闪电探测定位系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种闪电探测定位系统及方法，涉及气象探测技术领域。该系统包括：天线单元，用于探测闪电发生时的电磁场变化信号，探测GPS卫星信号，并将电磁场变化信号以及GPS卫星信号发送至接收机单元；接收机单元，用于接收电磁场变化信号以及GPS卫星信号；波形特征提取处理单元，用于实时提取电磁场变化信号波形特征参数，对其进行分析处理，获得云地闪鉴别结果以及地闪定位结果；测控单元，用于实时采集并存储所述电磁场变化信号波形，标记采集所述闪电波形的时间，实时显示地闪在地理信息系统中的位置。本发明专利技术的系统及方法可进行闪电波形采集和闪电回击定位的多功能单站闪电探测定位。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及气象观测
，尤其涉及一种。
技术介绍
闪电是我国最严重的自然灾害之一，由于其具有大电流、强电磁辐射等特性，常常引起森林火灾、油库爆炸、供电中断、通讯故障、设备破坏等事故，也容易造成人员伤亡。据保守估计，我国每年因雷灾造成的人员伤亡上千人，直接经济损失超过数亿元，而由此造成的间接经济损失和影响难以估计，雷电灾害已经波及到各行各业和生活的方方面面。遭雷击方式也从闪电直击、过电压波沿线传输扩展到闪电辐射电磁场的三维空间入侵。由于雷电成灾迅速，而给其研究、预报和防治带来了极大的困难，因此发展闪电探测技术和预警预报方法是当前非常迫切的任务。目前国内外的一些单站闪电探测系统功能均比较单一，不能满足社会的需要。迄今为止，国内外还没有同时可以进行闪电定位和电场变化测量的商业化产品，也没有适合业务运行的电场变化测量设备。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是如何提供一种可进行闪电波形采集和闪电回击定位的多功能单站闪电探测定位的。( 二 )技术方案为解决上述问题，本专利技术提供了一种闪电探测定位系统，该系统包括天线单元， 用于探测闪电发生时的电磁场变化信号，探测GPS卫星信号，并将所述电磁场变化信号以及所述GPS卫星信号发送至接收机单元；接收机单元，与所述天线单元相连，用于接收所述电磁场变化信号以及所述GPS卫星信号；波形特征提取处理单元，与所述接收机单元相连， 用于实时提取电磁场变化信号波形特征参数，对其进行分析处理，获得云地闪鉴别结果以及地闪定位结果；测控单元，与所述波形特征提取处理单元以及接收机单元均相连，用于实时采集并存储所述电磁场变化信号波形，标记采集所述闪电波形的时间，实时显示地闪在地理信息系统中的位置。其中，所述天线单元进一步包括电场快变化天线，用于探测闪电发生时的电场变化信号；正交磁场天线，用于探测闪电发生时的磁场变化信号；GPS天线，用于探测GPS卫星信号。其中，所述电场快变化天线为平板电容天线，所述正交磁场天线为两个具有相同的环截面积和线圈匝数且垂直正交的环形导线圈。其中，所述接收机单元进一步包括电磁变化接收机，与所述电场快变化天线以及所述正交磁场天线相连，接收所述电场变化信号以及磁场变化信号，并对其进行积分、以及滤波放大处理；GPS接收机，与所述GPS天线相连，接收所述GPS卫星信号。其中，所述波形特征提取处理单元为现场可编程门阵列FPGA。其中，所述测控单元进一步包括数据采集卡，与所述接收机单元相连，用于实时采集所述电磁场变化信号波形；测量处理子单元，与所述数据采集卡相连，用于控制所述数据采集卡的采样长度、采样率、触发方式、触发阈值、存储路径、以及存储方式，以及显示所述信号波形；定位显示子单元，与所述波形特征提取处理单元相连，用于显示所述地闪在地理信息系统中的位置。其中，该系统还包括自检校准单元，与所述天线单元以及接收机单元相连，用于为所述天线单元提供标准信号，以及为系统给出校正系数；供电单元，与所述接收机单元、 波形特征提取处理单元、测控单元以及自检校准单元相连，为上述各单元供电；防护体单元，罩在所述天线单元、接收机单元、波形特征提取处理单元、以及自校准单元外，为上述各单元提供支撑和环境防护。本专利技术还提供了一种基于上述系统的闪电探测定位方法，该方法包括步骤Si.天线单元将探测到的闪电发生时的电磁场变化信号以及GPS卫星信号发送至接收机单元；S2.判断闪电发生时电磁场变化量是否超过设定的触发阈值，若是，则执行步骤 S3，否则，等待；S3.