[发明专利]一种雷电监测定位系统及其定位方法

说明书

本发明公开了一种雷电监测定位系统及其定位方法，所述系统包括电场天线、磁场线圈、GPS天线、采样触发电路、电压跟随器阻抗匹配电路、全差分驱动电路、AD采样电路、FPGA模块、DSP处理器和显示模块。电场天线采集电场信号，磁场线圈采集磁场信号，采样触发电路根据磁场信号产生采样触发脉冲并输入FPGA模块，FPGA模块接收到触发脉冲后驱动AD采样电路采样电场信号和磁场信号，并送入FPGA模块，同时FPGA模块接收GPS天线采集的位置信息，DSP处理器根据接收到的信号进行雷电监测定位。本发明提升了处理数据的速度和精度，满足了雷电监测定位的实时性要求。

技术领域

本发明属于雷电监测技术领域，特别涉及了一种雷电监测定位系统及其定位方法。

背景技术

单站式雷电监测定位系统指的是只利用一个雷电监测站点，来监测雷电放电参数和定位闪电位置的雷电监测系统。主要采用方法是接收云地闪回击过程中所辐射出来的低频电磁波，通过对该频段电磁波分析处理来实现雷电监测定位，在工程上，这个理论的主要实现方法有频谱法、振幅法以及将二者结合的振幅频谱混合法。

雷电发生的电磁信息具有瞬发性，因此如何高效的采集和处理电磁信号，是该雷电定位设备设计成功与否的关键。但现有的雷电监测系统处理数据速度和精度不够，从而无法满足雷电监测定位的实时性要求。

发明内容

为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明旨在提供一种雷电监测定位系统及其定位方法，提升了处理数据的速度和精度，满足雷电监测定位的实时性要求。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

一种雷电监测定位系统，包括电场天线、磁场线圈、GPS天线、采样触发电路、电压跟随器阻抗匹配电路、全差分驱动电路、AD采样电路、FPGA模块、DSP处理器和显示模块；所述电场天线采集电场信号，磁场线圈采集磁场信号，采样触发电路根据采集到的瞬时磁场信号，产生采样触发脉冲并输入FPGA模块，FPGA模块接收到采样触发脉冲后驱动AD采样电路采样电场信号和磁场信号，此时电场天线和磁场线圈将采集到的电场信号和磁场信号依次经电压跟随器阻抗匹配电路、全差分驱动电路、AD采样电路后送入FPGA模块，同时FPGA模块接收GPS天线采集的位置信息，FPGA模块再将接收到的电场信号、磁场信号、位置信息传送给DSP处理器，DSP处理器根据电场信号和磁场信号判断是否为闪电，并对闪电进行定向和定距计算，最终将结果上传至显示模块进行显示。

基于上述技术方案的优选方案，所述电压跟随器阻抗匹配电路采用AD8027芯片。

基于上述技术方案的优选方案，所述全差分驱动电路采用ADA4932芯片。

基于上述技术方案的优选方案，所述AD采样电路采用AD7626芯片。

基于上述技术方案的优选方案，所述FPGA模块采用EP4CE22U14A6N芯片，DSP处理器采用TMS320C6455。

本发明还包括基于上述雷电监测定位系统的雷电定位方法，所述磁场线圈采集4路磁场信号，分别为磁场1高灵敏度信号、磁场1低灵敏度信号、磁场2高灵敏度信号和磁场2低灵敏度信号；所述雷电定位方法包括采样触发算法、波形鉴别算法、定向算法和定距算法。

进一步地，所述采样触发算法为，采样触发电路计算磁场1高灵敏度信号与磁场2高灵敏度信号的绝对值和，若该绝对值和大于设定的阈值时，采样触发电路产生峰值典型值为3.4V、持续时间为0.7ms的采样触发脉冲送给FPGA模块，FPGA模块接收到该采样触发脉冲后，产生中断，启动AD采样电路采集电场信号和磁场信号。

进一步地，所述波形鉴别算法如下：

(1)电场信号和磁场信号10％～90％上升时间为1us～10us，则说明是闪电波形；

(2)电场信号和磁场信号半峰值脉冲宽度大于15us，则说明是闪电波形；