[发明专利]一种雷击放电综合同步观测方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及雷电物理与雷电防护技术研究领域，尤其是一种雷击放电综合同步观测方法及系统。

背景技术

对雷击放电综合观测是认识雷击放电发展过程的重要手段，由于自然雷电发生的随机性和瞬时性，要求用于雷击放电的观测设备具有较高的时空分辨率，随着电子技术和计算机技术的飞速发展，单个观测设备的性能得到较大发展，此时各个设备之间如何同步就成为亟待解决的关键问题。申请人通过试验和研究发现，只有实现同步观测才能准确获得每一时刻下的雷电的物理形态、电学、光学和声学的具体的特征量，以达到准确获取雷击放电特征参数的目的。

为了实现对已测量得到的电学、光学等物理特征量的同步分析，通常的做法是借助物理机理进行推断，如假定高速摄像照片全亮的那一帧照片对应时刻为回击通道形成时刻，然后根据电学特征量“回击起始时刻”的变化特征，推断电学、光学特征参量之间的相互对应的时间关系。申请人认为，该方法存在一定的误差，难以达到雷电放电测量的微秒量级精度。

据申请人所知，雷击放电的随机性会导致常规雷击放电观测的效率低下，为了保证对随机雷电的捕获，业内常用的办法是使观测设备长期处于带电工作状态，这样做的结果会导致安全隐患产生，同时还会造成不良的后果，即观测设备长期处于带电工作状态将会大大缩短观测设备的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是，针对上述现有技术存在的不足，进行改进，提出并研究一种雷击放电综合同步观测方法及系统，以实现对雷击放电过程的高效率同步观测。

本发明的技术解决方案是：一种雷击放电综合同步观测方法，基于GPS授时技术，采用观测系统进行观测，其特征在于，观测系统采用雷击放电综合同步观测系统，其观测步骤如下：

1)雷击放电综合同步观测系统使用广域雷电定位系统提供雷暴活动趋势，使用大气平均电场仪提供雷暴来临提醒；

2)雷击放电综合同步观测系统采用GPS授时装置输出交流B码信号给高速摄像装置的时钟输入接口，在高速摄像装置内部的时钟系统标示每帧照片的形成时间，GPS授时装置同时接收来自闪电高速触发装置的TTL电平信号，并输出TTL电平上升沿对应的准确时间t到PC机(或上位机或中心服务器)，由其应用软件进行记录，高速数据存储记录装置记录TTL电平信号和电学、声学测量信号，根据TTL电平信号上升沿对应的时间t和采样数据点之间的时间间隔Δt，计算电学、声学测量信号的第n个点的准确时间为t+n·Δt，通过比对波形数据点准确时间和光学拍摄照片形成的准确时刻，实现雷击放电综合观测系统各观测量的同步。

其特征在于，使用广域雷电定位系统提供雷暴活动趋势，每当广域雷电定位系统提示雷暴活动来临，同时大气平均电场仪探测地面附近电场高于设定值时，由数据分析处理服务器判断是否满足预设条件，当满足预设条件，即自动启动系统电源，使所有设备通电并进入预触发状态，闪电高速触发装置接收到闪电发出的强光后，输出TTL电平信号，触发所有观测记录设备并自动存储所有数据，通过判断大气平均电场仪的测量值是否大于设定的停止工作阈值，若大于设定的停止工作阈值，设备自动恢复预触发状态，等待下一次闪电触发，若小于设定的停止工作阈值，所有设备停止工作，并断开系统电源。

上述的雷击放电综合同步观测系统，包括广域雷电定位系统、数据分析处理服务器、大气平均电场仪、高速摄像装置、闪电高速触发装置、快电场变化仪、慢电场变化仪、磁场测量仪、阵列式雷声探测装置、高速数据存储记录仪、GPS授时装置，其特征在于，所述的数据分析处理服务器通过以太网网线与广域雷电定位系统、大气平均电场仪、高速摄像装置相连接，所述的闪电高速触发装置与高速摄像装置、高速数据存储记录仪、GPS授时装置相连接，在接收雷击放电发出的强光后输出TTL电平信号给所连接设备；所述的高速数据存储记录仪与闪电高速触发装置、快电场变化仪、慢电场变化仪、磁场测量仪、阵列式雷声探测装置相连接，在接收到TTL电平信号后触发并记录触发信号、快电场波形、慢电场波形、磁场波形、雷声波形。

其特征在于，所述广域雷电定位系统包括雷电电磁波探测站、服务器及其应用软件，用于提供雷暴活动趋势图。

其特征在于，所述大气平均电场仪包括大气感应器、信号处理电路、显示系统，用于提供雷暴来临提醒，输出预警信号以控制系统电源。

其特征在于，所述快电场变化仪包括金属平板、积分电路、处理电路，用于探测雷击时快电场变化波形；所述慢电场变化仪包括金属平板、积分电路、处理电路，用于探测雷击时慢电场变化波形。