[發(fā)明專利]一種基于北斗的三維閃電探測系統(tǒng)和方法

有效

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• 申請日: 2013-05-30
• 公開（公告）號: CN103278704A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李繼維;劉曙光;劉軍
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶綠色智能技術(shù)研究院
• 主分類號: G01R29/08
• 分類號: G01R29/08;G04R20/02
• 代理公司: 北京輕創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11212
• 代理人: 楊立

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是一種基于北斗的三維閃電探測系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

閃電是大氣中脈沖式的放電現(xiàn)象，能夠產(chǎn)生瞬時高電壓、大電流和強電磁脈沖輻射，同時伴隨強烈的發(fā)光和發(fā)聲。閃電可以造成嚴重的災(zāi)害損失，尤其在電子電氣技術(shù)廣泛應(yīng)用的今天，其危害程度也越來越大。據(jù)統(tǒng)計，全球每秒鐘約發(fā)出600次閃電，其中有100次襲擊地面（地閃）。準確地監(jiān)測和預(yù)報閃電，日益成為人類急需解決的問題。

閃電的早期研究始于17世紀的歐美，并作為一門科學逐漸發(fā)展起來。現(xiàn)代閃電監(jiān)測系統(tǒng)起源于1976年，美國科學家M.A.Uman和E.P.Krider等人成功地對原雙陰極示波器閃電探測儀進行了改進，并在此基礎(chǔ)上研制出了磁方向閃電定位系統(tǒng)。80年代初期發(fā)展了云地閃波形鑒別技術(shù)，之后國外的閃電監(jiān)測技術(shù)發(fā)展的很快，相繼引入了諸多新的技術(shù)和方法。隨著技術(shù)進步，準實時級（幾秒內(nèi)）閃電探測已經(jīng)成為可能。

目前比較成熟的閃電監(jiān)測技術(shù)主要集中在基于地基探測的甚低頻電磁信號二維定位方面，而這些技術(shù)在探測效率、探測定位的準確率以及成本等方面存在諸多不足之處，包括：

一、目前的閃電定位設(shè)備主要是基于甚低頻電磁信號的二維定位，雖然也出現(xiàn)了基于甚高頻電磁信號的三維定位系統(tǒng)，但是甚高頻設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本偏高，不具備甚低頻監(jiān)測范圍大，易于推廣的優(yōu)點，再加上本身的技術(shù)缺陷，存在一定的局限性。

二、目前普遍使用的單一設(shè)備探測模式，不適用于在廣大的地域范圍內(nèi)進行閃電探測，有效準備的監(jiān)測閃電發(fā)生的總體狀況。

三、對于多站聯(lián)合探測機制，時間同步的精確性是重要的性能參數(shù)，對最終探測的精度有很大影響。使用導(dǎo)航衛(wèi)星授時功能進行時間同步是一種重要的方法，但是如何應(yīng)對衛(wèi)星信號對地球大氣電離層的延遲是一項需解決的問題。

針對上述問題，本發(fā)明提出了一種基于北斗的三維閃電探測系統(tǒng)及方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于北斗的三維閃電探測系統(tǒng)及方法，用于解決現(xiàn)有閃電探測技術(shù)存在的局限性問題。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種基于北斗的三維閃電探測系統(tǒng)，包括時間同步系統(tǒng)、閃電探測站點和數(shù)據(jù)監(jiān)測中心；

所述時間同步系統(tǒng)，其用于以北斗衛(wèi)星信號的雙向授時方式來構(gòu)建全網(wǎng)時間同步，計算并更新全網(wǎng)時間和時差，得到高精度的時間同步信息，并將時間同步信息傳輸至所述數(shù)據(jù)監(jiān)測中心；

所述閃電探測站點，其用于捕捉閃電發(fā)生引起的電場信號變化與磁場信號變化，得到相應(yīng)的電場變化信息和磁場變化信息，并將電場變化信息和磁場變化信息傳輸至所述數(shù)據(jù)監(jiān)測中心；

所述數(shù)據(jù)監(jiān)測中心，其用于處理接收的時間同步信息、電場變化信息和磁場變化信息，實現(xiàn)對閃電的三維時空探測。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進。

進一步，所述時間同步系統(tǒng)在每一個閃電探測站點布設(shè)有一個探測點用戶機，用于取得該閃電探測站點的時間同步信息，并將取得的時間同步信息實時傳輸給所述數(shù)據(jù)監(jiān)測中心。所述探測點用戶機屬于所述時間同步系統(tǒng)和所述閃電探測站點的交叉部分。

進一步，所述時間同步系統(tǒng)包括安裝有北斗雙頻接收機的RDSS（Radio?Determination?Satellite?Service，衛(wèi)星無線電測定服務(wù)）雙向授時站，且所述北斗雙頻接收機用于接收由兩種不同頻率載波信號調(diào)制的北斗衛(wèi)星信號。

進一步，所述閃電探測站點包括電場快變化天線和正交電磁場天線，分別用于捕捉閃電發(fā)生引起的電場信號變化與磁場信號變化。電場快變化天線，即平板電容天線，通過電場的改變引起平板電容電荷改變從而探測電場，它負責記錄電場的變化信號。正交電磁場天線由兩個具有相同截面積和線圈匝數(shù)且垂直正交的環(huán)形導(dǎo)線圈，它負責探測閃電發(fā)生時的磁場變化信號。

本發(fā)明的技術(shù)方案還包括一種基于北斗的三維閃電探測方法，包括：

步驟1:以北斗衛(wèi)星信號的雙向授時方式構(gòu)建全網(wǎng)時間同步，計算并更新全網(wǎng)時間和時差，得到高精度的時間同步信息；

步驟2:捕捉閃電發(fā)生引起的電場信號變化與磁場信號變化，得到相應(yīng)的電場變化信息和磁場變化信息；

步驟3，將時間同步信息、電場變化信息和磁場變化信息傳輸至數(shù)據(jù)監(jiān)測中心進行處理，實現(xiàn)對閃電的三維時空探測。

進一步，所述步驟1中以北斗衛(wèi)星信號的雙向授時方式構(gòu)建全網(wǎng)時間同步是通過RDSS雙向授時法實現(xiàn)的，具體包括以下步驟：