一種雷電告警設備及通信基站的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雷電告警設備及通信基站，雷電告警設備包括：盤錐天線，雷電次聲波接收裝置，雷電信號中心處理裝置，聲光告警指示裝置。通過對雷電的電磁波信號和次聲波信號綜合處理及邏輯分析判斷，準確對雷電進行預警并預測雷電距離通信基站的實際距離，確定雷電對通信基站的威脅等級并發(fā)出雷電聲光告警信號，從而有效提醒警示監(jiān)控人員(或中控設備)在雷電來臨前主動切斷用電設備與供電線路，改變了通信基站傳統(tǒng)的防雷方式，變被動泄放式防雷為主動防御式防雷，大大降低通信基站用電設備遭雷擊時的損壞率。該設備可滿足于通信基站的防雷安全需求，主動保護通信基站敏感的電子通信設備，有效提高通信基站雷電預測防護綜合能力。
【專利說明】一種雷電告警設備及通信基站

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請涉及通信工程防雷【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種雷電告警設備及通信基站。

【背景技術(shù)】
[0002] 雷電是自然界最壯觀的和重要的大氣現(xiàn)象之一，伴隨雷電有聲、光、電等多種物理 現(xiàn)象。據(jù)統(tǒng)計，全世界每年因雷擊造成的經(jīng)濟損失達10億美元以上。雷電災害是聯(lián)合國國 際減災十年委員會公布的對人類威脅最嚴重的自然災害之一。
[0003] 隨著通信行業(yè)的持續(xù)發(fā)展，通信網(wǎng)絡規(guī)模不斷擴大，通信基站的數(shù)量也日趨增多， 分布也越來越廣。目前，通信工程防雷【技術(shù)領(lǐng)域】普遍采用避雷針、避雷帶、避雷線、避雷網(wǎng)、 電涌防護器等防護裝置，通過接閃、引下、接地、布線、屏蔽、等電位、分流等措施對通信基站 進行被動防護。
[0004] 但因為通信基站的天線設置大多安裝在鐵塔和建筑物的高處，電源線路和傳輸線 路大都采用架空線路。另外，由于自身設備構(gòu)造結(jié)構(gòu)、設置位置及電源、信號系統(tǒng)取線方式 等原因，基站內(nèi)的有源通信設備實施受雷電侵害的事故仍然不可避免的頻頻發(fā)生。部分通 信基站屢次遭遇雷擊，配電箱、低壓供電電纜及通信線路等頻繁受到雷擊破壞，導致設備毀 損、屏蔽層擊穿、系統(tǒng)終止等事故發(fā)生。通信設備毀損、修理，通信系統(tǒng)中斷及搶修，使通信 運營維護企業(yè)承受著巨大的維護成本和經(jīng)濟損失。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明了提供了一種雷電告警設備及通信基站，以解決通信基站防雷效果差的技 術(shù)問題。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種雷電告警設備，設置在通信基站上，包 括：
[0007] 盤錐天線，用于接收雷電產(chǎn)生的電磁波信號；
[0008] 雷電次聲波接收裝置，用于采集并放大雷電產(chǎn)生的次聲波信號；
[0009] 雷電信號中心處理裝置，分別和所述盤錐天線、所述雷電次聲波接收裝置連接，用 于綜合處理所述電磁波信號和所述次聲波信號，以判斷雷電是否發(fā)生，并在雷電發(fā)生時估 計雷電與所述通信基站的距離，并根據(jù)所述雷電與所述通信基站的距離獲得所述雷電對所 述通信基站的威脅程度；
[0010] 聲光告警指示裝置，用于根據(jù)所述雷電對所述通信基站的威脅程度發(fā)出對應的聲 音報警信號和對應的光警報信號。
