雷電監(jiān)測(cè)定位系統(tǒng)

1、雷電監(jiān)測(cè)定位系統(tǒng)ADTD 雷電探測(cè)儀用戶手冊(cè)中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心ADTD雷電監(jiān)測(cè)定位系統(tǒng)課題組二四年十月 目 錄 頁(yè)號(hào)一、 概論 21.1 ADTD 雷電探測(cè)儀的工作原理 21.2 雷電監(jiān)測(cè)定位系統(tǒng)的構(gòu)成 31.3 雷電探測(cè)儀的結(jié)構(gòu) 4二、 ADTD 雷電探測(cè)儀的技術(shù)功能指標(biāo) 112.1 每個(gè)雷電探測(cè)儀布站配置 112.2 雷電探測(cè)儀布站連接簡(jiǎn)圖 112.3 雷電探測(cè)儀的主要技術(shù)指標(biāo) 11三、 雷電探測(cè)儀的安裝 133.1 安裝場(chǎng)地要求 133.2 安裝基座 133.3 探頭供電 133.4 探頭接地 133.5 通訊標(biāo)準(zhǔn)及波特率 173.6 探頭與中心數(shù)據(jù)處理站間的通信 173.

2、7 通訊電纜 183.8 探頭的安裝及水平調(diào)節(jié) 183.9 探頭NS磁場(chǎng)天線環(huán)方位的調(diào)整 183.10 探頭的初次通電 223.11 探頭的密封 22四、 雷電探測(cè)儀運(yùn)行設(shè)置和操作 234.1 DIP開關(guān)的設(shè)置 234.2 探頭的運(yùn)行方式 254.3 探頭的數(shù)據(jù)輸出及幀格式 254.4 自動(dòng)自檢 284.5 探頭命令 284.6 CPU板、PDL板以及電源/接口板上的LED燈的涵義 39五、 雷電探測(cè)儀維修 415. 1探頭的檢修維護(hù) 412維修程序設(shè)置及測(cè)試終端連接 445. 3探頭故障修理 47 一、概 論1.1 ADTD 雷電探測(cè)儀的工作原理 閃電物理特性，探測(cè)原理，處理技術(shù) 大量的氣象

3、觀測(cè)、衛(wèi)星探測(cè)儀以及很多國(guó)家的電學(xué)測(cè)量等綜合分析表明，全球在任一時(shí)刻都有上千個(gè)雷暴在活動(dòng)，大多數(shù)發(fā)生在較低緯度地區(qū)，但兩極地區(qū)也時(shí)有發(fā)生。由于雷電在現(xiàn)代生活中，仍然威脅著森林、引燃火工品、造成人員的傷亡，對(duì)航天、航空、通訊、電力、建筑等國(guó)防和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的許多部門都有著很大的影響。因此各國(guó)都很重視雷電的研究與防護(hù)。閃電可以分為：云閃（包含云與云、云與空氣、云內(nèi)放電）、云地閃、誘發(fā)閃電、球閃等多種，其中對(duì)地面設(shè)施危害最大的是云地閃電。云地閃電又可以細(xì)分為：正閃（正電荷對(duì)地的放電）和負(fù)閃（負(fù)電荷對(duì)地的放電）。目前，閃電探測(cè)儀主要用來(lái)探測(cè)云地閃，并且能區(qū)分正負(fù)極性。一次閃電的放電過(guò)程如下所述：云層荷電形

4、成電分布初始擊穿梯級(jí)先導(dǎo)聯(lián)結(jié)過(guò)程第一回?fù)鬕過(guò)程J過(guò)程直竄先導(dǎo)第二回?fù)?。閃電的放電過(guò)程中最重要的是回?fù)暨^(guò)程，因?yàn)榛負(fù)舻碾娏鞔?，輻射的電磁?chǎng)強(qiáng)，是形成故障造成危害的主要原因。回?fù)舻姆烹娞卣鲄⒘繛椋?. 回?fù)舻姆烹姇r(shí)間：指回?fù)舭l(fā)生時(shí)的自然時(shí)間。1. 閃電的回?fù)魯?shù)：每次閃電的回?fù)舸螖?shù)。1. 回?fù)舭l(fā)生的位置：回?fù)敉ǖ廊〈怪狈至吭诘孛婊蛘咴谀繕?biāo)上的投影。1. 回?fù)舻碾娏髦担褐富負(fù)綦娏鞑ㄐ蔚姆逯怠?. 回?fù)綦娏鞑ㄐ味付茸畲笾担褐富負(fù)舴烹娺^(guò)程中單位時(shí)間內(nèi)電流變化的最大值，它反映了閃電回?fù)舴烹娮顒×視r(shí)的狀況。1. 回?fù)舨ㄐ吻把爻掷m(xù)時(shí)間：指回?fù)綦娏鞑ㄐ沃?，?KA到峰值電流的過(guò)渡時(shí)間。1. 放電電荷：指每次回?fù)舴?/p>

5、電所釋放出的電荷，即電流對(duì)時(shí)間的積分。閃電監(jiān)測(cè)定位系統(tǒng)從理論上講，其核心是通過(guò)幾個(gè)站同時(shí)測(cè)量閃電回?fù)糨椛涞碾姶艌?chǎng)來(lái)確定閃電源的電流參數(shù)。Maxwell方程組和特殊路徑上的傳播影響，將兩者聯(lián)系起來(lái)。高精度雷電定位系統(tǒng)將測(cè)量每次回?fù)舴烹娸椛涞碾姶琶}沖的下列參量：* 回?fù)舻姆烹姇r(shí)間* 回?fù)舭l(fā)生的位置* 100公里處回?fù)舨ㄐ蔚膹?qiáng)度峰值* 100公里處回?fù)舨ㄐ味付戎? 100公里處回?fù)舨ㄐ味更c(diǎn)時(shí)間* 100公里處回?fù)舨ㄐ吻把厣仙龝r(shí)間* 100公里處回?fù)舨ㄐ螌挾? 另外，根據(jù)100公里處輻射場(chǎng)的波形，可以近似計(jì)算出回?fù)舻姆烹婋姾?、輻射能量。其中，探測(cè)儀的探測(cè)參量與指標(biāo)如下表所示： 參數(shù)回?fù)舨ㄐ蔚竭_(dá)精確時(shí)間

