1、附件VLF/LF 雷电探测仪功能规格需求书中国气象局综合观测司2014 年 5 月编 写 说 明本功能规格需求书规定了 VLF/LF 雷电探测仪在组成结构、功能、性能、环境适应性和业务运行等方面的要求，是设计研制、生产和测试评估的依据。 。随着科学技术的发展和进步或业务需求发生变化，本功能规格需求书将随之进行相应的修订、补充或重新发布。本功能规格需求书由中国气象局综合观测司委托中国气象局气象探测中心组织编写。主要编写人员：陈瑶、孙秀斌、雷勇、刘达新、包坤、任晓毓。目 录1 前言 .11.1 目的 .11.2 适用范围 .11.3 制定依据 .22 组成结构 .22.1 概述 .22.2 探测仪
2、组成 .33 功能要求 .43.1 探测地闪和云闪脉冲信号 .43.2 自检 .43.3 运行状态信息 .43.4 探测数据本地存储 .53.5 数据传输 .53.6 终端操作 .53.7 软件更新 .53.8 定位算法 .64 性能要求 .64.1 探测仪主要技术要求 .64.2 雷电探测网技术要求 .65 环境适应性要求 .75.1 一般性要求 .75.2 电磁兼容性要求 .76 业务运行要求 .86.1 运行监控要求 .86.2 可靠性及可维护性要求 .86.3 GPS 对时要求 .97 结构和外观要求 .97.1 结构要求 .97.2 外观要求 .97.3 材料与涂覆 .98 通讯要求
3、 .108.1 通讯标准 .108.2 通讯参数 .108.3 通讯类型 .109 安全要求 .109.1 安全标记及要求 .109.2 基本电器安全要求 .109.3 其它要求 .1110 防雷要求 .1110.1 一般要求 .1110.2 直接雷击的防护措施 .1110.3 雷击电磁脉冲的防护 .12附录 1 数据格式 .13附录 2 终端操作命令格式 .1611 前言1.1 目的雷电是伴随着强对流过程发生的一种灾害性天气现象。实现雷电自动化探测对开展灾害性天气预警预报、雷电防护等气象防灾减灾工作具有重要意义。经过多年的建设，中国气象局国家雷电探测网已经覆盖了我国的大部分省市区。雷电数据和
4、产品已应用于我国的雷暴、冰雹等强对流天气的监测和预警中；并且在各项重大气象保障服务中发挥着作用。目前，国家雷电探测网采用 VLF/LF 雷电探 测技术，能够对发生于我国大部分地区的云地闪（以下简称为地闪）进行实时探测。但是，和国外同类探测网相比，我国雷电探测网的雷电探测仪（以下简称为探测仪）性能、地闪探测效率和定位精度等仍有待提高。并且，随着VLF/LF 雷 电定位技术 的发展， VLF/LF 雷电 定位技术除了能够探测地闪外，还 可实现部分云闪的探测，而现有的国家雷电探测网还不具备探测云闪的功能。此功能规格需求书主要用于指导和规范 VLF/LF 雷电探测仪的研制和测试， 进一步提升国家雷电探
5、测网探测地闪的能力，扩展其探测部分云闪的功能，从而提高我国雷电探测业务的水平，提升雷电灾害监测预警服务能力。1.2 适用范围本功能规格需求书规定了 VLF/LF 雷电探测仪在组成结构、功能、2性能、环境适应性和业务运行等方面的要求，是设计研制、生产和测试评估的依据。1.3 制定依据（1）WMO “Guide to Meteorological Instruments and Methods of Observation (seventh edition) “, 2008；（2）QX/T 48-2007 地面气象观测规范 第 4 部分：天气现象观测。2 组成结构2.1 概述探测仪主要由电磁场天线
6、和 GPS 天线，时间 基准、前端模拟信号处理、采集和处理、探测数据存储、通 讯模块 及电源等辅助部件组成，如图 1 所示。前端模拟信号处理模块采集和处理模块电磁场天线雷电定位软件G P S天线时间基准模块电源通讯模块探测数据存储模块图 1 VLF/LF 雷电探测仪组成框图探测仪能接收雷电放电过程中辐射的 VLF/LF 电磁脉冲信号，获取其到达探测仪的时间、场强峰值等信息，并能将这些信息实时上传至雷电数据处理中心。 数据处理中心32.2 探测仪组成2.2.1 电磁场天线电磁场天线的作用是接收雷电放电过程中辐射的 VLF/LF 电磁脉冲信号。2.2.2 GPS 天线GPS 天线的作用是接收 GP