[0011] 優(yōu)選的，所述盤錐天線的頻帶寬度為25MHz - 1500MHz。
[0012] 優(yōu)選的，所述盤錐天線包括：天線振子、天線座、天線桿、同軸電纜以及安裝夾；
[0013] 其中，所述天線桿和所述天線座通過所述安裝夾固定在一起，用于共同支撐并固 定所述天線振子；
[0014] 所述天線振子，安裝在所述天線桿和所述天線座上用于采集所述電磁波信號；
[0015] 所述同軸電纜的一端設置于所述天線座內(nèi)部且和所述天線振子連接，用于傳輸所 述電磁波信號。
[0016] 優(yōu)選的，所述雷電次聲波接收裝置包括：自由場聲傳感器，前置放大器和連接線；
[0017] 其中，所述自由場聲傳感器和所述前置放大器螺接；
[0018] 所述自由場聲傳感器用于采集所述次聲波信號；
[0019] 所述前置放大器，用于對所述次聲波信號進行放大；
[0020] 所述連接線，連接所述雷電次聲波接收裝置和雷電信號中心處理裝置。
[0021] 優(yōu)選的，所述雷電信號中心處理裝置包括：模擬信號處理模塊，模數(shù)變換模塊，數(shù) 字信號處理模塊，電源，接口模塊，風扇和機箱；
[0022] 所述模擬信號處理模塊，用于對所述電磁波信號和所述次聲波信號進行處理后， 獲得電磁波模擬信號和次聲波模擬信號；
[0023] 所述模數(shù)變換模塊，和所述模擬信號處理模塊連接，用于對所述電磁波模擬信號 和所述次聲波模擬信號分別進行數(shù)字采樣，得到電磁波數(shù)字信號和次聲波數(shù)字信號；
[0024] 所述數(shù)字信號處理模塊，用于對所述電磁波數(shù)字信號和所述次聲波數(shù)字信號進行 綜合處理，判決是否有雷電的發(fā)生并估計所述雷電與所述通信基站的距離，并根據(jù)所述雷 電與所述通信基站的距離獲得所述雷電對所述通信基站的威脅程度。
[0025] 優(yōu)選的，所述接口模塊包括：雷電聲信號輸入接口，雷電電磁信號輸入接口，雷電 告警信號輸出接口，數(shù)字信號輸出端接口，直流電源接口，交流電源接口，接地接口。
[0026] 優(yōu)選的，所述模擬信號處理模塊包括：
[0027] 限幅器，無源功分器，第一 30dB功率放大器，第二30dB功率放大器，290MHz中心頻 率10MHz帶寬帶通濾波器，25MHz中心頻率4MHz帶寬帶通濾波器，下變頻器，環(huán)形器；
[0028] 其中，所述限幅器和所述同軸電纜連接，用于限制所述電磁波信號的幅度，避免所 述雷電信號中心處理裝置飽和，并且保護所述雷電信號中心處理裝置中的各個器件；
[0029] 所述無源功分器，和所述限幅器連接，用于將所述電磁波信號分離為第一路信號 和第二路信號；
[0030] 所述第一 30dB功率放大器和所述無源功分器連接，用于放大所述第一路信號；
[0031] 所述290MHz中心頻率10MHz帶寬帶通濾波器，通過所述環(huán)形器和所述第一 30dB 功率放大器連接，用于對放大后的第一路信號進行濾波，獲得290MHz中心頻率10MHz帶寬 的電磁波模擬信號；
[0032] 所述下變頻器，通過所述環(huán)形器和所述290MHz中心頻率10MHz帶寬帶通濾波器連 接，用于將所述290MHz中心頻率10MHz帶寬的電磁波模擬信號降頻至15MHz中心頻率6MHz 帶寬的電磁波模擬信號；
[0033] 所述第二30dB功率放大器和所述無源功分器連接，用于放大所述第二路信號；
[0034] 25MHz中心頻率4MHz帶寬帶通濾波器，通過所述環(huán)形器和所述第二30dB功率放大 器連接，用于對放大之后的第二路信號進行濾波，獲得25MHz中心頻率4MHz帶寬的電磁波 信號；
[0035] 所述環(huán)形器用于單向隔離前后級信號。
