一种目标闪电电场变化信号采集系统技术方案

本实用新型专利技术实施例公开了一种目标闪电电场变化信号采集系统。该系统包括天线阵列、下变频模块和采集器；下变频模块分别连接天线阵列和采集器；天线阵列，用于将感应到的目标闪电产生的预设频率范围内的电场变化信号传输至下变频模块；采集器，用于在接收到外部输入的启动采集指令时，生成第一控制指令，并将控制指令发送至下变频模块，以使下变频模块根据第一控制指令对接收到的电场变化信号进行降频处理；采集并存储降频处理后的电场变化信号。本实用新型专利技术实施例基于可调频的下变频模块，使得系统可以使用有限的采用率即可在超宽频段内获取闪电电磁辐射信号，与现有技术相比，具有频率观测范围大、抗环境电磁干扰能力强的优点。

【技术实现步骤摘要】

本技术实施例涉及气象监测
，具体涉及一种目标闪电电场变化信号采集系统。
技术介绍
闪电是自然界中的一种超强放电现象，伴随着瞬间强电流和宽频带强电磁辐射，常引起重大的灾害事故，造成人员和财产的损失。因此对闪电的研究的意义不仅在于扩展了人类对自然现象及其内在物理规律的认识，也有助于减少相关灾害对人类社会生活带来的损失。闪电放电本身是一个超强的宽带辐射源，这意味着它能在很宽的频率范围内对电磁设备造成干扰。认识闪电在各个频段的电磁辐射特征有助于防雷技术的发展。而且，闪电电磁辐射和闪电放电过程发展特征是闪电研究中非常重要的两个方面。而这两个研究方向也都需要根据研究内容的不同对特定频段的闪电电磁信号进行采集和处理。现有的闪电电磁辐射观测设备大多使用采集卡或示波器记录直接对天线或其他传感器获取的闪电信号进行数字化采集。这种观测方式所能达到的观测频率范围主要取决于采集设备的最高采样率，为了获取大的频率观测范围往往必须在垂直分辨率和采样长度方面做出妥协，同时一味地增加采样率也会使得观测受到更多干扰源的影响也难以实现数据的连续完整记录。也有一些闪电定位设备使用接收机将较高频率的闪电信号检波后使用。这些设备中采集装置的观测频率通常为固定值或处于一个非常小的频率范围，而且观测带宽往往也都为窄带。随着科技的发展，人们使用的电磁信号频段已经逐渐拓宽，而为了弄清闪电这种宽带辐射源在更广频率范围的电磁辐射特性需要一套能再多频段观测可行的采集装置。
技术实现思路
本技术实施例的一个目的是解决现有技术无法在保证同时满足大范围观测频率和高抗干扰能力的要求。本技术实施例提出了一种目标闪电电场变化信号采集系统，包括：天线阵列、下变频模块和采集器；所述下变频模块分别连接所述天线阵列和所述采集器；所述天线阵列，用于将感应到的目标闪电产生的第一预设频率范围内的电场变化信号传输至所述下变频模块；所述采集器，用于在接收到外部输入的启动采集指令时，生成第一控制指令，并将控制指令发送至所述下变频模块，以使所述下变频模块根据所述第一控制指令对接收到的电场变化信号进行降频处理；采集并存储降频处理后的电场变化信号。优选地，所述采集器包括：第一采集卡和控制器；所述第一采集卡，用于根据第一预设采样率采集所述下变频模块的降频处理后的电场变化信号，并将采集到的电场变化信号发送至控制器；所述控制器，用于对所述下变频模块和所述第一采集卡进行运行控制；并对接收到的第一预设频率范围内的电场变化信号进行存储。优选地，还包括：电场变化传感器组；所述电场变化传感器组，用于将感应到的所述目标闪电产生的第二预设频率范围内的电场变化信号传输至所述控制器；相应地，所述控制器，还用于对接收到的第二预设频率范围内的电场变化信号进行波形分析，以识别闪电放电的类型。优选地，所述采集器还包括：第二采集卡；所述第二采集卡，用于根据第二预设采样率采集所述电场变化传感器组输出的电场变化信号，并将采集获得的电场变化信号传输至控制器。优选地，所述下变频模块包括：接收机组和时钟源；所述接收机组分别连接所述天线阵列和所述第一采集卡；所述时钟源分别连接所述接收机组和所述第一采集卡；所述接收机组，用于接收所述天线阵列传输的电场变化信号，并对接收到的电场变化信号进行降频处理；所述时钟源，用于根据接收到的卫星时间信息生成时钟信号，并将时钟信号传输至所述接收机组和所述第一采集卡，以使所述接收机组和所述第一采集卡对获取的信号进行时钟标定。优选地，所述接收机组包括：多个接收机；所述多个接收机，用于在相干信号采集模式下，采用相同的接收频率对接收到的电场变化信号进行信号转换，以实现降频；或者，在多频点同步采集模式下，采用各自的中心频率对接收到的电场变化信号进行信号转换，以实现降频。优选地，还包括：GPS天线和GPS接收机；所述GPS接收机分别连接所述GPS天线和所述控制器；所述GPS天线，用于接收相应卫星发送的卫星信号，并将所述卫星信号传输至所述GPS接收机；所述GPS接收机，用于根据接收到的卫星信号向所述时钟源和所述控制器提供卫星时间信息。优选地，所述第一采集卡和所述第二采集卡通过总线与所述控制器连接。由上述技术方案可知，本技术实施例提出的目标闪电电场变化信号采集系统基于可调频的下变频模块，使得系统可以使用有限的采用率即可在超宽频段内获取闪电电磁辐射信号，利用基于闪电地面电场变化信号的闪电识别技术可以专门针对闪电进行观测，通过调节接收机的观测中心频率回避环境中的电磁干扰，与现有技术相比，具有频率观测范围大、抗环境电磁干扰能力强的优点。附图说明通过参考附图会更加清楚的理解本技术的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本技术进行任何限制，在附图中：图1示出了本技术一实施例提供的一种目标闪电电场变化信号采集系统的结构示意图；图2示出了本技术一实施例提供的一种目标闪电电场变化信号采集系统中控制器的工作流程图。具体实施方式为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。图1示出了本技术一实施例提供的一种目标闪电电场变化信号采集系统的结构示意图，参见图1，该系统包括：天线阵列、下变频模块和采集器；所述下变频模块分别连接所述天线阵列和所述采集器；所述天线阵列，用于将感应到的目标闪电产生的第一预设频率范围内的电场变化信号传输至所述下变频模块；此处的第一预设频率范围优选为30MHz以上，具体数值视情况而定。所述采集器，用于在接收到外部输入的启动采集指令时，生成第一控制指令，并将控制指令发送至所述下变频模块，以使所述下变频模块根据所述第一控制指令对接收到的电场变化信号进行降频处理；采集并存储降频处理后的电场变化信号。本技术实施例基于可调频的下变频模块，使得系统可以使用有限的采用率即可在超宽频段内获取闪电电磁辐射信号，与现有技术相比，具有频率观测范围大、抗环境电磁干扰能力强的优点。参见图1，本实施例中，采集器包括：第一采集卡和控制器；所述第一采集卡，用于根据第一预设采样率采集所述下变频模块的降频处理后的电场变化信号，并将采集到的电场变化信号发送至控制器；所述控制器，用于对所述下变频模块和所述第一采集卡进行运行控制；并对接收到的第一预设频率范围内的电场变化信号进行存储。参见图1，本实施例中，还包括：电场变化传感器组；所述电场变化传感器组，用于将感应到的所述目标闪电产生的第二预设频率范围内的电场变化信号传输至所述控制器；此处的第二预设频率范围与上述第一预设频率范围相对应，分别对应高频频率范围和对应低频频率范围，具体数值视情况而定。相应地，所述控制器，还用于对接收到的第二预设频率范围内的电场变化信号进行波形分析，以识别闪电放电的类型。参见图1，本实施例中，所述采集器还包括：第二采集卡；所述第二采集卡，用于根据第二预设采样率采集所述电场变化传感器组输出的电场变化信号，并将采集获得的电场变化信号传输至控制器。参见图1，本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种目标闪电电场变化信号采集系统，其特征在于，包括：天线阵列、下变频模块和采集器；所述下变频模块分别连接所述天线阵列和所述采集器；所述天线阵列，用于将感应到的目标闪电产生的第一预设频率范围内的电场变化信号传输至所述下变频模块；所述采集器，用于在接收到外部输入的启动采集指令时，生成第一控制指令，并将控制指令发送至所述下变频模块，以使所述下变频模块根据所述第一控制指令对接收到的电场变化信号进行降频处理；采集并存储降频处理后的电场变化信号。

