[發明專利]甚低頻與甚高頻結合的全閃電定位系統

無效

• 申請號: 200910090116.8
• 申請日: 2009-07-29
• 公開（公告）號: CN101609145A
• 公開（公告）日: 2009-12-23
• 發明（設計）人: 張義軍;董萬勝;王濤;劉恒毅
• 申請（專利權）人: 中國氣象科學研究院
• 主分類號: G01S5/16
• 分類號: G01S5/16;G01W1/10;G01R29/08
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司
• 代理人: 胡小永

技術領域

本發明涉及氣象觀測設備，具體涉及甚低頻與甚高頻全閃電定位系統。

背景技術

閃電是嚴重的主要自然災害之一，可引起森林和油庫火災、造成供電及通訊信息系統故障或損壞，對航天航空、礦山及一些重要而敏感的高技術裝備等具有重大威脅。八十年代以后，閃電引起的危害顯著增加，特別是與高新技術關系密切的領域，如航空航天、國防、通訊、電力、計算機、電子工業等由于廣泛應用對閃電電磁干擾極為敏感的大規模及超大規模集成電路致使遭雷擊的幾率大大增加；據保守估計，我國每年因雷害造成的直接經濟損失超過數億元，而由此造成的間接經濟損失和影響難以估計，由于其成災迅速而給其研究、預報和防治帶來了極大的困難。

而閃電探測和定位系統能對雷電活動進行預警，從而減小閃電所導致的有害影響。由于閃電定位系統能夠不間斷地監測“地閃”和“云閃”時空演變、甚至放電通道的發展，所以這些系統也可用于確定一個指定區域內發生閃電的數量，以及放電參數的統計特征，因此發展新的閃電探測技術是當前非常迫切的任務。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的缺陷，設計一種甚低頻與甚高頻結合的全閃電定位系統，該系統根據雷電輻射特點以及閃電探測的具體需求，專門設計雷電輻射信號采集分析記錄系統。該系統可用于確定一個指定區域內發生閃電的數量，以及放電參數的統計特征，并能對雷電活動進行預警。

為實現上述目的，本發明的全閃電定位系統是采用一種甚低頻與甚高頻相結合的技術方案，該系統包括至少五個閃電定位監測站點，所述閃電定位監測站點內設有甚低頻閃電輻射接收機、甚高頻閃電輻射接收機、GPS接收機、工控機，所述站點利用GPS接收機提供絕對時間基準，得到閃電電場變化脈沖和VHF輻射脈沖到達各站點的時間和波形，利用工控機對所獲得波形數據進行預處理，然后通過互聯網把所獲得的數據實時傳輸到用于分析、處理所述脈沖的工控機，實現對閃電放電事件的實時監測和三維定位。

其中，所述甚低頻閃電輻射接收機包括依次連接的接收天線、積分放大器、濾波器、驅動輸出電路、模/數轉換電路及記錄設備，所述接收機用于探測接收閃電產生的瞬態電場變化。

其中，所述甚高頻閃電輻射接收機包括依次連接的接收天線、預選濾波器、變頻器、中頻濾波器、對數放大器、驅動輸出電路、模/數轉換電路及記錄設備，所述接收機用于探測小尺度放電過程產生的VHF輻射信號。

其中，所述工控機內設有所述數據采集模塊及數據處理軟件，所述數據處理軟件用于分析、處理閃電波形，并得到閃電輻射信號到達的時間戳。

其中，所述GPS接收機、所述甚低頻閃電輻射接收機、所述甚高頻閃電輻射接收機集成于所述工控機內，所述GPS接收機用于頻率基準校正，輸出準確的頻率信號，同時也向系統提供精確的時間基準。

其中，所述甚高頻閃電輻射接收機中的天線為盤錐天線，所述盤錐天線為線性極化的寬帶全向天線。

其中，所述數據采集部件設有2個獨立的采樣信道，所述兩個信道的最高數據采樣速率分別為5MS/s和50MS/s。

其中，所述工控機內設有觸發電路與存儲器，所述觸發電路用于當采集部件接收到的信號大于設定的閾值后，所述觸發電路被觸發采集閃電波形、閃電輻射強度及信號時間戳，并通過互聯網傳輸數據，同時將所述信號存儲到所述存儲器內。

本發明的優點和有益效果在于：在上述硬件與軟件的配合下，該系統可用于確定一個指定區域內發生閃電(云閃和地閃)的數量，閃電時空演變特征，放電類型，以及放電參數的統計特征，并能對雷電活動進行預警。

附圖說明

圖1是本發明甚低頻與甚高頻結合的全閃電定位系統框圖；

圖2是本發明甚低頻與甚高頻結合的全閃電定位系統中甚低頻閃電輻射接收機系統框圖；

圖3是本發明甚低頻與甚高頻結合的全閃電定位系統中甚高頻閃電輻射接收機系統框圖；

圖4是本發明甚低頻與甚高頻結合的全閃電定位系統中GPS時鐘模塊結構框圖；

圖5是本發明甚低頻與甚高頻結合的全閃電定位系統中調諧電壓控制算法軟件流程圖；圖5中Err：頻率誤差絕對值；Nzflag：當前誤差極性；Preig：上次誤差極性；Zlag：連續零誤差數；Incre：控制量增量；

圖6是本發明甚低頻與甚高頻結合的全閃電定位系統中數據采集卡的結構框圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護范圍。