[0036] 優(yōu)選的，所述模數(shù)變換模塊包含第一模數(shù)變換器，第二模數(shù)變換器和第三模數(shù)變 換器；
[0037] 其中，所述第一模數(shù)變換器通過所述環(huán)形器和所述雷電次聲波接收裝置連接，用 于將所述次聲波模擬信號進行變換獲得所述次聲波數(shù)字信號，其中，所述次聲波模擬信號 是通過和所述雷電次聲波接收裝置連接的環(huán)形器處理之后獲得的；
[0038] 所述第二模數(shù)變換器連接所述下變頻器，用于對15MHz中心頻率6MHz帶寬的電磁 波模擬信號進行變換，獲得15MHz中心頻率6MHz帶寬的電磁波數(shù)字信號；
[0039] 所述第三模數(shù)變換器通過所述環(huán)形器連接25MHz中心頻率4MHz帶寬帶通濾波器， 用于對所述25MHz中心頻率4MHz帶寬的電磁波模擬信號進行變換，獲得25MHz中心頻率 4MHz帶寬的電磁波數(shù)字信號。
[0040] 優(yōu)選的，所述數(shù)字信號處理模塊包括：
[0041] 20Hz數(shù)字低通濾波器，峰值測量與過門限檢測器，邏輯判斷器，距離估計器，報警 信號產(chǎn)生器，系統(tǒng)時鐘；
[0042] 其中，所述20Hz數(shù)字低通濾波器，連接所述第一模數(shù)變換器，用于將所述次聲波 數(shù)字信號進行濾波，獲得20Hz以下的次聲波數(shù)字信號。
[0043] 所述峰值測量與過門限檢測器有三個，分別用于提取所述20Hz以下的次聲波數(shù) 字信號、所述15MHz中心頻率6MHz帶寬的電磁波數(shù)字信號、所述25MHz中心頻率4MHz帶寬 的電磁波數(shù)字信號各自的最大數(shù)值，并和各自設定的門限比較，若超過門限值即輸出真，反 之輸出為否，還用于分別存儲所述20Hz以下的次聲波數(shù)字信號的數(shù)值、所述15MHz中心頻 率6MHz帶寬的電磁波數(shù)字信號的數(shù)值、所述25MHz中心頻率4MHz帶寬的電磁波數(shù)字信號 的數(shù)值；
[0044] 所述邏輯判斷器，與所述峰值測量與過門限檢測器連接，用于按照設定的判決邏 輯最終判斷雷電是否發(fā)生；
[0045] 所述系統(tǒng)時鐘，用于統(tǒng)一控制所述數(shù)字信號處理模塊的處理時序；
[0046] 所述距離估計器，用于估計所述雷電與所述通信基站的距離，并將所述雷電與所 述通信基站的距離傳輸給雷電距離顯示屏顯示；
[0047] 所述報警信號產(chǎn)生器分別和所述邏輯判斷器和所述距離估計器連接，用于根據(jù)所 述雷電與所述通信基站的距離獲知所述雷電對所述通信基站的威脅程度，且產(chǎn)生報警信 號，所述報警信號用于表征所述雷電的威脅程度。
[0048] 本發(fā)明提供了 一種通信基站，包括如上述技術(shù)方案所述的雷電告警設備。
[0049] 通過本發(fā)明的一個或者多個技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下有益效果或者優(yōu)點：
[0050] 本發(fā)明通過對雷電的電磁波信號和次聲波信號綜合處理及邏輯分析判斷，準確對 雷電進行預警并預測雷電距離通信基站的實際距離，確定雷電對通信基站的威脅等級并發(fā) 出雷電聲光告警信號，從而有效提醒警示監(jiān)控人員（或中控設備）在雷電來臨前主動切斷 用電設備與供電線路，改變了通信基站傳統(tǒng)的防雷方式，變被動泄放式防雷為主動防御式 防雷，大大降低通信基站用電設備遭雷擊時的損壞率。該設備可滿足于通信基站的防雷安 全需求，主動保護通信基站敏感的電子通信設備，有效提高通信基站雷電預測防護綜合能 力，大幅降低通信企業(yè)運營維護成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0051] 圖1為本發(fā)明實施例中防雷告警設備的實施原理圖；
