一种雷电组网监测预警系统的制作方法

1.本实用新型涉及雷电监测预警技术领域，尤其涉及一种雷电组网监测预警系统。


背景技术：

2.被列为“最严重十种自然灾害之一”的雷电灾害对人类活动影响巨大，容易引起人员伤亡、电子设备损毁、通讯系统故障、供电电源短路、森林火灾等一系列次生灾害，但其产生具有一定的随机性和突发性，如果不能及时监测雷电发展过程和趋势，将难以作出准确预测。
3.现有技术的雷电组网监测预警系统，雷电探测子站之间采用有限网络或地面无线通讯网络进行数据传输，由于受到当地通讯条件限制，尤其是边远地区地面通讯网络无法覆盖，雷电探测子站采集到的雷电数据无法传输到中心站，从而导致该地区无法进行雷电组网监测，难以实现对大范围雷电实时监测和准确预警需求。


技术实现要素：

4.为至少在一定程度上克服相关技术中雷电探测子站采集到的雷电数据无法传输到中心站，从而导致该地区无法进行雷电组网监测，难以实现对大范围雷电实时监测和准确预警需求的问题，本实用新型提供一种雷电组网监测预警系统。
5.本实用新型的方案如下：
6.本实用新型提供一种雷电组网监测预警系统，所述系统包括：
7.至少三个雷电探测子站，任意三个相邻所述雷电探测子站之间呈三角形布设；
8.所述雷电探测子站包括：通过电性连接的数据采集模块和数据发送模块，所述数据采集模块用于采集雷电相关数据；
9.所述数据发送模块用于通过卫星通讯方式发送所述雷电相关数据；
10.中心站，包括：通过电性连接的数据接收模块和数据处理模块，所述数据接收模块用于接收所述数据发送模块发送的所述雷电相关数据；所述数据处理模块用于处理所述接收模块接收的所述雷电相关数据，得到雷电监测预警数据。
11.进一步地，所述雷电相关数据包括：时间数据、电场数据和磁场数据。
12.进一步地，所述数据采集模块，包括：
13.授时单元，用于采集时间数据；
14.电场信号采集单元，用于采集电场数据；
15.磁场信号采集单元，用于采集磁场数据。
16.进一步地，所述数据发送模块，包括：数据转换单元，用于将所述雷电相关数据转换成预定数据格式；
17.数据发送单元，用于将所述预定数据格式发送到中心站，所述中心站的数据接收模块接收所述预定数据格式。
18.进一步地，所述数据转换单元包括：型号为zhtt-01的数据转换单元。
19.进一步地，所述数据发送单元包括：型号为lesat t2的天通卫星物联网通讯模块。
20.进一步地，所述授时单元的授时精度为20ns，型号为um220-iv.n的授时单元。
21.进一步地，任意相邻两个所述雷电探测子站之间的距离为50km～250km。
22.进一步地，所述雷电监测预警数据包括雷电位置信息及预警时间信息。
23.本实用新型提供的技术方案可以包括以下有益效果：
24.本实用新型包括：至少三个雷电探测子站，任意三个相邻雷电探测子站之间呈三角形设置，雷电探测子站包括电性连接的数据采集模块及数据发送模块，数据采集模块用于采集雷电数据，数据发送模块用于通过卫星通讯方式发送雷电数据；中心站，包括电性连接的数据接收模块及数据处理模块，数据接收模块用于接收雷电数据，数据处理模块用于处理雷电数据，以得到雷电监测预警数据。本实用新型有助于雷电探测子站与中心站之间通过卫星通讯传送数据，解决了当前在边远地区地面通讯网络不覆盖的情况下开展雷电组网监测预警的问题。
25.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本实用新型。
附图说明
26.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。
27.图1是本实用新型一个实施例提供的一种雷电组网监测预警系统示意图1；
28.图2是本实用新型一个实施例提供的一种雷电组网监测预警系统示意图2；
29.图3是本实用新型一个实施例提供的雷电探测子站的逻辑功能框图；
30.图4是本实用新型一个实施例提供的中心站的逻辑功能框图。
具体实施方式
31.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本实用新型相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实用新型的一些方面相一致的装置和方法的例子。
32.实施例一
33.请参阅图1，图1是本实用新型一个实施例提供的一种雷电组网监测预警系统示意图1，所述系统包括：
34.包括至少三个雷电探测子站10及中心站20。
35.雷电探测子站10，其数量至少为三个，且任意相邻三个雷电探测子站10之间呈三角形设置，通过限定雷电探测子站10之间的形状，有利于提高雷电发生位置的定位精度和雷电探测效率。
36.在实用新型实施例中，任意相邻三个雷电探测子站10之间形成至少一个近似等边三角形，该设置，有利于进一步提高雷电发生位置的定位精度和雷电探测效率。
37.在具体实施时，任意两个相邻雷电探测子站10之间的距离为50km～250km，该距离可令雷电组网监测及预警系统在保持较大探测范围的同时，保持较高的探测精度。
38.在本实施方式中，雷电探测子站10的数量为3个。
