[發明專利]一種VHF頻段云閃雷電探測定位系統

有效

• 申請號: 201110204820.9
• 申請日: 2011-07-21
• 公開（公告）號: CN102288838A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發明（設計）人: 馬洪;趙文光
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01R29/08
• 分類號: G01R29/08
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

1.一種VHF頻段云閃雷電探測定位系統，其特征在于，該系統包括一個中心處理站和多個放置在不同位置的探測處理子站，探測處理子站與中心處理站通過無線或有線方式接入公眾廣域網；通過廣域網，一方面探測處理子站將獲得的云閃雷電探測數據上傳至中心處理站，另一方面實現中心處理站對各個探測處理子站工作狀態的遠程監控；

每個探測處理子站完成GPS/北斗衛星授時和時鐘同步、VHF頻段雷電信號的陣列接收、采集、信號過門限檢測和信號二維波達方向DOA估計，然后將獲得的實時雷電波形數據、協方差矩陣數據、陣列校準數據和時標數據進行組幀與本地緩存，最后通過廣域網將上述各類數據上傳到中心處理站；

中心處理站接收到各個探測處理子站上傳的數據后，首先按照數據類型存入云閃雷電數據庫中，然后再從該數據庫中取出同一時間段內對應于各個探測處理子站的雷電波形數據并計算同一個雷電脈沖信號到達任意兩個探測處理子站的時間差，接著使用各個探測處理子站對應于同一雷電脈沖信號的DOA信息和TDOA信息來建立DOA/TDOA組合定位方程，最終解算出發生云閃雷電的空間點坐標。

2.根據權利要求1所述的一種VHF頻段云閃雷電探測定位系統，其特征在于，每個探測處理子站至少包括以下單元：時間頻率單元(101)、VHF頻段陣列天線(102)、VHF頻段陣列接收單元(103)、高速同步采集單元(104)、VHF頻段陣列校準信號與本振發生單元(105)、探測處理子站數字處理子系統(106)和嵌入式控制器(107)；

時間頻率單元(101)為探測處理子站中的模擬和數字電路提供10MHz基準參考信號、標準秒脈沖信號1PPS和通用協調時信息UTC，同時還輸出5MHz、10MHz、50MHz時鐘，其中的1PPS脈沖的上升沿抖動均值小于50ns，使得探測處理子站的時間標記的分辨率達到20ns、各個探測處理子站之間的時鐘同步精度優于50ns；

VHF頻段陣列天線(102)由九個相同的VHF頻段全向天線構成，其中編號1至8的八個全向天線按照均勻圓陣方式排列，編號1天線與編號5天線的連線為正東-正西指向，相鄰天線之間的距離不超過接收信號中心頻率對應波長的一半，構成一個八元均勻圓陣；編號9天線位于圓陣的中心點，作為陣列校準信號的發射天線；采用九根特性阻抗為50歐姆的同軸電纜將各個天線與位于室內的八個接收通道及一個陣列校準信號發生器相連，每根同軸電纜中串接一個外殼接大地的雷擊浪涌保護器；

VHF頻段陣列接收單元(103)內設置有八個模擬接收通道，各模擬接收通道所需本振由VHF頻段陣列校準信號與本振發生單元(105)提供，該單元同時還產生單頻陣列校準信號并輸出至VHF頻段陣列天線(102)中的編號9天線上，然后發射向空中；模擬接收通道將VHF頻段陣列天線接收到的射頻信號無失真變換為適合模數轉換的模擬中頻信號；

高速同步采集單元(104)對VHF頻段陣列接收單元(103)輸出的八路帶寬不超過1MHz的模擬中頻信號進行同步欠采樣和量化后，得到八路數字信號，然后輸入到探測處理子站的數字處理子系統(106)中；

探測處理子站數字處理子系統(106)對輸入的八路數字信號進行數字預處理后，得到八路中頻數字信號x_i(n)＝I_i(n)-jQ_i(n)，i＝1，2，…，8，其中，I_i(n)和Q_i(n)分別表示第i通道數字預處理輸出信號在n時刻的同相和正交分量；接著進行雷電信號檢測、時間標記、陣列通道一致性校準、數據緩存與控制、雷電信號波達方向估計，得到實時雷電波形數據、陣列校準數據、協方差矩陣數據和雷電信號波達方向數據，然后組幀上傳到嵌入式控制器(107)的本地硬盤中；

嵌入式控制器(107)將存儲于本地硬盤中的包括雷電波形數據、陣列校準數據、協方差矩陣數據和雷電信號波達方向數據在內的全部觀測數據按照文件傳輸協議方式上傳至中心處理站；