1、雷电监测定位系统ADTD 雷电探测仪用户手册中国科学院空间科学与应用研究中心ADTD 雷电监测定位系统课题组二四年十月1目 录 页号一、概论 21.1 ADTD 雷电探测仪的工作原理 21.2 雷电监测定位系统的构成 31.3 雷电探测仪的结构 4二、 ADTD 雷电探测仪的技术功能指标 112.1 每个雷电探测仪布站配置 112.2 雷电探测仪布站连接简图 112.3 雷电探测仪的主要技术指标 11三、雷电探测仪的安装 133.1 安装场地要求 133.2 安装基座 133.3 探头供电 133.4 探头接地 133.5 通讯标准及波特率 173.6 探头与中心数据处理站间的通信 173.7
2、 通讯电缆 183.8 探头的安装及水平调节 183.9 探头 NS 磁场天线环方位的调整 183.10 探头的初次通电 223.11 探头的密封 22四、雷电探测仪运行设置和操作 234.1 DIP 开关的设置 234.2 探头的运行方式 254.3 探头的数据输出及帧格式 254.4 自动自检 284.5 探头命令 284.6 CPU 板、PDL 板以及电源/接口板上的 LED 灯的涵义 39五、雷电探测仪维修 415.1 探头的检修维护 412 维修程序设置及测试终端连接 445.3 探头故障修理 472一、概 论1.1 ADTD 雷电探测仪的工作原理闪电物理特性，探测原理，处理技术大量
3、的气象观测、卫星探测仪以及很多国家的电学测量等综合分析表明，全球在任一时刻都有上千个雷暴在活动，大多数发生在较低纬度地区，但两极地区也时有发生。由于雷电在现代生活中，仍然威胁着森林、引燃火工品、造成人员的伤亡，对航天、航空、通讯、电力、建筑等国防和国民经济的许多部门都有着很大的影响。因此各国都很重视雷电的研究与防护。闪电可以分为：云闪（包含云与云、云与空气、云内放电）、云地闪、诱发闪电、球闪等多种，其中对地面设施危害最大的是云地闪电。云地闪电又可以细分为：正闪（正电荷对地的放电）和负闪（负电荷对地的放电）。目前，闪电探测仪主要用来探测云地闪，并且能区分正负极性。一次闪电的放电过程如下所述：云层
4、荷电形成电分布初始击穿梯级先导联结过程第一回击K 过程J 过程直窜先导第二回击。闪电的放电过程中最重要的是回击过程，因为回击的电流大，辐射的电磁场强，是形成故障造成危害的主要原因。回击的放电特征参量为：回击的放电时间：指回击发生时的自然时间。闪电的回击数：每次闪电的回击次数。回击发生的位置：回击通道取垂直分量在地面或者在目标上的投影。回击的电流值：指回击电流波形的峰值。回击电流波形陡度最大值：指回击放电过程中单位时间内电流变化的最大值，它反映了闪电回击放电最剧烈时的状况。回击波形前沿持续时间：指回击电流波形中，从 2KA 到峰值电流的过渡时间。放电电荷：指每次回击放电所释放出的电荷，即电流对时
5、间的积分。闪电监测定位系统从理论上讲，其核心是通过几个站同时测量闪电回击辐射的电磁场来确定闪电源的电流参数。Maxwell 方程组和特殊路径上的传播影响，将两者联系起来。高精度雷电定位系统将测量每次回击放电辐射的电磁脉冲的下列参量：* 回击的放电时间3* 回击发生的位置* 100 公里处回击波形的强度峰值* 100 公里处回击波形陡度值* 100 公里处回击波形陡点时间* 100 公里处回击波形前沿上升时间* 100 公里处回击波形宽度* 另外，根据 100 公里处辐射场的波形，可以近似计算出回击的放电电荷、辐射能量。其中，探测仪的探测参量与指标如下表所示：参数 回击波形到达精确时间方位角 磁
6、场峰值 电场峰值 波形特征值（四个）陡度值指标 精度优于 10-7秒优于1 优于 3% 优于 3% 精度优于 10-7秒优于 3%组网后的雷电监测定位系统的探测参量与指标如下表所示：参数 回击发生的精确时间回击位置（经纬度）强度 波形特征参量陡度值 放电量 峰值功率单位 01S 度 KA 01S KA/S 库仑 兆瓦指标 精度优于10-7 秒网内精度优于 300 米相对误差优于 15%精度优于10-7 秒相对误差优于 15%相对误差优于 30%相对误差优于 30%1.2 雷电监测定位系统的构成ADTD 雷电探测仪+ 中心数据处理站+用户数据服务网络+ 图形显示终端 由布置在不同地理位置上的两台
