2017—2019年贵州省闪电定位仪运行情况分析

李 迪，陆 扬

(1.贵州省气象灾害防御技术中心，贵阳 550002；2.贵州省大气探测技术与保障中心，贵阳 550002)

0 引言

雷电(也称闪电)是发生于大气中的一种具有瞬时高电压、大电流、强电磁辐射特征的灾害性天气现象。雷电观测是气象观测的重要组成部分，为天气预报和气象服务提供重要依据，主要监测：云地闪、云闪、大气电场、雷电电流、雷电光学及雷电声学特征等项目。

贵州省雷电监测网始建于2007年7月，第1批建设了赤水、毕节、凯里等7个站，第2批建设了息烽、望谟等5个站，目前共有12个站(二维闪电站)。2013年7月，在贵阳、罗甸等地建设了6个三维闪电站。目前贵州省气象局建设的雷电监测网主要用于云地闪观测。

1 资料来源

文章所用的闪电资料来源于贵州省三维闪电监测网和贵州省级ASOM2.0运行监控系统的数据资料。新型三维闪电监测系统通过接收闪电回击辐射的VLF/LF脉冲信号，采用TOA定位方法，实现闪电VLF/LF辐射源的时间、位置、高度、强度和极性等主要参数的三维定位，系统既能探测云地闪又能探测云闪，其水平面探测精度在500 m以内，垂直方向的探测精度在1000 m以内，即实现闪电的三维定位。贵阳、毕节、凯里等地共安装了16台三维闪电定位仪，贵州省级ASOM2.0运行监控系统[1]可提供闪电定位仪的业务可用性和故障发生情况。

2 闪电定位仪探测原理及结构

2.1 探测原理

闪电定位仪定位算法依据时差测量定位技术(TOA技术)。主要是利用3个已知位置的接收机接收某1个未知位置的辐射源信号确定辐射源的位置，在实际应用中是利用低频(VLF)波段的磁环天线接收信号后进行处理，然后通过信号的相关性判别算法进行定位。

TOA技术是一种重要的精确定位方式，是通过处理3个或更多观测站采集到的信号到达时间对辐射源进行定位。在二维平面中，辐射源信号到达两观测站的时间差确定了1对以两站为焦点的双曲线，利用3站就可以确定两对双曲线产生的交点。若要确定三维空间中的任一辐射源，则至少需要4个站产生3对双曲面，并利用面面相交得线，线面相交得点，从而确定辐射源的位置。

2.2 设备结构

闪电定位仪从结构上分为6个功能模块，分别是天线单元、前置板、波形板、CPU、授时通信板和NPORT通信模块。其中前置板的功能是信号滤波及功放；波形板的主要功能是信号波形处理；CPU的功能为信号相关性计算及判别；授时通信板的功能为对定位信号授时并发送至通信模块；NPORT通信模块是将RS-232串口通信转换成以太网通信。

3 业务可用性分析

闪电监测站业务可用性Ao[2]计算方式如公式(1)所示：

(1)

式中，

Tt为应工作时次：雷电定位系统监控频率为10 min/次，6次/h，1 d 为144次；

TZ正常时次：最近1次状态数据经参数检查正常，则该时次计“正常时次”1次；

TY可疑时次：最近1次状态数据显示自检偏差大(自检的通过标志不等于1024)或晶振偏差大(10 MHz恒温槽石英晶振频率值偏差大于10 Hz或者小于-10 Hz)，则该时次计“可疑时次”1次。

2017年全省闪电定位仪平均业务可用性为91.39%，其中安顺业务可用性是全省最高，为93.95%，黔西南业务可用性最低为88.38%。

2018年全省闪电定位仪平均业务可用性为97.35%，高于2017年度可用性。其中安顺业务可用性仍是全省最高，为98.28%，贵阳业务可用性最低为95.9%。

2019年全省闪电定位仪平均业务可用性为98.94%，高于2018年度可用性。其中毕节业务可用性是全省最高，为99.15%，黔东南业务可用性最低，为98.37%。

根据3 a的可用性进行分析，2017年业务可用性最低，2019年业务可用性最高，3 a的业务可用性呈上升趋势，说明近3 a闪电定位仪运行越来越稳定，以2019年最为稳定可靠，同时反映出全省闪电定位仪维护人员的保障能力也在逐年增强。

4 故障分析及应对措施

4.1 故障分析

2017年度全省闪电定位仪共出现故障15站次，其中通信模块故障9次，电源故障2次，电子盒故障4次。

2018年度全省闪电定位仪共出现故障15站次，其中网络故障9站次，通信模块故障3站次，电子盒故障3站次。

2019年度全省闪电定位仪共出现故障8站次，其中网络故障2站次，通信模块故障1站次，电子盒故障4站次，电源故障1站次。

根据闪电定位仪3 a出现的故障分析，除网络故障(非设备故障)外最易发生的为通信模块故障，占总故障次数的34.21%；其次为电子盒故障，占比为28.95%。

4.2 应对措施

文章针对闪电定位仪故障情况提出排查故障方法及应对措施，供台站人员进行技术参考，便于快速排查故障部位[3，4]。

通信模块故障：闪电定位仪通信模块为MOXA公司的NPORT模块。NPORT模块表面有3个状态灯，分别是PWR灯、LINK灯、Tx/Rx灯，正常工作状态为PWR灯常亮(电源正常)，LINK灯常亮(网络物理连接正确)，Tx/Rx灯闪烁(有数据包收发)；一旦状态灯异常可快速确定是电源问题，还是网络连接问题。网络连接问题需要通过监控机ping、telnet一下NPORT模块的地址，看是否ping通。如果不通，可能为NPORT模块故障，应及时更换NPORT模块；如果可以ping通，并且telnet也可以登上NPORT模块，则说明网络没有问题。

电子盒故障：电子盒CPU板的正中上方有5只水平放置的LED灯，通电或自检时，首先是CPU板中间的3只LED灯亮，表示探头程序处在GPS接收机捕捉导航卫星进行定位阶段。GPS接收机检测结束后，探头程序转入自检阶段，此时CPU板上的5只LED灯全部点亮。自检程序结束后，若自检成功CPU板上最左边的LED灯常亮。

电源故障：电源/接口板上右侧4只LED灯点亮，标志着+5 V、+15 V、-15 V以及+12 V电源正常工作，当闪电定位仪发生故障导致数据无法上传时，先确定供电是否正常，根据4只LED灯的状态判断故障，一旦发生异常，需立即更换电源模块保障设备正常运行。

5 结束语

通过对贵州省2017—2019年闪电定位仪运行情况分析，文章提出改进建议如下：

1)台站人员应加强日常维护工作，提高保障效率。同时，台站需熟练掌握运行监控系统，做好运行监控工作，及时发现问题，积极联系省大探中心和厂家尽快解决故障，故障结束时及时填写故障结束时间，避免影响业务可用性[5]。

2)对于低于全省可用性的市州，应对县级维护维修人员及市州级保障中心技术人员开展专项技术培训。

3)根据故障情况分析，其中网络故障占比最高，针对此问题应加强省市两级运行监控，针对网络问题及时发现并处理，应建立备份通信线路，可自动切换通信网络，避免因网络故障影响业务可用性。

4)针对故障处理不及时的问题，应严格按照分类分级管理规定执行和监督。