基于北斗卫星授时系统的雷电探测装置制造方法
【专利摘要】本发明公开一种基于北斗卫星授时系统的雷电探测装置，它包括北斗卫星授时模块1、DSP主控模块2、雷电识别模块3、数据输入输出模块4、雷电数据大容量存储模块6，其特征在于利用北斗卫星导航系统的授时信息作为雷电探测装置的时间系统基础，采用北斗卫星系统时间信息标识雷电数据，可避免GPS卫星系统的安全隐患，弥补GPS系统收星较慢的不足，保证雷电探测的安全可靠；采用实时时间匹配方法、并行处理时间数据和雷电数据的方法，保证雷电时间的准确性和实时性。
【专利说明】基于北斗卫星授时系统的雷电探测装置
【技术领域】
[0001]本发明属于雷电探测领域，涉及雷电信号探测与标定装置，尤其涉及一种基于北斗卫星授时系统的雷电信号探测装置。
【背景技术】
[0002]雷电探测装置是一种利用电磁场天线、雷电识别模型、高精度时间系统对雷电电磁波信号进行探测、识别与标定的探测装置，其中雷电探测装置的高精度时间系统是雷电信号准确识别标定的基础，时间系统的稳定度和精度决定了单站雷电信号识别的精度，同时各雷电探测装置的时间同步性决定了整个广域雷电探测系统的定位精度。GNSS (全球卫星导航系统)不仅是一个全天候导航系统，也是一个高准确度的授时系统，现有GNSS包括美国GPS卫星定位系统外，还有俄罗斯的GL0NASS系统、欧盟的GALILEO系统以及中国的北斗卫星导航系统。目前国内电力、通信、交通等民用领域采用的高精度授时系统以美国的GPS系统为主，但随着我国自主研发的北斗卫星导航系统的逐渐成熟，可提供高精度的定位和授时服务，越来越多的时间同步装置为避免安全隐患，选择了北斗系统作为其授时系统。在雷电监测领域，雷电探测装置主要应用在电力和气象领域，目前已公开的雷电探测装置的时间系统均采用GPS系统，在应用中发现GPS系统存在收星较慢、信号不稳定的现象，采用基于我国自主研发的北斗卫星导航系统的授时信号作为实时雷电监测的时间基准，在保证授时精度基础上，接收卫星速度快，卫星信号强，还可避免GPS卫星系统的安全隐患，保证我国重要行业领域尤其是电力和气象行业雷电监测与预警应用的安全可靠。同时，实时雷电数据具有数据量大、突发性、密集性的特点，在雷电探测装置中简单地利用卫星时间对高速雷电数据进行实时标定，容易出现时间匹配不一致的问题，造成雷电信号的时间不准确，雷暴密集发生时，会面临卫星时间数据处理和实时雷电数据处理冲突的问题，造成时间数据处理滞后，延误卫星时间提取，雷电时间滞后。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种基于北斗卫星授时系统的雷电探测装置，实现雷电信号的高精度测量。
[0004]为实现上述目的，本发明提供一种基于北斗卫星授时系统的雷电探测装置，包括DSP主控模块、以及与DSP主控模块相连接的北斗卫星授时模块、雷电识别模块，数据输入输出模块、雷电数据大容量存储模块，其特征在于，所述北斗卫星授时模块为雷电探测装置提供日期时间信息、位置信息和秒脉冲；DSP主控模块通过串口与北斗卫星授时模块相连接，获取实时日期、时间与位置信息；雷电识别模块与北斗卫星授时模块秒脉冲输出端相连以实时捕获秒脉冲跳变信息，所述雷电识别模块识别判断地闪信号，并依据秒脉冲和电磁场天线接收信号得出地闪雷电信号发生的小数秒时间和雷电特征数据；DSP主控模块实时将雷电数据打上时间标识，并将带有时间标识的雷电数据存储到大容量存储器模块。
[0005]如上所述的基于北斗卫星授时系统的雷电探测装置，其特征在于，DSP主控模块在通过大容量存储模块将数据存储在本地的同时，控制实时雷电数据帧通过数据输入输出模块传输给远端中心站系统。
[0006]如上所述的基于北斗卫星授时系统的雷电探测装置，其特征在于，所述主控模块为DSP控制器。
[0007]如上所述的基于北斗卫星授时系统的雷电探测装置，其特征在于，所述的雷电数据大容量存储模块采用Compact Flash数据存储设备。
[0008]本发明相对现有技术，具有以下优点:首次将北斗卫星授时系统应用在雷电探测领域，采用我国自主研制的北斗卫星系统作为授时系统，可克服原有GPS授时系统收星慢、信号不稳定的不足，同时使我国的雷电探测独立性、安全性与可靠性更有保障。采用实时时间匹配方法、并行处理时间数据和雷电数据的方法，保证雷电时间的准确性和实时性。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1是本发明基于北斗卫星授时系统的雷电探测装置的结构图。
【具体实施方式】
[0010]为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。
[0011]附图中的符号说明:1 一北斗卫星授时模块、2 — DSP主控模块、3—雷电识别模块、4一数据输入输出模块、5 —电磁场天线、6—大容量存储模块、7 —中心站系统、8 — GNSS天线。
