雷电磁场探测系统的研制及初步应用分析

论文总字数：18355字

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

1 引言 1

1.1 研究的目的及意义 1

1.2 国内外研究进展 1

2 雷电磁场探测系统的设计 2

2.1 磁天线的基本原理 2

2.2 铁磁内芯的选择 3

2.3 感应线圈的绕制 4

2.4 信号处理电路的设计 5

3 雷电磁场探测系统的标定 7

3.1 磁天线的标定原理 7

3.2 磁天线的室内标定实验 8

3.3 磁天线的室外标定实验 9

3.4 磁天线的频响曲线 10

4 雷电磁场探测系统的应用与分析 12

4.1 磁场探测原理 13

4.2 雷电磁场探测系统的数据分析 13

4.2.1 一次闪电的同步分析及定位 13

4.2.2 基于磁天线的闪电定位结果 16

4.2.3磁天线的闪电定位结果与江苏省闪电定位系统的对比分析 16

5 结束语 18

参考文献 19

致 谢 21

雷电磁场探测系统的研制及初步应用分析

姚年鹏

，China

Abstract： Based on the application of lightning magnetic field in lightning location network, this paper develops a new type of lightning magnetic field detection system (abbreviated as “magnetic antenna”). Firstly, the design of lightning magnetic field detection system is introduced in detail from the aspects of the principle of magnetic antenna, the selection of the magnetic core, the winding of the coil and the design of the magnetic signal processing circuit. Then, according to the calibration principle, the magnetic antenna is calibrated and corrected in the laboratory, and the frequency response curve is plotted. The result shows that the working bandwidth of the magnetic antenna is 10 kHz to 500 kHz. Through the outdoor calibration experiments, it is verified that the waveform in the low-frequency linear part is dB/dt, Finally, this paper introduces the networking and joint testing of magnetic antennas in Nanjing area, analyzes the data of one acquired synchronous waveform, and performs lightning location. Compared with the lightning location system in Jiangsu Province, the distance between 80% of the locations is less than 1km, which shows that the lightning magnetic field detection system is credible for lightning location.

Key words：Lightning magnetic field；Antenna design；Calibration experiment；Comparative analysis

1. 引言

雷电是自然界中强烈的放电现象，据不完全统计，全球每年大约发生10亿次雷暴，地球上每时每刻都有2000个雷暴区在活动。雷电是一种典型的自然强电磁危害源，严重威胁着人类的生命财产安全，会引起森林火灾，对航空航天、电力通信、建筑化工等国防和国民经济有着重大影响。另外，由于雷电辐射的电磁波频谱极宽、强度极大，常常干扰正常的无线电通信和飞行器的遥控，从而造成事故。所以在20世纪末，雷电灾害被联合国列为最严重的十大自然灾害之一。但随着计算机、电子、通信等信息技术的迅速发展和普及，雷电造成的损失大有上升趋势。因此，在现代信息社会，雷电的研究、监测以及防护受到了各国的广泛关注。

1.1 研究的目的及意义

雷电定位处于雷电研究、监测以及防护领域的核心地位，其意义在于：（1）通过遥测的方式提供雷电产生的时间、地点、强度等参数，这奠定了之后研究雷电的放电特性以及更细致的物理过程的基础；（2）通过监测雷暴的产生、发展、成灾情况和移动方向等活动特性，监测雷暴行径，进行与台风类似的预报，从而最大幅度降低雷电带来的损失；（3）由于雷电往往伴随着暴雨、飓风、冰雹等强对流天气现象，所以监测雷电活动的范围和频度可以成为预报上述灾害性天气一种手段；（4）雷电的监测以及精确定位雷击点对于巡查电力系统的雷击故障点、定位森林中的雷击火灾点等方面都有很高的经济效益。因此，几乎所有的发达国家和地区都会组建全国或地区性的雷电监测定位网络。

1.2 国内外研究进展

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