7、S 卫星的导航信号，用于探测仪的时间同步。2.2.3 时间基准模块时间基准模块分析和处理 GPS 卫星导航信号，获取 GPS 时间。同时，探测仪 自身以高稳定恒温晶振为频源，建立高精度本地时钟。2.2.4 前端模拟信号处理模块前端模拟信号处理模块对接收的 VLF/LF 雷电电磁脉冲信号进行放大、滤 波等预处理。2.2.5 采集和处理模块采集和处理模块实现对预处理后的电磁脉冲信号的采样和波形分析，鉴别该 信号是否为雷电信号，并区分地闪回击和云闪脉冲波形；提取电磁脉冲信号峰值参数；实现探测仪的自检及控制等功能。2.2.6 探测数据存储模块探测数据存储模块对 VLF/LF 雷电电磁脉冲波形数据进行存
8、储。2.2.7 通讯模块通讯模块将探测数据、设备运行状态数据等信息以无线或有线的方式上传至雷电定位软件。42.2.8 电源为探测仪提供工作所需的电源。3 功能要求3.1 探测地闪和云闪脉冲信号探测仪能够实时探测地闪和云闪辐射的电磁脉冲信号，并辨别地闪的极性。探测仪探测的主要参数有：（1）地闪回击过程辐射的电磁脉冲峰值到达探测仪的时间、强度、极性等；（2）云闪强放电过程辐射的电磁脉冲峰值到达探测仪的时间、强度等。具体参数见附录 1 中的附表 1。3.2 自检探测仪应能自检设备运行状态。在测试模式下，探测仪产生模拟雷电信号， 检查探测仪能否正常工作。探测仪每整点自检一次，更新设备自身工作状态值（0
9、0-无自检，10-自检正常，11-自检异常）。通 过终端操作命令自检时，输出主板温度、电源温度、主板电压、电源电压、时钟稳定度和单位时间噪声量等。注：单位时间噪声量：一小时之内，单位时间内（秒）噪声信号数量。3.3 运行状态信息探测仪具备实时输出设备运行状态信息的功能，每分钟发送 1 次。5探测仪的运行状态主要包括设备工作状态值、主板温度、电源温度、主板电压、电源电压、时钟稳定度和单位时间噪声量等。具体参数见附录 1 的附表 2。3.4 探测数据本地存储以文件方式存储探测数据，能够存储至少 7 天的雷电脉冲波形数据。3.5 数据传输通过 RS-232 接口传输 数据，由通讯模块实现无线或有线传
10、输。3.6 终端操作终端操作命令用来设置探测仪参数、读取数据等。探测仪应至少具备如表 1 所示的终端操作命令，各种终端操作命令的详细信息见附录 2。表 1 探测仪的终端操作命令命令编号 命令字 功能简述1 HELP 显示探测仪命令的清单2 SETCOM 设置或读取设备的通讯参数3 RESET 复位硬件4 AUTOCHECK 设备远程自检5 DATETIME 设置或读取设备的日期与时间6 ID 设置或读取探测仪 ID7 VERSION 显示现行的软件版本3.7 软件更新在不更改任何硬件设备的前提下，计算机终端可以对探测仪中的软件进行升级。63.8 定位算法探测仪将探测数据发送至雷电数据处理中心，
11、利用到达时间法或磁定向法等算法进行雷电定位处理，得到定位结果。4 性能要求4.1 探测仪主要技术要求探测仪的主要技术指标如下：4.1.1 探测性能（1）灵敏度：0.1V/m（2）回击(强度 5kA)的有效探 测半径：300km（3）工作频率：1kHz350kHz（4）时间精度：时间精度优于 10-7s；晶振稳定度优于 10-7s（5）测向精度：优于 1（6）事件处理时间：小于 1ms 4.1.2 功耗功耗：20 瓦4.1.3 电源AC220（15%+10%）4.2 雷电探测网技术要求4.2.1 地闪探测指标（1）地闪探测效率：对强度大于等于 5kA 的地闪，平原地区探 测效率不小于 90%，其它地区探测效率不小于 85%（网内）;