6、方位角磁場(chǎng)峰值電場(chǎng)峰值波形特征值（四個(gè)）陡度值指標(biāo)精度優(yōu)于10-7秒優(yōu)于1優(yōu)于3%優(yōu)于3%精度優(yōu)于10-7秒優(yōu)于3%組網(wǎng)后的雷電監(jiān)測(cè)定位系統(tǒng)的探測(cè)參量與指標(biāo)如下表所示：參數(shù)回?fù)舭l(fā)生的精確時(shí)間回?fù)粑恢茫ń?jīng)緯度）強(qiáng)度波形特征參量陡度值放電量峰值功率單位01S度KA01SKA/S庫(kù)侖兆瓦指標(biāo)精度優(yōu)于10-7秒網(wǎng)內(nèi)精度優(yōu)于300米相對(duì)誤差優(yōu)于15%精度優(yōu)于10-7秒相對(duì)誤差優(yōu)于15%相對(duì)誤差優(yōu)于30%相對(duì)誤差優(yōu)于30%1.2 雷電監(jiān)測(cè)定位系統(tǒng)的構(gòu)成 ADTD 雷電探測(cè)儀+中心數(shù)據(jù)處理站+用戶數(shù)據(jù)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)+圖形顯示終端 由布置在不同地理位置上的兩臺(tái)以上的雷電探測(cè)儀（以下簡(jiǎn)稱探頭）可以構(gòu)成一個(gè)雷電探測(cè)定位

7、系統(tǒng)網(wǎng)。如圖1-1所示： 中心數(shù)據(jù)處理站經(jīng)通信信道可和多達(dá)16個(gè)探頭相連，對(duì)接收到的閃電回?fù)魯?shù)據(jù)實(shí)時(shí)進(jìn)行交匯處理，給出每個(gè)閃電回?fù)舻臏?zhǔn)確位置、強(qiáng)度等參數(shù)，由其圖形顯示終端設(shè)備隨時(shí)存儲(chǔ)、顯示、打印或拷貝成圖；中心數(shù)據(jù)處理站也可經(jīng)通信系統(tǒng)對(duì)各個(gè)探頭進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、調(diào)出探頭工作狀態(tài)等等；中心數(shù)據(jù)處理站可通過(guò)數(shù)據(jù)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)或設(shè)置多個(gè)圖形顯示終端，以便多個(gè)部門共享雷電的信息資源。1#探頭2#探頭N#探頭通信系統(tǒng)中心數(shù)據(jù)處理站系統(tǒng)圖形顯示終端圖1-1雷擊監(jiān)測(cè)定位系統(tǒng)顯然，這樣的一個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)，除探頭，中心數(shù)據(jù)處理站，圖形顯示終端專用設(shè)備外，其通訊系統(tǒng)也是個(gè)重要組成部門，通訊的好壞直接影響整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)的可靠性，通訊可

8、以用多種途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)，如長(zhǎng)途電話線，超高頻通訊，電力載波通訊，微波接力通訊，甚至現(xiàn)代化的衛(wèi)星通訊等等。我們推薦采用微波通訊，或?qū)Ｓ糜芯€線路。一般而言，多站交匯誤差要比兩站交匯誤差小，因此多站布置可以提高雷電定位精度，同時(shí)可以擴(kuò)大探測(cè)范圍。從交匯原理的合理性通常希望把探頭布置成三角形，正四邊形.更為有利，然而站的數(shù)量，站址的布置，站間的距離等的選取要從系統(tǒng) 雷電的定位精度要求，覆蓋面積，場(chǎng)站的通訊條件以及場(chǎng)址背景條件等諸多因素綜合分析決定。場(chǎng)地環(huán)境也是非常重要的，經(jīng)過(guò)測(cè)試如果背景噪聲很大也不宜用作站點(diǎn)，否則探頭將不能正常運(yùn)行，對(duì)于雷電定位將帶來(lái)較大誤差。站與站間的站距通常選為150公里至180公里

9、為宜，平原地區(qū)可以適當(dāng)拉開一些，山區(qū)可以適當(dāng)縮短一些。1.3 雷電探測(cè)儀的結(jié)構(gòu)探頭的主要部件有支柱和儀器艙。這些部件以及探頭的其它單元分別表示在圖1-2到圖1-4中。1.3.1 支柱 探頭的支柱是一根厚壁鋼管（9，圖1-3），它有精密機(jī)加工的頂端表面和焊接的底部安裝盤。儀器艙安裝在它的頂端。用三根螺栓，通過(guò)支柱安裝盤上的三個(gè)安裝孔，將整個(gè)探頭安裝在水泥墩上，或用槽鋼制成的“井”字架上。1.3.2 儀器艙儀器艙是一個(gè)組合部件，它是由電源腔（6，圖1-3），電子盒（4，圖1-3），天線部件（2，圖1-3），密封圈（5，圖1-3）以及玻璃鋼罩（1，圖1-3）組成。儀器艙被四顆特殊螺絲固定在支柱頂端的

10、槽內(nèi)，固定螺絲松開后，整個(gè)儀器艙可以用手轉(zhuǎn)動(dòng)，以便安裝時(shí)校準(zhǔn)天線部件的正北方向。在儀器艙的安裝托盤上，設(shè)計(jì)有氣壓卸壓閥。在要打開玻璃鋼罩前，用于平衡罩內(nèi)外的氣壓。1.3.2.1 內(nèi)部主連接電纜 內(nèi)部主連接電纜，從電源/接口盒背面上的P901-19插座一直引到儀器艙安裝托盤底部的P900-19插座上。1.3.2.2 電子盒 電子盒（4，圖1-3）是由五塊印制電路板，長(zhǎng)方形盒及連接電纜組成。電子盒用四個(gè)滾花螺釘固定在安裝托盤上，整個(gè)部件可容易拆卸更換。 圖1-4表示取去頂蓋的電子盒。取去頂蓋后，可取出盒內(nèi)的四塊印制電路板。另外電子盒還有四個(gè)(P505-6、P506-10、J401-1、J801-1

