雷电多参数快速大容量数据采集和分析系统

摘要

雷击在航空、航天、交通、森林、油库、输电线路以及计算机及通信等领域所带来的直接或间接危害已成为主要的自然灾害之一。对闪电在放电瞬间产生电场波形的记录是深入研究分析雷电机理以及开展雷电防护研究的必需参数。而闪电放电瞬间产生的电场变化波形是以随机性、瞬态性和快速变化为特征的非周期复杂的信号。常规手段无法对其实现多放电参数的快速、同步、连续记录。 本课题是中国科学院大气物理研究所雷暴电场探测系统中的一个重要部分，通过快慢天线，CompuScope采集卡和GPS来实现对雷电数据的采集、存储、传输和分析。本系统为笔者独立编码。与中国科学院寒区旱区环境与工程研究所的雷电数据采集系统相比较，本系统可以自适应CompuScope的不同型号的板卡，可以对板卡的主要参数进行设置。本文介绍了雷电的基本特征，为课题中对雷电的研究方法提供了依据。然后分别就数据采集，数据分析和数据传输部分对实现技术和主要算法以及实现过程中的主要问题进行了详细叙述。其中数据采集系统还对本课题中使用的采集卡进行了介绍，以及列出了笔者在研究过程中对采集最关键因素采集时间的研究。在数据传输系统中，还把本课题中的数据传输系统与美国LOS Alamos国家实验室实现的雷电定位系统LASA中的数据传输系统进行了比较。然后笔者列出了中国科学院大气物理研究所研究人员利用本系统在2007年6月到8月采集到的部分地闪和云闪数据，最后总结了本系统中的优缺点，并给出了继续研究的方向。在课题中1)独立编码实现了雷暴电场探测系统的数据采集、传输和分析系统；2)数据采集系统和分析系统实现了CompuScope采集卡型号自适应；3)国内雷电领域首次实现了雷电数据的自动传输。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章引言

1.1课题背景

1.2研究现状及其分析

1.3本项研究所做的主要工作及其意义

1.4论文结构安排

第2章雷电数据采集系统的背景介绍

2.1雷电信号的基本特征

2.1.1雷电回击简述

2.1.2雷电电流波模型

2.1.3雷电电场分布

2.2雷暴电场探测系统

2.2.1快、慢电场变化记录单元

2.2.2平均电场记录单元

2.2.3同步记录触发单元

2.2.4雷暴电场探测系统的工作过程

第3章数据采集系统的基本思路和技术实现

3.1数据采集系统介绍

3.1.1数据采集系统的基本功能

3.1.2 Gage CS8224基本介绍

3.1.3采集卡需要设置的主要参数

3.2数据采集系统的实现技术

3.2.1 Gage CS8224的开发模式介绍

3.2.2数据采集模块的类图

3.2.3数据采集模块

3.2.4采集卡参数的设置

3.2.5读取GPS时间

3.3数据采集系统的采集时间

3.4本章的主要算法和主要问题的解决

3.4.1数据采集速度问题

3.4.2设置自动采集数据

3.4.3触发模式时，不给信号也能采集到数据的问题

3.4.4预触发问题

3.4.5采集数据时，把两个通道的数据写到一个文件中的问题

3.4.6 MyReadGps工程在编译运行和调试运行结果不一致的问题

3.4.7更改采样率和预置深度时系统不能正确采集和分析的问题

3.4.8采集卡不能工作的问题

3.4.9工具栏上的按钮无法按下去的问题

3.5本章小结

第4章分析系统的基本思路和技术实现

4.1分析系统的整体框架

4.1.1分析系统基本介绍和基本功能

4.2析系统的实现技术

4.2.1打开数据文件并显示图像模块

4.2.2图形的缩放功能的实现

4.2.3显示两点的电压差和时间差

4.2.4用EXCEL格式保存数据

4.2.5分析系统和采集系统的分拆

4.3本章中的主要算法和主要问题的解决

4.3.1波形显示的算法

4.3.2在普通View中添加滚动条的算法

4.3.3图形的缩放算法

4.3.4改变数据文件的结构后，在CH2上显示图像的算法

4.3.5画触发点的算法

4.3.6纵向拉伸和拖动CHl和CH2算法

4.3.7采集数据时，同时正确显示CH1和CH2的波形的算法

4.3.8数据显示的数据结构

4.3.9本模块中出现的主要问题

第5章传输系统的基本思路和技术实现

5.1传输系统的整体框架

5.1.1传输系统基本介绍

5.1.2传输系统基本功能

5.2传输系统的实现框架

5.2.1传输系统的实现框架

5.2.1传输系统的比较

5.3传输系统的实现技术

5.3.1子站压缩工程compress

5.3.2获取本地硬盘大小工程getdisksize

5.3.3断点续传工程transfer

5.3.4自动运行

第6章多参量快速大容量数据采集和分析系统雷电电场实测

6.1多参量快速大容量数据采集和分析系统操作界面简介

6.2多参量快速大容量数据采集和分析系统参量设置

6.3多参量快速大容量数据采集和分析系统雷电电场测试结果

6.4分析系统的显示界面

第7章结论

7.1课题总结

7.2成功与不足

7.3系统改进的设想与后续研究方案

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果