ADTD雷電探測儀用戶手冊

1、ADT®電探測儀用戶手冊雷電監(jiān)測定位系統(tǒng)ADTD雷電探測儀用戶手冊中國科學院空間科學與應用研究中心ADTD雷電監(jiān)測定位系統(tǒng)課題組二OO四年十月頁號22341111111113131313131717181818222223232528283941414447一、概論ADTD雷電探測儀的工作原理1.2雷電監(jiān)測定位系統(tǒng)的構(gòu)成1.3雷電探測儀的結(jié)構(gòu)二、ADTD雷電探測儀的技術(shù)功能指標2.1每個雷電探測儀布站配置2.2雷電探測儀布站連接簡圖2.3雷電探測儀的主要技術(shù)指標三、雷電探測儀的安裝3.1安裝場地要求3.2安裝基座3.3探頭供電3.4探頭接地3.5通訊標準及波特率3.6探頭與中心數(shù)據(jù)處

2、理站間的通信3.7通訊電纜3.8探頭的安裝及水平調(diào)節(jié)3.9探頭NS磁場天線環(huán)方位的調(diào)整3.10探頭的初次通電3.11探頭的密封四、雷電探測儀運行設置和操作DIP開關(guān)的設置4.2探頭的運行方式254.3探頭的數(shù)據(jù)輸出及幀格式4.4自動自檢4.5探頭命令4.6CPU板、PDL板以及電源/接口板上的LED燈的涵義五、雷電探測儀維修5.1探頭的檢修維護2維修程序設置及測試終端連接5.3探頭故障修理、概ADTD雷電探測儀的工作原理閃電物理特性，探測原理，處理技術(shù)大量的氣象觀測、衛(wèi)星探測儀以及很多國家的電學測量等綜合分析表明，全球在任一時刻都有上千個雷暴在活動，大多數(shù)發(fā)生在較低緯度地區(qū)，但兩極地區(qū)也時有發(fā)

3、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，對航天、航空、通訊、電力、建筑等國防和國民經(jīng)濟的許多部門都有著很大的影響。因此各國都很重視雷電的研究與防護。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，其中對地面設施危害最大的是云地閃電。云地閃電又可以細分為：正閃（正電荷對地的放電）和負閃（負電荷對地的放電）。目前，閃電探測儀主要用來探測云地閃，并且能區(qū)分正負極性。一次閃電的放電過程如下所述:云層荷電形成電分布一初始擊穿一梯級先導一聯(lián)結(jié)過程一第一回擊一K過程一J過程直竄先導一第二回擊0閃電的放電過程中最重要的是回擊過程，因為回擊的電流

4、大，輻射的電磁場強，是形成故障造成危害的主要原因?；負舻姆烹娞卣鲄⒘繛椋夯負舻姆烹姇r間：指回擊發(fā)生時的自然時間。閃電的回擊數(shù)：每次閃電的回擊次數(shù)。回擊發(fā)生的位置：回擊通道取垂直分量在地面或者在目標上的投影?；負舻碾娏髦担褐富負綦娏鞑ㄐ蔚姆逯??；負綦娏鞑ㄐ味付茸畲笾担褐富負舴烹娺^程中單位時間內(nèi)電流變化的最大值，它反映了閃電回擊放電最劇烈時的狀況?；負舨ㄐ吻把爻掷m(xù)時間：指回擊電流波形中，從2KA到峰值電流的過渡時間。放電電荷：指每次回擊放電所釋放出的電荷，即電流對時間的積分。閃電監(jiān)測定位系統(tǒng)從理論上講，其核心是通過幾個站同時測量閃電回擊輻射的電磁場來確定閃電源的電流參數(shù)。Maxwell方程組和特殊

5、路徑上的傳播影響，將兩者聯(lián)系起來。高精度雷電定位系統(tǒng)將測量每次回擊放電輻射的電磁脈沖的下列參量：回擊的放電時間回擊發(fā)生的位置100公里處回擊波形的強度峰值100公里處回擊波形陡度值100公里處回擊波形陡點時間100公里處回擊波形前沿上升時間100公里處回擊波形寬度另外，根據(jù)100公里處輻射場的波形，可以近似計算出回擊的放電電荷、輻射能量。其中，探測儀的探測參量與指標如下表所示：參數(shù)回擊波形到達精確時間方位角磁場峰值電場峰值波形特征值（四個）陡度值指標精度優(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)測定位系統(tǒng)的探測參量與指標如下表所示參數(shù)回

