[發(fā)明專利]閃電探測(cè)定位系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110158811.0
• 申請(qǐng)日: 2011-06-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102338830A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孟青;張陽(yáng);呂偉濤;張義軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)氣象科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): G01R29/08
• 分類號(hào): G01R29/08
• 代理公司: 北京路浩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

1.一種閃電探測(cè)定位系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括：

天線單元，用于探測(cè)閃電發(fā)生時(shí)的電磁場(chǎng)變化信號(hào)，探測(cè)GPS衛(wèi)星信號(hào)，并將所述電磁場(chǎng)變化信號(hào)以及所述GPS衛(wèi)星信號(hào)發(fā)送至接收機(jī)單元；

接收機(jī)單元，與所述天線單元相連，用于接收所述電磁場(chǎng)變化信號(hào)以及所述GPS衛(wèi)星信號(hào)；

波形特征提取處理單元，與所述接收機(jī)單元相連，用于實(shí)時(shí)提取電磁場(chǎng)變化信號(hào)波形特征參數(shù)，對(duì)其進(jìn)行分析處理，獲得云地閃鑒別結(jié)果以及地閃定位結(jié)果；

測(cè)控單元，與所述波形特征提取處理單元以及接收機(jī)單元均相連，用于實(shí)時(shí)采集并存儲(chǔ)所述電磁場(chǎng)變化信號(hào)波形，標(biāo)記采集所述閃電波形的時(shí)間，實(shí)時(shí)顯示地閃在地理信息系統(tǒng)中的位置。

2.如權(quán)利要求1所述的閃電探測(cè)定位系統(tǒng)，其特征在于，所述天線單元進(jìn)一步包括：

電場(chǎng)快變化天線，用于探測(cè)閃電發(fā)生時(shí)的電場(chǎng)變化信號(hào)；

正交磁場(chǎng)天線，用于探測(cè)閃電發(fā)生時(shí)的磁場(chǎng)變化信號(hào)；

GPS天線，用于探測(cè)GPS衛(wèi)星信號(hào)。

3.如權(quán)利要求2所述的閃電探測(cè)定位系統(tǒng)，其特征在于，所述電場(chǎng)快變化天線為平板電容天線，所述正交磁場(chǎng)天線為兩個(gè)具有相同的環(huán)截面積和線圈匝數(shù)且垂直正交的環(huán)形導(dǎo)線圈。

4.如權(quán)利要求3所述的閃電探測(cè)定位系統(tǒng)，其特征在于，所述接收機(jī)單元進(jìn)一步包括：

電磁變化接收機(jī)，與所述電場(chǎng)快變化天線以及所述正交磁場(chǎng)天線相連，接收所述電場(chǎng)變化信號(hào)以及磁場(chǎng)變化信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行積分、以及濾波放大處理；

GPS接收機(jī)，與所述GPS天線相連，接收所述GPS衛(wèi)星信號(hào)。

5.如權(quán)利要求1所述的閃電探測(cè)定位系統(tǒng)，其特征在于，所述波形特征提取處理單元為現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列FPGA。

6.如權(quán)利要求1所述的閃電探測(cè)定位系統(tǒng)，其特征在于，所述測(cè)控單元進(jìn)一步包括：

數(shù)據(jù)采集卡，與所述接收機(jī)單元相連，用于實(shí)時(shí)采集所述電磁場(chǎng)變化信號(hào)波形；

測(cè)量處理子單元，與所述數(shù)據(jù)采集卡相連，用于控制所述數(shù)據(jù)采集卡的采樣長(zhǎng)度、采樣率、觸發(fā)方式、觸發(fā)閾值、存儲(chǔ)路徑、以及存儲(chǔ)方式，以及顯示所述信號(hào)波形；

定位顯示子單元，與所述波形特征提取處理單元相連，用于顯示所述地閃在地理信息系統(tǒng)中的位置。

7.如權(quán)利要求1所述的閃電探測(cè)定位系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括：

自檢校準(zhǔn)單元，與所述天線單元以及接收機(jī)單元相連，用于為所述天線單元提供標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，以及為系統(tǒng)給出校正系數(shù)；

供電單元，與所述接收機(jī)單元、波形特征提取處理單元、測(cè)控單元以及自檢校準(zhǔn)單元相連，為上述各單元供電；

防護(hù)體單元，罩在所述天線單元、接收機(jī)單元、波形特征提取處理單元、以及自校準(zhǔn)單元外，為上述各單元提供支撐和環(huán)境防護(hù)。

8.一種基于權(quán)利要求1-7所述系統(tǒng)的閃電探測(cè)定位方法，其特征在于，該方法包括步驟：

S1.天線單元將探測(cè)到的閃電發(fā)生時(shí)的電磁場(chǎng)變化信號(hào)以及GPS衛(wèi)星信號(hào)發(fā)送至接收機(jī)單元；

S2.判斷閃電發(fā)生時(shí)電磁場(chǎng)變化量是否超過(guò)設(shè)定的觸發(fā)閾值，若是，則執(zhí)行步驟S3，否則，等待；

S3.波形特征提取處理單元采集電磁場(chǎng)變化信號(hào)波形特征參數(shù)，對(duì)其進(jìn)行分析處理，獲得云地閃鑒別結(jié)果以及地閃定位結(jié)果；測(cè)控單元實(shí)時(shí)采集并保存所述電磁場(chǎng)變化信號(hào)波形，標(biāo)記采集所述電磁場(chǎng)變化信號(hào)波形的時(shí)間，并顯示地閃在地理信息系統(tǒng)中的位置。

9.如權(quán)利要求8所述的閃電探測(cè)定位方法，其特征在于，步驟S3中，所述波形特征提取處理單元鑒別云地閃的方法為：

若電場(chǎng)變化信號(hào)同時(shí)滿足以下條件中的三個(gè)，則判定閃電為地閃：

(a)0.8μs＜電場(chǎng)10％-90％峰值持續(xù)時(shí)間＜8μs；

(b)電場(chǎng)峰值＞電場(chǎng)起始值的兩倍；

(c)電場(chǎng)峰值＞0.5V；

(d)下降沿過(guò)零時(shí)間＞10μs；

若電場(chǎng)變化信號(hào)同時(shí)滿足以下三個(gè)條件，則判定閃電為運(yùn)云閃：

(e)脈沖寬度＜8μs；

(f)上升沿時(shí)間＞下降沿時(shí)間；

(g)非地閃。