[发明专利]一种基于北斗的三维闪电探测系统和方法

权利要求书

1.一种基于北斗的三维闪电探测系统，其特征在于，包括时间同步系统、闪电探测站点和数据监测中心；

所述时间同步系统，其用于以北斗卫星信号的双向授时方式来构建全网时间同步，计算并更新全网时间和时差，得到高精度的时间同步信息，并将时间同步信息传输至所述数据监测中心；

所述闪电探测站点，其用于捕捉闪电发生引起的电场信号变化与磁场信号变化，得到相应的电场变化信息和磁场变化信息，并将电场变化信息和磁场变化信息传输至所述数据监测中心；

所述数据监测中心，其用于处理接收的时间同步信息、电场变化信息和磁场变化信息，实现对闪电的三维时空探测。

2.根据权利要求1所述的三维闪电探测系统，其特征在于，所述时间同步系统在每一个闪电探测站点布设有一个探测点用户机，用于取得该闪电探测站点的时间同步信息，并将取得的时间同步信息实时传输给所述数据监测中心。

3.根据权利要求1所述的三维闪电探测系统，其特征在于，所述时间同步系统包括安装有北斗双频接收机的RDSS双向授时站，且所述北斗双频接收机用于接收由两种不同频率载波信号调制的北斗卫星信号。

4.根据权利要求1所述的三维闪电探测系统，其特征在于，所述闪电探测站点包括电场快变化天线和正交电磁场天线，分别用于捕捉闪电发生引起的电场信号变化与磁场信号变化。

5.一种基于北斗的三维闪电探测方法，其特征在于，包括：

步骤1:以北斗卫星信号的双向授时方式构建全网时间同步，计算并更新全网时间和时差，得到高精度的时间同步信息；

步骤2:捕捉闪电发生引起的电场信号变化与磁场信号变化，得到相应的电场变化信息和磁场变化信息；

步骤3，将时间同步信息、电场变化信息和磁场变化信息传输至数据监测中心进行处理，实现对闪电的三维时空探测。

6.根据权利要求5所述的三维闪电探测方法，其特征在于，所述步骤1中以北斗卫星信号的双向授时方式构建全网时间同步是通过RDSS双向授时法实现的，具体包括以下步骤：

步骤11：在RDSS双向授时站采用北斗双频接收机接收北斗卫星信号，确定北斗卫星至RDSS双向授时站时延，更新卫星星历，并周期性地通过北斗卫星向布设在闪电探测站点的探测点用户机广播询问信号；

步骤12：探测点用户机接收RDSS双向授时站广播的询问信号，经固定时延后再通过广播导航电文的北斗卫星，向RDSS双向授时站发回带有用户标志的应答信号；

步骤13：RDSS双向授时站收到应答信号后，计算电波往返的时延值，并利用电波往返的路径的一致性抵消同模传播误差；

步骤14，RDSS双向授时站将电波往返的时延值通过导航电文告知探测点用户机，探测点用户机根据该时延值和导航电文中的时间信息及解调伪随机码获得的时间信号,实现与RDSS双向授时站的全网时间同步；

步骤15，全网时间同步完成后，RDSS双向授时站周期重复步骤11至步骤14，保持同步网络的更新状态。

7.根据权利要求6所述的三维闪电探测方法，其特征在于，所述步骤11还包括：使用北斗双频接收机接收由两种不同频率载波信号调制的北斗卫星信号，并利用不同频率载波信号对电离层延迟的不一致性，通过对比减低延迟影响及双频观测来加速整周模糊度的解算。

8.根据权利要求5所述的三维闪电探测方法，其特征在于，所述步骤3中基于GPRS的双向通讯控制通道将时间同步信息、电场变化信息和磁场变化信息传输至数据监测中心。

9.根据权利要求5所述的三维闪电探测方法，其特征在于，所述步骤3中数据监测中心处理时间同步信息、电场变化信息和磁场变化信息具体包括：

步骤31：根据时间标记，同时考虑闪电探测站点覆盖范围，将不同站点的探测数据进行综合，将同一闪电由不同站点监测到的数据进行合并归类；

步骤32：根据电场变化信号，鉴别出云闪和地闪；

步骤33：若为云闪，将闪电发生大致区域和发生时间存入数据库，标记为‘云闪’；

步骤34，若为地闪，则根据磁场变化信号,利用定向法得到闪电相对于探测点的方位角，同时确定闪电信号到达不同站点的时间差，通过数学模型求解得到闪电的三维定位。

10.根据权利要求9所述的三维闪电探测方法，其特征在于，所述步骤32中采用闵可夫斯基距离模糊识别的方法鉴别出云闪和地闪；所述步骤33中利用定向法得到闪电相对于探测点的方位角，利用到达时间法确定闪电信号到达不同站点的时间差。