6、擊回擊強度波形陡度放電峰值發(fā)生位置特征值量功率的精（經(jīng)參量確時緯度）間單位0*1度KA01KA/庫侖兆瓦SS口S指標精度網(wǎng)內(nèi)相對精度相對相對相對優(yōu)于精度誤差優(yōu)于誤差誤差誤差10-7秒優(yōu)于優(yōu)于10-7優(yōu)于優(yōu)于優(yōu)于300米15%秒15%30%30%1.1 雷電監(jiān)測定位系統(tǒng)的構(gòu)成ADTD雷電探測儀+中心數(shù)據(jù)處理站+用戶數(shù)據(jù)服務網(wǎng)絡+圖形顯示終端由布置在不同地理位置上的兩臺以上的雷電探測儀（以下簡稱探頭）可以構(gòu)成一個雷電探測定位系統(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16個探頭相連，對接收到的閃電回擊數(shù)據(jù)實時進行交匯處理，給出每個閃電回擊的準確位置、強度等參數(shù)，由其圖形顯示終端設備隨時

7、存儲、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)對各個探頭進行參數(shù)設置、調(diào)出探頭工作狀態(tài)等等；中心數(shù)據(jù)處理站可通過數(shù)據(jù)服務網(wǎng)絡或設置多個圖形顯示終端，以便多個部門共享雷電的信息資源。顯然，這樣的一個系統(tǒng)網(wǎng)，除探頭，中心數(shù)據(jù)處理站，圖形顯示終端專用設備外，其通圖1-1雷擊監(jiān)測定位系統(tǒng)訊系統(tǒng)也是個重要組成部門，通訊的好壞直接影響整個系統(tǒng)網(wǎng)的可靠性，通訊可以用多種途徑來實現(xiàn)，如長途電話線，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,同時可以擴大探測范圍。從交

8、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)度要求，覆蓋面積，場站的通訊條件以及場址背景條件等諸多因素綜合分析決定。場地環(huán)境雷電的定位精也是非常重要的，經(jīng)過測試如果背景噪聲很大也不宜用作站點，否則探頭將不能正常運行,對于雷電定位將帶來較大誤差。站與站間的站距通常選為150公里至180公里為宜，平原地區(qū)可以適當拉開一些，山區(qū)可以適當縮短一些。1.3雷電探測儀的結(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支柱根厚壁鋼管（9,圖1-3）,它有精密機加工的頂端表面和焊接的底部安

9、裝盤。儀器艙安裝在它的頂端。用三根螺栓，通過支柱安裝盤上的三個安裝孔，將整個探頭探頭的支柱是安裝在水泥墩上，或用槽鋼制成的“井”字架上。1.3.2儀器艙儀器艙是一個組合部件，它是由電源腔（6,圖1-3），電子盒（4,圖1-3）,天纟戔部件（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槽內(nèi)，固定螺絲松開后，整個儀器艙可以用手轉(zhuǎn)動，以便安裝時校準天線部件的正北方向。在儀器艙的安裝托盤上，設計有氣壓卸壓閥。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

10、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，長方形盒及連接電纜組成。電子盒用四個滾花螺釘固定在安裝托盤上，整個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（P505-6、P506-10、J401-1、J801-1）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. 時基TIME板5. 母板整個電子盒是用兩塊半園柱面金屬板（3，圖1-3）和一個園形金屬平板進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園形導槽中，可自

11、由滑動，當打開時，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）由四個天線組成:1平板電場天線2. 東-西磁場環(huán)天線3. 北-南磁場環(huán)天線GPS接收天線平板電場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加工儀器艙f0最大直徑35cm高度155cm支柱地線接至地樁接地電阻5Q圖1-2ADTD雷電探測儀1玻璃鋼罩21GPS天線2天線部件4電子盒19P506-103射頻屏蔽罩20P505-65密圭寸圈6安裝托盤及電源腔9支柱15電源開關(guān)16保險絲17MOV壓敏電阻18電源/接口板10AFE板11屏蔽板PDL板CPU板14時基板8電源/接口盒7電源腔前蓋板圖

12、1-3ADTD雷擊探測儀主要組成單元1AFE板2PDL板10SMCP401-115P101-10二/L8LED顯示燈旦適9DIP開關(guān)316P34時基-6GPS接5CPU板01-10IME板OEM板'7FPGAP506-1013P505-611J50312P400圖1-4電子盒內(nèi)結(jié)構(gòu)的支柱構(gòu)成東-西磁場天線是由電場天線底部印刷電路板下面的一個連接器的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，穿過電場天線頂部印刷電路板的下面，再沿著對面的一根支柱外邊向下，然后回到電場天線底部印刷電路板下面的另一個連接器。北-南磁場天線和東-西磁場天線一樣，但這兩個天線環(huán)之間精確成90

13、6;。1.3.2.4保護罩玻璃鋼罩（1,圖1-3）罩住整個儀器艙，它座落在安裝盤上的一個特殊密封圈上，罩上有三個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。1.325密封圈保護罩密封圈（5,圖1-3）是一個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，用兩個螺絲關(guān)閉，電源/接口盒安裝在儀器艙倉托盤F面的電源腔中。電源/接口盒內(nèi)有兩個部分，一是交流電源托架，一是電源/接口板，包括探頭的電源變保護、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)1-5。電源/接口盒后

