大氣電場是大氣電學的基本參數(shù),晴天時地面具有垂直向下的大氣電場,雷暴天氣時地面大氣電場顯著增強。大氣電場信號的特征研究對雷電預警、閃電機理分析、保障航空航天活動順利進行等具有重要的意義。大氣電場信號具有非平穩(wěn)信號的特征。利用現(xiàn)代非平穩(wěn)信號處理手段分析雷暴電場,為雷電預警和雷暴云荷電結構研究提供新的思路。本文的主要研究內容和結論包括:(1)以新型FPGA器件Artix-7為核心,結合傳感和調理、寬帶放大、單端轉差分、高速采集、北斗定位等模塊設計了大氣電場探測系統(tǒng)。軟核Microblaze實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理和控制;(2)研究非平穩(wěn)信號處理手段分析大氣電場信號特征的方法,采用Hilbert-Huang變換分別提取了晴天和雷暴天氣的固有模態(tài)分量和Hilbert二維譜,發(fā)現(xiàn)晴天的電場IMF分量振蕩均勻且幅值較小,以長振蕩周期為主,頻率穩(wěn)定;雷暴天氣的IMF分量幅值出現(xiàn)脈沖狀的變化,以短周期振蕩為主�；诖�,提出基于大氣電場幅值和Hilbert能量譜的聯(lián)合雷電預警方法,結合江蘇省閃電定位系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù),進行了實驗分析,結果表明預警概率有一定提高,雷電提前預警時間約31min。(3)針對目前雷暴云荷電模型...

【文章頁數(shù)】：70 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 研究現(xiàn)狀
        1.2.1 大氣電場測量系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀
        1.2.2 雷電預警研究現(xiàn)狀
        1.2.3 雷暴云電荷結構的反演研究現(xiàn)狀
    1.3 問題的提出及研究內容
    1.4 論文組織結構
第二章 大氣電場的基本概念和測量原理
    2.1 大氣電場的基本概念
    2.2 電場測量原理
        2.2.1 靜電場的測量原理
        2.2.2 閃電電場的測量原理
    2.3 閃電定位儀的測量原理
第三章 電場測量電路設計
    3.1 系統(tǒng)總體方案
    3.2 系統(tǒng)硬件設計
        3.2.1 平板天線及寬帶積分電路
        3.2.2 低失真全差分高速采樣電路
        3.2.3 VGA驅動電路
        3.2.4 北斗定位模塊
    3.3 FPGA內部實體電路設計
        3.3.1 感應電壓測量實體
        3.3.2 時間參數(shù)測量實體
        3.3.3 VGA顯示實體
        3.3.4 時鐘管理及Microblaze控制
    3.4 大氣電場的觀測實驗
    3.5 小結
第四章 基于HHT的大氣電場信號分析
    4.1 HHT的理論知識
        4.1.1 固有模態(tài)函數(shù)(IMF)
        4.1.2 經驗模態(tài)分解(EMD)
        4.1.3 多元經驗模態(tài)分解(MEMD)
    4.2 HHT的仿真研究
        4.2.1 經驗模態(tài)分解實例
        4.2.2 大氣電場時間序列分析
    4.3 基于大氣電場HHT變換的雷電預警
        4.3.1 雷電預警方法步驟
        4.3.2 實驗分析
        4.3.3 預警效果對比
    4.4 小結
第五章 利用量子遺傳算法反演雷暴云荷電模型參數(shù)
    5.1 球對稱電荷模型
    5.2 基于三維電場序列的參數(shù)模型的建立
    5.3 量子遺傳算法反演電荷參數(shù)(QGA)
        5.3.1 量子比特編碼
        5.3.2 量子旋轉門
        5.3.3 反演電荷結構模型參數(shù)的步驟
        5.3.4 實驗分析
    5.4 混合算法(QGA_fmincon)反演電荷參數(shù)
        5.4.1 fmincon函數(shù)
        5.4.2 實驗分析
    5.5 小結
第六章 總結與展望
    6.1 全文總結
    6.2 主要創(chuàng)新點
    6.3 前景展望
致謝
參考文獻
作者簡介
    基本情況
攻讀碩士學位期間的成果
    發(fā)表或錄用的相關論文
    已授權或申請的相關專利
    攻讀碩士學位期間獲得的獎項
    攻讀碩士學位期間參加項目情況



本文編號：3863467