[0052] 圖2為本發(fā)明實施例雷電告警設備的模塊構(gòu)成圖；
[0053] 圖3為本發(fā)明實施例雷電告警設備具體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0054] 圖4為本發(fā)明實施例盤錐天線的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0055] 圖5為本發(fā)明實施例雷電次聲波接收裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0056] 圖6為本發(fā)明實施例雷電信號中心處理裝置的模塊示意圖；
[0057] 圖7為本發(fā)明實施例接口的具體示意圖；
[0058] 圖8為本發(fā)明實施例判決的流程圖。
[0059] 附圖標記說明：雷電距離顯示屏a，背面板b，盤錐天線1，雷電次聲波接收裝置2， 雷電信號中心處理裝置3,聲光告警指示裝置4,天線振子5,天線座6,天線桿7,同軸電纜 8,安裝夾9,自由場聲傳感器10,前置放大器11，連接線12,模擬信號處理模塊13,模數(shù)變換 模塊14,數(shù)字信號處理模塊15,電源模塊16,接口模塊17,風扇18和機箱19,雷電聲信號輸 入接口 20,雷電電磁信號輸入接口 21，雷電告警信號輸出接口 22,數(shù)字信號輸出端①接口 23,數(shù)字信號輸出端②接口 24,數(shù)字信號輸出端③接口 25,直流電源接口 26,交流電源接口 27,接地接口 28,限幅器29,無源功分器30,第一 30dB功率放大器31，第二30dB功率放大器 32, 290MHz中心頻率10MHz帶寬帶通濾波器33, 25MHz中心頻率4MHz帶寬帶通濾波器34， 下變頻器35,環(huán)形器36,第一模數(shù)變換器37,第二模數(shù)變換器38,第三模數(shù)變換器39, 20Hz 數(shù)字低通濾波器40,峰值測量與過門限檢測器41，邏輯判斷器42,距離估計器43,報警信號 產(chǎn)生器44,系統(tǒng)時鐘45。

【具體實施方式】
[0060] 為了使本申請所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中的技術(shù)人員更清楚地理解本申請，下面結(jié)合附圖， 通過具體實施例對本申請技術(shù)方案作詳細描述。
[0061] 本發(fā)明的構(gòu)造了一種防雷告警設備，包括：盤錐天線，雷電次聲波接收裝置，雷電 信號中心處理裝置以及聲光告警指示裝置。通過加裝在通信基站的盤錐天線和雷電次聲 波接收裝置，分別采集雷電剛形成時產(chǎn)生的電磁波信號和次聲波信號（其中，電磁波信號 先經(jīng)過雷電信號中心處理裝置的無源功分器分離）。接著將這些雷電特有的信號轉(zhuǎn)換傳 送至雷電信號中心處理裝置進行HF(High Frequency，高頻）電磁信號、VHF(Ultra High Frequency，甚高頻）電磁信號和次聲波信號的處理與檢測，經(jīng)過聯(lián)合邏輯分析判斷雷電是 否發(fā)生以及估計雷電至通信基站的距離，確定并預報雷電對通信基站的威脅等級，發(fā)出聲 光指示報警，警示監(jiān)控人員（或中控設備）在雷電來臨前主動切斷用電設備與供電線路。 [0062] 為了更好地說明和解釋本發(fā)明，本申請先根據(jù)上面的結(jié)構(gòu)，簡單描述下防雷告警 設備的實施原理，如圖1所示。
