基于人工触发闪电试验雷电流的频谱分析.pdf

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1、第36卷第2期广东气象Vo1．36No．22014年4月GuangdongMeteorologyApril2014邓宇翔，陈绍东．基于人工触发闪电试验雷电流的频谱分析[J]．广东气象，2014，36(2)：67-70基于人工触发闪电试验雷电流的频谱分析邓字翔。陈绍东(1．广州市防雷设施检测所，广东广州510080；2．广东省防雷中心，广东广州510080)摘要：通过对人工触发闪电试验实测雷电流的初始连续电流、8次回击以及回击间的连续电流等过程的数据进行F丌傅里叶变换，获得雷电流频谱参数，再对频谱参数进行累加分析，得出频谱特征．为雷电流频谱研究提供参考。分析结果表明实测雷电流幅值和

2、能谱主要集中在1MHz以下频段，在0—100kHz频段与标准雷电波形8／20(s)频谱很接近，均为50％以上。对于通信系统，可通过Lc分流法阻止1MHz以下频率的电波侵入，能消除掉90％以上的闪电电涌能量。关键词：雷电防御；人工触发闪电；频谱分析；傅里叶变换中图分类号：P49文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1007—6190．2014．02．015雷电流波形特征研究是雷电防护及其相关1人工触发闪电试验标准制定的重要理论依据。过去雷电流波形主1．1火箭引雷试验原理要通过高原或者高塔上的雷击而获得，近年来人工触发闪电是在雷暴条件下，利用一定的人工触发闪电技术的发展

3、，为雷电流波形的监测装置和设备，在指定地点人为触发的闪电。主要和特征研究提供了一种新的方法和手段。随着是通过向雷云发射尾部拖一细长导线的小型火这项技术的不断发展和完善，在雷电物理研究方面取得了很大的进展，例如针对空中人工引发雷箭来触发闪电，当火箭上升到一定高度，火箭尖电先导过程的特征分析；通过人工触发闪电检端的环境电场满足正先导的激发阈值时，火箭的验闪电定位系统的精度_3；在自然闪电条件下针头部将激发向上传播的正先导，先导持续向上发对不同结构屏蔽体内磁场特征研究；以及基于展，并产生持续几百ms的连续电流。进而可引人工触发闪电的开关型SPD性能试验等。发一个或几个由云向下的先导／向

4、上的回击过大量研究结果也发现不同地区雷电参数特程，即雷电流的主放电过程。征存在着较大的差异J，这对雷电研究提出了更1．2试验布置高的要求。雷电流的频谱研究是雷电物理研究广州人工触发闪电试验场位于从化区郊。中的一个重要的新领域，电子信息系统精密设备试验场地地势平坦，南面为农田，北面为山坡，雷雷电防御最重要的手段就是进行滤波处理，而雷暴监测及火箭点火控制中心距离发射点约9O电频谱的分析和研究是其有效滤波处理的必要in。触发闪电电流测量系统如图1所示。条件。学者们对标准雷电流波形开展了很多研究工作，例如标准雷电波形频谱分析及其应用，或建立雷电波数学模型计算其频谱，及对雷电闪击中回击电流

5、波的频谱分析J。本研究采用广州从化野外雷电试验基地触发闪电实测雷电流数据，分别对人工触发闪电初始连续电流、回击以及回击间的连续电流等过程开展频谱分析，得出雷电流频谱特征，并与标准雷电流波形进行比较，为雷电流频谱研究提供参考。图1人工触发闪电电流测量系统示意图收稿13期：2014—01—15作者简介：邓宇翔(1976年生)，男，工程师，硕士，主要从事防雷检测和雷电防护研究工作。68广东气象第36卷雷电流测量时，引流杆安装在木制的箱子顶叠加。而根据该原理创立的傅里叶变换算法利上，并穿过箱子与接地网相连，箱子4脚用绝缘用直接}贝4量到的原始信号，以累加方式来计算该子固定，与地面绝缘。雷

6、电流测量用仪器为同轴信号中不同正弦波信号的频率、振幅和相位。将分流器，同轴分流器与引流杆直接相连，其输出信号展开成傅里叶级数，从频谱的角度来分析，端与E／O转换直接连接。同轴分流器为1可以得出信号的新特征。在时间域表示的函数厂mn精密电阻，峰值电流100kA，带宽200MHz。(t)，在频率域表达为以角频率为变量的函数分流器的输出电压通过光发射机和接收机进行F(∞)时，可知．厂()与(∞)用下面的表达式联系光电转换，信号传至横河示波器记录，采样率为起来。1×10。采样点／s，采样长度2S。)=JF(∞)2雷电流特征一∞F(∞)=I，(t)e-~,odt本研究选取广州从化雷电野外试

7、验基地2008年8月12日17：09：21触发的闪电作为主F(∞)相当于在复傅里叶展开中的复傅里叶要研究对象(以下称F0812)，图2是在闪电通道系数，一般是复函数。将F()称为．厂(t)的傅里底部测量到的F0812人工触发闪电的整体电流叶积分或傅里叶变换。将从F(∞)得到的-厂(t)称波形。从图2中可见，电流变化可分为初始为傅里叶逆变换。雷电流可以看成是无穷多个放电IS(initialstage)和之后的主放电回击RS频率连续变化的简谐波动的合成。本研究采用(returnstr