[發(fā)明專(zhuān)利]一種應(yīng)用于氣象臺(tái)站的雷暴日自動(dòng)記錄系統(tǒng)及其記錄方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310752867.8
• 申請(qǐng)日: 2013-12-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103713338A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 嚴(yán)碧武;谷山強(qiáng);馮萬(wàn)興;方玉河;章涵;向念文;李濤;許遠(yuǎn)根
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞有限責(zé)任公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01W1/16
• 分類(lèi)號(hào): G01W1/16
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專(zhuān)利代理有限公司 42102
• 代理人: 蘇敏

1.一種應(yīng)用于氣象臺(tái)站的雷暴日自動(dòng)記錄系統(tǒng)，其特征在于：包括一臺(tái)或多臺(tái)雷暴日自動(dòng)記錄裝置和一個(gè)遠(yuǎn)程服務(wù)器，

所述雷暴日自動(dòng)記錄裝置包括電場(chǎng)平板天線(xiàn)、麥克風(fēng)陣列、太陽(yáng)能電池板、GPS天線(xiàn)、終端和支架，所述電場(chǎng)平板天線(xiàn)、麥克風(fēng)陣列、太陽(yáng)能電池板、GPS天線(xiàn)、終端均安裝在支架上；所述電場(chǎng)平板天線(xiàn)用于探測(cè)雷電發(fā)生時(shí)的電場(chǎng)信號(hào)，所述麥克風(fēng)陣列由若干個(gè)對(duì)稱(chēng)平均分布在繞所述支架一定距離的平面圓形陣列上的麥克風(fēng)組成；所述終端包括調(diào)理電路、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路、與門(mén)電路、電源控制器模塊、蓄電池和通信記錄單元，所述調(diào)理電路由放大器和濾波器組成，所述通信記錄單元由GPS時(shí)間模塊、中央處理模塊、3G通信模塊和存儲(chǔ)模塊組成，所述電場(chǎng)平板天線(xiàn)經(jīng)過(guò)調(diào)理電路、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路與各個(gè)與門(mén)電路的一個(gè)輸入端連接，所述各個(gè)麥克風(fēng)陣列分別經(jīng)過(guò)調(diào)理電路、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路與對(duì)應(yīng)一路與門(mén)電路的另一個(gè)輸入端連接，各個(gè)與門(mén)電路的輸出端均連接到中央處理模塊，所述GPS天線(xiàn)通過(guò)GPS時(shí)間模塊與中央處理模塊連接，所述太陽(yáng)能電池板和蓄電池分別通過(guò)電源控制器模塊與中央處理模塊連接，所述3G通信模塊和存儲(chǔ)模塊分別與中央處理模塊連接；

所述雷暴日自動(dòng)記錄裝置通過(guò)3G通信模塊與3G網(wǎng)絡(luò)通信，同時(shí)，所述遠(yuǎn)程服務(wù)器通過(guò)INTERNET網(wǎng)絡(luò)連接到3G網(wǎng)絡(luò)，用于接收當(dāng)前各個(gè)雷暴日自動(dòng)記錄裝置上傳的雷暴數(shù)據(jù)、并調(diào)用及查看保存在所述雷暴日自動(dòng)記錄裝置中的歷史數(shù)據(jù)。

2.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于氣象臺(tái)站的雷暴日自動(dòng)記錄系統(tǒng)，其特征在于：所述雷暴日自動(dòng)記錄裝置根據(jù)組網(wǎng)方案架設(shè)于各個(gè)氣象臺(tái)站的觀測(cè)點(diǎn)，且各個(gè)雷暴日自動(dòng)記錄裝置均設(shè)定唯一的識(shí)別碼。

3.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于氣象臺(tái)站的雷暴日自動(dòng)記錄系統(tǒng)，其特征在于：所述麥克風(fēng)陣列由8個(gè)頻段均為15Hz～20kHz的麥克風(fēng)組成，1-8#麥克風(fēng)對(duì)稱(chēng)平均分布在繞所述支架半徑0.5m的平面圓形陣列遠(yuǎn)端部。