11、)和探頭其它部件連接的插座。 電子盒中的五塊印制電路板是： 1.AFE板 2.PDL板 3.CPU板 4.時(shí)基TIME板 5.母板 整個(gè)電子盒是用兩塊半園柱面金屬板（3，圖1-3）和一個(gè)園形金屬平板進(jìn)行電屏蔽的。兩塊半園柱面金屬板裝在安裝托盤上面的一個(gè)園形導(dǎo)槽中，可自由滑動(dòng)，當(dāng)打開時(shí)，可從內(nèi)部取出被屏蔽的電子盒。1.3.2.3 天線部件天線部件（2，圖1-3）由四個(gè)天線組成：1.平板電場(chǎng)天線 2.東-西磁場(chǎng)環(huán)天線 3.北-南磁場(chǎng)環(huán)天線4.GPS接收天線 平板電場(chǎng)天線是由上下兩塊園形印刷電路板的頂表面上的銅皮和四根特殊機(jī)加工的支柱構(gòu)成。 東-西磁場(chǎng)天線是由電場(chǎng)天線底部印刷電路板下面的一個(gè)連接器的

12、多股電纜形成的方環(huán)構(gòu)成。多股電纜首先沿一根支柱外邊向上，穿過(guò)電場(chǎng)天線頂部印刷電路板的下面，再沿著對(duì)面的一根支柱外邊向下，然后回到電場(chǎng)天線底部印刷電路板下面的另一個(gè)連接器。 北-南磁場(chǎng)天線和東-西磁場(chǎng)天線一樣，但這兩個(gè)天線環(huán)之間精確成90。1.3.2.4 保護(hù)罩 玻璃鋼罩（1，圖1-3）罩住整個(gè)儀器艙，它座落在安裝盤上的一個(gè)特殊密封圈上，罩上有三個(gè)M4螺孔，用螺絲可把它固定在安裝盤上，并壓縮密封圈以密封儀器艙。1.3.2.5 密封圈 保護(hù)罩密封圈（5，圖1-3）是一個(gè)由微孔橡膠制成的環(huán)。1.3.3 電源/接口盒 電源/接口盒（8，圖1-3）具有絞鏈門，用兩個(gè)螺絲關(guān)閉，電源/接口盒安裝在儀器艙托盤

13、下面的電源腔中。 電源/接口盒內(nèi)有兩個(gè)部分，一是交流電源托架，一是電源/接口板，包括探頭的電源、瞬變保護(hù)、狀態(tài)指示、以及通訊和電源接口等。電源/接口盒后面的兩個(gè)小園形連接器（P1000-5和P1001-3）為與外部的交流電源和數(shù)據(jù)線提供連接，電源電纜和通信電纜節(jié)點(diǎn)分配見圖1-5。電源/接口盒后部的大園形連接器（P901-19）與內(nèi)部主電纜連接（見圖1-6）。電源/接口盒底部還焊有一個(gè)螺栓，可用一根銅編織線把探頭的地連接到地。 P1001-3的連接方法：1-市電220伏（L）2-市電220伏（N）3P1000-5（RS-232接口）的連接方法1-TXD2-DGND3-RXD4-DGND5圖1-5

14、電源電纜和通信電纜接點(diǎn)分配圖二、 ADTD 雷電探測(cè)儀的技術(shù)功能指標(biāo) 雷電探測(cè)儀的結(jié)構(gòu)見圖1-2。它的電子盒放在玻璃鋼保護(hù)罩內(nèi)，由平板電場(chǎng)天線，正交環(huán)磁場(chǎng)天線，GPS接收天線以及具有預(yù)編程的微處理機(jī)系統(tǒng)組成，通過(guò)主電纜與電源接口盒相連。它的主要功能是自動(dòng)地接收和處理閃電電磁脈沖信號(hào)，并把經(jīng)過(guò)予處理的閃電數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地通過(guò)通訊系統(tǒng)送到中心數(shù)據(jù)處理站實(shí)時(shí)進(jìn)行交匯處理。2.1 每個(gè)雷電探測(cè)儀布站配置： 雷電探測(cè)儀 一臺(tái) 調(diào)制解調(diào)器 一臺(tái) 350W交流穩(wěn)壓電源 一臺(tái) 通訊和電源電纜，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)配置2.2 雷電探測(cè)儀布站連接方框圖雷電探測(cè)儀布站連接方框圖見圖2-1。 4 4 雷電探測(cè)儀 調(diào)制解調(diào)器 通訊線路

15、交流穩(wěn)壓電源圖2-1 雷電探測(cè)儀各站配置及連接通信采用四線全雙工。雷電探測(cè)儀安裝在室外開闊地帶，其他設(shè)備全部安置在附近室內(nèi)。2.3 雷電探測(cè)儀的主要技術(shù)指標(biāo)：（1） 探頭由80C196單片機(jī)管理，完全按予編程方式工作，無(wú)人值守。80C196的鐘頻最高能到16MC，這使得每個(gè)閃回?fù)舻奶幚頃r(shí)間在1ms左右。（2） 探頭的賦能閾值，狀態(tài)報(bào)告的周期，通信波特率等參數(shù)可按需要設(shè)置在非易失存儲(chǔ)器內(nèi)，也可用相應(yīng)的命令改變。（3） 探頭內(nèi)部設(shè)有精基時(shí)鐘，分辨率為0.1S。精基時(shí)鐘提供小時(shí)中斷信號(hào)，使探頭進(jìn)行整時(shí)自檢。精基時(shí)鐘由授時(shí)型的八通道GPS接收機(jī)OEM板歷書中的時(shí)間信息同步，時(shí)、分、秒部分除上電對(duì)鐘外，

