第三章雷電監(jiān)測定位系統(tǒng)

1、 由于航天發(fā)射遭雷擊，70 年代中期，美國研制了雷電定位系統(tǒng)用于雷電預(yù)警。雷電是電力中斷的頭號環(huán)境因素，在美國每年造成數(shù)十億美元的損失，因此雷電定位系統(tǒng)在美國的電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)得到快速發(fā)展，主要用于電電力系統(tǒng)雷擊故障點的檢測，航空雷暴區(qū)和森力系統(tǒng)雷擊故障點的檢測，航空雷暴區(qū)和森林火災(zāi)的預(yù)警林火災(zāi)的預(yù)警。 本世紀八十年代初，隨著雷電物理、雷電物理、電子技術(shù)、計算機技術(shù)的發(fā)展電子技術(shù)、計算機技術(shù)的發(fā)展，美國科學(xué)家首先推出了一種探測閃電產(chǎn)生的低頻電探測閃電產(chǎn)生的低頻電磁脈沖的多站探測系統(tǒng)磁脈沖的多站探測系統(tǒng)，法國科學(xué)家在九十年代中期推出了甚高頻甚高頻(VHF)雷電探測系雷電探測系統(tǒng)統(tǒng)(干涉儀干涉儀)

2、。 經(jīng)過 20 多年的發(fā)展，美國雷電定位系統(tǒng)在定位原理上經(jīng)歷了方向方向時差時差綜合定綜合定位系統(tǒng)位系統(tǒng)的發(fā)展；在范圍上經(jīng)歷了從局部區(qū)域到全國聯(lián)網(wǎng)，形成了國家級雷電監(jiān)測網(wǎng)，并實現(xiàn)了雷電信息產(chǎn)業(yè)化。 當前的雷電定位系統(tǒng)運用了全球衛(wèi)星定全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)位系統(tǒng)(GPS)、 衛(wèi)星通信、衛(wèi)星通信、 地理信息系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)(G IS)等高新技術(shù)，形成了實時動態(tài)的多用途大型信息系統(tǒng)。 在我國，中科院空間應(yīng)用中心、信息產(chǎn)業(yè)部電子第二十二研究所、中國科技大學(xué)、武漢高壓所等單位于八十年代中后期亦先后開始研制閃電定位系統(tǒng)，并逐步形成了有自己特點的產(chǎn)品。 國內(nèi)雷電定位系統(tǒng)也經(jīng)歷了方向方向時時差差綜合定位綜合定位這一發(fā)

3、展過程，目前國內(nèi)運行的系統(tǒng)已全面按 “綜合定位系統(tǒng)” 運行。 國內(nèi)的雷電定位系統(tǒng)均為省市電網(wǎng)出資建立，基本上以省為單位自成一體，互不聯(lián)系，沒有數(shù)據(jù)交換，是獨立的局部網(wǎng),服務(wù)對象為電網(wǎng)，多年運行的數(shù)據(jù)沒有充分利用，也有散失的可能，更沒有向社會其他用戶提供服務(wù)，實在是資源的浪費。 從當前的科技發(fā)展趨勢和用戶需求以及實際運行提出的問題來看，需要早日將現(xiàn)有獨立的雷電定位系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)組成統(tǒng)一的國家雷電信息網(wǎng)，成為國家防災(zāi)減災(zāi)預(yù)警網(wǎng)的組成部分，為社會廣大用戶服務(wù)；并建立有效機制,將過去 10年以及今后大量的運行觀測數(shù)據(jù)進行有效的保存。雷電監(jiān)測目測照相聲探測器閃電定位儀大氣電場儀光譜儀星載閃電探測器 雷暴觀測包