7、以上的雷电探测仪（以下简称探头）可以构成一个雷电探测定位系统网。如图 1-1 所示：中心数据处理站经通信信道可和多达 16 个探头相连，对接收到的闪电回击数据实时进行交汇处理，给出每个闪电回击的准确位置、强度等参数，由其图形显示终端设备随时存储、显示、打印或拷贝成图；中心数据处理站也可经通信系统对各个探头进行参数设置、调出探头工作状态等等；中心数据处理站可通过数据服务网络或设置多个图形显示终端，以便多个部门共享雷电的信息资源。4显然，这样的一个系统网，除探头，中心数据处理站，图形显示终端专用设备外，其通讯系统也是个重要组成部门，通讯的好坏直接影响整个系统网的可靠性，通讯可以用多种途径来实现，如
8、长途电话线，超高频通讯，电力载波通讯，微波接力通讯，甚至现代化的卫星通讯等等。我们推荐采用微波通讯，或专用有线线路。一般而言，多站交汇误差要比两站交汇误差小，因此多站布置可以提高雷电定位精度，同时可以扩大探测范围。从交汇原理的合理性通常希望把探头布置成三角形，正四边形更为有利，然而站的数量，站址的布置，站间的距离等的选取要从系统 雷电的定位精度要求，覆盖面积，场站的通讯条件以及场址背景条件等诸多因素综合分析决定。场地环境也是非常重要的，经过测试如果背景噪声很大也不宜用作站点，否则探头将不能正常运行，对于雷电定位将带来较大误差。站与站间的站距通常选为 150 公里至 180 公里为宜，平原地区可
9、以适当拉开一些，山区可以适当缩短一些。1.3 雷电探测仪的结构探头的主要部件有支柱和仪器舱。这些部件以及探头的其它单元分别表示在图1-2 到图 1-4 中。1.3.1 支柱探头的支柱是一根厚壁钢管（9，图 1-3），它有精密机加工的顶端表面和焊接的底部安装盘。仪器舱安装在它的顶端。用三根螺栓，通过支柱安装盘上的三个安装孔，将整个探头安装在水泥墩上，或用槽钢制成的“井”字架上。1#探头 2#探头 N#探头通信系统中心数据处理站系统 图形显示终端图 1-1 雷击监测定位系统51.3.2 仪器舱仪器舱是一个组合部件，它是由电源腔（6，图 1-3），电子盒（4，图 1-3），天线部件（2，图 1-3）
10、，密封圈（5，图 1-3）以及玻璃钢罩（1，图 1-3）组成。仪器舱被四颗特殊螺丝固定在支柱顶端的槽内，固定螺丝松开后，整个仪器舱可以用手转动，以便安装时校准天线部件的正北方向。在仪器舱的安装托盘上，设计有气压卸压阀。在要打开玻璃钢罩前，用于平衡罩内外的气压。1.3.2.1 内部主连接电缆内部主连接电缆，从电源/接口盒背面上的 P901-19 插座一直引到仪器舱安装托盘底部的P900-19 插座上。1.3.2.2 电子盒电子盒（4，图 1-3）是由五块印制电路板，长方形盒及连接电缆组成。电子盒用四个滚花螺钉固定在安装托盘上，整个部件可容易拆卸更换。图 1-4 表示取去顶盖的电子盒。取去顶盖后，
11、可取出盒内的四块印制电路板。另外电子盒还有四个(P505-6、P506-10、J401-1、J801-1)和探头其它部件连接的插座。电子盒中的五块印制电路板是：1.AFE 板 2.PDL 板 3.CPU 板 4.时基 TIME 板 5.母板整个电子盒是用两块半园柱面金属板（3，图 1-3）和一个园形金属平板进行电屏蔽的。两块半园柱面金属板装在安装托盘上面的一个园形导槽中，可自由滑动，当打开时，可从内部取出被屏蔽的电子盒。1.3.2.3 天线部件天线部件（2，图 1-3）由四个天线组成：1.平板电场天线 2.东-西磁场环天线 3.北-南磁场环天线4.GPS 接收天线平板电场天线是由上下两块园形印