16、自檢時(shí)也進(jìn)行對(duì)鐘。（ 4） 上電、整時(shí)時(shí)自動(dòng)地進(jìn)行工作狀態(tài)檢測(cè)和校準(zhǔn)，并定時(shí)輸出狀態(tài)數(shù)據(jù)，輸出狀態(tài)數(shù)據(jù)的周期可用命令設(shè)置。亦可通過(guò)命令或按RESET鍵隨時(shí)進(jìn)行自檢，調(diào)出工作狀態(tài)，進(jìn)行診斷。（ 5） 數(shù)據(jù)以串行的二進(jìn)制或ASCI I形式輸出，數(shù)據(jù)輸出內(nèi)容包括：成閃時(shí)間，波形特征值，閃電方位角，磁場(chǎng)強(qiáng)度，電場(chǎng)強(qiáng)度，陡點(diǎn)幅值。（ 6） 探頭信道增益相當(dāng)于中增益ALDF探頭的增益。（ 7） 探頭的探測(cè)效率在監(jiān)測(cè)網(wǎng)內(nèi)可達(dá)95% 。（ 8） 采用峰值門控技術(shù)及自動(dòng)修正，使測(cè)角誤差小于1。（ 9）回?fù)舻臅r(shí)間分辨率為1ms左右。（10）能測(cè)量四個(gè)波形特征參數(shù)：上升沿、陡點(diǎn)、下降沿的時(shí)間以及陡點(diǎn)的幅值。（11）

17、通訊接口為EIA-RS-232-C，異步通信方式，速率30038400波特可用CPU板上的DIP開關(guān)設(shè)定，或用BAUDRATE命令設(shè)置。探頭發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)格式為8BIT的數(shù)據(jù)位，1BIT的停止位，無(wú)校驗(yàn)位。（12）探頭可由CPU板上的DIP開關(guān)設(shè)定為維修程序，執(zhí)行維修程序后便于檢測(cè)診斷故障或調(diào)試電路。（13）探頭的市電220伏供電電源線上和通信接口的數(shù)據(jù)線上均接有抑制浪涌的器件。（14）探頭平均無(wú)故障時(shí)間為10000小時(shí)以上。 （15）工作環(huán)境 工作環(huán)境溫度：-40 +50 儲(chǔ)存溫度： -40 +85 濕 度： 0 100% 風(fēng) 力： 0 74 km/hr(八級(jí)風(fēng)）（16）電源：市電200V

18、到240V，AC功耗小于25W。（17）可維修性：維修時(shí)間短于30分鐘。（18）尺寸：高約1.5米，直徑34cm。（19）重量：60kg。三、雷電探測(cè)儀的安裝3.1 安裝場(chǎng)地要求 推薦的探頭安裝場(chǎng)地應(yīng)是一塊相對(duì)平坦的空曠地域。嚴(yán)格要求在30m范圍內(nèi)地平度1，在300m范圍內(nèi)地平度2；在300m范圍內(nèi)應(yīng)沒(méi)有高于探頭10m以上的任何物體包括各種圍墻、動(dòng)力線、樹木等。如有建筑物，探頭應(yīng)遠(yuǎn)離各類建筑物4倍建筑物高度距離。附近無(wú)任何高山或峽谷。 不推薦把探頭安裝在建筑物上或塔上，這樣安裝的探頭要高出地表面一段距離，這與在實(shí)際地面測(cè)出的電場(chǎng)關(guān)系產(chǎn)生變化，從而引起不利效應(yīng)。3.2 安裝基座 推薦把探頭安裝在

19、水泥墩上或用槽鋼做成的支架上，如圖3-1、圖3-2所示。 在澆注水泥墩時(shí)，予先埋進(jìn)三根螺栓（M12300)，均布在288的圓周上。如果用槽鋼做成的支架，則三根螺栓（M12100)也是要均布在288的圓周上。3.3 探頭供電 采用交流220V50HZ的市電供電。交流供電電纜在距探頭的30m范圍內(nèi)要埋設(shè)，并且要徑直引到探頭，不要繞行。 市電供電適用于50HZ，200240V，實(shí)際運(yùn)行時(shí)，經(jīng)交流穩(wěn)壓電源供電，探頭功耗25W。 為防止閃電感應(yīng)過(guò)電壓“浪涌”的影響，在探頭的接口/電源盒內(nèi)安裝了三只金屬氧化壓敏電阻（MOV），它們分別接在相線、中線和地之間以及相線和中線之間。對(duì)于短暫的瞬態(tài)或“浪涌”，可由

20、MOV短路到地。對(duì)于較長(zhǎng)時(shí)間的“浪涌”，MOV的性能要變壞，一般失效模式是短路，使市電相線上的保險(xiǎn)絲燒毀，從而保護(hù)了探頭的電子器件。接口/電源盒內(nèi)的托架上有一個(gè)窗口，通過(guò)它可看到MOV，通常MOV是綠色，如果變成暗色表示它已失效，應(yīng)即時(shí)更換。3.4 探頭接地 有兩種不同的要求必須由良好的探頭地實(shí)現(xiàn)。一是由閃電引起的在動(dòng)力線和通訊電纜上產(chǎn)生的瞬態(tài)電流保護(hù)到地；二是良好接地可提供一有效的探頭天線地平面的參考。圖3-2槽鋼基架結(jié)構(gòu)圖 在潮濕低阻土壤的地區(qū)，用單根地樁可以達(dá)到上面兩個(gè)要求，地樁可以用包銅鋼、實(shí)心銅棒、不銹鋼等，其直徑至少要16mm，總長(zhǎng)度2.6m，15cm露出地面，其余垂直打入地下。

21、在有巖石的地基上可以傾斜把地樁打入地下，其與垂直構(gòu)成的角度應(yīng)小于45。在溝渠地方也可把地樁深埋在1m左右的地下。不管哪種方式地樁與大地的接觸長(zhǎng)度應(yīng)在2.5m以上。 在地理?xiàng)l件較差的地區(qū)，土壤很干燥，如沙丘、巖石土壤，僅用一根地樁不能滿足要求，此時(shí)需要考慮增加地樁，埋設(shè)銅地板以及進(jìn)行土壤的化學(xué)處理等方法。 如果采用鋪設(shè)地平面方法，將至少要有8個(gè)輻射單元，相鄰單元互成45，每個(gè)輻射單元至少要3m長(zhǎng)，采用粗導(dǎo)線，其對(duì)地阻抗由與地面接觸總的表面積決定 （圖3-3）。 總之，接地電阻通常應(yīng)該5，不能滿足此要求的，應(yīng)用增加接地極等措施解決。3.5 通訊標(biāo)準(zhǔn)及波特率 探頭與中心數(shù)據(jù)處理站間的通訊是借助于全雙