14、部的大園形連接器線提供連接，電源電纜和通信電纜節(jié)點分配見圖（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螺栓，可用根銅編織線把探頭的地連接到地。P1001-3的連接方法：123P1000-5（RS-232接口）12345圖1-5電源電纜和通信電纜接點分配圖市電220伏（L）市電220伏（N）的連接方法TXDDGNDRXDDGND圖接連纜電部內(nèi)61圖O0K6m_9n09509noop7Q-1-ryII-rn-e-l-HELURNKU_l_LK1QKNRUTER1D1DILGDTsGD>V-GAV5I-GAyal-GDvoADTD雷電探測儀的技術(shù)功能指標雷電探測

15、儀的結(jié)構(gòu)見圖1-2。它的電子盒放在玻璃鋼保護罩內(nèi)，由平板電場天線，正交環(huán)磁場天線，GPS接收天線以及具有預編程的微處理機系統(tǒng)組成，通過主電纜與電源接口盒相連。它的主要功能是自動地接收和處理閃電電磁脈沖信號，并把經(jīng)過予處理的閃電數(shù)據(jù)實時地通過通訊系統(tǒng)送到中心數(shù)據(jù)處理站實時進行交匯處理。2.1每個雷電探測儀布站配置:雷電探測儀調(diào)制解調(diào)器350W交流穩(wěn)壓電源通訊和電源電纜，根據(jù)現(xiàn)場配置雷電探測儀布站連接方框圖雷電探測儀布站連接方框圖見圖2-1。圖2-1雷電探測儀各站配置及連接通信采用四線全雙工。雷電探測儀安裝在室外開闊地帶，其他設備全部安置在附近室內(nèi)2.3雷電探測儀的主要技術(shù)指標:(1)探頭由80C

16、196單片機管理，完全按予編程方式工作，無人值守。80C196的鐘頻最高能到16MC，這使得每個閃回擊的處理時間在1ms左右。(2)探頭的賦能閾值，狀態(tài)報告的周期，通信波特率等參數(shù)可按需要設置在非易失存儲器內(nèi)，也可用相應的命令改變。探頭內(nèi)部設有精基時鐘，分辨率為0.1卩S。精基時鐘提供小時中斷信號，使探頭進行整時自檢。精基時鐘由授時型的八通道GPS接收機OEM板歷書中的時間信息同步,時、分、秒部分除上電對鐘外，自檢時也進行對鐘。上電、整時時自動地進行工作狀態(tài)檢測和校準，并定時輸出狀態(tài)數(shù)據(jù)，輸出狀態(tài)數(shù)據(jù)的周期可用命令設置。亦可通過命令或按RESET鍵隨時進行自檢，調(diào)出工作狀態(tài)，進行診斷。數(shù)據(jù)以串

17、行的二進制或ASCII形式輸出，數(shù)據(jù)輸出內(nèi)容包括：成閃時間，波形特征值，閃電方位角，磁場強度，電場強度，陡點幅值。探頭信道增益相當于中增益ALDF探頭的增益。探頭的探測效率在監(jiān)測網(wǎng)內(nèi)可達95%。采用峰值門控技術(shù)及自動修正，使測角誤差小于土1回擊的時間分辨率為1ms左右能測量四個波形特征參數(shù)：上升沿、陡點、下降沿的時間以及陡點的幅值。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)設定，或用BAUDRATE命令設置。探頭發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)格式為8BT的數(shù)據(jù)位，1BIT的停止位，無校驗位。探頭可由CPU板上的DIP開關(guān)設定為維修程序，執(zhí)行維修程序后

18、便于檢測診斷故障或調(diào)試電路。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探頭平均無故障時間為10000小時以上。工作環(huán)境工作環(huán)境溫度：-40°+50C儲存溫度：-40°+85C濕度：0100%風力：074km/hr（八級風）電源：市電200V到240V，AC功耗小于25W?？删S修性：維修時間短于30分鐘。尺寸：高約1.5米，直徑34cm。(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(13)(14)(15)(16)(17)(18)(19)重量：60kg。三、雷電探測儀的安裝3.1安裝場地要求推薦的探頭安裝場地應是一塊相對平坦的空曠地域。

19、嚴格要求在30m范圍內(nèi)地平度v±1°,在300m范圍內(nèi)地平度v±2°在300m范圍內(nèi)應沒有高于探頭10m以上的任何物體包括各種圍墻、動力線、樹木等。如有建筑物，探頭應遠離各類建筑物4倍建筑物高度距離。附近無任何高山或峽谷。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，這與在實際地面測出的電場關(guān)系產(chǎn)生變化，從而引起不利效應。3.2 安裝基座推薦把探頭安裝在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，予先埋進三根螺栓(M12X300)，均布在288的圓周上。如果用槽鋼做成的支架，則三根螺栓(M12X100)