39.请参阅图3，雷电探测子站10进一步包括电性连接的数据采集模块11及数据发送模块12，数据采集模块11用于采集雷电数据，雷电数据包括但不限于：雷电电磁脉冲的到达时间数据、电场数据及磁场数据。数据发送模块12用于通过卫星通讯方式发送上述雷电数据。
40.数据采集模块11包括授时单元111、电场信号采集单元112及磁场信号采集单元113。
41.授时单元111用于精确记录雷电电磁脉冲的到达时间数据。当发生雷电事件时，雷电发生地周围区域至少存在三个呈三角形分布的雷电探测子站10，每一个雷电探测子站10的授时单元111都可采集到来自同一个雷电电磁脉冲的到达时间数据，根据时差法雷电定位原理即可定位具体雷电的空间位置。
42.具体地，授时单元111为北斗授时接收机，北斗授时接收机由高稳定度晶振和内部计时处理电路构成。授时单元111具有较高的授时精度，授时单元111可输出绝对时间信号和秒脉冲信号；其中，秒以上的时间通过串口读取，秒以下的时间由秒脉冲信号和计数器构成。高稳定度晶振用于提供高稳定的频源，计数器用于对晶振信号进行计数。当秒脉冲信号到来时，授时单元111将计数器的值放入锁存器，秒脉冲同时给计数器提供一个秒时刻的起点，该起点与串口输出的秒以上绝对时间构成一个高精度的同步时钟。当设备接收到雷电电磁脉冲信号时会产生外部事件信号，外部事件信号锁存此刻的时间到事件锁存器，进而记录下外部事件到达的精确时间。
43.在本实施方式中，授时单元111嵌入安装在雷电探测子站机壳内部的电路板盒当中，通过供电电路给授时单元111提供+5v工作电源，同时通过电缆将授时单元111的数据输出端口与cpu电路板时间采集端口进行连接，将授时信息输入给cpu处理器。并将高精度授时天线安装在设备上，再将接收天线上的同轴电缆引入到电路板盒内部，为授时单元111提供输入。
44.在本实施方式中，授时单元111为和芯星通科技(北京)有限公司提供的型号为um220-iv.n的授时单元，其授时精度为20ns，输出的秒脉冲信号为1pps；高稳定度晶振为成都天奥电子股份有限公司提供的型号为soxo20bf10mahhb的晶振，该晶振可提供10mhz的高稳定频源。当1pps秒脉冲信号到来时，系统最终输出时间为100ns，在100ns内按照光速传播的雷电电磁脉冲测量误差为30m，与现有技术相比，探测精度大幅提高。
45.电场信号采集单元112用于采集雷电的电场数据，在本实施方式中，电场信号采集单元112为北京蓝湖空间科技发展中心提供的型号为lddc-01的电场采集电路单元。
46.磁场信号采集单元113用于采集东、西、南、北四个方向的磁场数据。在本实施方式中，磁场信号采集单元113为北京蓝湖空间科技发展中心提供的型号为ldcc-01的磁场采集电路单元。
47.数据发送模块12，包括电性连接的数据转换单元121及数据发送单元122，数据转换单元121可根据数据协议将上述雷电数据转换成预定数据格式，从而使雷电数据符合天通卫星通讯要求。数据发送单元122可将转换后的雷电数据以卫星通讯方式传输。
48.在本实施方式中，数据转换单元121为北京蓝湖空间科技发展中心提供的型号为zhtt-01的数据转换单元121，数据发送单元122为江苏乐众信息技术股份有限公司提供的
型号为lesat t2的天通物联网通讯模块。
49.在本实施方式中，选用天通卫星作为雷电数据的传输卫星，天通卫星为国产通讯卫星，其物联网数据通讯方式可以实现秒级雷电数据传输，实时性好，基本无延时。经测试每分钟传输的数据量在5kb左右，完全满足雷电高频率发生时的数据传输要求。通过天通卫星传输的所有雷电数据在卫星信关站落地后，通过数据专线传输至中心站20。
50.中心站20，包括数据接收模块21及数据处理模块22，数据接收模块21用于接收据通信专线传输的雷电数据，数据处理模块22用于将各雷电探测子站10发送的雷电数据进行交汇计算，得出雷电的位置数据、强度数据、绝对时间数据及极性数据，并根据雷电移动趋势，发布雷电预警信息。
51.在本实施方式中，数据接收模块21为中国电信提供的型号为rc001-1ac的卫星数据专线终端设备。数据处理模块22为北京蓝湖空间科技发展中心提供的型号为gd32f407zet6的cpu板，该cpu板基于时差法雷电定位原理，对获取的雷电电磁脉冲到达时间数据、电场数据及磁场数据进行交汇计算和处理，利用不少于三个点的时差数据双曲线定位雷电的位置数据、强度数据、绝对时间数据及极性数据。并通过监测雷电的活动范围、雷电移动变化的趋势，准确判断下一步即将发生雷电的具体位置及时间，提前发出雷电预警信号。
52.需要指出的是：(1)和芯星通科技(北京)有限公司提供的型号为um220-iv.n的授时单元111、中国电信提供的型号为rc001-1ac的数据接收模块21、江苏乐众信息技术股份有限公司提供的型号为lesat t2的数据发送单元122都可通过市场采购得到；(2)北京蓝湖空间科技发展中心提供的型号为lddc-01的电场信号采集单元112、型号为ldcc-01的磁场信号采集单元113、型号为zhtt-01的数据转换单元121及型号为gd32f407zet6的cpu板数据处理模块22，已于2022年9月10日在百度文库中被名为“功能模块列表-北京蓝湖空间科技发展中心”的文件所公开，文件链接为：