12、刷电路板的顶表面上的铜皮和四根特殊机加工6通信电缆电源电缆地线接至地桩接地电阻 5 图 1 - 2 A D T D 雷电探测仪仪器舱支柱安装基座最大直径 3 5 c m高度 1 5 5 c m71 玻 璃 钢 罩21 GPS天 线2 天 线 部 件3 射 频 屏 蔽 罩5 密 封 圈6 安 装 托 盘 及 电 源 腔7 电 源 腔 前 盖 板9 支 柱10 AFE板屏 蔽 板2 PDL板13CU板4 时 基 板4 电 子 盒19 P506-12 -15 电 源 开 关6保 险 丝7 MOV压 敏 电 阻18电 源 /接 口 板 8 电 源 /接 口 盒 图 1-3 ADT雷 击 探 测 仪 主
13、 要 组 成 单 元86 GPS接 收 机 OEM板 图 1-4 电 子 盒 内 结 构15 P0-8 LED显 示 灯9 IP开 关 10 SMC P41-7 FPGA14 P506-3 - J5032 P 母 板4 时 基 TI板16 P30- CU板2 PDL板1 AFE板9的支柱构成。东-西磁场天线是由电场天线底部印刷电路板下面的一个连接器的多股电缆形成的方环构成。多股电缆首先沿一根支柱外边向上，穿过电场天线顶部印刷电路板的下面，再沿着对面的一根支柱外边向下，然后回到电场天线底部印刷电路板下面的另一个连接器。北-南磁场天线和东- 西磁场天线一样，但这两个天线环之间精确成 90。1.3.
14、2.4 保护罩玻璃钢罩（1，图 1-3）罩住整个仪器舱，它座落在安装盘上的一个特殊密封圈上，罩上有三个 M4 螺孔，用螺丝可把它固定在安装盘上，并压缩密封圈以密封仪器舱。1.3.2.5 密封圈保护罩密封圈（5，图 1-3）是一个由微孔橡胶制成的环。1.3.3 电源/接口盒电源/接口盒（8，图 1-3）具有绞链门，用两个螺丝关闭，电源 /接口盒安装在仪器舱托盘下面的电源腔中。电源/接口盒内有两个部分，一是交流电源托架，一是电源 /接口板，包括探头的电源、瞬变保护、状态指示、以及通讯和电源接口等。电源/接口盒后面的两个小园形连接器（P1000-5 和 P1001-3）为与外部的交流电源和数据线提供
15、连接，电源电缆和通信电缆节点分配见图 1-5。电源/ 接口盒后部的大园形连接器（P901-19）与内部主电缆连接（见图 1-6）。电源 /接口盒底部还焊有一个螺栓，可用一根铜编织线把探头的地连接到地。 P1001-3 的连接方法：1-市电220 伏（L）2-市电220 伏（N）3P1000-5（RS-232 接口）的连接方法1-TXD2-D GND3-RXD4-D GND5图 1-5 电源电缆和通信电缆接点分配图10123456789102314567189789341256101234512341265432123456789102314567189123456789102314567189
16、1234567891023145671891234567812345678910+VDG1A-5VGJ0P90J90+VDGSTFLDT1 REUN STRE URNJ506J90J90P90J60J60P0+5VGND -1VGND+12VGNDSTGNDFL1T REUD1 NSRET UR图 1-6 内部电缆连接图J6011二、 ADTD 雷电探测仪的技术功能指标雷电探测仪的结构见图 1-2。它的电子盒放在玻璃钢保护罩内，由平板电场天线，正交环磁场天线，GPS 接收天线以及具有预编程的微处理机系统组成，通过主电缆与电源接口盒相连。它的主要功能是自动地接收和处理闪电电磁脉冲信号，并把经过予
17、处理的闪电数据实时地通过通讯系统送到中心数据处理站实时进行交汇处理。2.1 每个雷电探测仪布站配置：雷电探测仪 一台调制解调器 一台350W 交流稳压电源 一台通讯和电源电缆，根据现场配置2.2 雷电探测仪布站连接方框图雷电探测仪布站连接方框图见图 2-1。4 4 雷电探测仪 调制解调器 通讯线路交流稳压电源图 2-1 雷电探测仪各站配置及连接通信采用四线全双工。雷电探测仪安装在室外开阔地带，其他设备全部安置在附近室内。2.3 雷电探测仪的主要技术指标：（1） 探头由 80C196 单片机管理，完全按予编程方式工作，无人值守。80C196 的钟频最高能到 16MC，这使得每个闪回击的处理时间在