4、括常規(guī)觀測、特殊觀測和非常規(guī)觀測、特殊觀測和非常規(guī)觀測常規(guī)觀測。 常規(guī)觀測常規(guī)觀測有地面、探空氣球、系流氣球、火箭、飛機等觀測等，主要獲取地面到對流層頂?shù)臏囟?、氣壓、濕度、風、雨量、云等氣象要素資料。 特殊觀測特殊觀測是為了特定需要而進行的觀測，可使用常規(guī)觀測工具和非常規(guī)觀測手段進行，如閃電定位系統(tǒng)進行雷電發(fā)生的位置、強度的觀測等。 非常規(guī)觀測非常規(guī)觀測指使用現(xiàn)代化的探測手段進行的觀測，如使用氣象雷達觀測雷暴云的回波強度、位置，雷暴云中氣流的分布和運動及其它的演變過程等。氣象衛(wèi)星觀測云的分布、強度、溫度、輻射值等。 自動氣象遙感觀測站同樣也可觀測各種需要的資料。 十八世紀后期，Hoffert

5、(1889)利用照相機作水平快速移動攝影方法觀測閃擊: 獲取閃電照片。觀測閃電變化閃擊是有分枝的，閃擊之間有連續(xù)發(fā)光。兩閃擊的時間間隔為1/51/10秒， 這個時間顯然是過大了。 二十世紀初，法國Walter（19021918）利用由時鐘控制的可移動照相機。 精確地測出了閃擊之間的時間，并照到了第一次閃擊之先導(dǎo)，觀測到第一次閃擊是向下分枝的。但是他沒有發(fā)現(xiàn)先導(dǎo)是梯級的。 同時，美國Larsen（1905）也進行了類似的閃電觀測。 測量了閃擊之間的時間，并記錄到一次由40次閃擊組成的閃電。但是分不清箭式先導(dǎo)。1、閃電的高速旋轉(zhuǎn)照相法 1926 1926年博尹斯（年博尹斯（BoysBoys）設(shè)計了

6、一種旋轉(zhuǎn)）設(shè)計了一種旋轉(zhuǎn)式相機，后來稱式相機，后來稱BoysBoys相機，如圖。相機，如圖。 BOYSBOYS相機觀測原理圖相機觀測原理圖 由于該相機獲取的閃電照片結(jié)構(gòu)呈波紋由于該相機獲取的閃電照片結(jié)構(gòu)呈波紋狀，所以時常將這種相機稱為波紋狀相機。狀，所以時常將這種相機稱為波紋狀相機。 19291929年博尹斯又對他的相機作了進一步的年博尹斯又對他的相機作了進一步的改進，如圖改進，如圖 。旋轉(zhuǎn)方向膠片鏡頭棱鏡旋轉(zhuǎn)膠片鼓具有移動的膠片和固定的光學(xué)系統(tǒng)的BOYS相機 高速線掃描高速線掃描照相機相機的結(jié)構(gòu)：照相機相機的結(jié)構(gòu)：視 頻 放大 器 13 m 26m數(shù)字貯存記錄器光纖窗閃電通道 雷雷 暴暴 云

7、云10241m=（f=50mm，d=4 km）物鏡 驅(qū) 動 電 路時 鐘 =10MHz 1 2 8 s / scan 圖象放大器增益=3 倍350nm950nm一維CCD圖象感應(yīng)器(1024象點)8bit50Msamp/s.64字高速成線掃描照相機原理圖高速成線掃描照相機原理圖 物鏡、圖象輔助（放大）物鏡、圖象輔助（放大）裝置、一維荷電耦合器件（裝置、一維荷電耦合器件（CCDCCD）圖象感應(yīng)器、一個探測器驅(qū)動器圖象感應(yīng)器、一個探測器驅(qū)動器和一視頻放大器。和一視頻放大器。 CCDCCD圖象感應(yīng)器是由圖象感應(yīng)器是由10241024個高靈敏度的硅光敏二極管個高靈敏度的硅光敏二極管組成的一線性陣列，每

8、一光敏二組成的一線性陣列，每一光敏二極管的寬度為極管的寬度為1313 m m、長為、長為2626 m m，所有的光敏二極管與所有的光敏二極管與CCDCCD移位寄移位寄存器相連接。以約存器相連接。以約10MHz10MHz右旋速右旋速率驅(qū)動感應(yīng)器，幀速率以約每秒率驅(qū)動感應(yīng)器，幀速率以約每秒78007800掃描，圖象放大器對波長由掃描，圖象放大器對波長由低于低于350nm350nm到到950nm950nm敏感，并且具敏感，并且具有有600nm600nm的的輻射光到物鏡后。的的輻射光到物鏡后。圖象感應(yīng)器充足的曝光，調(diào)節(jié)圖圖象感應(yīng)器充足的曝光，調(diào)節(jié)圖象放大器將入射光可放大象放大器將入射光可放大3030倍