22、工（雙向）異步串行方式完成的，探頭的數(shù)據(jù)輸出接口為EIARS232C，在信道上能以300至38400baud的任一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的波特速率傳送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸波特率可用CPU板上的DIP開關(guān)或BAUDRATE命令設(shè)置，傳輸數(shù)據(jù)格式為“N，8，1”，即無(wú)校驗(yàn)位、8位數(shù)據(jù)位和1位停止位。3.6 探頭與中心數(shù)據(jù)處理站間的通信 探頭與中心數(shù)據(jù)處理站間互相通訊的框圖如圖3-4所示。其中遠(yuǎn)程通訊的實(shí)現(xiàn)可以是有線亦可以是無(wú)線傳輸方式。 A B C D 雷電探測(cè)儀 MODEM MODEM 智能卡 中心數(shù)據(jù) 處理站 圖3-4 雷電探測(cè)儀與中心數(shù)據(jù)處理站通訊連接圖其中： A 雙絞對(duì)屏蔽電纜 B 四線全雙工的遠(yuǎn)程通訊線路（不

23、推薦單工，1對(duì)線） C 25芯扁平電纜 D 25芯扁平電纜3.7 通訊電纜通訊電纜的線徑與電纜的長(zhǎng)度和波特率有關(guān)。對(duì)于0.5mm直徑的電纜在1200baud應(yīng)用時(shí)可用到1200m長(zhǎng)，如果再長(zhǎng)則要采用0.8mm以上直徑的電纜。這類電纜均是外有屏蔽網(wǎng)內(nèi)有兩對(duì)絞線形式。 在距探頭30m范圍內(nèi)的電纜要埋設(shè)，并且要徑直引至探頭，不要繞行。3.8 探頭的安裝及水平調(diào)節(jié) 探頭是通過(guò)其底盤上的安裝孔固定在水泥基座上，如果是采用槽鋼架基座時(shí)，固定可采用每根螺絲上加四個(gè)螺母方式，其中兩個(gè)用于固定在基座上。另兩個(gè)用于固定探頭的底盤。通過(guò)調(diào)節(jié)后兩個(gè)螺母上下位置即可調(diào)節(jié)探頭的水平度。 在底盤固定過(guò)程中，要用水平尺檢查底

24、盤的水平度，大致固定后，裝上探頭儀器艙，再用水平尺在探頭的平板電場(chǎng)天線上測(cè)量水平度，最終以電場(chǎng)的平板天線達(dá)到水平最佳位置為準(zhǔn)，緊固安裝螺絲。3.9 探頭NS磁場(chǎng)天線環(huán)方位的調(diào)整 探頭的NS磁場(chǎng)天線環(huán)必須被調(diào)節(jié)在正北向的0.25之內(nèi)，以保證探頭測(cè)角精度。通常這是在當(dāng)?shù)卣鐣r(shí)分完成調(diào)節(jié)的。此刻恰是太陽(yáng)處在天空的最高點(diǎn)上。除在赤道上外，在此刻太陽(yáng)的陰影是正南北向的。隨探頭一起提供的日晷就是利用這一原理為調(diào)節(jié)天線方位用的（見圖3-5）。當(dāng)然也可以用傳統(tǒng)的方法來(lái)調(diào)節(jié)，如采用普通羅盤方式，但這只能是臨時(shí)性的。更準(zhǔn)確的定向還是應(yīng)用日晷或是專業(yè)性的瞄準(zhǔn)器。但不論哪種方法定方向之前必須先調(diào)好水平。 日晷是太陽(yáng)所

25、在分度盤上的位置指示器，探頭上用的日晷即是以太陽(yáng)陰影的位置表示予定時(shí)間上太陽(yáng)的方位這一原理做出的。結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單：在一個(gè)經(jīng)精密機(jī)加工的黃銅圓柱體上安插了一根垂直的不銹鋼桿而構(gòu)成，使用時(shí)把它準(zhǔn)確的放置在天線裝置頂平面的中心位置，在天線裝置的頂平面上劃有標(biāo)明EW、NS方向的線條。此線條已畫得很精細(xì)，能夠精確地指出天線的真實(shí)方位。探頭布站后，天線校準(zhǔn)就是利用計(jì)算好的當(dāng)?shù)靥?yáng)運(yùn)行的正午表，在規(guī)定的時(shí)刻調(diào)整天線方位，使天線上的NS方向刻線與太陽(yáng)陰影相重合，來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 用日晷校準(zhǔn)天線的方位，方法簡(jiǎn)單容易實(shí)現(xiàn)。要求條件之一是校準(zhǔn)時(shí)，當(dāng)?shù)靥鞖庖缋?，不能是陰天，否則陰影看不清。用日晷方法在不同地理位置使用其太陽(yáng)陰

26、影長(zhǎng)短不同，在回歸線附近要變短，在赤道附近變得更短，甚至是一個(gè)點(diǎn)，在這些地區(qū)附近南北向的正午表不實(shí)用，要用東西向?yàn)楹?。另外用日晷時(shí)正午表的陰影在北半球地區(qū)，陰影指向北方，而在南半球日晷的太陽(yáng)陰影則指向南方。日晷正午表中的時(shí)間是當(dāng)?shù)氐臉?biāo)準(zhǔn)時(shí)間。在正午表中（見圖3-6），有三個(gè)不同的時(shí)間列在日期的下面，中間的時(shí)間是當(dāng)?shù)氐膶?shí)際的正午時(shí)間，而上面的時(shí)間是早晨用來(lái)對(duì)正北的時(shí)間，下面的時(shí)間是黃昏用來(lái)對(duì)正北的時(shí)間。天線的1度的調(diào)整誤差表示出離探頭100公里遠(yuǎn)的地方產(chǎn)生約1.7公里的誤差距離。因此天線方位的調(diào)整誤差直接影響到測(cè)量誤差。 太陽(yáng)正午表是通過(guò)計(jì)算機(jī)SOLAR軟件計(jì)算出來(lái)的，為此要知道探頭布點(diǎn)的精確的