18、 1ms 左右。（2） 探头的赋能阈值，状态报告的周期，通信波特率等参数可按需要设置在非易失存储器12内，也可用相应的命令改变。（3） 探头内部设有精基时钟，分辨率为 0.1S 。精基时钟提供小时中断信号，使探头进行整时自检。精基时钟由授时型的八通道 GPS 接收机 OEM 板历书中的时间信息同步，时、分、秒部分除上电对钟外，自检时也进行对钟。（ 4） 上电、整时时自动地进行工作状态检测和校准，并定时输出状态数据，输出状态数据的周期可用命令设置。亦可通过命令或按 RESET 键随时进行自检，调出工作状态，进行诊断。（ 5） 数据以串行的二进制或 ASCI I 形式输出，数据输出内容包括：成闪时
19、间，波形特征值，闪电方位角，磁场强度，电场强度，陡点幅值。（ 6） 探头信道增益相当于中增益 ALDF 探头的增益。（ 7） 探头的探测效率在监测网内可达 95% 。（ 8） 采用峰值门控技术及自动修正，使测角误差小于1。（ 9）回击的时间分辨率为 1ms 左右。（10）能测量四个波形特征参数：上升沿、陡点、下降沿的时间以及陡点的幅值。（11）通讯接口为 EIA-RS-232-C，异步通信方式，速率 30038400 波特可用 CPU 板上的DIP 开关设定，或用 BAUDRATE 命令设置。探头发送和接收的数据格式为 8BIT 的数据位，1BIT 的停止位，无校验位。（12）探头可由 CPU
20、 板上的 DIP 开关设定为维修程序，执行维修程序后便于检测诊断故障或调试电路。（13）探头的市电 220 伏供电电源线上和通信接口的数据线上均接有抑制浪涌的器件。（14）探头平均无故障时间为 10000 小时以上。 （15）工作环境工作环境温度：-40 +50储存温度： -40 +85湿 度： 0 100%风 力： 0 74 km/hr(八级风）（16）电源：市电200V 到240V，AC 功耗小于 25W。（17）可维修性：维修时间短于 30 分钟。（18）尺寸：高约 1.5 米，直径 34cm。（19）重量：60kg。13三、雷电探测仪的安装3.1 安装场地要求推荐的探头安装场地应是一块
21、相对平坦的空旷地域。严格要求在 30m 范围内地平度1，在 300m 范围内地平度2；在 300m 范围内应没有高于探头 10m 以上的任何物体包括各种围墙、动力线、树木等。如有建筑物，探头应远离各类建筑物 4 倍建筑物高度距离。附近无任何高山或峡谷。不推荐把探头安装在建筑物上或塔上，这样安装的探头要高出地表面一段距离，这与在实际地面测出的电场关系产生变化，从而引起不利效应。3.2 安装基座推荐把探头安装在水泥墩上或用槽钢做成的支架上，如图 3-1、图 3-2 所示。在浇注水泥墩时，予先埋进三根螺栓（M12 300)，均布在 288 的圆周上。如果用槽钢做成的支架，则三根螺栓（M12100)也
22、是要均布在 288 的圆周上。3.3 探头供电采用交流 220V50HZ 的市电供电。交流供电电缆在距探头的 30m 范围内要埋设，并且要径直引到探头，不要绕行。市电供电适用于 50HZ，200240V，实际运行时，经交流稳压电源供电，探头功耗25W。为防止闪电感应过电压“浪涌”的影响，在探头的接口/电源盒内安装了三只金属氧化压敏电阻（MOV），它们分别接在相线、中线和地之间以及相线和中线之间。对于短暂的瞬态或“浪涌”，可由 MOV 短路到地。对于较长时间的“浪涌”，MOV 的性能要变坏，一般失效模式是短路，使市电相线上的保险丝烧毁，从而保护了探头的电子器件。接口/电源盒内的托架上有一个窗口，
23、通过它可看到 MOV，通常 MOV 是绿色，如果变成暗色表示它已失效，应即时更换。3.4 探头接地有两种不同的要求必须由良好的探头地实现。一是由闪电引起的在动力线和通讯电缆上产生的瞬态电流保护到地；二是良好接地可提供一有效的探头天线地平面的参考。1415图 3-2 槽钢基架结构图16 6 2 0八根长为 3 米的辐射条用钢筋焊接而成图 3 - 3 地网结构图17在潮湿低阻土壤的地区，用单根地桩可以达到上面两个要求，地桩可以用包铜钢、实心铜棒、不锈钢等，其直径至少要 16mm，总长度 2.6m，15cm 露出地面，其余垂直打入地下。在有岩石的地基上可以倾斜把地桩打入地下，其与垂直构成的角度应小于