9、，倍，并且選擇光纖窗的圖象器減小光并且選擇光纖窗的圖象器減小光的透射。的透射。 從空間探測閃電已經(jīng)有30多年的歷史, 一些衛(wèi)星閃電探測儀器已提供了許多極有價值的資料。例如, 閃電全球范圍內(nèi)發(fā)生的頻率, 其隨緯度和季節(jié)的變化以及日變化, 超級閃電的發(fā)生等等。 這些資料在雷電災(zāi)害預(yù)警預(yù)報、強對流天氣監(jiān)測、某些軍事目標的識別等業(yè)務(wù)和科研工作中得到了應(yīng)用。 在大陸上已建立了一些相當密集的雷電監(jiān)測站網(wǎng)。這些站網(wǎng)雖然能較準確地對其附近發(fā)生的雷電進行定位和計數(shù), 甚至可測量閃電光譜和無線電信號, 但由于其布點的局限性, 它們很難給出全球范圍的閃電分布圖像。 從空間觀測, 可以覆蓋很大的地球面積。如果采用地球

10、靜止與極軌衛(wèi)星多星聯(lián)合的觀測方式, 則可連續(xù)實時地監(jiān)測全球幾乎所有的閃電活動。 在地面可觀測的雷電信號有閃光、雷電電磁脈沖、閃電電流及由沖擊波產(chǎn)生的聲波(即雷聲)。地面閃電電定位系統(tǒng)通常是利用雷電電磁脈沖 (即由閃電造成的無線電頻段的電磁波信號)進行定位的。 而在空間觀測閃電, 則主要利用的是其閃光信號。 超級閃電首先為Vela 衛(wèi)星觀測所揭示 , 其峰值功率在 10 11 1013 W 之間, 光脈沖持續(xù)時間約1ms。大約1000 個閃電中約有3 個其光功率超過1011 W , 1 千萬中有5 個超過310 12W。這些超級閃電的光輻射功率與大氣層中中小當量核爆炸閃光的光輻射功率基本相當。超

11、級閃電分布于全球, 但大多數(shù)發(fā)生在近日本海洋的北太平洋上。與一般的閃電不同, 它們是云中正電荷對地放電, 即正極性的云地閃。超級閃電 雷暴云頂向平流層(有的可達 90 km 高度)的放電閃光現(xiàn)象, 已被高空和航天飛機上的手持攝像機以及衛(wèi)星上的(微光)相機拍攝到?！捌搅鲗娱W電”引起了中高層大氣和空間物理學(xué)家的極大興趣, 但因其發(fā)光面積大很分散、比較弱, 觀測到的次數(shù)不多, 所以我們對其特征和作用的了解還不夠, 還需要更多的觀測和研究。 前蘇聯(lián)和美國的一些地外行星宇宙飛船上搭載了一些光偏振儀、電場探測器、電磁儀以及光學(xué)探測器。這些儀器的觀測揭示或進一步證實了在金星、木星和土星上有閃電活動。從已有觀

12、測資料推斷, 金星上每年每平方公里發(fā)生不到30 個閃電, 木星上約為40 個。 監(jiān)測全球雷電分布的最佳平臺是空間平臺。已上天的閃電光學(xué)探測器的發(fā)展特征可以概括成如下幾點: (1)從附屬探測到專用(2)從硅光電管(陣)到CCD 陣列(3)從僅僅是午夜探測到全天候(4)從高極軌軌道到高中低極軌與地球靜止軌道相結(jié)合; (5)從寬譜探測到多譜段結(jié)合; (6)從極低空間分辨率(700 km)到高分辨率(10 km); (7) 從低探測率效率( 5%)到高探測效率(約90%)。大氣電場的測量大氣電場的測量 大氣電場是大氣電學(xué)的一個最基本的參數(shù)，大氣電場的測量也是一個最基本的測量，根據(jù)測量的大氣電場可以對大