27、經(jīng)緯度參數(shù)，經(jīng)緯度誤差應(yīng)在0.0003內(nèi)。計(jì)算天文表的步驟： 1、在微機(jī)上裝SOLAREXE、SOLARDOC兩文件； 2、進(jìn)入EDLIN 用戶文件名DAT： 舉例：CEDLIN 用戶文件名DAT（CR） * I（CR） 1：1，-8，27. 9075，102. 21，QXSH df 4 說(shuō)明號(hào)： 1 2 3 4 5 6 解 釋： 1、從該月開始算，需要幾個(gè)月的天文表，就輸入幾； 2、探頭所在時(shí)區(qū)（中國(guó)按北京時(shí)間為東8時(shí)區(qū)或-8時(shí)區(qū)）； 3、探頭站址的緯度； 4、探頭站址的經(jīng)度； 5、db中規(guī)定的探頭名字； 6、db中規(guī)定的探頭號(hào)。 C * E （CR） C 3、運(yùn)算天文表： CSOLAR 用

28、戶文件名DAT 用戶文件名OUT（CR）圖3-6太陽(yáng)正午表舉例 4、打印PRINT 或顯示 TYPE天文表： CPRINT 用戶文件名OUT （CR）3.10 探頭的初次通電 當(dāng)探頭的電源/接口盒安裝好，主電纜接通儀器艙后可以進(jìn)行加電實(shí)驗(yàn)。為防止意外可以先拔下母板上的電源供電插頭J505和通訊插頭J506以及晶體振蕩器供電插頭J902，此時(shí)儀器艙內(nèi)不供電。然后按下電源盒的220V開關(guān)，使電源工作，并用電表檢查+5V，15V，+12V直流電壓是否正常，與此同時(shí)要檢查一下儀器艙各路負(fù)載是否有短路情況，如果均正常，則可以關(guān)機(jī)，插上J505、J506以及J902重新啟動(dòng)電源，探頭開始運(yùn)行。 加電后探頭

29、首先進(jìn)行自檢，如果探頭接地良好，探頭背景噪聲不超出允許范圍，探頭運(yùn)行參數(shù)設(shè)置正確應(yīng)能順利通過(guò)自檢，開始正常運(yùn)行。如果自檢多次仍不能通過(guò)自檢，需借助測(cè)試終端進(jìn)行檢查，這在后面有關(guān)章節(jié)介紹。3.11 探頭的密封 當(dāng)探頭的加電試驗(yàn)通過(guò)自檢，運(yùn)行正常，而且天線水平及NS方位調(diào)節(jié)亦已完成，則探頭可以密封，此時(shí)把電源/接口盒門關(guān)嚴(yán)，擰緊氣壓卸壓閥的帽蓋，探頭儀器艙內(nèi)放進(jìn)干燥劑，蓋嚴(yán)玻璃鋼罩并用三個(gè)螺絲擰緊，以使其密封、防潮。四、雷電探測(cè)儀運(yùn)行設(shè)置和操作 本章節(jié)主要是介紹探頭的兩種運(yùn)行模式以及怎樣選擇和進(jìn)入這些模式，并且詳細(xì)介紹一些用于分析運(yùn)行和診斷失效的指令。在此之前，還要首先說(shuō)明怎樣通過(guò)CPU板上的DI

30、P開關(guān)進(jìn)行探頭運(yùn)行參數(shù)的設(shè)置。4.1 DIP開關(guān)的設(shè)置 探頭運(yùn)行時(shí)的波特率和缺省的賦能閾值電壓，這兩種均是通過(guò)設(shè)置8位DIP開關(guān)S301的不同位置而確定的，此開關(guān)設(shè)置的改變也能使探頭從通常的運(yùn)行程序進(jìn)入到維修程序。通過(guò)改變開關(guān)的設(shè)置，達(dá)到滿足人為的需要，進(jìn)行人工干予的目的。此開關(guān)是在電子盒中的CPU板的上邊，在電子盒盒蓋前面板的對(duì)應(yīng)位置處開有窗口，隨時(shí)可以方便地改變?cè)O(shè)置。下表41列出的是S301 DIP開關(guān)的功能：S301開關(guān)設(shè)置及功能1，2，3，45，6，7，8設(shè)波特率專用于維修程序 賦能閾值其開關(guān)最左邊為第1位，最右邊為第8位，每位開關(guān)置在上位置為ON=“1”，置在下位置為OFF=“0”。

31、在正常運(yùn)行程序時(shí)，開關(guān)4必須置在OFF，使維修程序失效。4.1.1 改變波特率 此值可以通過(guò)命令*BAUDRATE設(shè)置，也可以通過(guò)改變DIP開關(guān)的1，2，3位得到所需的標(biāo)準(zhǔn)波特率：30038400波特。此時(shí)開關(guān)4=0（OFF）。1，2，3位改變之后，只要按一下電源/接口盒內(nèi)的RESET鍵后，該波特率就被設(shè)置好。表42 用DIP開關(guān)S301選擇波特率 波特率 開關(guān)位置 1 2 3 300 0 0 0 600 0 0 1 1200 0 1 0 2400 0 1 1 4800 1 0 0 9600 1 0 1 19200 1 1 0 38400 1 1 1除維修程序外，位4必須為0 0=OFF， 1

32、=ON 4.1.2 改變?nèi)笔≠x能閾值電壓 此值可以通過(guò)命令*THRESHOLD設(shè)置，也可以由DIP開關(guān)的第58位設(shè)置，此時(shí)開關(guān)4=0（OFF）。當(dāng)4=1時(shí)，DIP開關(guān)的第58位則另有不同的意義。位置58決定后，同樣可用RESET鍵設(shè)置進(jìn)入，或用探頭自檢命令重新自檢后即可。表43 用DIP開關(guān)S301對(duì)賦能閾值的選擇 開關(guān)位置 賦能閾值量 5 6 7 8 0 0 0 0 未用 0 0 0 1 50 mv 0 0 1 0 75 mv 0 0 1 1 100 mv(標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置） 0 1 0 0 125 mv 0 1 0 1 150 mv 0 1 1 0 175 mv 0 1 1 1 200 mv 1