20、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，并且要徑直引到探頭，不要繞行。市電供電適用于50HZ,200240V，實際運行時，經(jīng)交流穩(wěn)壓電源供電，探頭功耗V25W。為防止閃電感應過電壓“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。對于短暫的瞬態(tài)或“浪涌”，可由MOV短路到地。對于較長時間的“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絲燒毀，從而保護了探頭的電子器件。接口/電源盒內(nèi)的托架上有一個窗口，通過它可看到MO

21、V，通常MOV是綠色，如果變成暗色表示它已失效，應即時更換。3.4 探頭接地有兩種不同的要求必須由良好的探頭地實現(xiàn)。一是由閃電引起的在動力線和通訊電纜上產(chǎn)生的瞬態(tài)電流保護到地；二是良好接地可提供一有效的探頭天線地平面的參考=i,1M1P.5L0_X0_ai.”三只地釘譽徒口'水下面水泥澆說11nri.i?1iIi1119.56kg忒泥澆注1H41口徑大丁-50的通扎水泥戰(zhàn)姑刊簾L青W乙七®T八根長為3米的輻射條用鋼筋焊接而成圖3-3地網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖在潮濕低阻土壤的地區(qū)，用單根地樁可以達到上面兩個要求，地樁可以用包銅鋼、實心銅棒、不銹鋼等，其直徑至少要16mm，總長度2.6m，15c

22、m露出地面，其余垂直打入地下。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度應在2.5m以上。在地理條件較差的地區(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需要考慮增加地樁，埋設銅地板以及進行土壤的化學處理等方法。如果采用鋪設地平面方法，將至少要有8個輻射單元，相鄰單元互成45。，每個輻射單元至少要3m長，采用粗導線，其對地阻抗由與地面接觸總的表面積決定（圖3-3）總之，接地電阻通常應該w5Q,不能滿足此要求的，應用增加接地極等措施解決。通訊標準及波特率探頭與中心數(shù)據(jù)

23、處理站間的通訊是借助于全雙工（雙向）異步串行方式完成的，探頭的皮特速數(shù)據(jù)輸出接口為EIARS232-C，在信道上能以300至38400baud的任一個標準的波率傳送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸波特率可用CPU板上的DIP開關(guān)或BAUDRATE命令設置，傳輸數(shù)據(jù)格式為“N，8，1”，即無校驗位、8位數(shù)據(jù)位和1位停止位。3.5 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。其中遠程通訊的實現(xiàn)可以是有線亦可以是無線傳輸方式。圖3-4雷電探測儀與中心數(shù)據(jù)處理站通訊連接圖3.6 其中：A.雙絞對屏蔽電纜B四線全雙工的遠程通訊線路（不推薦單工，1對線）C.25芯扁平電纜D.25芯扁平電

24、纜通訊電纜通訊電纜的線徑與電纜的長度和波特率有關(guān)。對于0.5mm直徑的電纜在1200baud應用時可用到1200m長，如果再長則要采用0.8mm以上直徑的電纜。這類電纜均是外有屏蔽網(wǎng)內(nèi)有兩對絞線形式。在距探頭30m范圍內(nèi)的電纜要埋設，并且要徑直引至探頭，不要繞行。3.7 探頭的安裝及水平調(diào)節(jié)探頭是通過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，固定可采用每根螺絲上加四個螺母方式，其中兩個用于固定在基座上。另兩個用于固定探頭的底盤。通過調(diào)節(jié)后兩個螺母上下位置即可調(diào)節(jié)探頭的水平度。在底盤固定過程中，要用水平尺檢查底盤的水平度，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天線

25、上測量水平度，最終以電場的平板天線達到水平最佳位置為準，緊固安裝螺絲。3.8 探頭NS磁場天線環(huán)方位的調(diào)整通常探頭的NS磁場天線環(huán)必須被調(diào)節(jié)在正北向的土0.25。之內(nèi)，以保證探頭測角精度。這是在當?shù)卣鐣r分完成調(diào)節(jié)的。此刻恰是太陽處在天空的最高點上。除在赤道上外，在此刻太陽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）。當然也可以用傳統(tǒng)的方法來調(diào)節(jié)，如采用普通羅盤方式，但這只能是臨時性的更準確的定向還是應用日晷或是專業(yè)性的瞄準器。但不論哪種方法定方向之前必須先調(diào)好水平。日晷是太陽所在分度盤上的位置指示器，探頭上用的日晷即是以太陽陰影的位置表示予定時間上

26、太陽的方位這一原理做出的。結(jié)構(gòu)很簡單：在一個經(jīng)精密機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，使用時把它準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明EW、NS方向的線條。此線條已畫得很精細，能夠精確地指出天線的真實方位。探頭布站后，天線校準就是利用計算好的當?shù)靥栠\行的正午表，在規(guī)定的時刻調(diào)整天線方位，使天線上的NS方向刻線與太陽陰影相重合，來實現(xiàn)的。用日晷校準天線的方位，方法簡單容易實現(xiàn)。要求條件之一是校準時，當?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陰影長短不同，在回歸線附近要變短，在赤道附近變得更短，甚至是一個點，在這些地

