[发明专利]机载闪电探测系统

说明书

本发明公开了一种机载闪电探测系统，属于飞行器雷电预警，地面高速交通工具的雷电监测与预警技术领域，解决现有技术无法做到单站高精度测量，因此不适宜在移动设备中应用的问题。本发明包括用于获取空间闪电辐射源的垂直电场信号、水平电场信号的垂直天线和水平天线，将电场信号变为电压的积分电路，对所积分出的电压信号进行杂波信号滤除完成辐射信号的波形识别、匹配、并进行信号放大的高通放大电路，对高通放大电路输出的信号进行采样、并将模似信号转换为数字信号的采样模数转化电路，和用于获取闪电辐射源的闪电方向信息的无线电定位天线，以及结合数字信号和闪电方向信息进行闪电辐射源距离计算的嵌入式Linux系统。本发明用于辐射源与观测点的距离计算。

技术领域

一种机载闪电探测系统，用于辐射源与观测点的距离计算，属于飞行器雷电预警，地面高速交通工具的雷电监测与预警技术领域。

背景技术

现有的低频/甚低频波段闪电定位技术有磁向法(MDF)、时差法(TOA)以及磁向时差联合法(IMPACT)。MDF虽然可以确定闪电发生的二维信息，但是其测向精度受地物、地形影响较大，且需要两个或以上的探测点才能确定位置，TOA同样需要多站点才能进行闪电定位且测时精度要求高，IMPACT采用MDF和TOA综合的闪电定位技术，是目前最实用的技术，在足够多的站点下，能保证优良的定位精度。以上三种闪电定位技术各有优缺点，存在如下技术问题：

1.无法做到单站高精度测量，因此不适宜在移动设备中应用的技术问题。

2.三种方法适合做远距离测量，在近距离(10km-150km)探测时受到地形因素的较大干扰或者回波时间差不足的情况下，探测精度不够高。

目前国内现有的闪电定位技术研究，主要偏向于利用多站点布设方式来定位闪电，现有单点定位闪电误差较大，不足够应用于及时闪电监测与预警。利用闪电水平电场与垂直电场之间关系特性来定位闪电，探测精度高，修正后误差保持在2％左右，此外利用电场强度关系特性来定位闪电的技术目前国内还属于空白。可以说，这是闪电电场应用一个的新方向。

发明内容

针对上述研究的问题，本发明的目的在于提供了一种机载闪电探测系统，解决现有技术无法做到单站高精度测量，因此不适宜在移动设备中应用的技术问题。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种机载闪电探测系统，包括用于获取空间闪电辐射源的垂直电场信号、水平电场信号的垂直天线和水平天线，将电场信号变为电压的积分电路，对所积分出的电压信号进行杂波信号滤除完成辐射信号的波形识别、匹配、并进行信号放大的高通放大电路，对高通放大电路输出的信号进行采样、并将模似信号转换为数字信号的采样模数转化电路，和用于获取闪电辐射源的闪电方向信息的无线电定位天线，以及结合数字信号和闪电方向信息进行闪电辐射源距离计算的嵌入式Linux系统。

进一步，还包括对雷暴进行探测的天气雷达。

进一步，所述嵌入式Linux系统基于电场测量的E-E方法对数字信号进行闪电辐射源距离进行计算，即辐射源与观测点的距离计算。

进一步，所述电场测量的E-E方法的具体步骤为：

步骤1.根据场叠加原理，将任意取向的辐射偶极子P从空间坐标分解为水平左右分量P_x、水平前后分量P_y和垂直分量P_z三个方向的投影，公式如下：

其中，为辐射源与接收器的空间夹角；

步骤2.根据辐射偶极子P的P_x，P_y，和P_z三个方向的投影，再将P_x，P_y和P_z投影分别产生的电场进行空间坐标系的投影，投影后得到辐射偶极子P电场的分量；