[實(shí)用新型]數(shù)字式雷電探測裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200920084968.1
• 申請日: 2009-04-14
• 公開（公告）號(hào): CN201378190Y
• 公開（公告）日: 2010-01-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳家宏;吳裕斌;許遠(yuǎn)根;曹丹華;張勤;康文斌;馮萬興;方玉河;谷山強(qiáng);彭慶華;王海濤
• 申請（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)電力科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): G01R29/08
• 分類號(hào): G01R29/08
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司
• 代理人: 李雙全;莫 青

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于雷電探測領(lǐng)域，涉及雷電探測裝置，特別是數(shù)字式雷電探測裝置。它是一種以數(shù)字信號(hào)處理為基礎(chǔ)的，具有靈活調(diào)整能力的數(shù)字式雷電探測裝置。其適用于大區(qū)域范圍的雷電探測。

背景技術(shù)

眾所周知，雷電發(fā)生時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的聲、光、電信號(hào)，其中聲和光信號(hào)由于其自身的特性，作用距離短，不適用于遠(yuǎn)距離大區(qū)域雷電探測。然而，雷電活動(dòng)所產(chǎn)生的電磁輻射場，尤其是主能量集中的低頻/甚低頻段的電磁輻射場，其產(chǎn)生的電磁輻射波可沿地球表面?zhèn)鞑?shù)百公里或更遠(yuǎn)。現(xiàn)有的雷電探測方法及裝置通常是檢測雷電活動(dòng)所產(chǎn)生的低頻/甚低頻段電磁輻射波所對應(yīng)的電磁感應(yīng)信號(hào)。據(jù)申請人所知，現(xiàn)代雷電探測技術(shù)始于二十世紀(jì)七十年代末，由美國科學(xué)家Martin?A.Uman和E.Philip?Krider教授提出并實(shí)現(xiàn)的，隨后該技術(shù)在美國、中國、法國、德國迅速發(fā)展，研究和實(shí)驗(yàn)證明，準(zhǔn)確區(qū)分雷電活動(dòng)中的云閃和地閃是雷電探測技術(shù)方法的關(guān)鍵。據(jù)申請人所知，目前所公開的用于區(qū)分云閃和地閃的識(shí)別判據(jù)有：時(shí)間判別法，即檢測輸入信號(hào)的主峰由參考零點(diǎn)到峰值點(diǎn)的時(shí)間，因?yàn)樵崎W電檢信號(hào)具有短暫的上升時(shí)間；雙極性測試法，即與第一峰相比較，后續(xù)相反極性波峰的峰值偏大，則被判定為云閃；另一種方法是同極性測試法，即存在與第一峰極性相同的后續(xù)峰，且后續(xù)峰峰值偏大，則被判定為云閃。如果所輸入的感應(yīng)信號(hào)不滿足上述判定則將被假定為地閃雷電信號(hào)。但是，即使綜合利用上述判據(jù)，仍然存在地閃雷電信號(hào)被錯(cuò)誤的判定。

申請人在研究中發(fā)現(xiàn)，利用上述這些方法實(shí)現(xiàn)的雷電探測裝置，就是利用判據(jù)組建一種雷電信號(hào)識(shí)別數(shù)學(xué)模型，其實(shí)現(xiàn)方法一般是采用模擬信號(hào)處理或者模擬與數(shù)字信號(hào)混合處理實(shí)現(xiàn)的，其特點(diǎn)是雷電信號(hào)識(shí)別模型和處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)起來較為簡單，基本上能夠滿足多站系統(tǒng)同時(shí)監(jiān)測雷電要求。其不足之處是：1、判據(jù)復(fù)雜時(shí)實(shí)現(xiàn)困難，對云閃、地閃的區(qū)分率相對低，在只接受地閃的探測系統(tǒng)中還可能影響探測效率；2、電路設(shè)計(jì)定型以后，雷電信號(hào)識(shí)別模型不便于根據(jù)使用情況的改變而改變或調(diào)整，從而造成部分不滿足預(yù)定判據(jù)條件的真雷電信號(hào)丟失，由此降低了探測裝置的接受效率；3、模擬電路存在固有的不穩(wěn)定性，隨著工作時(shí)間的延長會(huì)造成其內(nèi)部參數(shù)發(fā)生漂移；4、存在“寂靜時(shí)間”，模擬器件需要利用跟蹤和保持電路來檢測預(yù)選電檢信號(hào)、捕獲有用電檢信號(hào)、并完成對電檢信號(hào)特征的分析，在這一狀態(tài)中通常無法及時(shí)響應(yīng)后續(xù)信號(hào)。