24、45。在沟渠地方也可把地桩深埋在 1m 左右的地下。不管哪种方式地桩与大地的接触长度应在 2.5m 以上。在地理条件较差的地区，土壤很干燥，如沙丘、岩石土壤，仅用一根地桩不能满足要求，此时需要考虑增加地桩，埋设铜地板以及进行土壤的化学处理等方法。如果采用铺设地平面方法，将至少要有 8 个辐射单元，相邻单元互成 45，每个辐射单元至少要 3m 长，采用粗导线，其对地阻抗由与地面接触总的表面积决定 （图 3-3）。总之，接地电阻通常应该5，不能满足此要求的，应用增加接地极等措施解决。3.5 通讯标准及波特率探头与中心数据处理站间的通讯是借助于全双工（双向）异步串行方式完成的，探头的数据输出接口为
25、EIARS232C，在信道上能以 300 至 38400baud 的任一个标准的波特速率传送数据。数据传输波特率可用 CPU 板上的 DIP 开关或 BAUDRATE 命令设置，传输数据格式为“N，8，1”，即无校验位、8 位数据位和 1 位停止位。3.6 探头与中心数据处理站间的通信探头与中心数据处理站间互相通讯的框图如图 3-4 所示。其中远程通讯的实现可以是有线亦可以是无线传输方式。A B C D雷电探测仪 MODEM MODEM 智能卡 中心数据处理站 图 3-4 雷电探测仪与中心数据处理站通讯连接图其中： A 双绞对屏蔽电缆B 四线全双工的远程通讯线路（不推荐单工，1 对线）18C
26、25 芯扁平电缆D 25 芯扁平电缆3.7 通讯电缆通讯电缆的线径与电缆的长度和波特率有关。对于 0.5mm 直径的电缆在 1200baud 应用时可用到 1200m 长，如果再长则要采用 0.8mm 以上直径的电缆。这类电缆均是外有屏蔽网内有两对绞线形式。在距探头 30m 范围内的电缆要埋设，并且要径直引至探头，不要绕行。3.8 探头的安装及水平调节探头是通过其底盘上的安装孔固定在水泥基座上，如果是采用槽钢架基座时，固定可采用每根螺丝上加四个螺母方式，其中两个用于固定在基座上。另两个用于固定探头的底盘。通过调节后两个螺母上下位置即可调节探头的水平度。在底盘固定过程中，要用水平尺检查底盘的水平
27、度，大致固定后，装上探头仪器舱，再用水平尺在探头的平板电场天线上测量水平度，最终以电场的平板天线达到水平最佳位置为准，紧固安装螺丝。3.9 探头 NS 磁场天线环方位的调整探头的 NS 磁场天线环必须被调节在正北向的0.25之内，以保证探头测角精度。通常这是在当地正午时分完成调节的。此刻恰是太阳处在天空的最高点上。除在赤道上外，在此刻太阳的阴影是正南北向的。随探头一起提供的日晷就是利用这一原理为调节天线方位用的（见图 3-5）。当然也可以用传统的方法来调节，如采用普通罗盘方式，但这只能是临时性的。更准确的定向还是应用日晷或是专业性的瞄准器。但不论哪种方法定方向之前必须先调好水平。日晷是太阳所在
28、分度盘上的位置指示器，探头上用的日晷即是以太阳阴影的位置表示予定时间上太阳的方位这一原理做出的。结构很简单：在一个经精密机加工的黄铜圆柱体上安插了一根垂直的不锈钢杆而构成，使用时把它准确的放置在天线装置顶平面的中心位置，在天线装置的顶平面上划有标明 EW、NS 方向的线条。此线条已画得很精细，能够精确地指出天线的真实方位。探头布站后，天线校准就是利用计算好的当地太阳运行的正午表，在规定的时刻调整天线方位，使天线上的 NS 方向刻线与太阳阴影相重合，来实现的。用日晷校准天线的方位，方法简单容易实现。要求条件之一是校准时，当地天气要晴朗，不能是阴天，否则阴影看不清。用日晷方法在不同地理位置使用其太