27、區(qū)附近南北向的正午表不實用，要用東西向為好。另外用日晷時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陰影則指向南方。日晷正午表中的時間是當?shù)氐臉藴蕰r間。在正午表中(見圖3-6)，有三個不同的時間列在日期的下面，中間的時間是當?shù)氐膶嶋H的正午時間，而上面的時間是早晨用來對正北的時間，下面的時間是黃昏用來對正北的時間。天線的1度的調(diào)整誤差表示出離探頭100公里遠的地方產(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量誤差。太陽正午表是通過計算機SOLAR軟件計算出來的，為此要知道探頭布點的精確的經(jīng)緯度參數(shù)，經(jīng)緯度誤差應在土0.0003°內(nèi)。計算天文表的步驟：1

28、、在微機上裝SOLAREXE、SOLARDOC兩文件；2、進入EDLIN用戶文件名DAT:舉例：C>EDLIN用戶文件名DAT(CR)*I(CR)1:1，-8，27.9075,102.21，QXSHdf4說明號：123456解釋：1、從該月開始算，需要幾個月的天文表，就輸入幾；2、探頭所在時區(qū)(中國按北京時間為東8時區(qū)或-8時區(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。AC*E(CR)C>3、運算天文表：C>SOLAR用戶文件名DAT用戶文件名OUT(CR)EopyFiqtit(c)LightningLocationandP

29、rotection,1<?88SolarAlignmentTables102.9121ELocation:chenjiangLatitude:24.6693NLongitudeStandardtineoneIs:120E,-8hoursgivesGMT>»TinesareLocalStandardTide<<<Sept2004SunMonTueUedfhuFriSat123UB8：21：53WT8：0198：14'30O8；1G：3813:08:1713:07:5913:07:4H13:B7：-1917:56:2047:59:091B:02:19

30、18:85:29567E91U1108:07:0708：B3：15R7：59：22B7：55：5087:51:5787:*18:2507：4>4：3113:M;5A13:06:3813:06:1913:05:573:05:3713=05:1713:01<:5518:08:1718:11:2718:1:3618:118:2flr3318：23：411B：26：5012131U15161718HoneHoneHoneNoneNoneNoneNone13z0i»:9513:04:1513:03:5213:03:2913:03:0913:82:4913:02:26NonNonHo

31、neNuiiHoneNone忡one192©2122232425NoneNoneNoneNoneNoneNoneNone13:02:0413:81:2H13:01:B213：0fl：J»013二則：何12:59:57NoneHoneHoneNoneHoneNoneHone26272829旳HonNonNonNoneNone12：F9：3612:59:18iz：oe12:58:39I2：?e：19NoneHaneNoneNoneNone圖3-6太陽正4、打印PRINT或顯示TYPE天文表:3.9 C>PRINT用戶文件名OUT(CR)探頭的初次通電J902,此時儀當探頭

32、的電源/接口盒安裝好，主電纜接通儀器艙后可以進行加電實驗。為防止意外可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+5V,±15V,如果均正常,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+12V直流電壓是否正常，與此同時要檢查一下儀器艙各路負載是否有短路情況,則可以關(guān)機，插上J505、J506以及J902重新啟動電源，探頭開始運行。加電后探頭首先進行自檢，如果探頭接地良好，探頭背景噪聲不超出允許范圍，探頭運行參數(shù)設置正確應能順利通過自檢，開始正常運行。如果自檢多次仍不能通過自檢，需借助測試終端進行檢查，這在后面有關(guān)章節(jié)介紹。3.

33、10 探頭的密封當探頭的加電試驗通過自檢，運行正常，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，此時把電源/接口盒門關(guān)嚴，擰緊氣壓卸壓閥的帽蓋，探頭儀器艙內(nèi)放進干燥劑，蓋嚴玻璃鋼罩并用三個螺絲擰緊，以使其密封、防潮。四、雷電探測儀運行設置和操作本章節(jié)主要是介紹探頭的兩種運行模式以及怎樣選擇和進入這些模式，并且詳細介紹一些用于分析運行和診斷失效的指令。在此之前，還要首先說明怎樣通過CPU板上的DIP開關(guān)進行探頭運行參數(shù)的設置。4.1 DIP開關(guān)的設置S301的CPU探頭運行時的波特率和缺省的賦能閾值電壓，這兩種均是通過設置8位DIP開關(guān)不同位置而確定的，此開關(guān)設置的改變也能使探頭從通常的

34、運行程序進入到維修程序。通過改變開關(guān)的設置，達到滿足人為的需要，進行人工干予的目的。此開關(guān)是在電子盒中的板的上邊，在電子盒盒蓋前面板的對應位置處開有窗口，隨時可以方便地改變設置。下表41列出的是S301DIP開關(guān)的功能：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“T,置在下位置為OFF=“0”。在正常運行程序時，開關(guān)4.1.1 改變波特率4必須置在OFF,使維修程序失效。設置，也可以通過改變DIP開關(guān)的1,2,3位得的標準波特率：30038400波特。此時開關(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，該波特率就被設置好。此值可以通過命