[0063] S1，盤錐天線采集電磁波信號。
[0064] S2,雷電次聲波接收裝置采集次聲波信號。
[0065] S3,電磁波信號經(jīng)過功分器分離。分離之后，會獲得HF電磁信號，VHF電磁信號。
[0066] S4, HF電磁信號的處理和檢測。
[0067] S5, VHF電磁信號的處理和檢測。
[0068] S6,次聲波信號的處理和檢測。
[0069] S7,邏輯判決雷電。
[0070] S8，估計雷電至通信基站的距離。
[0071] S9,聲光指示告警。
[0072] 下面請參看具體的實施方式，對雷電告警設備的結(jié)構(gòu)、安裝方法、原理等做具體描 述。
[0073] 實施例一：
[0074] 本發(fā)明首先介紹雷電告警設備的具體結(jié)構(gòu)。
[0075] 下面請參看圖2-圖3,圖2是本發(fā)明實施例中的雷電告警設備的模塊構(gòu)成圖。圖 3是本發(fā)明實施例中的雷電告警設備具體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0076] 在具體的實施過程中，雷電告警設備具體包括：盤錐天線1，雷電次聲波接收裝置 2,雷電信號中心處理裝置3以及聲光告警指示裝置4。
[0077] 其中，盤錐天線1，雷電次聲波接收裝置2,聲光告警指示裝置4三者分別連接于雷 電信號中心處理裝置3。
[0078] 下面介紹本發(fā)明實施例中各個裝置的具體作用。
[0079] 對于盤錐天線1 :
[0080] 盤錐天線1用于接收雷電產(chǎn)生的電磁波信號。
[0081] 具體來說，盤錐天線1的結(jié)構(gòu)請參看圖4。
[0082] 在圖4中，盤錐天線1包括：天線振子5、天線座6、天線桿7、同軸電纜8以及安裝 夾9。
[0083] 其中，天線桿7和天線座6通過安裝夾9固定在一起，用于共同支撐并固定天線振 子5。
[0084] 天線振子5安裝在天線桿7和天線座6上，用于采集電磁波信號。
[0085] 同軸電纜8的一端設置于天線座6內(nèi)部且和天線振子5連接，同軸電纜8的另一 段連接雷電信號中心處理裝置3。同軸電纜8具體用于傳輸電磁波信號。
[0086] 盤錐天線1的頂部呈圓盤型，由同軸線的心線饋電，下部呈圓錐型，接同軸線的外 導體，其特點是其具有超寬帶接收特性，頻帶寬度為25MHz - 1500MHz。盤錐天線1可接收 不同頻段的電磁波信號。在盤錐天線1的安裝時，盤錐天線1可通過支架（木質(zhì)、塑鋼等絕 緣材料）安裝在通信基站天線頂端，或直接將盤錐天線1的天線桿7固定在通信基站天線 10米范圍內(nèi)的地面上。
[0087] 對于雷電次聲波接收裝置2 :
[0088] 雷電次聲波接收裝置2,用于采集并放大雷電產(chǎn)生的次聲波信號。
[0089] 具體來說，雷電次聲波接收裝置2的結(jié)構(gòu)請參看圖5。
[0090] 雷電次聲波接收裝置2包括：自由場聲傳感器10,前置放大器11和連接線12。
[0091] 其中，自由場聲傳感器10和前置放大器11螺接。自由場聲傳感器10用于采集次 聲波信號。前置放大器11用于對次聲波信號進行放大。連接線12連接雷電次聲波接收裝 置2和雷電信號中心處理裝置3。
[0092] 進一步的，自由場聲傳感器10需選擇高靈敏度的自由場聲傳感器10。連接線12 可選擇七芯LEM0連接線。當然，在實際應用中，自由場聲傳感器10和連接線12的型號根 據(jù)實際情況而定，本發(fā)明不做限制。
[0093] 當雷電發(fā)生時，其最顯著的特征之一是會產(chǎn)生低頻次聲波，其能量集中在 1. 3HZ-6HZ。而通常的環(huán)境干擾頻率在20Hz以上，因此采集雷電次聲波信號并以此作為判 決雷電發(fā)生的參量是合理以及有效的。