13、氣中的電狀況有一個全面的認識，同時也為推算大氣中的其它各大氣電學(xué)參數(shù)提供基本的已知量。 早期，在地面測量用電場儀，其輸出的是交流信號，信號的大小正比于場強，將這些信號顯示或記錄，或經(jīng)整流給出直流輸出。 為了確定電場極性需要另加電路。就是在儀器配置一對板極或柵網(wǎng)，其面積要大于電場儀轉(zhuǎn)動盤的面積，兩板間相隔一定距離，并加上電壓。（1 1）大氣靜電場的平板天線的測量）大氣靜電場的平板天線的測量（b b）與電子線路相連的平板天線）與電子線路相連的平板天線 地面大氣靜電場強度可以利用測量天線與大地之間的電壓來確定。地面大氣靜電場強度可以利用測量天線與大地之間的電壓來確定。感應(yīng)大氣電場的天線可以是平板、球

14、或垂直的金屬導(dǎo)線。感應(yīng)大氣電場的天線可以是平板、球或垂直的金屬導(dǎo)線。 C CC Cg gC Cc c平板平板天線天線V VR R平板平板天線天線V V V VVg=EhVg=EhC Cg gC Cc c(a)（b）(a)(a)未接到電子線路上的平板天未接到電子線路上的平板天線線 如上圖如上圖a a，有一平板天線，天線方向垂直于電場矢量，平行，有一平板天線，天線方向垂直于電場矢量，平行于地面，即沿著一等位面。假定電場分布均勻，天線離南面距離為于地面，即沿著一等位面。假定電場分布均勻，天線離南面距離為h h。在天線沒有負載情況下天線附近的電場為在天線沒有負載情況下天線附近的電場為E E，而大地和天

15、線之間的電位，而大地和天線之間的電位差是差是Vg=Eh Vg=Eh ，天線與云電荷中心之間的雜散電容為，天線與云電荷中心之間的雜散電容為C Cc c，天線與地之間，天線與地之間的雜散電容為的雜散電容為C Cg g，且，且C Cg g C Cc c，云電荷中心與地之間的電位差為云電荷中心與地之間的電位差為V V。云。云地電位差沿地電位差沿C Cc c ， C Cg g被分壓。被分壓。 C Cg g上的電位差是上的電位差是 cggcCVVCC由于由于v vg g=Eh=EhcgcCCVE hC（6.1）（6.2）cgcCvVCCC 如圖如圖6.4b6.4b，測量電路接上天線，測得電位，測量電路接上

16、天線，測得電位V V，它小于，它小于V Vg g ，這時，這時RCRC電路為天線的負載，假如電路為天線的負載，假如R R遠比遠比C C大，則在確定大，則在確定V V時，只需考慮時，只需考慮C C的作的作用。用。C C和和C Cg g構(gòu)成并聯(lián)電路，電壓為構(gòu)成并聯(lián)電路，電壓為（6.3）將（將（6.26.2）式代入（）式代入（6.36.3）式，消去）式，消去V V就得就得cggcCCvEhCCC（6.4）由于由于C Cg g C Cc c ，所以上式近似為，所以上式近似為 由（由（6.56.5）式可見，測得的電壓正比于地面電場）式可見，測得的電壓正比于地面電場E E。而其比例系數(shù)而其比例系數(shù)h Ch

17、 Cc c / /（ C Cg g+ C+ C）可以通過計算或測量）可以通過計算或測量確定。實際上，確定。實際上，C C C Cg g ，故，故C C用來控制測量電壓大小。用來控制測量電壓大小。R R的作用是使電壓的作用是使電壓V V有一時間常數(shù)有一時間常數(shù)R R（C+CC+Cg g），或如當），或如當C C C Cg g ，時間常數(shù)為，時間常數(shù)為RCRC。如果。如果RCRC大于所要測量的時大于所要測量的時間間 ，則，則R R對測量的影響即可忽略。對測量的影響即可忽略。ggCvEhCC（6.5）R C電壓跟隨器電壓跟隨器R0CG （a）（b）R CCGR0積分器積分器 兩種靜電場測量天線系統(tǒng)。