35、令*BAUDRATE到所需表42用DIP開關(guān)S301選擇波特率波特率開關(guān)位置300600120024004800S301開關(guān)設置及功能1,2,3,45,6,7,8設波特率專用于維修程序賦能閾值96001011920011038400111除維修程序外，位4必須為00=OFF,1=ON改變?nèi)笔≠x能閾值電壓此值可以通過命令THRESHOLD設置，也可以由DIP開關(guān)的第58位設置，此時開關(guān)4=0（OFF）。當4=1時，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鍵設置進入，或用探頭自檢命令重新自檢后即可。表43用DIP開關(guān)S301對賦能閾值的選擇開5干關(guān)位置678賦能閾值

36、量0000未用000150mv001075mv0011100mv（標準設置）0100125mv0101150mv0110175mv0111200mv1000250mv1001300mv1010350mv1011400mv1100500mv1101600mv1110700mv1111800mv4.2 開關(guān)位置4=0（除維修程序外）0=OFF，1=ON維修程序設置：設定開關(guān)位4=1ON達到，見后詳述探頭的運行方式探頭可以運行在兩種方式，一種是數(shù)據(jù)方式，另一種是命令方式。421數(shù)據(jù)方式1、這是探頭通常的運行方式。在此方式下，探頭設置為發(fā)送二進制數(shù)據(jù)。2、在數(shù)據(jù)方式時，探頭隨時在檢測閃電，計算處理閃電

37、數(shù)據(jù)，并且以串行二進制形式把數(shù)據(jù)發(fā)送到系統(tǒng)的中心數(shù)據(jù)處理站。此二進制數(shù)據(jù)包括：閃電的成閃時間，閃電波形的陡點、上升沿、下降沿時間，來波的方位角，磁場強度，電場強度，陡點幅值以及每30秒（可用*STATUSPERIOD命令設置）發(fā)送一次探頭的狀態(tài)信息。中心數(shù)據(jù)處理站接收到來的二進制數(shù)據(jù)后，進行解釋并檢查探頭狀態(tài)，積累系統(tǒng)中其它探頭送來的數(shù)據(jù)，實時交備。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顯示以及遠程終端設命令方式1、當要完成內(nèi)務功能管理（如設置波特率、賦能閾值），運行診斷程序，報告各種條件和結(jié)果時，要使探頭退出通常的數(shù)據(jù)方式而進入命令方式。在此方式下，使探頭可以接受命令并處理

38、各類自變量的命令。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vCTRLA>*，它就暫時進入到命令方式，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)送回擊的和狀態(tài)的二進制數(shù)據(jù)。4.3.1回擊的二進制數(shù)據(jù)回擊的二進制數(shù)據(jù)由中心數(shù)據(jù)處理站用來計算回擊的位置，每組回擊探測數(shù)據(jù)包括:1、回擊到達時間2、回擊南北峰值磁場3、回擊東西峰值磁場4、回擊峰值電場4.3.2 5、回擊波形四個特征參數(shù)狀態(tài)的二進制數(shù)據(jù)二進制狀態(tài)數(shù)據(jù)30秒鐘（可用*STATUSPERIOD命令設置）發(fā)送一次，此時回擊數(shù)據(jù)不能發(fā)送，而當二進制回擊數(shù)據(jù)正在發(fā)送時，狀態(tài)報告要被抑制。每組

39、狀態(tài)的二進制數(shù)據(jù)包括:1發(fā)送狀態(tài)信息時的時間2、自檢標志（1024表示自檢通過，0表示自檢不通過）3、讀出的當前閾值4、當前的閾值通過率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）4.3.3 7、10MHZ恒溫槽石英晶振頻率值的偏差值回擊的二進制數(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)和回擊數(shù)據(jù)幀采用統(tǒng)一的幀長度35字節(jié)，幀頭用兩個字節(jié)：EBH、90H;幀尾用兩個字節(jié)：0DH、0AH（回車和換行符）。每個字節(jié)由“1個起始位，8個數(shù)據(jù)位，1個停止位”共10個BIT構(gòu)成（無校驗位）。表44二進制回擊數(shù)據(jù)幀格式序號數(shù)據(jù)名稱

40、數(shù)據(jù)內(nèi)容數(shù)據(jù)類型字節(jié)數(shù)偏移量1FrameStartID1幀起始標志第一字節(jié)（0EBH）byte100H2FrameStartID2幀起始標志第二字節(jié)（90H）byte101H3FrameTag幀種類（非0表示閃數(shù)據(jù)幀）byte102H4Hour閃到達時間的小時值byte103H5Minute閃到達時間的分鐘值byte104H6Second閃到達時間的秒值byte105H7us-01閃到達時間的0.1微秒值dword406H8Bns南北峰值磁場real40AH9Bew東西峰值磁場real40EH10E峰值電場real412H11MSP最陡點磁場real416H12MSP-01us最陡點時間（0.

