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文档序号:36399530发布日期:2023-12-16 01:40阅读:6来源:国知局
用于云内闪电诱发的火箭引雷装置布设系统及其运行方法

1.本发明属于大气电场检测技术领域,具体涉及一种弹载式大气电场监测系统及其运行方法,可为运载火箭发射

导弹飞行和人工引雷作业等提供支撑



背景技术:

2.人工引雷是在雷暴条件比较成熟的情况下,根据大气电场变化,择机向空中发射一个带金属丝的小火箭,诱导形成沿着金属线打到地面上的雷电的技术

3.人工引雷可以把一团雷云的多次放电集中到指定地方,开展各种各样的雷电试验,用于检验电力系统

通信系统

一般建筑物等的防雷设施,经济效益突出

然而,当前引雷时机的选择大多依靠经验,缺少辅助选择方法,如中国发明专利

一种子母式引雷火箭弹
》(
专利号
201310337083.9)、《
一种可移动发射的无线喷洒式回收型消雷火箭弹及其运行方法
》(
专利号
202211075493.6)


一种人工引雷装置及其引雷方法
》(
专利号
200710121867.2)
等提供了不同的引雷火箭弹和运行方法,但不涉及火箭弹的布设时机选择技术;中国发明专利

人工引雷时机辅助选择方法
》(
专利号
2018104255116)
虽然考虑了时机辅助选择方法,但其依据是安装于本地大气电场探头获得的电场数据和大空间范围内的雷达回波数据,一是本地大气电场难以反映远距离云内的雷暴特性,使得其方法只能用于地面固定位置引雷作业;二是雷达回波空间尺度大

分辨率低,无法反应云内特定目标区的雷暴特性,致使针对远区

高空的引雷作业成功率很低

4.另外,在云内特定区域引雷成功与否还与大气压

风速以及引雷装置的高度

与特定位置的距离等有关,而综合考虑上述要素的引雷时机选择系统及方法,未见相关报道



技术实现要素:

5.本发明的目的是提供一种准确性好

成功率高的用于云内闪电诱发的火箭引雷装置布设系统及其运行方法

6.本发明是通过如下技术方案实现的:
7.一种用于云内闪电诱发的火箭引雷装置布设系统,包括:布设要素采集模块

无线通信模块

指控中心和金属线释放模块,所述无线通信模块分别与布设要素采集模块

指控中心

金属线释放模块通信连接;
8.当火箭弹到达云内指定区域,载荷舱开启,抛出引雷装置,降落伞泵出后,所述布设要素采集模块用于实时采集引雷装置自身及其所处的环境要素并将采集到的要素信息传输给无线通信模块;
9.无线通信模块用于将接收到的要素信息通过无线发送给指控中心,所述指控中心用于对接收到的要素信息进行判读后,决定是否发出人工指令,无线通信模块还用于将来自指控中心发出的人工指令和
/
或要素信息传递给金属线释放模块;
10.所述金属线释放模块用于根据接收到的人工指令控制引雷装置布设或根据要素信息自主判定是否进行引雷装置布设

11.优选的,所述布设要素采集模块包括:
12.风速传感器,用于实时采集引雷装置所处环境风速;
13.气压传感器,用于实时采集引雷装置所处环境气压;
14.gps
传感器,用于实时采集引雷装置的经纬度和高度;
15.电子式大气电场传感器,用于实时采集雷电产生的大气电场

16.优选的,所述无线通信模块包括信息发送单元和人工指令接收单元;
17.信息发送单元用于通过无线网络将所述布设要素采集模块采集的要素信息发送给指控中心;
18.人工指令接收单元用于通过无线网络接收指控中心下达的人工指令来控制金属线释放模块

19.优选的,所述金属线释放模块包括:阈值判定单元和切线控制单元;
20.阈值判定单元用于根据预设的风速

气压

大气电场及其变化率强度阈值和引雷装置与目标区域中心的距离及引雷装置高度阈值,自主选择引雷装置布设时机,并输出命令启动切线控制单元;
21.切线控制单元用于以高优先级人工指令为准,进行金属线释放与否的操作;当未接收到人工指令时,根据阈值判定单元输出的命令,进行金属线释放与否的操作

