雷电预警系统

集成电路模块
前置放大电路
数据传输模块
数据传输可选有线（NPort）和无线(CDMA)两种， 负责将探测数据发送到有固定IP地址的终端进行显示。
NPort
CDMA DTU
电场仪设置及故障检测
拨码开关 为了区分是哪个电场仪发送的数据，在数字 电路板上采用一个8bit的拨码开关作为设备的编号， 嵌入到发送字段的固定位置。因此，一个多站点 中心显示终端最多可以接收256个电场仪的数据。 电场仪发送数据帧格式 电场仪远程数据传输采用UDP方式。由于没 发送一次数据，因IP包头和UDP包头产生的字节 数就多达60个左右，为了减少数据流量，DNDY 地面电场仪每采集10秒数据发送一次。 下面是数据帧格式：
雷电监测定位系统
全国雷电监测定位网覆盖范围
主要内容
闪电定位网介绍 地面电场仪介绍 大气电场仪系统各模块介绍 电场仪设置及故障检测 雷电监测预警系统预警方法介绍 雷电监测预警系统软件介绍 雷电监测预警系统的应用
雷电短时预警预报可有效减少因雷击 造成的损失，可以为相关行业提供短时防 雷信息服务 中科院空间中心开发的DNDY雷电监测 预警系统 （包括闪电监测定位系统 和 DNDY型地面电场仪系统） 覆盖全国24个主要雷击区域省市的闪 电定位网，并有全国统一数据处理中心站 提供综合定位数据
室内设备主要是通信部分，负责将探 测数据通过网络发送到当地或远程显示终 端。 通信模块可选有线和无线两种，如果是 无线，则可将传输模块放到电源盒里面， 从而省去了中间的通信传输线。 此外，在供电不方便的地方，还可选 则太阳能供电。
DNDY地面电场仪三维视图和实物照片
大气电场仪系统各模块介绍
电源模块
ADTD闪电定位网介绍
闪电定位系统是一种云地闪探测系统， 能够实时对云地闪的发生位置进行定位。 闪电发生的时候都会向外辐射电磁波， 通过人们对大量观测数据的统计发现，云 地闪辐射的电磁波有其固有的特征，正是 基于这一原理，通过设置多个探测点，检 测波形特征点到达每个探测站的准确时间， 从而实现对云地闪的精确定位。
图3 雷雨云产生的大气电场
太阳风、等离子体以及磁气圈中地磁场 的交互作用，形成了太阳风与磁气圈之间 的大气电场层。 正常条件下，大气电场强度为每米几 百伏，但是暴风雨的来临能推进大气电场 强度到每米几千伏。
在晴朗的天气里，电场强度范围是： +500V/m到-500V/m。接近雷暴的时候，电 场强度随着闪电能量的增加而逐渐增加。 电场强度达到+/-2KV/m，说明闪电的能量 高。而当雷暴产生时，大气电场强度能增 大到15KV/m以上。 由于这个变化过程较为缓慢，大概需要 30分钟左右的时间，所以我们可以使用地 面电场仪来了解其周围地区雷暴的发展活 动状况，并预测严厉暴风雨的可能性。
DNDY型地面电场仪介绍 DNDY型地面电场仪是一种高集成度的 探测设备，室外设备直接将探测结果进行 AD转换，通过串口传给远程通信模块。室 内的通信模块将收到的数据实时发送到远 程终端进行显示。如下图所示：
DNDY地面电场仪结构框图
室外探头主要包括电源和探头两部分。 探头负责对地表附近的大气电场进行测 量，在完成一次数据采集以后将转换结果 打上时标发送出去。 电源部分主要完成对探头进行供电，电 路板上的指示灯显示电源和数据发送是否 正常。此外，电源部分还包括对市电和串 口的防雷，抵抗因雷击或电网中大功率设 备通断电产生的浪涌侵袭，保护设备不DTD闪电定位系统参数
图2 ADTD闪电定位网站点分布
DNDY地面电场仪介绍
电场仪对雷电进行预警原理介绍 地面电场仪是直接安装在地面上进行 电场测量的。如图所示，与云底部相反的 电荷会被地面电场仪感应到，而在地面电 场仪灵敏度范围内，地面电场仪上的感应 电荷强度与云底部附近的电荷成正比，因 此地面电场仪可以帮助我们实时探测其周 围地区的大气电场信号。
雷电监测预警系统结构
闪电数据由全国或者各省闪电定位网数 据处理中心分批发送。雷电监测预警系统 软件分为单站和多站两种。 多站主要是提供对大面积范围内的综合 观测，如一个中等以上城市的监测预警中 心。 单站应用于安装地面电场仪的当地，对 其周边一定范围内的雷暴进行监测和预警。
雷电监测预警系统软件将地面电场仪 系统探测的数据和全国闪电定位数据相结 合，应用于短时雷电预警当中，大大提高 了雷电预警的的精度 进一步综合全国闪电定位网、地面电场 仪、天气雷达多种探测手段，进行雷电预 警
闪电定位仪通过设定阀值、波形前沿时 间、波形后沿时间、多峰干扰、尖峰干扰、 反峰干扰六个特征判据将云地闪信号选出 来，记录主峰到达的精确时间，将数据发 送到远程中心站进行多站综合定位处理。
云地闪波形
如上图所示。六个波形判据为：阀值根据探 测仪站点周围环境确定，特征值为100mV；波形 前沿 ≤18us，波形后沿 ≥10us；尖峰干扰 ≤25% 主峰，多峰干扰 ≤125% 主峰，反峰干扰 ≤115% 主峰。 当一个电磁波信号的波形满足以上六个判据 以后，系统就认为这是一个云地闪放电辐射出的 信号。通过以上六个波形判据，可以滤除95%以 上的电磁波干扰信号和80%以上的云间闪信号。 通过的云地闪信号再经过采集电路，将主峰到达 的精确时间，信号波形的前沿陡度、极性、强度 记录下来，交送数据处理单元进行运算处理。
序 号 1 2 3
数据名称
数据内容
数据 类型 byte byte
字节 偏移 数 量 1 1 1 00H 01H 02H
FrameStartID1 帧起始标志第一字节(EBH) FrameStartID2 帧起始标志第二字节(90H) NumberFlag
探测效率 探测范围 测向精度
80％－90％ 0—600ＫＭ、平均300KM 理论随机误差是0.5度
时间精度
回击分辨率 环境温度： 工作温度： 相对湿度： 降雨：
相对世界时130ns，探测仪之间小于50 ns
云地闪为3ms，云闪1ms -40度到+55度 -40度到+80度 0-100% 7.6cm/hr 在风速为65km/h