41、1us）word21AH13PP-01us峰點時間(0.1us)word21CH14HWP-01us后過零點時間(0.1us)word21EH15Checksum幀校驗和byte120H16FrameEndID1幀結(jié)束標志第一字節(jié)(0DH)byte121H17FrameEndID2幀結(jié)束標志第二字節(jié)(0AH)byte122H幀長度35字節(jié)4.3.4狀態(tài)的二進制數(shù)據(jù)幀格式探頭運行自檢后，定時發(fā)出狀態(tài)信息數(shù)據(jù)，與回擊的二進制數(shù)據(jù)幀格式相同表45二進制狀態(tài)信息幀格式序號數(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1FrameStartID1幀起始標志第一字節(jié)(0EBH)byte100H2FrameStart

42、ID2幀起始標志第二字節(jié)(90H)byte101H3FrameTag幀種類(為0表示狀態(tài)信息幀)byte102H4Hour發(fā)送狀態(tài)信息時的小時值byte103H5Minute發(fā)送狀態(tài)信息時的分鐘值byte104H6Second發(fā)送狀態(tài)信息時的秒值byte105H7Year發(fā)送狀態(tài)信息時的年word206H8Month發(fā)送狀態(tài)信息時的月byte108H9Day發(fā)送狀態(tài)信息時的日byte109H10ResultOfSelfTes最近一次自檢的通過標志word20AH11Threshold當前的閾值word20CH12TCR.當前的閾值平均通過率real40EH13Longitude最近一次自檢開始

43、時的GPS經(jīng)度real412H14Latitude最近一次自檢開始時的GPS緯度real416H15DOP最近一次自檢開始時的GPS誤差放大因子real41AH16FrequencyError10MHZ恒溫槽石英晶振頻率值的偏差（實測值），單位：HZinteger21EH17Checksum幀校驗和byte120H18FrameEndID1幀結(jié)束標志第一字節(jié)（0DH）byte121H19FrameEndID2幀結(jié)束標志第二字節(jié)（0AH）byte122H幀長度35字節(jié)4.4 自動自檢當探頭內(nèi)的時鐘運行到整點（00分鐘），如果沒有閃電數(shù)據(jù)正在處理時，則探頭將自動開始一個全面的自行測試和標定周期，此

44、過程大約需要5秒鐘。同樣，通過命令*CLEAR，*RESET以及*SELFTEST也能啟動自檢。如果時鐘運行到整點時（00分鐘），探頭正在處理閃電數(shù)據(jù)，則探頭一直要等到無閃電數(shù)據(jù)要處理時才開始運行自檢程序。每次自檢結(jié)果用探頭自檢是通過或是失效來表示。通過/失效結(jié)果是作為二進制狀態(tài)信息的一部分由探頭在通常運行程序中每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)視整個雷電定位系統(tǒng)的運行。探頭命令1、為了完成：1）探頭內(nèi)部勤務管理，如設置波特率、閾值等；2）運行各種診斷程序；3）報告工作狀態(tài)和運行結(jié)果；探頭必須在命令方式下才能運行，鍵入（CTRL-A）*后即可由正常的數(shù)據(jù)方式進入命令方式。

45、2、探頭命令總表及說明：表46探測儀命令一覽表命令命令字及其縮略形式參數(shù)功能簡述編號個數(shù)1ADCTEST(ADCT)4模數(shù)轉(zhuǎn)換器測試2BAUDRATE(BR)0顯示通訊波特率3CLEAR(CLR)0清除全部RAM和復位硬件4CORRECTIONS(CORT)0顯示現(xiàn)行的校正量5FLASHES(FL)2或0產(chǎn)生測試閃6FREQUENCY(F)0顯示10MHZ恒溫槽石英晶振頻率值7HELP(H/?)0顯示探測儀命令的清單8LIMITS(LIM)0顯示自檢通過/失敗的限定范圍9RATE(R)0或1顯示或歸零閾值通過率10RESET(RST)0復位硬件11SELFTEST(ST)0啟動一次自檢12ST

46、ATUS(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顯示探測儀艙內(nèi)的溫度15THRESHOLD(TH)0或1顯示或設置閾值16TIME(TM)0顯示當前日期和時間17TYPETEST(TT)0生成一個連續(xù)的通訊測試數(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要描述如表4-6所示，其每個命令由命令關(guān)鍵字及其不同的數(shù)字自變量構(gòu)成。表中每個命令字及其星號“*”必須由vCTRLA>來引導。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)變量參數(shù)nRET如果