18、平板天線的電子積分提供的積分電壓正比兩種靜電場測量天線系統(tǒng)。平板天線的電子積分提供的積分電壓正比于平板上荷電量，與環(huán)境電場成比例。于平板上荷電量，與環(huán)境電場成比例。 上圖電子積分是通過積分電路實現(xiàn)的；下圖中積分是通過天線底部處上圖電子積分是通過積分電路實現(xiàn)的；下圖中積分是通過天線底部處的電容到地進行的。圖中的電容到地進行的。圖中C CG G是天線與地面之間的電容是天線與地面之間的電容, R, R0 0是電纜終端的電是電纜終端的電容容, , 相對電阻相對電阻R R是對于放電積分電容是對于放電積分電容C, C, 這樣具有時間常數(shù)這樣具有時間常數(shù)RCRC輸出電壓趨向輸出電壓趨向于于0 0。圖中兩系統(tǒng)

19、的上限頻率為。圖中兩系統(tǒng)的上限頻率為1MHz1MHz，最低頻率為，最低頻率為0.1Hz0.1Hz。 閃電場波記錄器方框圖閃電場波記錄器方框圖直接固定地球周圍地面的平板天線電場測量儀直接固定地球周圍地面的平板天線電場測量儀 天線積天線積 分分 器器雙匹配雙匹配(805)波形記錄器波形記錄器雙線示波器雙線示波器a 天線積天線積 分分 器器2sec 延遲線延遲線 絕對值放大器絕對值放大器雙線示波器雙線示波器 外部外部 觸發(fā)觸發(fā)b 根據(jù)測量要求, 測量電場的感應(yīng)器有平板型、球形和鞭狀等。 在地面主要測量大氣電場的垂直分量，感應(yīng)器采用平板狀。 為同時測量大氣電場的三個分量，感應(yīng)器作成球型天線。（2 2）

20、旋轉(zhuǎn)（場磨）式大氣靜電場儀）旋轉(zhuǎn)（場磨）式大氣靜電場儀 為觀測晴天條件下的地面大氣電場，以及觀為觀測晴天條件下的地面大氣電場，以及觀測雷暴天氣條件下地面大氣電場和閃電所引起地測雷暴天氣條件下地面大氣電場和閃電所引起地面大氣電場的變化。用電子學(xué)方法進行電場強度面大氣電場的變化。用電子學(xué)方法進行電場強度的監(jiān)視時間是電子系統(tǒng)中等效的監(jiān)視時間是電子系統(tǒng)中等效RCRC的函數(shù)，它只能的函數(shù)，它只能在秒量級的時間內(nèi)是可行的，要長時間測量大氣在秒量級的時間內(nèi)是可行的，要長時間測量大氣電場強度則采用稱之電場強度則采用稱之旋轉(zhuǎn)式場磨儀旋轉(zhuǎn)式場磨儀，其原理是根，其原理是根據(jù)導(dǎo)體在電場中產(chǎn)生的感應(yīng)電荷原理，來測量大據(jù)

21、導(dǎo)體在電場中產(chǎn)生的感應(yīng)電荷原理，來測量大氣電場。儀器由大氣電場感應(yīng)器、信號處理電路、氣電場。儀器由大氣電場感應(yīng)器、信號處理電路、顯示系統(tǒng)和雷暴警報器等四部分組成。顯示系統(tǒng)和雷暴警報器等四部分組成。大氣電場感應(yīng)器大氣電場感應(yīng)器 它由上、下兩片相互平的、有一定間距形狀、相似的它由上、下兩片相互平的、有一定間距形狀、相似的4 4葉片連接在一起的葉片連接在一起的對稱扇形金屬片組成。下面的金屬片用來感應(yīng)電荷，固定不動，稱為定片。上對稱扇形金屬片組成。下面的金屬片用來感應(yīng)電荷，固定不動，稱為定片。上面的金屬片由馬達驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，稱為動片，并與地相聯(lián)接，它既起屏蔽定片的作面的金屬片由馬達驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，稱為動片，并與