22.用于云内闪电诱发的火箭引雷装置布设系统的运行方法,包括以下步骤:
23.步骤1:信息采集:引雷火箭弹到达云内指定区域,火箭载荷舱开启,抛出引雷装置,降落伞泵出后,所述布设要素采集模块实时采集引雷装置自身及其所处环境的多个要素信息,通过无线通信模块将多个要素信息发送给指控中心;
24.步骤2:信息接收及对比:指控中心接收要素信息后,将多个要素信息与其对应的预设阈值对比;
25.步骤3:得分计算:对不同要素赋予不同的得分占比,根据每个要素信息与其对应的预设阈值对比结果,对每个要素信息进行评分,计算出所有要素信息的总得分s;
26.步骤4:判定是否下达指令:当总得分s小于预设得分阈值
s0时,由操作人员决定是否下达切线指令;当
s≥s0时,自动下达切线指令,或者由操作人员取消切线指令;如果下达人工指令,则进入步骤
51
;若不下达指令,则进入步骤
52

27.步骤
51
:下达指令并执行:上述指令则通过无线网络下达给所述无线通信模块,无线通信模块将来自指控中心发出的指令传递给金属线释放模块中的切线控制单元,所述切线控制单元根据接收到的指令控制引雷装置布设;
28.步骤
52
:自主判定并执行:金属线释放模块中的阈值判定单元接收来自无线通信模块的要素信息,将多个要素信息与其对应的预设阈值对比,对不同要素赋予不同的得分占比,根据每个要素信息与其对应的预设阈值对比结果,对每个要素信息进行评分,计算出所有要素信息的总得分s,当总得分
s≥
预设得分阈值
s0时,自动下达切线指令;当总得分
s《s0时,暂不下达切线指令,金属线释放模块中的切线控制单元根据下达的切线指令控制引雷装置布设

29.优选的,所述步骤1中采集的多个要素信息包括:引雷装置所处的环境风速
v、
环境气压
p、
经纬度
(j

w)、
高度h和环境大气电场e;
30.所述步骤2中信息接收及对比,具体包括如下步骤:指控中心接收引雷装置所处环
境风速v与预设风速阈值
v0进行对比;接收引雷装置所处环境气压
p
与预设气压阈值
p0和
p1对比;由引雷装置所处经纬度
(j

w)
和目标区域中心经纬度
(j0,
w0)
计算二者水平距离
δ
l
,分别与预设距离阈值
δ
l0和
δ
l1对比;接收引雷装置所处高度h与预设高度阈值
h0和
h1对比;接收引雷装置所处环境大气电场e并计算其变化率evar
与预设电场阈值
e0及电场变化率阈值evar0
对比;操作人员接收到的需回避目标信息

31.优选的,所述步骤3的得分计算,具体包括如下步骤:不同要素赋予不同的得分,风速项得分为
s1
,气压项得分为
s2
,引雷装置离地高度以及与云内特定位置水平距离项得分为
s3
,大气电场项得分为
s4
,总得分为s;
32.当
v≤v0
时,
s1

0.1
,否则
s1
=0;
33.当
p0≤p≤p1
时,
s2

0.2
,否则
s2
=0;
34.当
δ
l≤
δ
l0

h0≤h≤h1
时,
s3

0.4
;当
δ
l0《
δ
l≤
δ
l1

h0≤h≤h1
时,
s3

0.3
;当
δ
l≤
δ
l0

h》h1
时,
s3

0.2
;当
δ
l0《
δ
l≤
δ
l1

h》h1
时,
s3

0.1
;当
δ
l》
δ
l1
或者
h《h0
时,
s3
=0;
35.当
abs(e)≥e0

abs(evar)≥evar0
时,
s4

0.3
;当
abs(e)≥e0

abs(evar)《evar0
时,
s4

0.2
;当
abs(e)《e0

abs(evar)≥evar0
时,
s4

0.1
;当
abs(e)《e0

abs(evar)《evar0
时,
s4
=0;其中,
abs
为取绝对值;
36.总得分s=
s1 s2 s3 s4

37.当目标区域存在回避目标时,s赋值为
0。
38.优选的,所述得分阈值
s0为
0.6。
39.优选的,所述步骤
52
具体包括如下步骤:
40.步骤
521
:信息自主分析:所述阈值判定单元接收引雷装置所处环境风速v与预设风速阈值
v0
进行对比;接收引雷装置所处环境气压
p
与预设气压阈值
p0

p1
对比;由引雷装置所处经纬度
(j

w)
和目标区域中心经纬度
(j0

w0)
计算二者水平距离
δ
l
,分别与预设距离阈值
δ
l0

δ
l1
对比;接收引雷装置所处高度h与预设高度阈值
h0

h1
对比;接收引雷装置所处环境大气电场e并计算其变化率
evar
与预设电场阈值
e0
及电场变化率阈值
evar0
对比;
41.步骤
522
:时机得分计算:不同要素赋予不同的得分,风速项得分为
s1
,气压项得分为
s2
,引雷装置离地高度以及与云内特定位置水平距离项得分为
s3
,大气电场项得分为
s4
,总得分为s;
42.当
v≤v0
时,
s1

