[發(fā)明專利]一種雷電監(jiān)測定位系統(tǒng)及其定位方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710146392.6
• 申請日: 2017-03-13
• 公開（公告）號: CN107091957B
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張寧;邱實;簡羿;柏方超;陳朝亮;張強
• 申請（專利權(quán)）人: 張寧
• 主分類號: G01R29/08
• 分類號: G01R29/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.基于雷電監(jiān)測定位系統(tǒng)的雷電定位方法，所述雷電監(jiān)測定位系統(tǒng)包括電場天線、磁場線圈、GPS天線、采樣觸發(fā)電路、電壓跟隨器阻抗匹配電路、全差分驅(qū)動電路、AD采樣電路、FPGA模塊、DSP處理器和顯示模塊；所述電場天線采集電場信號，磁場線圈采集磁場信號，采樣觸發(fā)電路根據(jù)采集到的瞬時磁場信號，產(chǎn)生采樣觸發(fā)脈沖并輸入FPGA模塊，F(xiàn)PGA模塊接收到采樣觸發(fā)脈沖后驅(qū)動AD采樣電路采樣電場信號和磁場信號，此時電場天線和磁場線圈將采集到的電場信號和磁場信號依次經(jīng)電壓跟隨器阻抗匹配電路、全差分驅(qū)動電路、AD采樣電路后送入FPGA模塊，同時FPGA模塊接收GPS天線采集的位置信息，F(xiàn)PGA模塊再將接收到的電場信號、磁場信號、位置信息傳送給DSP處理器，DSP處理器根據(jù)電場信號和磁場信號判斷是否為閃電，并對閃電進行定向和定距計算，最終將結(jié)果上傳至顯示模塊進行顯示；

其特征在于：磁場線圈采集4路磁場信號，分別為磁場1高靈敏度信號、磁場1低靈敏度信號、磁場2高靈敏度信號和磁場2低靈敏度信號；所述雷電定位方法包括采樣觸發(fā)算法、波形鑒別算法、定向算法和定距算法；

所述采樣觸發(fā)算法為，采樣觸發(fā)電路計算磁場1高靈敏度信號與磁場2高靈敏度信號的絕對值和，若該絕對值和大于設(shè)定的閾值時，采樣觸發(fā)電路產(chǎn)生峰值典型值為3.4V、持續(xù)時間為0.7ms的采樣觸發(fā)脈沖送給FPGA模塊，F(xiàn)PGA模塊接收到該采樣觸發(fā)脈沖后，產(chǎn)生中斷，啟動AD采樣電路采集電場信號和磁場信號；

所述波形鑒別算法如下：

(1)電場信號和磁場信號10％～90％上升時間為1us～10us，則說明是閃電波形；

(2)電場信號和磁場信號半峰值脈沖寬度大于15us，則說明是閃電波形；

(3)磁場信號主峰后3～40us內(nèi)超過主峰幅度的120％，則說明不是閃電波形；

(4)電場信號主峰前60us內(nèi)的反極性脈沖，其幅度大于主峰25％，則說明不是閃電波形；

(5)電場信號主峰后3～40us內(nèi)的反極性脈沖，其幅度大于主峰10％，則說明不是閃電波形；

磁場信號分為高、低靈敏度兩對信號：一對是磁場1高靈敏度信號和磁場2高靈敏度信號，另一對是磁場1低靈敏度信號和磁場2低靈敏度信號，在這兩對磁場信號中首先選擇未發(fā)生飽和的一對磁場信號代入上述波形鑒別算法；

所述定向算法的過程如下：

(a)當(dāng)判斷是閃電之后，在兩對磁場信號中選擇未發(fā)生飽和且幅度較大的一對磁場信號B1、B2；

(b)尋找B1、B2的主峰幅度B1max、B2max；

(c)計算方向角度

(d)若電場信號的主峰幅度為負(fù)數(shù)，則更新方向角度θ’＝θ+π；

所述定距算法的過程如下：

(ⅰ)選取電場信號E、未發(fā)生飽和并且幅度較大的一對磁場信號B1和B2作為待處理信號；

(ⅱ)選取B1和B2中幅度較大者，記為Bi作為分析信號；

(ⅲ)將E和Bi兩路信號補零到2048點，做快速傅里葉變換，形成頻率分辨率為976.56Hz的相位譜；

(ⅳ)提取f₀＝976.56Hz、f₁＝1.953kHz、f₂＝3.906kHz的相位φ_Bi(f₀)、φ_Bi(f₁)、φ_Bi(f₂)和φ_E(f₀)、φ_E(f₁)、φ_E(f₂)，求三個頻點的相位差：

(ⅴ)(A)若Δφ(f₀)<0，則距離r>100km，否則轉(zhuǎn)入步驟(B)；

(B)若Δφ(f₁)<0，則50km<r≤100km，且r＝F(Δφ(f₀))，否則轉(zhuǎn)入步驟(C)；

(C)若Δφ(f₂)<0，則25km<r≤50km，且r＝[F(Δφ(f₀))+F(Δφ(f₁))]/2，否則轉(zhuǎn)入步驟(D)；

(D)r≤25km，且r＝[F(Δφ(f₀))+F(Δφ(f₁))+F(Δφ(f₂))]/3；

其中，F(xiàn)(*)表示傅里葉逆變換。