别为地理南北向重合和地理东西向重合。所述的平板电容与水平面平行。闪电接收天线的输出端和闪电信号处理模块的输入端连接，闪电信号处理模块的输出端连接时间同步模块的输入端。闪电接收天线接收闪电发生时的电磁波信号，将接收到的闪电电磁波信号传输给闪电信号处理模块；闪电信号处理模块将接收到的电磁波信号行放大、滤波、高速AD采样后进行数字波形识别，判别是否闪电信号。所述的自检模块的主要作用是确定所述三维闪电探测仪各个单元能够正常的工作，并校正三维闪电探测仪的参数。自检部分主要包括测试闪发送模块、测试闪统计模块和增益系数校正计算模块。测试闪发送模块的输出端连接闪电接收模块的闪电接收天线，通过输出模拟的测试闪电信号、以注入变化电流的方式耦合出电磁场；测试闪发送模块的输出端同时连接测试闪统计模块的输入端。闪电信号接收模块的输出端连接测试闪统计模块的输入端。闪电信号接收模块在接收到测试闪电信号之后将闪电信息发送给测试闪统计模块，测试闪统计模块统计闪电信号接收模块接收到的测试闪电数据，与测试闪发送模块发送的测试闪数据一一
比对，只有在测试闪发送模块发出的测试闪电信号与接收到的测试闪电信号完全相同的情况下，设备才是正常的，否则设备不正常。测试闪统计模块的输出端连接增益系数校正计算模块的输入端，测试闪统计模块同时计算出测试闪增益系数输出给增益系数校正模块，增益系数校正模块根据测试闪增益系数校正三维闪电探测仪的参数。所述的时间同步模块包括GPS接收模块、北斗接收模块、GPS接收控制模块、北斗接收控制模块，以及接收选择控制模块。其中GPS接收模块和GPS接收控制模块组成一路接收通路，GPS接收模块的输出端连接GPS接收控制模块的输入端，GPS接收控制模块的输出端连接接收选择控制模块。GPS接收模块接收来自GPS天线的卫星信号，并自动检测天线的状态。根据GPS天线卫星信号进行结算定位，获得GPS定位数据。GPS定位数据通过RS232串口的形式输出至GPS控制模块。GPS接收控制模块将接收到的GPS卫星信号进行解码分析，然后将解码后的时间和定位数据传输给接收选择控制模块。北斗接收模块和北斗接收控制模块组成另一路接收通路，北斗接收模块的输出端连接北斗接收控制模块的输入端，北斗接收控制模块的输出端连接接收选择控制模块。北斗接收模块接收来自北斗天线的卫星信号，并自动检测北斗天线的状态。根据北斗天线卫星信号进行结算定位，获得北斗定位数据。北斗定位数据通过RS232串口的形式输出至北斗控制模块。北斗接收控制模块将接收到的北斗卫星信号进行解码分析，然后将解码后的时间和定位数据传输给接收选择控制模块。接收选择控制模块根据接收到的GPS信息和北斗信息进行选择，然后输出精度较高的时间和定位数据至闪电信号接收模块。时间同步模块同时接收GPS系统和北斗系统的信息，对闪电数据进行时间同步，根据接收到的GPS信号和北斗信号的强度来判别使用哪种时间同步方式。时间同步模块根据选定的时间数据对闪电探测仪的内部时间进行同步，在闪电到来时给出准确的对时时间。接收选择控制模块同时接收北斗卫星数据和GPS卫星数据，根据定位数据的有效性及定位精度，自动选择输出定位精度高的一路的数据。单点定位精度取决于观测卫星的空间几何分布，在综合考虑单点定位精度的情况下选择精度高的卫星数据输出。本技术提供了高精度的时间同步信息，能自动选择北斗或GPS中精度高的一路数据输出，提高了三维闪电探测仪的时间精度，提高了多站联合探测的精度。附图说明图1是本技术的组成结构框图；图2是本技术处理流程图。具体实施方式以下结合附图和具体实施方式进一步说明本技术。如图1所示，本技术基于北斗系统和GPS系统的三维本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于北斗系统和GPS系统的三维闪电探测仪，其特征在于：所述的三维闪电探测仪包括闪电信号接收模块(1)、时间同步模块(2)、自检模块(3)和电源模块(4)；电源模块(4)分别与闪电信号接收模块(1)、时间同步模块(2)和自检模块(3)连接，为闪电信号接收模块(1)、时间同步模块(2)和自检模块(3)供电；时间同步模块(2)的输出端连接闪电信号接收模块(1)的输入端，时间同步模块(2)将同步后的时间信号传输给闪电信号接收模块(1)，同步闪电时间；并且，闪电信号接收模块(1)的输出端与自检模块(3)的输入端连接，在自检模块(3)工作时，闪电信号接收模块(1)将接收到的模拟闪电信号判别处理后传输给自检模块(3)。

【技术特征摘要】
1.一种基于北斗系统和GPS系统的三维闪电探测仪，其特征在于：所述的三维闪电探测仪包括闪电信号接收模块(1)、时间同步模块(2)、自检模块(3)和电源模块(4)；电源模块(4)分别与闪电信号接收模块(1)、时间同步模块(2)和自检模块(3)连接，为闪电信号接收模块(1)、时间同步模块(2)和自检模块(3)供电；时间同步模块(2)的输出端连接闪电信号接收模块(1)的输入端，时间同步模块(2)将同步后的时间信号传输给闪电信号接收模块(1)，同步闪电时间；并且，闪电信号接收模块(1)的输出端与自检模块(3)的输入端连接，在自检模块(3)工作时，闪电信号接收模块(1)将接收到的模拟闪电信号判别处理后传输给自检模块(3)。2.根据权利要求1所述的基于北斗系统和GPS系统的三维闪电探测仪，其特征在于：所述的闪电信号接收模块(1)包括闪电接收天线(11)和闪电信号处理模块(12)；闪电接收天线(11)的输出端连接闪电信号处理模块(12)的输入端，闪电接收天线(11)接收闪电发生时的电磁波信号，将接收到的电磁波进行处理及判别，确定是否是闪电信号；然后将接收到的闪电电磁波信号传输给闪电信号处理模块(12)；闪电信号处理模块(12)将所述的闪电电磁波信号放大、滤波、高速AD采样后，进行数字波形识别，然后输出闪电数据到闪电数据处理中心站，输出测试闪电数据到自检模块(3)。3.根据权利要求2所述的基于北斗系统和GPS系统的三维闪电探测仪，其特征在于：所述的闪电接收天线(11)由两个正交的磁环线圈和一个平板电容组成；两个正交的磁环线圈由同等匝数、同等形状、同等截面积的磁环线圈组成，每个磁环线圈分为两组不同的磁环线圈，其中一组为感应线圈，用于感应闪电发生时的磁场信号，另外一组为测试线圈，用于闪电探测仪整点自检时发出不同波形的闪电磁场信号。4.根据权利要求2所述的基于北斗系统和GPS系统的三维闪电探测仪，其特征在于：所述的闪电信号处理模块(12)包括闪电接收模块(121)、闪电数据处理模块(122)和闪电数据发送模块(123)；闪电接收模块(121)的输入端连接闪电接收天线(11)的输出端，将接收到的闪电接收天线(11)传输的电磁波信号发送给闪电数据处理模块(122)；闪电接收模块(121)的输出端连接闪电数据处理模块(122...

【专利技术属性】
技术研发人员：苑尚博，马启明，肖芳，周晓，宋佳军，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：新型
国别省市：北京;11