[0094] 高靈敏度自由場聲傳感器10的特點是其可探測的聲波頻帶寬，頻率響應范圍在 2. 6Hz-18kHz，涵蓋大部分雷電次聲波頻帶，并能將次聲波信號變?yōu)殡娦盘枴Ｔ诓杉酱温?波信號后，使用低通濾波器分離出次聲波低頻信號就能準確判決雷電發(fā)生。
[0095] 對于雷電信號中心處理裝置3 :
[0096] 雷電信號中心處理裝置3,分別和盤錐天線1、雷電次聲波接收裝置2連接。
[0097] 雷電信號中心處理裝置3用于綜合處理電磁波信號和次聲波信號，以判斷雷電是 否發(fā)生，并在雷電發(fā)生時估計雷電與通信基站的距離，并根據(jù)雷電與通信基站的距離獲得 雷電對通信基站的威脅程度。
[0098] 具體來說，雷電信號中心處理裝置3的模塊示意圖請參看圖6。
[0099] 雷電信號中心處理裝置3包括：模擬信號處理模塊13,模數(shù)變換模塊14,數(shù)字信號 處理模塊15,電源模塊16,接口模塊17,風扇18和機箱19。
[0100] 模擬信號處理模塊13,用于對電磁波信號和次聲波信號進行處理后，獲得電磁波 模擬信號和次聲波模擬信號。
[0101] 模數(shù)變換模塊14,和模擬信號處理模塊13連接，用于對電磁波模擬信號和次聲波 模擬信號分別進行數(shù)字采樣，得到電磁波數(shù)字信號和次聲波數(shù)字信號。
[0102] 數(shù)字信號處理模塊15用于對電磁波數(shù)字信號和次聲波數(shù)字信號進行綜合處理， 判決是否有雷電的發(fā)生并估計雷電與通信基站的距離，并根據(jù)雷電與通信基站的距離獲得 雷電對通信基站的威脅程度。
[0103] 電源模塊16由外供電源、電池、控制電路組成，為雷電信號中心處理裝置3內(nèi)部各 模塊供電。
[0104] 在具體的實施過程中，請結(jié)合圖2-圖3,對雷電信號中心處理裝置3中的各個部件 進行具體的描述。
[0105] 首先介紹接口。接口模塊17的具體示意圖請參看圖7。
[0106] 圖7描述的是雷電信號中心處理裝置3的外觀圖。
[0107] 在圖7中，雷電距離顯示屏a設置在機箱19的外面，接口大多設置在機箱19的背 面板b上。涉及的接口包括：雷電聲信號輸入接口 20,雷電電磁信號輸入接口 21，雷電告警 信號輸出接口 22,數(shù)字信號輸出端①接口 23,數(shù)字信號輸出端②接口 24,數(shù)字信號輸出端 ③接口 25,直流電源接口 26,交流電源接口 27,接地接口 28。
[0108] 其次介紹模擬信號處理模塊13。
[0109] 模擬信號處理模塊13具體包括：限幅器29,無源功分器30,第一 30dB功率放大器 31和第二30dB功率放大器32, 290MHz中心頻率10MHz帶寬帶通濾波器33, 25MHz中心頻率 4MHz帶寬帶通濾波器34,下變頻器35,環(huán)形器36。
[0110] 限幅器29和同軸電纜8連接，用于限制電磁波信號的幅度（能量），避免雷電信號 中心處理裝置3飽和，并且保護雷電信號中心處理裝置3中的各個器件。
[0111] 無源功分器30,和限幅器29連接，用于將電磁波信號分離為第一路信號和第二路 信號。無源功分器30具體為無源1:2功分器。
[0112] 第一 30dB功率放大器31和無源功分器30連接，用于放大第一路信號。
[0113] 290MHz中心頻率10MHz帶寬帶通濾波器33,通過環(huán)形器36和第一 30dB功率放大 器31連接，用于對放大后的第一路信號進行濾波，獲得290MHz中心頻率10MHz帶寬的電磁 波模擬信號。