29、阳阴影长短不同，在回19归线附近要变短，在赤道附近变得更短，甚至是一个点，在这些地区附近南北向的正午表不实用，要用东西向为好。另外用日晷时正午表的阴影在北半球地区，阴影指向北方，而在南半球日晷的太阳阴影则指向南方。日晷正午表中的时间是当地的标准时间。在正午表中（见图 3-6），有三个不同的时间列在日期的下面，中间的时间是当地的实际的正午时间，而上面的时间是早晨用来对正北的时间，下面的时间是黄昏用来对正北的时间。天线的 1 度的调整误差表示出离探头 100 公里远的地方产生约 1.7 公里的误差距离。因此天线方位的调整误差直接影响到测量误差。太阳正午表是通过计算机 SOLAR 软件计算出来的，为
30、此要知道探头布点的精确的经纬度参数，经纬度误差应在0.0003内。计算天文表的步骤：1、在微机上装 SOLAREXE、SOLARDOC 两文件；2、进入 EDLIN 用户文件名DAT ：举例：CEDLIN 用户文件名DAT（CR ）* I（CR）1：1，-8，27. 9075，102. 21，QXSH df 4 说明号： 1 2 3 4 5 6 解 释： 1、从该月开始算，需要几个月的天文表，就输入几；2、探头所在时区（中国按北京时间为东 8 时区或-8 时区）；3、探头站址的纬度；4、探头站址的经度；5、db 中规定的探头名字；6、db 中规定的探头号。 C* E （CR） C3、运算天文表
31、：CSOLAR 用户文件名DAT 用户文件名 OUT（CR）20水平尺北向调节标记线太阳影子日晷基座顶部电场天线板日晷图 3 - 5 用日晷和水平尺调正天线方位的示意图vvvvv21图 3-6 太阳正午表举例224、打印 PRINT 或显示 TYPE 天文表：CPRINT 用户文件名 OUT （CR）3.10 探头的初次通电当探头的电源/接口盒安装好，主电缆接通仪器舱后可以进行加电实验。为防止意外可以先拔下母板上的电源供电插头 J505 和通讯插头 J506 以及晶体振荡器供电插头 J902，此时仪器舱内不供电。然后按下电源盒的220V 开关，使电源工作，并用电表检查+5V，15V，+12V
32、直流电压是否正常，与此同时要检查一下仪器舱各路负载是否有短路情况，如果均正常，则可以关机，插上 J505、J506 以及 J902 重新启动电源，探头开始运行。加电后探头首先进行自检，如果探头接地良好，探头背景噪声不超出允许范围，探头运行参数设置正确应能顺利通过自检，开始正常运行。如果自检多次仍不能通过自检，需借助测试终端进行检查，这在后面有关章节介绍。3.11 探头的密封当探头的加电试验通过自检，运行正常，而且天线水平及 NS 方位调节亦已完成，则探头可以密封，此时把电源/接口盒门关严，拧紧气压卸压阀的帽盖，探头仪器舱内放进干燥剂，盖严玻璃钢罩并用三个螺丝拧紧，以使其密封、防潮。23四、雷电
33、探测仪运行设置和操作本章节主要是介绍探头的两种运行模式以及怎样选择和进入这些模式，并且详细介绍一些用于分析运行和诊断失效的指令。在此之前，还要首先说明怎样通过 CPU 板上的 DIP 开关进行探头运行参数的设置。4.1 DIP 开关的设置探头运行时的波特率和缺省的赋能阈值电压，这两种均是通过设置 8 位 DIP 开关 S301的不同位置而确定的，此开关设置的改变也能使探头从通常的运行程序进入到维修程序。通过改变开关的设置，达到满足人为的需要，进行人工干予的目的。此开关是在电子盒中的CPU 板的上边，在电子盒盒盖前面板的对应位置处开有窗口，随时可以方便地改变设置。下表 41 列出的是 S301
34、DIP 开关的功能：S301 开关设置及功能1，2，3， 4 5，6，7，8设波特率 专用于维修程序 赋能阈值其开关最左边为第 1 位，最右边为第 8 位，每位开关置在上位置为 ON=“1”，置在下位置为OFF=“0”。在正常运行程序时，开关 4 必须置在 OFF，使维修程序失效。4.1.1 改变波特率此值可以通过命令*BAUDRATE 设置，也可以通过改变 DIP 开关的 1，2，3 位得到所需的标准波特率：30038400 波特。此时开关 4=0（OFF）。1，2，3 位改变之后，只要按一下电源/接口盒内的 RESET 键后，该波特率就被设置好。表 42 用 DIP 开关 S301 选择波
