一种基于声光电同步观测的雷电定位方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及雷电监测领域，尤其涉及一种新型的雷电定位方法。本发明专利技术提出了一种基于声光电同步观测的新型雷电定位方法及装置，实现了仅用单站资料获取近距离内雷电事件的发生位置、发生时间以及三维通道结构。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及雷电监测领域，尤其涉及ー种新型的雷电定位方法和装置。
技术介绍
雷电会引起森林、油库火灾，造成供电、通信系统故障或损坏，对航空航天、矿山及ー些重要而敏感的高技术装备造成重大威胁。雷电具有瞬时性和随机性，这增加了雷电防护工程设计和雷电事故分析的难度，雷电定位技术为解决这ー难题提供了支撑。雷电定位系统可以实时获得雷电的发生时间、发生位置以及 雷电流强度等有效信息，这些资料对雷灾事故查询和雷电灾害评估至关重要。目前国内外广泛应用的雷电定位系统主要采用基于雷电电磁信号的多站定位技术，该方法侧重于实现广域的雷电观测，其局限性在于系统布站范围广且需要综合多站数据，这对探测站的选址、安装以及通信都提出了更高的要求；而且，现有系统的定位精度为500m左右，对于监测变电站、油库、煤矿、机场等重点区域小范围内的雷击事故仍显不足。基于雷声信号的雷电定位技术能够满足重点区域对小范围内雷电定位更高精度的需求。中国专利技术专利《多个声音传感器雷电定位仪及其定位方法》(申请号CN200910310395. 4)提出了两套技术方案方案一利用四个麦克风传感器获得雷声信号到达时间，由此算出雷声信号间的到达时差，再根据双曲线方法获得雷声声源的发生位置。但该方案存在依然存在如下问题首先，装置利用声音传感器实现系统触发，而实际环境中存在多种复杂的噪音源，会导致系统误触发而使得定位结果错误；其次，雷声信号在空气中传播受到诸多干扰，系统仅利用雷声信号进行定位将导致定位精度不高。方案ニ利用三个麦克风传感器和一个广角摄像头获得三组雷电声光信号到达时差，由此估算出声源到三个传感器的距离最终获得声源的发生位置。该方案同样存在不足在強烈的雷暴天气过程中，短时间内强雷暴区域雷电的发生频率极高，此时，广角摄像头将同时或者连续地接收到多个发生在不同方位的雷电事件，会导致雷声信号与光信号难以匹配，影响定位系统正常运行。同样，《微计算机信息》2010年第8期上发表的文章“基于DSP的雷电定位系统设计”中利用雷声信号测向、声电信号测距的方法也存在这ー问题，尽管这种定位技术在理论上可行，但实际过程中雷电事件繁发的情况将给系统的定位分析带来难题。
技术实现思路
针对
技术介绍
的不足，本专利技术提出了一种基于声光电同步观测的新型雷电定位方法及装置，实现了仅用单站资料获取近距离内雷电事件的发生位置、发生时间以及三维通道结构。本专利技术的技术方案是一种基于声光电同步观测的雷电定位装置，包括麦克风阵列、光敏阵列、数据采集模块和数据处理模块；麦克风阵列由四个麦克风传感器组成，四个传感器安装在钢制支架上形成一个空间直角坐标系形状；光敏阵列是由八个雷电光信号探测器排列而成的圆形阵列，安装于麦克风阵列之上，用于探测雷电的光信号；数据采集模块包括触发模块、雷声信号预处理模块以及雷电光信号预处理模块，用于采集麦克风阵列、光敏阵列的信号，并对信号进行预处理；数据处理模块包括数据处理软件和结果显示界面，用于分析数据采集模块预处理后的信号，以获得雷电定位信息并且为用户显示定位結果。其有益效果是与现有基于雷电电磁信号的雷电定位系统相比，该装置对于近距离的闪电事件探測精度更高；仅用单站资料获取近距离内雷电事件的发生位置、发生时间以及三维通道结构；主体探测设备结构小巧，方便携帯，首次实现了可移动式的闪电监测手段；同吋，装置中所利用的探测设备价格较低，大大降低了定位系统成本。如上所述的雷电定位装置，其特征在于所述麦克风传感器为电容式且其响应频率为15Hz-20KHz。其有益效果是在探测雷声信号的同时能够感应雷电电磁信号。 如上所述的雷电定位装置，其特征在于所述触发模块由雷电光信号探测电路、触发电平产生电路、数据采集控制电路组成。其有益效果是可以有效的探测雷电光信号。如上所述的雷电定位装置，其特征在于所述雷声信号预处理模块由放大电路、信号平滑电路、低通滤波器组成。其有益效果是可以有效的探測雷声信号。如上所述的雷电定位装置，其特征在于所述雷电光信号预处理模块由放大电路、信号平滑电路、高通滤波器组成。其有益效果是便于雷电光信号的后续处理。如上所述的雷电定位装置，其特征在于它还包括温度测量仪，数据采集模采集温度测量仪信号。其有益效果是能够获得实时的环境温度以算出声音的实际传播速度。