53.https://wenku.baidu.com/view/158fb4ad5df7ba0d4a7302768e9951e79b89690f？shopfr＝shop_tab_home_qualitydocuments_1&fr＝shop_tab_home_qualitydocuments_1&wkrefer＝https％3a％2f％2fcuttlefish.baidu.com％2fn dwapecommtob％2findex&fromshare＝1&fr＝copy&copyfr＝copylinkpop&bfet ype＝new。
54.上述雷电组网监测及预警系统，任意三个相邻雷电探测子站10之间呈三角形布设，雷电探测子站10包括数据采集模块11和数据发送模块12，数据采集模块11采集雷电数据后，通过数据发送模块12以卫星通讯方式发送雷电数据。中心站20的数据接收模块21接收各雷电探测子站10的雷电数据后，数据处理模块22根据时差法雷电定位原理计算即可得出雷电的绝对时间数据、位置数据、强度数据、极性数据，进而通过雷电活动趋势及规律提供雷电预警信息。
55.上述雷电组网监测及预警系统的有益效果：雷电探测子站10与中心站20之间通过卫星通讯传送数据，解决了当前在边远地区地面通讯网络不覆盖的情况下开展雷电组网监测预警的问题。
56.上述雷电组网监测及预警系统的有益效果：雷电探测子站10与中心站20之间通过卫星通讯传送数据，解决了当前在边远地区地面通讯网络不覆盖的情况下开展雷电组网监
测预警的问题。
57.如图1，在本实施例中，三个雷电探测子站10呈三角形分布，相邻两个雷电探测子站10之间的距离分别为50km、100km、130km。授时单元111为和芯星通科技(北京)有限公司提供的型号为um220-iv.n的授时单元111，其授时精度为20ns；电场信号采集单元112为北京蓝湖空间科技发展中心提供的型号为lddc-01的电场采集电路单元；磁场信号采集单元113为北京蓝湖空间科技发展中心提供的型号为ldcc-01的磁场电路采集单元；数据接收模块21为中国电信提供的型号为rc001-1ac的数据接收模块21；数据转换单元121为北京蓝湖空间科技发展中心提供的型号为zhtt-01的数据转换单元121，数据发送单元122为江苏乐众信息技术股份有限公司提供的型号为lesat t2的天通物联网通讯模块；数据处理模块22为北京蓝湖空间科技发展中心提供的型号为gd32f407zet6的cpu板。
58.上述雷电组网监测及预警系统，当发生雷电事件时，雷电发生地周围区域存在三个呈三角形分布的雷电探测子站10，每一个雷电探测子站10都可采集到来自同一个雷电电磁脉冲的到达时间数据、电场数据及磁场数据，数据处理模块22根据时差法雷电定位原理即可定位雷电的具体位置数据、强度数据、绝对时间数据及极性数据，进而通过雷电活动规律提供雷电预警信息。上述雷电组网监测及预警系统的探测精度可达30米。
59.上述雷电组网监测及预警系统的有益效果：雷电探测子站10与中心站20之间通过卫星通讯传送数据，解决了当前在边远地区地面通讯网络不覆盖的情况下开展雷电组网监测预警的问题。
60.实施例二
61.请参阅图2、图3及图4，本实施例提供的一种雷电组网监测预警系统与实施例一提供的雷电组网监测及预警系统相似，不同之处在于：(1)雷电探测子站10的数量为10个；(2)相邻两个雷电探测子站10之间的平均距离为200km，其中相邻任意三个相邻的雷电探测子站10之间均可形成一个近似等边三角形。
62.上述雷电组网监测及预警系统，通过增加雷电探测子站10的数量，以及调整相邻两个雷电探测子站10之间的距离，可在增加雷电组网监测及预警系统的有效探测面积的同时提高探测精度。
63.可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
64.需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
65.流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本实用新型的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本实用新型的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
66.应当理解，本实用新型的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知
的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
67.本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
68.此外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
69.上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
70.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
71.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