33、0 0 0 250 mv 1 0 0 1 300 mv 1 0 1 0 350 mv 1 0 1 1 400 mv 1 1 0 0 500 mv 1 1 0 1 600 mv 1 1 1 0 700 mv 1 1 1 1 800 mv開關(guān)位置4=0（除維修程序外）0=OFF ， 1=ON 4.1.3 維修程序設(shè)置： 設(shè)定開關(guān)位4=1 ON達(dá)到， 見后詳述。4.2 探頭的運(yùn)行方式探頭可以運(yùn)行在兩種方式，一種是數(shù)據(jù)方式，另一種是命令方式。4.2.1 數(shù)據(jù)方式1、這是探頭通常的運(yùn)行方式。在此方式下，探頭設(shè)置為發(fā)送二進(jìn)制數(shù)據(jù)。2、在數(shù)據(jù)方式時(shí)，探頭隨時(shí)在檢測(cè)閃電，計(jì)算處理閃電數(shù)據(jù)，并且以串行二進(jìn)制形式

34、把數(shù)據(jù)發(fā)送到系統(tǒng)的中心數(shù)據(jù)處理站。此二進(jìn)制數(shù)據(jù)包括：閃電的成閃時(shí)間，閃電波形的陡點(diǎn)、上升沿、下降沿時(shí)間，來(lái)波的方位角，磁場(chǎng)強(qiáng)度，電場(chǎng)強(qiáng)度，陡點(diǎn)幅值以及每30秒（可用*STATUSPERIOD命令設(shè)置）發(fā)送一次探頭的狀態(tài)信息。中心數(shù)據(jù)處理站接收到傳來(lái)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)后，進(jìn)行解釋并檢查探頭狀態(tài)，積累系統(tǒng)中其它探頭送來(lái)的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)交匯處理，最后把閃電的定位數(shù)據(jù)送到用戶終端，繪圖儀，CRT顯示以及遠(yuǎn)程終端設(shè)備。4.2.2 命令方式1、當(dāng)要完成內(nèi)務(wù)功能管理（如設(shè)置波特率、賦能閾值），運(yùn)行診斷程序，報(bào)告各種條件和結(jié)果時(shí)，要使探頭退出通常的數(shù)據(jù)方式而進(jìn)入命令方式。在此方式下，使探頭可以接受命令并處理各類自變量的

35、命令。在此方式下，探頭不處理閃電數(shù)據(jù)也不發(fā)送數(shù)據(jù)。2、探頭一接到控制序列CTRLA*，它就暫時(shí)進(jìn)入到命令方式，直到收到行終止符。4.3 探頭的數(shù)據(jù)輸出及幀格式 在數(shù)據(jù)方式下，探頭能發(fā)送回?fù)舻暮蜖顟B(tài)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。4.3.1 回?fù)舻亩M(jìn)制數(shù)據(jù)回?fù)舻亩M(jìn)制數(shù)據(jù)由中心數(shù)據(jù)處理站用來(lái)計(jì)算回?fù)舻奈恢?，每組回?fù)籼綔y(cè)數(shù)據(jù)包括：1、回?fù)舻竭_(dá)時(shí)間 2、回?fù)裟媳狈逯荡艌?chǎng) 3、回?fù)魱|西峰值磁場(chǎng)4、回?fù)舴逯惦妶?chǎng) 5、回?fù)舨ㄐ嗡膫€(gè)特征參數(shù)4.3.2 狀態(tài)的二進(jìn)制數(shù)據(jù) 二進(jìn)制狀態(tài)數(shù)據(jù)30秒鐘（可用*STATUSPERIOD命令設(shè)置）發(fā)送一次，此時(shí)回?fù)魯?shù)據(jù)不能發(fā)送，而當(dāng)二進(jìn)制回?fù)魯?shù)據(jù)正在發(fā)送時(shí)，狀態(tài)報(bào)告要被抑制。每組狀態(tài)的二

36、進(jìn)制數(shù)據(jù)包括：1、發(fā)送狀態(tài)信息時(shí)的時(shí)間 2、自檢標(biāo)志（1024表示自檢通過(guò)，0表示自檢不通過(guò)）3、讀出的當(dāng)前閾值 4、當(dāng)前的閾值通過(guò)率5、探頭所在位置的經(jīng)緯度 6、GPS的誤差放大因子DOP值（0.009.99)7、10MHZ恒溫槽石英晶振頻率值的偏差值4.3.3 回?fù)舻亩M(jìn)制數(shù)據(jù)幀格式 其幀格式碼中，除了終端回車和可選擇的換行字符外，不包含任何控制字符。狀態(tài)數(shù)據(jù)和回?fù)魯?shù)據(jù)幀采用統(tǒng)一的幀長(zhǎng)度35字節(jié)，幀頭用兩個(gè)字節(jié)：EBH、90H；幀尾用兩個(gè)字節(jié)：0DH、0AH（回車和換行符）。每個(gè)字節(jié)由“1個(gè)起始位，8個(gè)數(shù)據(jù)位，1個(gè)停止位”共10個(gè)BIT構(gòu)成（無(wú)校驗(yàn)位）。表44 二進(jìn)制回?fù)魯?shù)據(jù)幀格式序號(hào)數(shù)據(jù)

37、名稱數(shù)據(jù)內(nèi)容數(shù)據(jù)類型字節(jié)數(shù)偏移量1FrameStart ID1幀起始標(biāo)志第一字節(jié)(0EBH)byte100H2FrameStart ID2幀起始標(biāo)志第二字節(jié)(90H)byte101H3FrameTag幀種類(非0表示閃數(shù)據(jù)幀)byte102H4Hour閃到達(dá)時(shí)間的小時(shí)值byte103H5Minute閃到達(dá)時(shí)間的分鐘值byte104H6Second閃到達(dá)時(shí)間的秒值byte105H7us-01閃到達(dá)時(shí)間的0.1微秒值dword406H8Bns南北峰值磁場(chǎng)real40AH9Bew東西峰值磁場(chǎng)real40EH10E峰值電場(chǎng)real412H11MSP最陡點(diǎn)磁場(chǎng)real416H12MSP-01us最陡點(diǎn)時(shí)