一种基于声光电同步观测的雷电定位方法，其特征在于它包括如下步骤 Si:架设麦克风阵列、光敏阵列探测雷电原始信号，利用麦克风阵列探測雷声信号以及电磁信号，利用光敏阵列探測光信号，利用温度测量仪探测环境温度信息；S2 :数据采集模块采集麦克风阵列、光敏阵列及温度测量仪信号，通过对信号的预处理，获得雷声信号的波形数据及到达时刻、电磁信号的到达时刻、雷电光信号的方位及到达时刻；S3 :利用数据处理模块实现对信号的分析处理过程；S4 :最终获得雷电的发生时间、发生位置以及三维通道结构。其有益效果是可以确定雷电的发生时间、发生位置以及雷电三维通道结构，实现十公里内的雷电事件高精度监测。如上所述的雷电定位方法，其特征在于所述步骤S2的信号预处理包括如下步骤S201 :对获得信号进行放大、数模转换；S202 :对麦克风阵列接收的四路信号进行ニ级处理，主要包括两步截取有效的雷电电磁信号，并由此得到相应的到达时刻；截取雷声信号并且对其进行平滑、滤波等预处理，进而剔除干扰信号。其有益效果是可以对麦克风传感器信号进行预处理，便于后续定位分析。如上所述的雷电定位方法，其特征在于所述步骤S3信号的分析处理过程具体包括如下步骤S301 :利用雷声信号到达时差确定雷声信号入射射线方位信息；S302 :利用雷电光信号进行雷电发生方位辨识；S303:综合声光电信号以及上述结果，计算出雷声声源的位置。其有益效果是可以方便的获得雷声方位、声源位置等信息。附图说明 图I本专利技术装置结构框 图2本专利技术探测设备实物 图3本专利技术的光敏阵列示意 图4本专利技术雷电定位方法流程图。具体实施例方式附图标记说明1 一麦克风阵列，11、12、13、14一麦克风传感器，15—钢制阵列，2—光敏阵列，21—光敏元件，22—温度计，23—圓柱形支架，3—数据采集模块，4ー数据处理模块。下面结合附图对本专利技术做进ー步说明。本具体实施方式所涉及的雷电定位方法应用于雷电定位装置，所述雷电定位装置基于到达时差法的基本原理，通过计算不同麦克风传感器接收雷声信号的到达时差，确定雷声信号相对于探测阵列的入射射线方位信息；同时，通过测量雷声信号与雷电光电信号到达测站的时差，估算雷声声源的距离，最終，获得雷电发生时间、发生位置以及通道三维结构。 如图I所示，所述雷电定位装置包括四大组成部分 麦克风阵列I，包括四个完全相同的麦克风传感器，传感器优选为电容式麦克风，响应频率优选为15HZ-20KHZ，可以同时感应雷声信号和电磁信号；所述四个传感器安装在钢制支架15上，形成空间直角坐标系形状，其中，麦克风12安装在支架中心位置即直角坐标系原点处，麦克风11、麦克风13、麦克风14与麦克风12的距离均为lm。所述支架15均采用不锈钢材料。所述麦克风阵列用于采集近距离区域内雷电事件所产生的雷声信号以及电磁信号，并通过连接线输送到数据采集模块； 如图3所示,光敏阵列2,包括八个完全相同的光敏元件21,所述光敏元件采本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于声光电同步观测的雷电定位装置，包括麦克风阵列、光敏阵列、数据采集模块和数据处理模块；其特征在于麦克风阵列由四个麦克风传感器组成，四个传感器安装在钢制支架上形成一个空间直角坐标系形状；光敏阵列是由八个雷电光信号探測器排列而成的圆形阵列，安装于麦克风阵列之上，用于探测雷电的光信号；数据采集模块包括触发模块、雷声信号预处理模块以及雷电光信号预处理模块，用于采集麦克风阵列、光敏阵列的信号，并对信号进行预处理；数据处理模块包括数据处理软件部分和结果显示界面，用于分析数据采集模块预处理后的信号，以获得雷电定位信息并且为用户显示定位結果。2.如权利要求I所述的雷电定位装置，其特征在于它还包括温度测量仪，数据采集模采集温度测量仪信号。3.如权利要求I或2所述的雷电定位装置，其特征在于所述触发模块由雷电光信号探测电路、触发电平产生电路、数据采集控制电路组成。4.如权利要求I或2所述的雷电定位装置，其特征在于所述麦克风传感器为电容式且其响应频率为1Μ1ζ-20ΚΗζ。5.如权利要求I或2所述的雷电定位装置，其特征在于所述雷声信号预处理模块由放大电路、信号平滑电路、低通滤波器组成。6.如权利要求I或2所述的雷电定位装置，其特征在于所述雷电光信号预处理模块由放大电路、信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：章涵，冯万兴，谷山强，方玉河，王道洪，许远根，向念文，严碧武，曾瑜，
申请(专利权)人：国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司，
类型：发明
国别省市：