技术特征：
1.一种雷电组网监测预警系统，其特征在于，所述系统包括：至少三个雷电探测子站，任意三个相邻所述雷电探测子站之间呈三角形布设；所述雷电探测子站包括：通过电性连接的数据采集模块和数据发送模块，所述数据采集模块用于采集雷电相关数据；所述数据发送模块用于通过卫星通讯方式发送所述雷电相关数据；中心站，包括：通过电性连接的数据接收模块和数据处理模块，所述数据接收模块用于接收所述数据发送模块发送的所述雷电相关数据；所述数据处理模块用于处理所述接收模块接收的所述雷电相关数据，得到雷电监测预警数据。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述雷电相关数据包括：时间数据、电场数据和磁场数据。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据采集模块，包括：授时单元，用于采集时间数据；电场信号采集单元，用于采集电场数据；磁场信号采集单元，用于采集磁场数据。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据发送模块，包括：数据转换单元，用于将所述雷电相关数据转换成预定数据格式；数据发送单元，用于将所述预定数据格式发送到中心站，所述中心站的数据接收模块接收所述预定数据格式。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述数据转换单元包括：型号为zhtt-01的数据转换单元。6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述数据发送单元包括：型号为lesat t2的天通卫星物联网通讯模块。7.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述授时单元的授时精度为20ns，型号为um220-iv.n的授时单元。8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，任意相邻两个所述雷电探测子站之间的距离为50km～250km。9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述雷电监测预警数据包括雷电位置信息及预警时间信息。

技术总结
本实用新型涉及雷电监测预警技术领域，尤其涉及一种雷电组网监测预警系统。包括至少三个雷电探测子站，任意三个相邻雷电探测子站之间呈三角形设置，雷电探测子站包括电性连接的数据采集模块及数据发送模块，数据采集模块用于采集雷电数据，数据发送模块用于通过卫星通讯方式发送雷电数据；中心站，包括电性连接的数据接收模块及数据处理模块，数据接收模块用于接收雷电数据，数据处理模块用于处理雷电数据，以得到雷电监测预警数据。本实用新型有助于雷电探测子站与中心站之间通过卫星通讯传送数据，解决了当前在边远地区地面通讯网络不覆盖的情况下开展雷电组网监测预警的问题。覆盖的情况下开展雷电组网监测预警的问题。覆盖的情况下开展雷电组网监测预警的问题。


技术研发人员：彭晓光 宁军 张国勇 李明 徐成铭
受保护的技术使用者：北京蓝湖空间科技发展中心
技术研发日：2022.10.28
技术公布日：2023/5/26