22、地相聯(lián)接，它既起屏蔽定片的作用，又使葉片暴露于大氣電場中。用，又使葉片暴露于大氣電場中。 當動片旋轉(zhuǎn)時，定片便交替地暴露在大氣電場中，由此產(chǎn)生交變電信當動片旋轉(zhuǎn)時，定片便交替地暴露在大氣電場中，由此產(chǎn)生交變電信號，信號的大小與大氣電場強度成正比。號，信號的大小與大氣電場強度成正比。地面大氣電場儀原理方框圖地面大氣電場儀原理方框圖馬馬達達馬馬達達控控制制電電路路定片定片動片動片信號處理電路信號處理電路 時標電路時標電路雷暴警報器雷暴警報器記錄器記錄器打印機打印機接觸電刷接觸電刷1 1）大氣電場感應(yīng)器）大氣電場感應(yīng)器 2 2）信號處理電路）信號處理電路3 3）顯示系統(tǒng)）顯示系統(tǒng)4 4）雷暴警報器）

23、雷暴警報器 當動片旋轉(zhuǎn)時，它對定片起周期性的屏蔽作用，于是定片一會完當動片旋轉(zhuǎn)時，它對定片起周期性的屏蔽作用，于是定片一會完全暴露于大氣中，一會兒則完全屏蔽掉，有時只露出一小部分。如果定全暴露于大氣中，一會兒則完全屏蔽掉，有時只露出一小部分。如果定片有面積為片有面積為S S暴露于大氣中，在它上面出現(xiàn)感應(yīng)電荷暴露于大氣中，在它上面出現(xiàn)感應(yīng)電荷Q，則有，則有其中其中Q Q是定片上的面電荷密度。由于對金屬導(dǎo)體表面的場強與電荷密度是定片上的面電荷密度。由于對金屬導(dǎo)體表面的場強與電荷密度有關(guān)系有關(guān)系 由此可得板上的電荷與場強的關(guān)系為由此可得板上的電荷與場強的關(guān)系為 如果定片與接地的電阻如果定片與接地的電

24、阻R R相接，則當定片完全屏蔽時，其上的相接，則當定片完全屏蔽時，其上的電荷經(jīng)電阻電荷經(jīng)電阻R R流向大地。由于定片被動片周期性屏蔽，定片上的電荷周流向大地。由于定片被動片周期性屏蔽，定片上的電荷周期性地通過電阻期性地通過電阻R R流向大地，這樣在流向大地，這樣在R R上產(chǎn)生交變電流信號，這一電流極上產(chǎn)生交變電流信號，這一電流極微弱，它通過信號處理電路處理。微弱，它通過信號處理電路處理。 4E ESQ4QS 信號處理電路，它將交變電信號進行放大等處理為顯示系統(tǒng)所要求的信號； 顯示系統(tǒng)，它可以用示波器，或用打印機、或記錄器等顯示大氣電場信號; 雷暴警報器，根據(jù)測量的電場的大小和變化，預(yù)測雷暴出現(xiàn)

25、的可能，并發(fā)布近距離雷暴警報。 下圖是下圖是MalanMalan和和Schonland(1950)Schonland(1950)所描述的另一種電磨儀器所描述的另一種電磨儀器, , 該該儀器能響應(yīng)小于儀器能響應(yīng)小于1 1毫秒的電場變化毫秒的電場變化, , 它是由多葉的接地圓盤它是由多葉的接地圓盤, , 位于固位于固定的電極上旋轉(zhuǎn)，這些固定電極以凸觸式的圓釘安裝在絕緣盤上，且定的電極上旋轉(zhuǎn)，這些固定電極以凸觸式的圓釘安裝在絕緣盤上，且與接地負載電阻與接地負載電阻R R并聯(lián)，并聯(lián)，R R兩端產(chǎn)生的電位兩端產(chǎn)生的電位V V送入示波器顯示。送入示波器顯示。 葉片為葉片為N N的旋轉(zhuǎn)盤以的旋轉(zhuǎn)盤以n n轉(zhuǎn)