0.1
,否则
s1
=0;
43.当
p0≤p≤p1
时,
s2

0.2
,否则
s2
=0;
44.当
δ
l≤
δ
l0

h0≤h≤h1
时,
s3

0.4
;当
δ
l0《
δ
l≤
δ
l1

h0≤h≤h1
时,
s3

0.3
;当
δ
l≤
δ
l0

h》h1
时,
s3

0.2
;当
δ
l0《
δ
l≤
δ
l1

h》h1
时,
s3

0.1
;当
δ
l》
δ
l1
或者
h《h0
时,
s3
=0;
45.当
abs(e)≥e0

abs(evar)≥evar0
时,
s4

0.3
;当
abs(e)≥e0

abs(evar)《evar0
时,
s4

0.2
;当
abs(e)《e0

abs(evar)≥evar0
时,
s4

0.1
;当
abs(e)《e0

abs(evar)《evar0
时,
s4
=0;其中,
abs
为取绝对值;
46.总得分s=
s1 s2 s3 s4

47.步骤
523
:控制命令生成和执行:当
s≥s0
时,自动下达切线指令;当
s《s0
时,暂不下
达切线指令

金属线释放模块中的切线控制单元根据下达的切线指令控制引雷装置布设

48.优选的,所述风速阈值
v0

10m/s
;气压阈值
p0

70kpa

p1

110kpa
;引雷装置与目标区域中心的距离阈值
δ
l0

δ
l1
分别为
500m

1500m
;引雷装置高度阈值
h0

h1
分别为
100m

800m
;大气电场阈值
e0
及电场变化率阈值
evar0
分别为
1.6kv/m

3kv/m/s。
49.本发明与现有技术相比,其显著优点在于:
50.1、
通过布设要素采集模块实时采集云内目标区域的雷暴环境信息和引雷装置经纬坐标与高度,采集信息数据覆盖面广,既包括引雷装置自身的信息,也包括引雷装置所在的环境信息,为后续引雷装置布设时机的判定准确性提供了全面的数据支撑,大大提高了布设成功率和可靠性;
51.2、
通过布设要素采集模块中的
gps
传感器,可以实时获取当前引雷装置的位置,并与选定的云内目标位置对比进行布设,可以高精度确定引雷成功点,为精确实施引雷和提高异性电荷区中和效果提供基础

52.3、
采用本发明的布设系统及其运行方法,布设系统不必安装于地面固定位置,可在地面安全保护区外实施,因此布设地点灵活;
53.4、
采用上述评分方式来判定是否进行布设,能够实现对目标区域雷暴特性的多要素评判,进而避免因判读单一参数带来的时机误判,提高了云内目标区域引雷成功率;
54.5、
采用自动判定控制可以提高作业效率,采用人工指令控制可以确保作业安全,如该区域即将有飞机飞过,即使系统自动判定不符合引雷条件,也需要人工判断是否引雷,以确保飞机飞临时,区域内无干扰飞行的强雷暴云团;如该区域恰有飞机飞过,即使系统自动判定符合引雷条件,也需取消作业,防止引雷击中飞机;二者相结合,既可以提高效率又可以确保作业安全

附图说明
55.图1是火箭引雷装置布设系统构成及基本工作流程图

56.图2是布设要素采集模块构成图

57.图3是指控中心工作流程图

58.图4是引雷装置离地高度以及与云内特定位置水平距离项得分
s3
示意图

59.图5是自主判定引雷装置布设时机流程图

具体实施方式
60.下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚

完整的描述

61.如图1所示,一种用于云内闪电诱发的火箭引雷装置布设系统包括:布设要素采集模块
10、
无线通信模块
20、
指控中心
30
和金属线释放模块
40

62.所述布设要素采集模块
10
通过导线与所述无线通信模块
20
相连,用于采集引雷装置周围环境风速

气压

引雷装置经纬高

大气电场等要素;
63.所述无线通信模块
20
通过导线分别与所述布设要素采集模块
10
和金属线释放模块
40
相连,并与指控中心
30
无线通信,用于接收人工指令控制金属线释放模块
40