38、間(0.1us)word21AH13PP-01us峰點(diǎn)時(shí)間(0.1us)word21CH14HWP-01us后過(guò)零點(diǎn)時(shí)間(0.1us)word21EH15CheckSum幀校驗(yàn)和byte120H16FrameEnd ID1幀結(jié)束標(biāo)志第一字節(jié)(0DH)byte121H17FrameEnd ID2幀結(jié)束標(biāo)志第二字節(jié)(0AH)byte122H幀長(zhǎng)度35字節(jié)4.3.4 狀態(tài)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)幀格式 探頭運(yùn)行自檢后，定時(shí)發(fā)出狀態(tài)信息數(shù)據(jù)，與回?fù)舻亩M(jìn)制數(shù)據(jù)幀格式相同。表45 二進(jìn)制狀態(tài)信息幀格式序號(hào)數(shù)據(jù)名稱數(shù)據(jù)內(nèi)容數(shù)據(jù)類型字節(jié)數(shù)偏移量1FrameStart ID1幀起始標(biāo)志第一字節(jié)(0EBH)byte100H

39、2FrameStart ID2幀起始標(biāo)志第二字節(jié)(90H)byte101H3FrameTag幀種類(為0表示狀態(tài)信息幀)byte102H4Hour發(fā)送狀態(tài)信息時(shí)的小時(shí)值byte103H5Minute發(fā)送狀態(tài)信息時(shí)的分鐘值byte104H6Second發(fā)送狀態(tài)信息時(shí)的秒值byte105H7Year發(fā)送狀態(tài)信息時(shí)的年word206H8Month發(fā)送狀態(tài)信息時(shí)的月byte108H9Day發(fā)送狀態(tài)信息時(shí)的日byte109H10ResultOfSelfTest最近一次自檢的通過(guò)標(biāo)志word20AH11Threshold當(dāng)前的閾值word20CH12TCR.當(dāng)前的閾值平均通過(guò)率real40EH13Long

40、itude最近一次自檢開始時(shí)的GPS經(jīng)度real412H14Latitude最近一次自檢開始時(shí)的GPS緯度real416H15DOP最近一次自檢開始時(shí)的GPS誤差放大因子real41AH16FrequencyError10MHZ恒溫槽石英晶振頻率值的偏差(實(shí)測(cè)值)，單位：HZinteger21EH17CheckSum幀校驗(yàn)和byte120H18FrameEnd ID1幀結(jié)束標(biāo)志第一字節(jié)(0DH)byte121H19FrameEnd ID2幀結(jié)束標(biāo)志第二字節(jié)(0AH)byte122H幀長(zhǎng)度35字節(jié)4.4 自動(dòng)自檢 當(dāng)探頭內(nèi)的時(shí)鐘運(yùn)行到整點(diǎn)（00分鐘），如果沒(méi)有閃電數(shù)據(jù)正在處理時(shí)，則探頭將自動(dòng)開始

41、一個(gè)全面的自行測(cè)試和標(biāo)定周期，此過(guò)程大約需要5秒鐘。同樣，通過(guò)命令*CLEAR，*RESET以及*SELFTEST也能啟動(dòng)自檢。如果時(shí)鐘運(yùn)行到整點(diǎn)時(shí)（00分鐘），探頭正在處理閃電數(shù)據(jù)，則探頭一直要等到無(wú)閃電數(shù)據(jù)要處理時(shí)才開始運(yùn)行自檢程序。每次自檢結(jié)果用探頭自檢是通過(guò)或是失效來(lái)表示。通過(guò)/失效 結(jié)果是作為二進(jìn)制狀態(tài)信息的一部分由探頭在通常運(yùn)行程序中每30秒發(fā)送一次。中心數(shù)據(jù)處理站根據(jù)探頭的狀態(tài)信息能夠監(jiān)視整個(gè)雷電定位系統(tǒng)的運(yùn)行。4.5 探頭命令1、為了完成：1) 探頭內(nèi)部勤務(wù)管理，如設(shè)置波特率、閾值等；2) 運(yùn)行各種診斷程序；3) 報(bào)告工作狀態(tài)和運(yùn)行結(jié)果； 探頭必須在命令方式下才能運(yùn)行，鍵入（C

42、TRLA）*后即可由正常的數(shù)據(jù)方式進(jìn)入命令方式。2、探頭命令總表及說(shuō)明：表46 探測(cè)儀命令一覽表命令編號(hào)命令字及其縮略形式參數(shù)個(gè)數(shù) 功能簡(jiǎn)述1ADCTEST (ADCT)4模數(shù)轉(zhuǎn)換器測(cè)試2BAUDRATE (BR)0顯示通訊波特率3CLEAR (CLR)0清除全部RAM和復(fù)位硬件4CORRECTIONS (CORT)0顯示現(xiàn)行的校正量5FLASHES (FL)2或0產(chǎn)生測(cè)試閃6FREQUENCY （F）0顯示10MHZ恒溫槽石英晶振頻率值7HELP (H/？)0顯示探測(cè)儀命令的清單8LIMITS (LIM)0顯示自檢通過(guò)/失敗的限定范圍9RATE (R)0或1顯示或歸零閾值通過(guò)率10RESET

43、 (RST)0復(fù)位硬件11SELFTEST (ST)0啟動(dòng)一次自檢12STATUS (S)0顯示狀態(tài)（完整的自檢結(jié)果）13STATUS-PERIOD (SP)0或1顯示或規(guī)定發(fā)送狀態(tài)信息的周期14TEMPERATURE (T)0顯示探測(cè)儀艙內(nèi)的溫度15THRESHOLD (TH)0或1顯示或設(shè)置閾值16TIME (TM)0顯示當(dāng)前日期和時(shí)間17TYPETEST (TT)0生成一個(gè)連續(xù)的通訊測(cè)試數(shù)據(jù)流18VERSION (V) 0顯示現(xiàn)行的軟件版本探頭的所有命令的功能簡(jiǎn)要描述如表4-6所示，其每個(gè)命令由命令關(guān)鍵字及其不同的數(shù)字自變量構(gòu)成。表中每個(gè)命令字及其星號(hào)“*”必須由CTRLA來(lái)引導(dǎo)。命令格式如下：CTRL-A*命令關(guān)鍵字自變量參數(shù)1變量參數(shù)2變量參數(shù)nRET 如果輸入的命令是無(wú)效的或是*星號(hào)后沒(méi)命令關(guān)鍵字緊跟其后或是格式出錯(cuò)。探頭將發(fā)出如下錯(cuò)誤信息：ADTDCommand or Parameter error 或ADTD Paramete