【技术特征摘要】
1.一种目标闪电电场变化信号采集系统，其特征在于，包括：天线阵列、下变频模块和采集器；所述下变频模块分别连接所述天线阵列和所述采集器；所述天线阵列，用于将感应到的目标闪电产生的第一预设频率范围内的电场变化信号传输至所述下变频模块；所述采集器，用于在接收到外部输入的启动采集指令时，生成第一控制指令，并将控制指令发送至所述下变频模块，以使所述下变频模块根据所述第一控制指令对接收到的电场变化信号进行降频处理；采集并存储降频处理后的电场变化信号。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述采集器包括：第一采集卡和控制器；所述第一采集卡，用于根据第一预设采样率采集所述下变频模块的降频处理后的电场变化信号，并将采集到的电场变化信号发送至控制器；所述控制器，用于对所述下变频模块和所述第一采集卡进行运行控制；并对接收到的第一预设频率范围内的电场变化信号进行存储。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，还包括：电场变化传感器组；所述电场变化传感器组，用于将感应到的所述目标闪电产生的第二预设频率范围内的电场变化信号传输至所述控制器；相应地，所述控制器，还用于对接收到的第二预设频率范围内的电场变化信号进行波形分析，以识别闪电放电的类型。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述采集器还包括：第二采集卡；所述第二采集卡，用于根据第二预设采样率采集所述电场变化传感器...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘恒毅，董万胜，黄治钢，姜睿娇，
申请(专利权)人：中国气象科学研究院，
类型：新型
国别省市：北京;11