64.所述金属线释放模块
40
与所述无线通信模块
20
相连,用于开启引雷装置布设

65.如图2所示,所述布设要素采集模块
10
包括:
66.风速传感器
11
,用于实时采集引雷装置所处环境风速v;
67.气压传感器
12
,用于实时采集引雷装置所处环境气压
p

68.gps
传感器
13
,用于实时采集引雷装置的经纬高
(j
,w,
h)

69.电子式大气电场传感器
14
,用于实时采集雷电产生的大气电场
e。
70.如图1所示,所述无线通信模块
20
包括:
71.信息发送单元
21
,通过无线数传网络将所述布设要素采集模块
10
采集的环境风速

气压

引雷装置经纬高

大气电场等要素发送给指控中心
30

72.人工指令接收单元
22
,通过无线数传网络接收指控中心
30
下达的指令,控制金属线释放模块
40。
73.用于云内闪电诱发的火箭引雷装置布设系统的运行方法具体包括以下步骤:
74.步骤1:信息采集:引雷火箭弹到达云内指定区域,火箭载荷舱开启,抛出引雷装置,降落伞泵出后,所述布设要素采集模块
10
实时采集引雷装置自身及其所处环境的多个要素信息,通过无线通信模块
20
将多个要素信息发送给指控中心
30

75.所述指控中心
30
通过接收引雷装置自身及其所处环境要素,并结合操作人员命令人工指控引雷装置布设时机,方法步骤如图3所示:
76.步骤2:信息接收及对比:指控中心
30
接收引雷装置所处环境风速v与预设风速阈值
v0
进行对比;接收引雷装置所处环境气压
p
与预设的低气压阈值
p0
和预设的高气压阈值
p1
对比;由引雷装置所处经纬度
(j

w)
和目标区域中心经纬度
(j0

w0)
计算二者水平距离
δ
l
,分别与预设的近距离阈值
δ
l0、
预设的远距离阈值
δ
l1对比;接收引雷装置所处高度h与预设的低离地高度阈值
h0
和预设的高离地高度阈值
h1
对比;接收引雷装置所处环境大气电场e并计算其变化率
evar
与预设电场阈值
e0
及电场变化率阈值
evar0
对比;操作人员接收到需回避的目标信息,如航班信息等;
77.优选的,所述风速阈值
v0

10m/s
;气压阈值
p0

70kpa

p1

110kpa
;引雷装置与目标区域中心的距离阈值
δ
l0

δ
l1
分别为
500m

1500m
;引雷装置高度阈值
h0

h1
分别为
100m

800m
;大气电场阈值
e0
及电场变化率阈值
evar0
分别为
1.6kv/m

3kv/m/s。
78.步骤3:得分计算:不同要素赋予不同的得分,风速项得分为
s1
,气压项得分为
s2
,引雷装置离地高度以及与云内特定位置水平距离项得分为
s3
,大气电场项得分为
s4
,总得分为s;
79.当
v≤v0
时,
s1

0.1
,否则
s1
=0;
80.当
p0≤p≤p1
时,
s2

0.2
,否则
s2
=0;
81.如图4所示
(
图中
321

0.4
得分区;
322

0.3
得分区;
323

0.2
得分区;
324

0.1
得分区;
325
为云内特定位置投影;
326
为引雷装置
)
,当
δ
l≤
δ
l0

h0≤h≤h1
时,
s3

0.4
;当
δ
l0《
δ
l≤
δ
l1

h0≤h≤h1
时,
s3

0.3
;当
δ
l≤
δ
l0

h》h1
时,
s3

0.2
;当
δ
l0《
δ
l≤
δ
l1

h》h1
时,
s3

0.1
;当
δ
l》
δ
l1
或者
h《h0
时,
s3
=0;
82.当
abs(e)≥e0

abs(evar)≥evar0
时,
s4

0.3
;当
abs(e)≥e0

abs(evar)《evar0
时,
s4

0.2
;当
abs(e)《e0

abs(evar)≥evar0
时,
s4

0.1
;当
abs(e)《e0

abs(evar)《evar0
时,
s4
=0;其中,
abs
为取绝对值;
83.总得分s=
s1 s2 s3 s4

84.当目标区域存在回避目标时,s赋值为
0。
85.步骤4:判定是否下达指令:当总得分s小于预设得分阈值
s0
时,由操作人员决定是否下达切线指令;当
s≥s0
时,自动下达切线指令,或者由操作人员取消切线指令;如果下达指令,则进入步骤
51
;若不下达指令,则进入步骤
52。
86.优选的,得分阈值
s0