[0012]如图1所示，本发明提供一种基于北斗卫星授时系统的雷电探测装置包括DSP主控模块2以及分别与DSP主控模块2连接的北斗卫星授时模块1、雷电识别模块3、数据输入输出模块4、雷电数据大容量存储模块6。其中，北斗卫星授时模块I接收北斗二号卫星和GPS双系统导航卫星信号，并将时间与导航信息主动送入与之连接的DSP主控模块2，以此时间作为整个雷电探测装置的基准时间；雷电识别模块3与DSP主控模块2连接，其作用是通过电磁场天线5接收雷电电磁波信号，雷电识别模块3根据雷电地闪特征判别接收电磁波信号，确认地闪雷电后通知DSP主控模块2，并以北斗授时模块I输出秒脉冲为基准得出雷电发生的小数秒时间；数据输入输出模块4在本实例中用于将雷电数据传输给中心站系统7，同时可通过中心站系统7控制修改包括北斗卫星授时模块I在内的其他功能模块的工作方式；大容量存储模块6采用CF存储卡作为存储器用于实时存储雷电数据，保证数据完整性；DSP主控模块2控制各功能模块的工作过程以及各模块间数据传输和逻辑配合，软件设计采用实时控制系统保证时间数据和雷电数据的实时性。
[0013]在雷电数据的时间标记过程中，秒脉冲信号是每一秒更新的时间起点，北斗卫星授时模块I的串口输出数据发生在秒脉冲之后，秒脉冲与串口输出数据之间存在时间差，准确计算两者时间差以及串口数据输出本身的时间长度，雷电发生在时间差这段时间内，对雷电数据进行时间标记时，将以秒脉冲为更新基准对当前装置中的全局秒时间进行实时匹配处理，保证实时雷电数据的时间准确性。
[0014]装置中雷电识别模块3进行高速实时雷电数据采集与识别并给出识别到雷电的中断信号，北斗卫星授时模块I进行实时时间数据输出并给出时间更新的中断信号，DSP主控模块2并行响应两者数据处理的中断信号，在保证识别到雷电中断响应实时性的同时，对北斗卫星授时模块I的实时时间数据进行分段分时处理，优先提取时间信息，保证卫星时间提取的实时性，再处理卫星状态、定位状态等状态信息。
[0015]北斗卫星授时模块I具授时、定位功能，可选择接收北斗系统、GPS系统或者双系统工作模式，经过初始化设置后授时模块按照规定协议格式持续输出信息帧，本实施例中，北斗卫星授时模块I的初始化设置包含串口通信设置、选择输出信息帧内容、授时脉冲属性设置以及授时工作模式设置。模块设置与信息数据输出通过串口数据通信实现，所有数据都是由ASCII字符组成的字符串，数据通信格式:起始符+命令名称+信息内容+校验和+结束符。
[0016]模块工作过程具体如下:初始化设置串口通信波特率115200bit/s，8bit数据位，I停止位，无奇偶校验；设置输出时间帧、卫星状态帧、地理位置信息帧；设置信息输出频率每秒一次；设置秒脉冲极性与宽度；设置模块工作方式为自动进入定点方式。模块正常工作后，串口每秒依次输出时间、位置、状态帧，主控模块串口启用接收程序，等待数据接收完整，进入数据分析解码程序，提取时间、卫星定点状态、坐标位置等信息供探测装置使用。
[0017]DSP主控模块2具有两个串口功能，串口 A与北斗卫星授时模块I相连，串口 B与数据输入输出模块4相连，为保证接收响应实时性，两个串口接收数据均以中断方式进行。
[0018]DSP主控模块2协调控制各模块工作，主要反映在控制雷电数据流和管理模块工作状态上，DSP主控模块2的实时任务是控制雷电数据流，具体实现方式是当雷电识别模块3判别出地闪雷电后，DSP主控模块2读取雷电数据，并将时间标识、设备标识与雷电数据实时打包成完整的可供中心站系统7识别的雷电数据帧，并记录为一个雷电事件，当主控程序检测到一个雷电事件时便在实时任务里添加数据发送任务和数据存储任务。
[0019]实时数据发送任务和数据存储任务是通过DSP主控模块2控制数据输入输出模块4和大容量数据存储模块6完成的，数据发送任务优先级高于存储任务，DSP主控模块2经串口将雷电数据帧通过数据输入输出模块4发送给中心站系统7，数据输入输出模块4与中心站系统7之间通信方式可根据需要选择有线或无线通信。数据发送任务完成后DSP主控模块2将雷电数据帧写入大容量数据存储模块6，雷电数据帧顺序写入，循环擦写。
[0020]以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
【权利要求】
1.一种基于北斗卫星授时系统的雷电探测装置，包括DSP主控模块、以及与DSP主控模块相连接的北斗卫星授时模块、雷电识别模块，数据输入输出模块、雷电数据大容量存储模块，其特征在于，所述北斗卫星授时模块为雷电探测装置提供日期时间信息、位置信息和秒脉冲；DSP主控模块通过串口与北斗卫星授时模块相连接，获取实时日期、时间与位置信息；雷电识别模块与北斗卫星授时模块秒脉冲输出端相连以实时捕获秒脉冲跳变信息，所述雷电识别模块识别判断地闪信号，并依据秒脉冲和电磁场天线接收信号得出地闪雷电信号发生的小数秒时间和雷电特征数据；DSP主控模块实时将雷电数据打上时间标识，并将带有时间标识的雷电数据存储到大容量存储器模块。
2.根据权利要求1所述的基于北斗卫星授时系统的雷电探测装置，其特征在于，DSP主控模块在通过大容量存储模块将数据存储在本地的同时，控制实时雷电数据帧通过数据输入输出模块传输给远端中心站系统。
3.根据权利要求1所述的基于北斗卫星授时系统的雷电探测装置，其特征在于，所述主控模块为DSP控制器。
4.根据权利要求1所述的基于北斗卫星授时系统的雷电探测装置，其特征在于，所述的雷电数据大容量存储模块采用Compact Flash数据存储设备。
【文档编号】G01R29/08GK103743958SQ201310744982
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年12月31日 优先权日:2013年12月31日
【发明者】陈扬, 许远根, 李哲, 方玉河, 曾瑜, 韩冬, 周自强, 邓四维 申请人:国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司