35、特率波特率 开关位置1 2 3300 0 0 0600 0 0 11200 0 1 02400 0 1 14800 1 0 0249600 1 0 119200 1 1 038400 1 1 1除维修程序外，位 4 必须为 0 0=OFF， 1=ON 4.1.2 改变缺省赋能阈值电压此值可以通过命令*THRESHOLD 设置，也可以由 DIP 开关的第 58 位设置，此时开关4=0（OFF ）。当 4=1 时，DIP 开关的第 58 位则另有不同的意义。位置 58 决定后，同样可用 RESET 键设置进入，或用探头自检命令重新自检后即可。表 43 用 DIP 开关 S301 对赋能阈值的选择开
36、关位置 赋能阈值量5 6 7 8 0 0 0 0 未用0 0 0 1 50 mv0 0 1 0 75 mv0 0 1 1 100 mv(标准设置）0 1 0 0 125 mv0 1 0 1 150 mv0 1 1 0 175 mv0 1 1 1 200 mv1 0 0 0 250 mv1 0 0 1 300 mv1 0 1 0 350 mv1 0 1 1 400 mv1 1 0 0 500 mv1 1 0 1 600 mv1 1 1 0 700 mv1 1 1 1 800 mv开关位置 4=0（除维修程序外）0=OFF ， 1=ON 254.1.3 维修程序设置： 设定开关位 4=1 ON 达
37、到， 见后详述。4.2 探头的运行方式探头可以运行在两种方式，一种是数据方式，另一种是命令方式。4.2.1 数据方式1、这是探头通常的运行方式。在此方式下，探头设置为发送二进制数据。2、在数据方式时，探头随时在检测闪电，计算处理闪电数据，并且以串行二进制形式把数据发送到系统的中心数据处理站。此二进制数据包括：闪电的成闪时间，闪电波形的陡点、上升沿、下降沿时间，来波的方位角，磁场强度，电场强度，陡点幅值以及每 30 秒（可用*STATUSPERIOD 命令设置）发送一次探头的状态信息。中心数据处理站接收到传来的二进制数据后，进行解释并检查探头状态，积累系统中其它探头送来的数据，实时交汇处理，最后
38、把闪电的定位数据送到用户终端，绘图仪，CRT 显示以及远程终端设备。4.2.2 命令方式1、当要完成内务功能管理（如设置波特率、赋能阈值），运行诊断程序，报告各种条件和结果时，要使探头退出通常的数据方式而进入命令方式。在此方式下，使探头可以接受命令并处理各类自变量的命令。在此方式下，探头不处理闪电数据也不发送数据。2、探头一接到控制序列CTRLA*，它就暂时进入到命令方式，直到收到行终止符。4.3 探头的数据输出及帧格式在数据方式下，探头能发送回击的和状态的二进制数据。4.3.1 回击的二进制数据回击的二进制数据由中心数据处理站用来计算回击的位置，每组回击探测数据包括：1、回击到达时间 2、回
39、击南北峰值磁场 3、回击东西峰值磁场4、回击峰值电场 5、回击波形四个特征参数4.3.2 状态的二进制数据二进制状态数据 30 秒钟（可用*STATUSPERIOD 命令设置）发送一次，此时回击数据不能发送，而当二进制回击数据正在发送时，状态报告要被抑制。每组状态的二进制数据26包括：1、发送状态信息时的时间 2、自检标志（1024 表示自检通过，0 表示自检不通过）3、读出的当前阈值 4、当前的阈值通过率5、探头所在位置的经纬度 6、GPS 的误差放大因子 DOP 值（0.009.99)7、10MHZ 恒温槽石英晶振频率值的偏差值4.3.3 回击的二进制数据帧格式其帧格式码中，除了终端回车和
40、可选择的换行字符外，不包含任何控制字符。状态数据和回击数据帧采用统一的帧长度 35 字节，帧头用两个字节：EBH、90H ；帧尾用两个字节：0DH、0AH（回车和换行符）。每个字节由“1 个起始位，8 个数据位，1 个停止位”共 10个 BIT 构成（无校验位）。表 44 二进制回击数据帧格式序号 数据名称 数据内容 数据类型 字节数 偏移量1 FrameStart ID1 帧起始标志第一字节(0EBH) byte 1 00H2 FrameStart ID2 帧起始标志第二字节(90H) byte 1 01H3 FrameTag 帧种类(非 0 表示闪数据帧) byte 1 02H4 Hour