0.6。
87.如图1所示,所述金属线释放模块
40
包括:
88.阈值判定单元
41
,根据预设的风速

气压

大气电场及其变化率强度阈值和引雷装置与目标区域中心的距离及引雷装置高度阈值,自主选择引雷装置布设时机,并启动切线控制单元
42。
89.步骤
51
:下达指令并执行:上述指令通过无线网络下达给所述无线通信模块,无线通信模块将来自指控中心发出的指令传递给金属线释放模块中的切线控制单元,所述切线控制单元根据接收到的指令控制引雷装置布设;
90.步骤
52
:自主判定并执行:金属线释放模块中的阈值判定单元接收来自无线通信模块的要素信息,将多个要素信息与其对应的预设阈值对比,对不同要素赋予不同的得分占比,根据每个要素信息与其对应的预设阈值对比结果,对每个要素信息进行评分,计算出所有要素信息的总得分s,当总得分
s≥
预设得分阈值
s0时,自动下达切线指令;当总得分
s《s0时,暂不下达切线指令,金属线释放模块中的切线控制单元根据下达的切线指令控制引雷装置布设

91.如图5所示,所述步骤
52
的自主判定并执行的步骤具体为:
92.步骤
521
:信息自主分析:所述阈值判定单元
41
接收引雷装置所处环境风速v与预设风速阈值
v0
进行对比;接收引雷装置所处环境气压
p
与预设的低气压阈值
p0
和预设的高气压阈值
p1
对比;由引雷装置所处经纬度
(j

w)
和目标区域中心经纬度
(j0

w0)
计算二者水平距离
δ
l
,分别与预设的近距离阈值
δ
l0
和预设的远距离阈值
δ
l1
对比;接收引雷装置所处高度h与预设的低离地高度阈值
h0
和高离地高度阈值
h1
对比;接收引雷装置所处环境大气电场e并计算其变化率
evar
与预设电场阈值
e0
及电场变化率阈值
evar0
对比;
93.优选的,所述风速阈值为
10m/s
;气压阈值
p0

70kpa

p1

110kpa
;引雷装置与目标区域中心的距离阈值
δ
l0

δ
l1
分别为
500m

1500m
;引雷装置高度阈值
h0

h1
分别为
100m

800m
;大气电场阈值
e0
及电场变化率阈值
evar0
分别为
1.6kv/m

3kv/m/s。
94.步骤
522
:时机得分计算:不同要素赋予不同的得分,风速项得分为
s1
,气压项得分为
s2
,引雷装置与云内特定位置水平距离和离地高度项得分为
s3
,大气电场项得分为
s4
,总得分为s;
95.当
v≤v0
时,
s1

0.1
,否则
s1
=0;
96.当
p0≤p≤p1
时,
s2

0.2
,否则
s2
=0;
97.如图4所示,当
δ
l≤
δ
l0

h0≤h≤h1
时,
s3

0.4
;当
δ
l0《
δ
l≤
δ
l1

h0≤h≤h1
时,
s3

0.3
;当
δ
l≤
δ
l0

h》h1
时,
s3

0.2
;当
δ
l0《
δ
l≤
δ
l1

h》h1
时,
s3

0.1
;当
δ
l》
δ
l1
或者
h《h0
时,
s3
=0;
98.当
abs(e)≥e0

abs(evar)≥evar0
时,
s4

0.3
;当
abs(e)≥e0

abs(evar)《evar0
时,
s4

0.2
;当
abs(e)《e0

abs(evar)≥evar0
时,
s4

0.1
;当
abs(e)《e0

abs(evar)《evar0
时,
s4
=0;其中,
abs
为取绝对值;
99.总得分s=
s1 s2 s3 s4

100.步骤
523
:控制命令生成和执行:当
s≥s0
时,自动下达切线指令;当
s《s0
时,暂不下达切线指令;切线控制单元
42
,以高优先级人工指令为准,进行金属线释放与否的操作;当未接收到人工指令时,根据阈值判定单元
41
输出命令,进行金属线释放与否的操作

101.优选的,得分阈值
s0

0.6

102.本发明在综合分析引雷装置所处环境风速

气压

引雷装置经纬高

大气电场等基础上,针对云内特定目标区域
(
例如异性电荷结构的中间区

规划航线的位置等
)
选择引雷装置布设时机,实施空中定点引雷作业精确性好

成功率高且布设灵活

103.以上显示和描述了本发明的基本原理

主要特征及优点

本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内

本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界

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