4.如權(quán)利要求3所述的應(yīng)用于氣象臺(tái)站的雷暴日自動(dòng)記錄系統(tǒng)，其特征在于：所述1-8#麥克風(fēng)按順時(shí)針排列，1#麥克風(fēng)位于正對(duì)北向、2#麥克風(fēng)正對(duì)東北向、3#麥克風(fēng)正對(duì)東向、4#麥克風(fēng)正對(duì)東南向、5#麥克風(fēng)正對(duì)南向、6#麥克風(fēng)正對(duì)西南向、7#麥克風(fēng)正對(duì)西向、8#麥克風(fēng)正對(duì)西北向。

5.一種利用上述權(quán)利要求1～4任意之一所述雷暴日自動(dòng)記錄系統(tǒng)進(jìn)行雷暴日自動(dòng)記錄的方法，其特征在于：該方法包括以下步驟：

1）當(dāng)有雷電發(fā)生時(shí)，電場(chǎng)平板天線(xiàn)接收到雷電過(guò)程發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的電場(chǎng)信號(hào)，電場(chǎng)信號(hào)經(jīng)過(guò)與電場(chǎng)平板天線(xiàn)相連的調(diào)理電路的放大、濾波操作后，進(jìn)入與調(diào)理電路相連的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，一旦超過(guò)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路預(yù)先設(shè)定的觸發(fā)閾值，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路便輸出持續(xù)時(shí)間t的+5V窗口電平信號(hào)給與之相連的與門(mén)電路；

2）在雷電電場(chǎng)信號(hào)接收到之后，麥克風(fēng)陣列的8路精密麥克風(fēng)也接收到雷聲信號(hào)，雷聲信號(hào)分別經(jīng)過(guò)與各路麥克風(fēng)對(duì)應(yīng)相連的調(diào)理電路的放大、濾波操作后，分別進(jìn)入與調(diào)理電路相連的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，一旦超過(guò)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路預(yù)先設(shè)定的觸發(fā)閾值，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路便輸出持續(xù)時(shí)間為300ms的+5V窗口電平信號(hào)給與之相連的與門(mén)電路；

3）8路因雷聲信號(hào)觸發(fā)產(chǎn)生的300ms的+5V窗口電平和因雷電電場(chǎng)信號(hào)觸發(fā)產(chǎn)生的持續(xù)時(shí)間t的+5V窗口電平分別經(jīng)過(guò)一路與門(mén)電路之后，進(jìn)入中央處理模塊，中央處理模塊一旦檢測(cè)到與8路與門(mén)電路相連的輸入端有上升沿信號(hào)產(chǎn)生，便分別記錄下8路窗口電平上升沿時(shí)刻的GPS打碼時(shí)間；

4）基于8路GPS打碼時(shí)間，中央處理模塊通過(guò)寫(xiě)入的雷電方位分析算法，自動(dòng)計(jì)算出該次雷電發(fā)生的起止時(shí)間與方位，并以一定數(shù)據(jù)格式保存到所述通信記錄單元的存儲(chǔ)模塊中。

6.如權(quán)利要求5所述的雷暴日自動(dòng)記錄方法，其特征在于：所述的t的取值范圍根據(jù)氣象臺(tái)站間的距離或者組網(wǎng)方案確定：將氣象臺(tái)站或者其他組網(wǎng)方案中雷暴日自動(dòng)記錄裝置間的架設(shè)距離除以聲音的傳播速度，即可得到t的取值，其中，聲音的傳播速度取340m/s。

7.如權(quán)利要求5所述的雷暴日自動(dòng)記錄方法，其特征在于：所述GPS打碼時(shí)間，是在中央處理模塊分別接收到8路上升沿信號(hào)的同時(shí)，按上升沿信號(hào)進(jìn)入中央處理模塊的先后順序輸出觸發(fā)信號(hào)給GPS時(shí)間模塊，GPS時(shí)間模塊給出此刻的精確GPS時(shí)間，格式為：130808092955.154376541，代表13年8月8日9時(shí)29分55秒，精確到10^-9s。

8.如權(quán)利要求5所述的雷暴日自動(dòng)記錄方法，其特征在于：所述雷電方位分析算法如下：首先，將8路GPS打碼時(shí)間做比較，得到最早的一路GPS打碼時(shí)間，該打碼時(shí)間即為雷電的起始發(fā)生時(shí)間；然后，找到該路GPS打碼時(shí)間所對(duì)應(yīng)的是8路麥克風(fēng)中哪一路輸入的，按照雷暴日自動(dòng)記錄裝置架設(shè)時(shí)約定的麥克風(fēng)指向，得到該次雷電的方位。