[发明专利]一种基于VHF雷达的闪电定位系统及闪电定位方法

权利要求书

1.一种基于VHF雷达的闪电定位系统，其特征是，包括位于同一站点内的VHF雷达发射系统和雷达接收系统；

VHF雷达发射系统包括发射机、天线模块和控制模块；发射机用于产生VHF雷达信号；天线模块包括至少一个发射天线，用于发射VHF雷达信号；控制模块用于控制发射机和天线模块；

雷达接收系统包括干涉接收天线、接收机和数据处理模块；干涉接收天线包含至少两个长基线天线阵列和至少两个短基线天线阵列；长基线天线阵列包含至少两副接收天线；短基线天线阵列包含至少两副接收天线；且长基线天线阵列的端点与短基线天线阵列的端点设有公共的接收天线；长基线天线阵列中相邻的两副接收天线的间距大于短基线天线阵列中相邻的两副接收天线的间距；且接收天线的尺寸与VHF雷达信号波长相匹配；接收机包括射频接收单元、数字接收单元、频率综合器和信号处理器；射频接收单元用于将天线阵接收到的信号下变频至中频；数字接收单元用于模拟信号到数字信号的转换、数字下变频以及正交检波；频率综合器用于为雷达提供符合要求的各类宽带信号和窄带信号；信号处理器采用FPGA芯片对量化的数字中频信号进行处理；数据处理模块通过干涉接收天线接收的雷达回波定位闪电的位置。

2.如权利要求1所述的基于VHF雷达的闪电定位系统，其特征是，定位闪电的位置包括确定闪电相对于接收天线的高度角、方位角、闪电至接收天线的斜距中的至少一种。

3.如权利要求1所述的基于VHF雷达的闪电定位系统，其特征是，长基线天线阵列中的各接收天线，以阵列的方式设置在同一条直线上，短基线天线阵列中的各接收天线阵列设置在同一条直线上；长基线天线阵列中的各接收天线之间的间距大于短基线天线阵列中的各接收天线之间的间距。

4.如权利要求3所述的基于VHF雷达的闪电定位系统，其特征是，各个长基线天线阵列与各个短基线天线阵列之间具有预设夹角，预设夹角为30度，或60度，或90度；每一个长基线天线阵列均与短基线天线阵列中的一个共线设置。

5.如权利要求3所述的基于VHF雷达的闪电定位系统，其特征是，长基线天线阵列中包含的接收天线数量与短基线天线阵列中包含的接收天线数量相同。

6.如权利要求1所述的基于VHF雷达的闪电定位系统，其特征是，长基线天线阵列中相邻两副接收天线的间距为VHF雷达信号波长的第一预设数量倍；短基线天线阵列中相邻两副接收天线的间距为VHF雷达信号波长的第二预设数量倍；且第二预设数量小于第一预设数量，第一预设数量大于1；第二预设数量小于1。

7.如权利要求1所述的基于VHF雷达的闪电定位系统，其特征是，发射天线的指向垂直于发射天线所在地的地球磁场线的走向。

8.如权利要求1所述的基于VHF雷达的闪电定位系统，其特征是，数据处理模块为高频窄带数据处理模块，且数据处理模块的通道数量与干涉接收天线中接收天线的数量相同。

9.如权利要求6所述的基于VHF雷达的闪电定位系统，其特征是，发射机包括直流电源、射频功率组合器和功放模块，直流电源含有第一预设数量个整流单元，用于提供电源；射频功率组合器用于射频控制；功放模块包括第二预设数量个功率放大单元，用于对VHF雷达信号进行功率放大。

10.如权利要求1至9任一项所述的基于VHF雷达的闪电定位系统的闪电定位方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1、向闪电发出VHF雷达波，接收闪电所在等离子体表面反射的VHF雷达回波；测量VHF雷达回波到达每一副接收天线的相位；

步骤2、根据长基线天线阵列和短基线天线阵列上的各接收天线所测量的VHF雷达回波的相位，获取各接收天线对应的VHF雷达回波的相位差；

步骤3、根据VHF雷达回波的波长与VHF雷达回波的相位差的积，计算各接收天线到闪电的距离；

步骤4、根据VHF雷达回波的波长与接收天线到闪电的距离差，计算闪电相对于接收天线的高度角、方位角。