新型闪电电场变化测量系统设计

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1、第41卷第3期中国测试Vol.41No.32015年3月CHINAMEASUREMENT&TESTMarch，2015doi院10.11857/j.issn.1674-5124.2015.03.018新型闪电电场变化测量系统设计1袁21袁3宁增琨袁行鸿彦（1.南京信息工程大学江苏省气象灾害预报预警与评估协同创新中心，江苏南京210044；2.南京信息工程大学中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室，江苏南京210044；3.南京信息工程大学电子与信息工程学院，江苏南京210044）摘要院为改善传统闪电电场测量设备抗干扰性差、参考时间精度低的缺点，提出一种采用板卡式

2、结构的新型闪电电场测量系统。将板卡结构置于天线内部，实现电场的感知和采集的高度集成，使用数字量传输采集信号提高抗干扰性，利用GPS授时和FPGA计数记录闪电的精确时间。实测结果表明：该系统可以有效测量频率高达5MHz的大气电场的快速变化过程，采集速度最大可达20MB/s，GPS时间精度为50ns。该系统能捕获更加精细和准确的闪电电场数据，为闪电发生的过程和机制研究提供仪器基础。关键词院闪电；电场变化测量仪；GPS授时；USB传输；FPGA计数文献标志码院A文章编号院1674-5124渊2015冤03-0078-04Newlightningelectricfiel

3、dchangemeasurementsystemdesign1，21，3NINGZengkun，XINGHongyan（1.CollaborativeInnovationCenteronForecastandEvaluationofMeteorologicalDisasters，NanjingUniversityofInformationScience&Technology，Nanjing210044，China；2.KeyLaboratoryforAerosol-Cloud-PrecipitationofChinaMeteorologicalAdministr

4、ation，NanjingUniversityofInformationScience&Technology，Nanjing210044，China；3.SchoolofElectronicandInformationEngineering，NanjingUniversityofInformationScienceandTechnology，Nanjing210044，China）Abstract:Inordertoimprovetheanti-interferenceperformanceandreferencetimeaccuracyoftraditiona

5、llightningelectricfieldmeasurementequipment，thispaperputforwardanewlightningelectricfieldmeasurementsystembasedonboardcardstructure.Boardstructurewasplacedinsidetheantenna，whichrealizedthehighintegrationofperceptionandgatheredoftheelectricfield.Gatheringsignaltransmittedindigitalsign

6、alhadastronganti-interference.ItcombinedGPStimingandFPGAcountingtorecordtheexacttimeoflightning.Experimentalresultsshowthatthesystemcaneffectivelymeasuretherapidchangeprocessofatmosphericelectricfieldatfrequenciesupto5MHz，acquisitionspeedupto20MB/s，GPStimeaccuracyof50ns.Thesystemcanc

7、apturemoresophisticatedandaccuratelightningelectricfielddataandprovideinstrumentalprotectionforthestudyoflightningprocessesandmechanisms.Keywords:lightning；electric-fieldchangemeter；GPStiming；USBtransmission；FPGAcounting0引言收稿日期院2014-05-15曰收到修改稿日期院2014-07-09基金项目院江苏省产学研联合创新资金项目（BY20130

8、07-02）大气电场测量