1、闪电定位系统简介,前言：闪电灾害,1989年8月12日上午9时55分，山东黄岛油库5号罐遭雷击起火，引爆了1至4号罐，大火共燃烧了104个小时，19人死亡，78人受伤，烧耗原油3.6万吨，直接经济损失3540万元，间接经济损失8500万元。,2000年6月22日下午15时左右，武汉航空公司一架从湖北恩施至武汉的运七型客机，在郊区遭遇雷雨天气坠毁，机上38名乘客以及4名机组成员无一生还。,2001年5月8日，广东惠阳市秋长镇一间工厂遭雷击爆炸起火，死亡三人，伤八人。深圳气象局雷电定位网为这次灾害提供了精确的雷电定位数据,一、什么是闪电？,定义：闪电是一种自然现象，是云与云， 云与地以及云体内各部
2、位之间的强 烈放电现象。,过程：对流云在大气中摩擦产生电荷，不同部位聚集着不同符号的电荷，当电荷积累到一定程度时，就在云团之间、不同云团之间以及云团与地面之间产生很强的电场。当电场强度超过大气电离的临界电场强度（空气30Kv/cm，10Kv/cm），就使云内外的大气层击穿而产生瞬时强火花放电，这就是闪电。 闪电对地的放电过程可分为先导放电和主放电两个阶段。先导放电是雷云与大地间的局部电场强度超过临界场强，局部放电通道自雷云边缘向大地发展。在先导接近地面的一刹那，大气强烈电离形成高导电率的等离子体通道，使先导通道及云中电荷与大地电荷迅速中和，这就是主放电过程。,典型雷雨云,闪电的分类,云地闪 正
3、闪 负闪云闪（云内、云气、云云）球闪（地滚雷）诱发闪电鬼火（闪电对电离层）,闪电电磁辐射及传播示意图,VLF/LF以地波、地电离层中的天波传播，传播距离较远VHF以射线方式传播、受地球曲率控制，传播距离较近,接收点闪电电磁脉冲波形图,云间放电,云地闪回击,后续回击,一、雷电定位系统简介,当前国际上主要应用的雷电定位系统主要有两种: 磁方向探测系统(DF) 时差法定位系统(TOA),磁方向探测系统,时差法定位系统(TOA),定位原理 设有三个接收机R1、R2、R3按图1.3所示布成一个接收网，R1、R2、R3均被同步在同一时间系统上，即三个接收机的时间相同。t0时刻，在L处发生了一个雷击，该雷击
4、所辐射的电磁脉冲信号至各站时的时刻分别为t1、t2、t3，则：t2-t1 = (t2-t0)-(t1-t0) =（R2L-R1L）/C其中C为光速，R2L-R1L为R1，R2两站到雷击点的距离差。若测得t2t1，则雷击点也必然位于以R1，R2为焦点，到两点距离差为恒定值（R2L-R1L）的一条双曲线AB上。同样，对于R3、R2来说也可以通过测量t3t2而得到另外一条相对应的双曲线CD。AB与CD的交点就必然是雷击发生的位置。这样就把一个定位问题变成了测量信号到达不同接收站的时间问题。,时差定位原理图,LD-II型雷电定位系统简介,LD-II型雷电定位系统是定向时差综合定位系统。它以测量雷击甚低
5、频（VLF）电磁脉冲到达不同站点雷电定位仪的时间差作为定位基础，可以精确地定出闪电发生的地理位置。系统由多个雷电定位仪、一个数据处理中心站、若干显示终端和通信网络组成。图1.4为雷电监测定位系统的组成框图。目前我省有29个子站构成雷电定位监测网络，通过省局通信网络与中心处理机进行连接。WEB服务器、数据库服务器和定位处理机放在省局信息中心机房用来处理、存储和发布雷电信息。图形工作站放在省气象台用来对雷电状况进行监控和预报。,LD-II雷电监测定位系统组成框图,探测原理 当雷击发生时，其巨大的瞬间回击电流会产生一个很强的电磁脉冲辐射，它以光速向四周传播，雷电定位仪的正交天线接收到雷击电磁脉冲的甚
6、低频（very low frequency )信号，并以信号的峰点位置作为信号到达时刻的参考点，记录下电磁脉冲到达该接收点的时间，定位仪的正交磁场天线接收的磁场信号经电路处理后得到磁场的东西和南北分量Bew和Bns，用于场强计算，由所接收到的信号场强和脉冲电磁波传播的规律还可以推算出雷击电流的大小和极性。,定位系统数据流示意图,监测网络构成,站点1,站点2,站点3,省台中心站 完成对子站数据采集，状态监测和 产品数据web发布等。,VPN网络,子站硬件构成,LD-II雷电定位仪从结构上可以分为室内和室外两部分。室内部分主要由电源、NP5110模块和室内隔离盒组成。其中NP5110模块装在电源箱
7、门的背面。室内隔离盒一般放在电源箱内与NP5110模块的串口相连，可以通过串口线找到它的位置。室外部分由电子盒、电源盒、天线以及室外隔离盒组成。,电源箱,室外部分由天线、模拟信道板ACB(Analog channel Board)、波形鉴别板WDB(Wave Discrimination Board)、CPU板(Central Processor Unit)、GPS接收机（Global Positioning System）、高稳定恒温晶振、电源等几部分组成。,电子盒原理框图,输出,ACB板对天线接收到的雷击信号进行放大，滤波和峰值保持等处理，通过WDB的波形鉴别后，如确认为雷击信号，就向CP
8、U发出采样命令，CPU即对信号采样，并记录下信号到达的精确时间(标准时间由GPS接收机和高精度晶体振荡器提供)，并将各定位仪接收的雷电数据送到中心站进行定位计算。,外观图,GPS天线,电场天线,正交磁场天线,电子盒,10M恒温晶振,内部带有温度自我调节装置，能稳定输出频率为10M的方波信号，这样，系统在理论上的时间分辨率为10-7秒，所以，整个系统在理论上的空间定位误差为300米,室内外串口隔离模块,室外模块作用是将室外中央处理系统所采集到的数据通过串口接收时进行有效的隔离，原理和遥测站串口隔离器相同。室内模块再将其转换为串口数据传输到NP511模块。,NP5110模块,RJ45接头，接Hub,九座RS232串口接头，连接室内隔离盒,它的作用是将室外中央处理系统所采集的雷电数据以及精确的时间信息从串口数据转化成TCP/IP数据包，这样中心站通过VPN网络就可以及时获得子站的数据，其实质性原理就是将子站整个系统当作中心站服务器上的一个虚拟的串口。它需要一个固定的IP地址，不要随意更改。,高精度净化电源,净化电源控制器,开关,防雷器,对市电输入能起到一个很好的净化作用，最低限度减小由于市电的波动而造成的对室外采集系统所造成的影响，同时配有防雷器，起到对电网的防雷作用。,谢 谢！,