中國專利文獻(xiàn)03808337.X閃電探測和數(shù)據(jù)獲得系統(tǒng)，其描述了一種可檢測雷電活動(dòng)所產(chǎn)生的低頻/甚低頻段電磁輻射波所對應(yīng)的電磁感應(yīng)信號(hào)的雷電探測器。它利用天線的導(dǎo)數(shù)特性和非線性放大器實(shí)現(xiàn)云閃和地閃振幅的調(diào)整和壓縮，降低了輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍。再利用高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器(簡稱ADC)，從輸入端將信號(hào)進(jìn)行了數(shù)字化采樣編碼，實(shí)現(xiàn)了由模擬判別向數(shù)字判別的進(jìn)步，消除了以往硬件系統(tǒng)存在的固有的寂靜時(shí)間問題。該中國專利文獻(xiàn)描述的雷電信號(hào)探測器是用數(shù)字信號(hào)處理器(簡稱DSP)作為系統(tǒng)平臺(tái)，利用計(jì)算機(jī)程序語言描述雷電信號(hào)識(shí)別數(shù)學(xué)模型，并在DSP上實(shí)現(xiàn)雷電信號(hào)識(shí)別模型及其信號(hào)處理，具有可編程特性，相對于以往探測方法及裝置難以實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜判據(jù)而言，其能夠通過計(jì)算機(jī)程序語言在DSP內(nèi)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)平臺(tái)所要求的復(fù)雜模型，但其缺陷在于：1、要實(shí)現(xiàn)復(fù)雜模型，需要進(jìn)行大量的運(yùn)算處理，有時(shí)不得不運(yùn)用復(fù)雜算法，才能獲得較為真實(shí)的結(jié)果，但運(yùn)用復(fù)雜算法時(shí)將會(huì)占用DSP龐大的資源，降低系統(tǒng)性能，影響信號(hào)響應(yīng)和處理速度，存在數(shù)據(jù)丟棄風(fēng)險(xiǎn)和信號(hào)響應(yīng)暫停的可能。2、其所描述的用戶可選擇判據(jù)，是僅針對云閃判據(jù)或是地閃判據(jù)的選擇，從而僅獲取地閃數(shù)據(jù)或者云閃數(shù)據(jù)或者是兩種數(shù)據(jù)全部獲取，其識(shí)別判據(jù)依然是固定的，不能夠針對實(shí)際情況對判據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)修正或擴(kuò)充，存在局限性。3、該專利所描述的探測器具有數(shù)據(jù)壓縮和十選一技術(shù)，但其所獲得的數(shù)據(jù)僅包含能夠判定雷電類型特征數(shù)據(jù)，不具備全波形數(shù)據(jù)的記錄和傳輸能力。4、其特征數(shù)據(jù)不具備本地離線存貯功能。

中國專利97109239.7“雷電電磁波到達(dá)時(shí)刻的探測方法”，公開了一種雷電電磁波特征頻段的時(shí)間標(biāo)定法，但其具體的實(shí)現(xiàn)方式是采用模擬濾波器對雷電電磁波進(jìn)行帶通濾波，存在一定的時(shí)間漂移。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的，是針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提出數(shù)字式雷電探測裝置，實(shí)現(xiàn)地閃雷電信號(hào)全數(shù)字的準(zhǔn)確實(shí)時(shí)識(shí)別，實(shí)現(xiàn)識(shí)別模型的靈活調(diào)整，并實(shí)現(xiàn)信號(hào)特征數(shù)據(jù)和全波形數(shù)據(jù)的同步數(shù)字處理和存儲(chǔ)。