文档介绍：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
目录页号
概论 2
ADTD 雷电探测仪的工作原理 2
雷电监测定位系统的构成 3
雷电探测仪的结构 4
ADTD 雷电探测仪的技术功能指标 11
每个雷电探测仪布站配置 11
雷电探测仪布站连接简图 11
雷电探测仪的主要技术指标 11
雷电探测仪的安装 13
安装场地要求 13
安装基座 13
探头供电 13
探头接地 13
通讯标准及波特率 17
探头与中心数据处理站间的通信 17
通讯电缆 18
探头的安装及水平调节 18
探头NS磁场天线环方位的调整 18
探头的初次通电 22
探头的密封 22
雷电探测仪运行设置和操作 23
DIP开关的设置 23
探头的运行方式 25
探头的数据输出及帧格式 25
自动自检 28
探头命令 28
CPU板、PDL板以及电源/接口板上的LED灯的涵义 39
雷电探测仪维修 41
1探头的检修维护 41
2维修程序设置及测试终端连接 44
3探头故障修理 47
一、概论
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***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
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
0·1μS
度
KA
0·1μS
KA/μS
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%
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