26、轉(zhuǎn)/ /秒轉(zhuǎn)動秒轉(zhuǎn)動，其輸出的交流電壓頻率為，其輸出的交流電壓頻率為Nn /Nn /秒，秒，可對可對2020伏伏/ /米的電場產(chǎn)生米的電場產(chǎn)生1 1厘米的位移厘米的位移，響應(yīng)時間為，響應(yīng)時間為0.40.4毫秒。毫秒。 為指示電場為指示電場方向，在圓盤徑向切出兩個較其它槽方向，在圓盤徑向切出兩個較其它槽深的、相對著的長槽，然后在靠近軸深的、相對著的長槽，然后在靠近軸的地方裝上一對額外的凸觸式的圓釘?shù)牡胤窖b上一對額外的凸觸式的圓釘，當這對凸觸式的圓釘每半周暴露一，當這對凸觸式的圓釘每半周暴露一次時，就造成訊號突增，這樣當電場次時，就造成訊號突增，這樣當電場為正時，在顯示波形的一邊有指示，為正時，在

27、顯示波形的一邊有指示，否則在另一邊有指示。否則在另一邊有指示。 R RV V金屬翼輪金屬翼輪帶凸帶凸觸式觸式的圓的圓釘絕釘絕緣環(huán)緣環(huán)支支架架驅(qū)動帶驅(qū)動帶水銀接地杯水銀接地杯靜電場計靜電場計 閃電定位的方法可分為兩種：單站定位和多站定位法 （1）單站定位法 單站定位系統(tǒng)是利用閃電電磁場相位差閃電電磁場相位差和閃電天、地波到達時間差和閃電天、地波到達時間差的原理的原理而制作的。可以測量250公里范圍內(nèi)地閃的方位、距離、強度和極性。 閃電定位儀的原理方框圖如下圖所示，小型化偶極子電場天線位于正交環(huán)狀磁場天線的對稱軸上方，外面用玻璃鋼罩保護。 三通道接收機由前置放大器、濾波器和線性放大器組成，磁場通道

28、另加有積分器電路，通帶寬為5003.50105Hz，增益設(shè)高、中、低三擋。信號的高速采樣器，采樣速率有10,5,2.5,1.25,0.625,0.3125,0.15625,0.078125108/s共八擋。閃電單站定位儀原理方框圖 觸發(fā)控制器由模數(shù)電路構(gòu)成的云地閃識別器，其功能是區(qū)別地閃和云閃。它只接收地閃信號，拒絕云閃信號及非閃電干擾。 云地閃鑒別器軟件具有更強的甄別功能，以在復(fù)雜的干擾條件下能正確無誤地只接收地閃信號。 信號實時處理軟件進行地閃信號的測向、測距、強度和極性等計算。對于140公里以內(nèi)的地閃，主要根據(jù)甚低頻（ELF）頻段幾個頻率的閃電電磁波相位差與距離的關(guān)系測距。對于140公里

29、以外的地閃，根據(jù)改進了的地波和一次天波到達時間差方法測距。 系統(tǒng)終端給出地閃的方位、距離、強度和極性等參數(shù)，以及彩色圖象顯示結(jié)果。 采用單站測量只能確定閃電的方向，如要確定雷電的位置，則必須由多個測站完成。 雷暴的多站定位 利用兩個或多個測站確定雷暴位置的方法。在單個測站上利用由兩個相同的垂直的環(huán)形天線，分別指向南北和東西的定向儀，接收閃電發(fā)出的訊號。 磁定向法(MDF) 閃電訊號到達時間(TOA)定位法； 磁定向(MDF)和訊號到達時間(TOA)綜合法。 閃電產(chǎn)生大量電磁脈沖，但是只有其中的一個很關(guān)鍵，在地面閃擊源定位中使用，如右圖，顯示了在60公里范圍處的典型的閃電放電產(chǎn)生的電磁輻射場脈沖，右圖（a）是云閃，右圖（b）是第一回擊，右圖（c）是隨后閃擊，應(yīng)用合適的電子設(shè)備儀器，僅使第一回擊電磁波通過，而拒絕云閃電磁波。 在距閃電60km處的輻射場磁定向跟蹤法（MDF) 磁定向跟蹤法經(jīng)十年的努力在美國