47、輸入的命令是無效的或是*星號后沒命令關(guān)鍵字緊跟其后或是格式出錯。探頭將發(fā)出如下錯誤信息：ADTDCommandorParametererror或ADTDParameterNumbererror4.5.1*ADCTEST(ADCT)命令此命令可用于診斷ADC模數(shù)變換器的問題，給檢測調(diào)試CPU板上的ADC、DAC工作狀態(tài)帶來方便。它是用CPU板上的數(shù)模變換器（DAC）產(chǎn)生一個內(nèi)部電壓，并由該板上的D/A的設置可以是0ADC再讀回此電壓進行測量的。內(nèi)部電壓的大小由命令自變量設置。255之間的任意數(shù)，它等于DAC的設置數(shù)乘以DAC的參考電壓再被256除。其中DAC參考電壓可以設為10V或1.25V。命

48、令執(zhí)行過程中先是數(shù)模變換而后再模數(shù)變換。這一過程重復次數(shù)由命令中的自變量參數(shù)COUNT規(guī)定。*ADCTEST命令共有四個自變量參數(shù)，其命令格式如下:*ADCTESTDACREFCOUNTPRINTDAC=DAC的設置（0255）REF=DAC參考電壓(“0”=10V，“1”=1.25V)COUNT=132267重復次數(shù)=負數(shù)時，無限重復=0時，ADC測試停止PRINT=顯示標記，（0=不顯示，仁顯示）例1:*ADCTEST命令中DAC的設置為100,參考電壓選10V，重復兩次并顯示結(jié)果*ADCTEST1000RET3.90623.84770.0098803.90623.84770.009880

49、ADC理論值讀回值ADC的分層數(shù)控放大器的增益因子例2:DAC的設置值為100,參考電壓1.25V用于示波器測試*ADCTEST1001-1RET例3:停止ADC測試，設變量參數(shù)為*ADCTEST0000RET4.5.2*BAUDRATE(BR)命令此命令顯示當前正使用的通信速率*BAUDRATE命令不帶自變量參數(shù)。例1:顯示通信波特率的現(xiàn)行值，則:*BAUDRATERET4.5.3 BaudRate=1200bpsCLEAR(CLR)命令此命令是清除全部RAM和復位硬件，*CLEAR命令不帶自變量參數(shù)。4.5.4 *CORRECTIONS(CORT)命令此命令顯示當前正使用的全部校正量的數(shù)值

50、。這些校正量是由自檢結(jié)果計算出的，因此每運行一次自檢，校正量將變化。不同單元的校正值不同并且隨時間和溫度有所變化，作為例子打印出的校正數(shù)值如下。其中東西增益校正量是用于東西磁場分量的倍乘因子校正量以ADC各零點校正值是分別校正ADC九種增益放大器的偏移。此命令不帶變量參數(shù)。補償由于南北信道與東西信道之間的差異。四種偏移校正量是放大器偏移的附加校正。例：顯示現(xiàn)行校正值*CORRECTIONSRETEASTWESTGAINCORRECTIONS=0.975NS(-)OFFSETCORRECTIONS=-0.036VNS(+)OFFSETCORRECTIONS=0.020VEW(+)OFFSETCO

51、RRECTIONS=-0.010VEW(-)OFFSETCORRECTIONS=-0.045VEFIELD(+)OFFSETCORRECTIONS=-0.054VEFIELD(-)OFFSETCORRECTIONS=-0.050VADCZEROCORRECTIONS=0.073,0.068,0.068,0.068,0.064,0.0544.5.5*FLASHES(FL)命令0.039,0.010,-0.024此命令用于產(chǎn)生特定角度、幅度、極性和速率的測試閃。一旦該命令被送入，如例1、例4所示的由帶時間間隔為零的2，則探頭就產(chǎn)生規(guī)定速率的測試閃直到被復位或是像例*FLASHES命令停止為止。該命

52、令有二個自變量，第一個自變量決定閃電回擊的角度和幅度（信號強度），角度可為135°或315°，這是由于磁場天線的測試繞組被串行連接的緣故，以致在每個繞組具有板上的同的電流。角度是由第一個自變量的符號決定，而其幅度是由第一個自變量的大小決定，正幅度給出的是135°方向上的閃，負幅度給出的是315°方向上的閃。幅度值由CPUDAC單元（12047）決定。如果幅度等于或小于255，DAC的參考電壓為1.25V，如果幅度是在2562047范圍其給定的幅度要被8除，同時DAC參考電壓采用10V，這意味著當幅度是256或再大，必須增加8個單元才給出一個幅度的增量，例如幅值為256263會產(chǎn)生一個幅度相同的閃，而264則產(chǎn)生下一個較大幅度的閃。第二個參數(shù)規(guī)定測試閃間的時間間隔（秒）。最小時間間隔可為1秒FLASHES命令的一般格式如下。也可以不帶任何參數(shù)如例3,它是用于確定命令中參數(shù)的現(xiàn)行值。*FLASHESAMPLITUDEINTERVAL名稱范圍說明AMPLITUDE02047(DAC單元)正測試脈沖給出1