波形特征提取处理单元采集电磁场变化信号波形特征参数，对其进行分析处理，获得云地闪鉴别结果以及地闪定位结果；测控单元实时采集并保存所述电磁场变化信号波形，标记采集所述电磁场变化信号波形的时间，并显示地闪在地理信息系统中的位置。其中，步骤S3中，所述波形特征提取处理单元鉴别云地闪的方法为若电场变化信号同时满足以下条件中的三个，则判定闪电为地闪(a) 0. 8 μ s < 电场 10% -90 % 峰值持续时间 < 8 μ S ；(b)电场峰值> 电场起始值的两倍；(C)电场峰值> 0. 5V ；(d)下降沿过零时间> 10 μ s ；若电场变化信号同时满足以下三个条件，则判定闪电为运云闪(e)脉冲宽度<8ys;(f)上升沿时间>下降沿时间；(g)非地闪。其中，步骤S3中，所述波形特征提取处理单元进行地闪定位的方法包括步骤S3. 1提取电磁场变化信号信息；S3. 2比较两个磁场天线中的感应电压，得到雷击点时低频磁场的方位角；S3. 3根据闪电发生时刻的电磁峰值强度，获取闪电的距离信息；S3. 4根据所述地闪低频磁场的方位角、所述闪电的距离信息以及探测站的经纬度信息，获得地闪的发生位置。其中，在步骤S3中，云地闪鉴别之后，还进行对地闪进行定位以及云闪计数的步骤，计数标准为对Is记录长度的波形进行分析，确定有云闪脉冲的，记录为1次。(三)有益效果本专利技术的系统及方法采用高速大容量数据采集和GPS时间同步技术，将雷电定位和波形采集融为一体，增加了对闪电微秒、亚微秒时间尺度的物理过程的监测功能。同时，5可提供闪电发生类型、回击数目、发生时间、发生位置信息，并可实时显示上述信息和闪电电磁场波形。根据对闪电电场变化波形的分析和判断，增加了云闪计数功能。该系统可与其他雷电测量设备同步，对闪电放电过程进行综合观测，补充了现有的观测设备。附图说明图1为依照本专利技术一种实施方式的闪电探测定位系统结构框图；图2为依照本专利技术一种实施方式的闪电探测定位方法流程图；图3为依照本专利技术一种实施方式的闪电探测定位方法中云地闪计数流程图。具体实施例方式本专利技术提出的，结合附图及实施例详细说明如下。本专利技术的系统适合闪电波形采集和闪电回击定位的多功能单站闪电探测定位，该系统具有闪电电磁波波形高时间分辨率采集以及地闪定位双重功能。如图1所示，依照本专利技术一种实施方式的闪电探测定位系统包括天线单元100、接收机单元200、波形特征提取处理单元300、测控单元400、自检校准单元500、供电单元600、以及防护体单元700。天线单元100，用于探测闪电发生时的电磁场变化信号，探测GPS卫星信号，并将电磁场变化信号以及GPS卫星信号发送至接收机单元200。天线单元100包括电场快变化天线101，用于探测闪电发生时的电场变化信号；正交磁场天线102，用于探测闪电发生时的磁场变化信号；GPS天线103，用于探测GPS卫星信号。电场快变化天线101为平板电容天线，通过电场引起的平板电容电荷改变探测电场；正交磁场天线102为两个具有相同的环截面积和线圈匝数且垂直正交的环形导线圈，通过探测磁场变化产生的感生电流探测磁场。该天线单元100能够探测到数百兆带宽的电磁场信号。接收机单元200，与天线单元100相连，用于接收来自天线单元100的电磁场变化信号以及GPS卫星信号。接收机单元200进一步包括电磁变化接收机201，与电场快变化天线101以及正交磁场天线102相连，接收该电场变化信号以及磁场变化信号，并对其进行积分、以及滤波放大处理，其能够根据需求调节时间常数和带宽，该电磁变化接收机 201还可以进一步包括电场快变化接收机和磁场变化接收机，电场本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种闪电探测定位系统，其特征在于，该系统包括：天线单元，用于探测闪电发生时的电磁场变化信号，探测ＧＰＳ卫星信号，并将所述电磁场变化信号以及所述ＧＰＳ卫星信号发送至接收机单元；接收机单元，与所述天线单元相连，用于接收所述电磁场变化信号以及所述ＧＰＳ卫星信号；波形特征提取处理单元，与所述接收机单元相连，用于实时提取电磁场变化信号波形特征参数，对其进行分析处理，获得云地闪鉴别结果以及地闪定位结果；测控单元，与所述波形特征提取处理单元以及接收机单元均相连，用于实时采集并存储所述电磁场变化信号波形，标记采集所述闪电波形的时间，实时显示地闪在地理信息系统中的位置。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孟青，张阳，吕伟涛，张义军，
申请(专利权)人：中国气象科学研究院，
类型：发明
国别省市：11