41、 闪到达时间的小时值 byte 1 03H5 Minute 闪到达时间的分钟值 byte 1 04H6 Second 闪到达时间的秒值 byte 1 05H7 us-01 闪到达时间的 0.1 微秒值 dword 4 06H8 Bns 南北峰值磁场 real 4 0AH9 Bew 东西峰值磁场 real 4 0EH10 E 峰值电场 real 4 12H11 MSP 最陡点磁场 real 4 16H12 MSP-01us 最陡点时间(0.1us) word 2 1AH13 PP-01us 峰点时间(0.1us) word 2 1CH14 HWP-01us 后过零点时间(0.1us) word
42、2 1EH2715 CheckSum 帧校验和 byte 1 20H16 FrameEnd ID1 帧结束标志第一字节(0DH) byte 1 21H17 FrameEnd ID2 帧结束标志第二字节(0AH) byte 1 22H帧长度 35 字节4.3.4 状态的二进制数据帧格式探头运行自检后，定时发出状态信息数据，与回击的二进制数据帧格式相同。表 45 二进制状态信息帧格式序号 数据名称 数据内容 数据类型字节数 偏移量1 FrameStart ID1 帧起始标志第一字节(0EBH) byte 1 00H2 FrameStart ID2 帧起始标志第二字节(90H) byte 1 01H
43、3 FrameTag 帧种类(为 0 表示状态信息帧) byte 1 02H4 Hour 发送状态信息时的小时值 byte 1 03H5 Minute 发送状态信息时的分钟值 byte 1 04H6 Second 发送状态信息时的秒值 byte 1 05H7 Year 发送状态信息时的年 word 2 06H8 Month 发送状态信息时的月 byte 1 08H9 Day 发送状态信息时的日 byte 1 09H10 ResultOfSelfTest 最近一次自检的通过标志 word 2 0AH11 Threshold 当前的阈值 word 2 0CH12 TCR .当前的阈值平均通过率 r
44、eal 4 0EH13 Longitude 最近一次自检开始时的 GPS 经度real 4 12H14 Latitude 最近一次自检开始时的 GPS 纬度real 4 16H15 DOP 最近一次自检开始时的 GPS 误差放大因子real 4 1AH16 FrequencyError 10MHZ 恒温槽石英晶振频率值 integer 2 1EH28的偏差(实测值) ，单位：HZ17 CheckSum 帧校验和 byte 1 20H18 FrameEnd ID1 帧结束标志第一字节(0DH) byte 1 21H19 FrameEnd ID2 帧结束标志第二字节(0AH) byte 1 22H
45、帧长度 35 字节4.4 自动自检当探头内的时钟运行到整点（00 分钟），如果没有闪电数据正在处理时，则探头将自动开始一个全面的自行测试和标定周期，此过程大约需要 5 秒钟。同样，通过命令*CLEAR，*RESET 以及*SELFTEST 也能启动自检。如果时钟运行到整点时（00 分钟），探头正在处理闪电数据，则探头一直要等到无闪电数据要处理时才开始运行自检程序。每次自检结果用探头自检是通过或是失效来表示。通过/失效 结果是作为二进制状态信息的一部分由探头在通常运行程序中每 30 秒发送一次。中心数据处理站根据探头的状态信息能够监视整个雷电定位系统的运行。4.5 探头命令1、为了完成：1) 探头内部勤务管理，如设置波特率、阈值等；2) 运行各种诊断程序；3) 报告工作状态和运行结果；探头必须在命令方式下才能运行，键入（CTRLA ）*后即可由正常的数据方式进入命令方式。2、探头命令总表及说明：表 46 探测仪命令一览表命令编号命令字及其缩略形式 参数个数功能简述1 ADCTEST (ADCT) 4 模数转换器测试2 BAUDRATE
