布达拉宫地区闪电特征分析及相关的雷电信号探测触发器设计

摘要

雷电是自然界中大气的放电现象。在全球范围内，每年发生在大气中的雷电达31亿次，平均每秒钟约为100次。雷电对人类而言是一种严重的自然灾害，全球平均一年内由于雷电干扰或雷击事故造成的经济损失都在10亿美元以上。因此，开展雷电特性研究及雷电探测工作就显得非常必要。
　　本课题首先对2012年西藏布达拉宫地区闪电数据进行统计分析，得出了该地区雷电的日变化、月变化和年变化曲线图并且对其进行分析。同时对该地区的闪电强度及正、负闪电各自所占比例进行统计，并与低海拔地区（如北京）进行闪电特性的对比，初步探讨西藏布达拉宫地区的闪电特征。
　　本文另一主要内容是对收集闪电数据的闪电定位系统进行功能优化。借鉴示波器能够实现多种触发方式的功能，并结合FPGA技术优势，研制开发出能够针对雷电回击信号进行特定触发的雷电探测触发器。使用QuartusⅡ开发软件，底层采用Verilog HDL语言编程，项层采用原理图连接的方式，在Altera FPGA上设计雷电回击信号探测用触发器，实现其针对雷电回击波形信号进行特定触发采集的功能。最终制作出实物并实现预定功能，得到试验波形。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究目的和意义

1．1．1 闪电的危害

1．1．2 雷电的特点

1．1．3 雷电探测和数据分析的意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 空基雷电探测系统

1．2．2 地基雷电探测系统

1．2．3 现有对雷电数据的分析

1．3 本论文研究的内容与重点

第二章 西藏布达拉宫地区闪电的特征分析

2．1 概述

2．2 数据来源和分析方法

2．3 闪电数据分析

2．3．1 闪电概况

2．3．2 闪电的日变化、月变化和年变化

2．3．3 闪电的强度分布

2．4 本章小结

第三章 雷电探测触发器的硬件设计与实现

3．1 雷电探测系统

3．1．1 触发器硬件设计框图

3．2 雷电探测触发器整体构成

3．2．1 触发器模数转换单元

3．2．2 FPGA处理单元

3．2．3 电源电路

3．3 触发器硬件设计

3．3．1 电源电路

3．3．2 晶振及复位电路

3．3．3 下载电路

3．3．4 USB串口通信电路

3．3．5 键盘输入与液晶显示电路

3．3．6 报警电路

3．3．7 片外扩展电路

3．3．8 高速AD采样电路

3．3．9 AD9280的外围电路

3．3．10 基于LTC2201的应用电路

3．3．11 触发器实物图

3．4 本章小结

第四章 基于FPGA的雷电信号探测触发器软件设计

4．1 可编程逻辑器件(PLD)

4．2 FPGA技术特点

4．2．1 FPGA技术优势

4．2．2 FPGA技术发展趋势

4．3 FPGA技术简介

4．3．1 硬件描述语言

4．3．2 FPGA设计流程

4．4 雷电信号探测触发器的软件设计与实现

4．4．1 雷电回击信号探测触发器的总体功能设计

4．4．2 正负阈值触发器的设计

4．4．3 延时触发模块设计

4．4．4 方波发生器模块设计

4．5 雷电信号探测触发器实测波形

4．6 本章小结

第五章 总结

5．1 布达拉宫地区闪电特征分析

5．2 基于FPGA的雷电回击信号探测触发器设计

参考文献

附录

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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