[0114] 下變頻器35,通過環(huán)形器36和290MHz中心頻率10MHz帶寬帶通濾波器33連接， 用于將送290MHz中心頻率10MHz帶寬的電磁波模擬信號降頻至15MHz中心頻率6MHz帶寬 的電磁波模擬信號，這樣做的目的是為了減輕模數(shù)變換的采樣負擔。
[0115] 第二30dB功率放大器32和無源功分器30連接，用于放大第二路信號。
[0116] 25MHz中心頻率4MHz帶寬帶通濾波器34,通過環(huán)形器36和第二30dB功率放大器 32連接，用于對放大之后的第二路信號進行濾波，獲得25MHz中心頻率4MHz帶寬的電磁波 信號。
[0117] 環(huán)形器36在模擬信號處理模塊13設置了 5個，具體用來單向隔離前后級信號。環(huán) 形器36是一種使電磁波單向環(huán)形傳輸?shù)钠骷?，它是一個多端口器件，其中信號的傳輸只能 沿單方向環(huán)行，反方向是隔離的。它起到前后級隔離的作用，防止后級器件反射的能量影響 前級器件的工作狀態(tài)，或損害前級器件。
[0118] 另外，環(huán)形器36還用于處理次聲波信號，以獲得次聲波模擬信號。
[0119] 再次，介紹模數(shù)變換模塊14。
[0120] 模數(shù)變換模塊14包含第一模數(shù)變換器37,第二模數(shù)變換器38和第三模數(shù)變換器 39 〇
[0121] 其中，第一模數(shù)變換器37通過環(huán)形器36和雷電次聲波接收裝置2連接，用于將次 聲波模擬信號進行變換獲得次聲波數(shù)字信號。其中，所述次聲波模擬信號是通過和所述雷 電次聲波接收裝置連接的環(huán)形器36處理之后獲得的。
[0122] 第二模數(shù)變換器38連接下變頻器35,用于對15MHz中心頻率6MHz帶寬的電磁波 模擬信號進行變換，獲得15MHz中心頻率6MHz帶寬的電磁波數(shù)字信號。
[0123] 第三模數(shù)變換器39通過環(huán)形器36連接25MHz中心頻率4MHz帶寬帶通濾波器34， 用于對25MHz中心頻率4MHz帶寬的電磁波模擬信號進行變換，獲得25MHz中心頻率4MHz 帶寬的電磁波數(shù)字信號。
[0124] 下面介紹數(shù)字信號處理模塊15。
[0125] 數(shù)字信號處理模塊15可以使用MCU(Micro Control Unit,微控制單元）處理芯 片。
[0126] 具體的，數(shù)字信號處理模塊15包括：20Hz數(shù)字低通濾波器40,峰值測量與過門限 檢測器41，邏輯判斷器42,距離估計器43,報警信號產(chǎn)生器44,系統(tǒng)時鐘45。
[0127] 其中，20Hz數(shù)字低通濾波器40,連接第一模數(shù)變換器37,用于將次聲波數(shù)字信號 進行濾波，獲得20Hz以下的次聲波數(shù)字信號。
[0128] 峰值測量與過門限檢測器41有三個，分別用于提取20Hz以下的次聲波數(shù)字信號 (0Hz-20Hz)、15MHz中心頻率6MHz帶寬的電磁波數(shù)字信號、25MHz中心頻率4MHz帶寬的電 磁波數(shù)字信號各自的最大數(shù)值，并和各自設定的門限比較，若超過門限值即輸出真，反之輸 出為否，還用于分別存儲20Hz以下的次聲波數(shù)字信號的數(shù)值、15MHz中心頻率6MHz帶寬的 電磁波數(shù)字信號的數(shù)值、25MHz中心頻率4MHz帶寬的電磁波數(shù)字信號的數(shù)值。
[0129] 邏輯判斷器42,與三個峰值測量與過門限檢測器41都連接，用于按照設定的判決 邏輯最終判斷雷電是否發(fā)生。在具體的實施過程中，判決的方式如圖8所示。
[0130] S801，15MHz電磁信號門限判決。
[0131] 若門限判決有，轉(zhuǎn)入S802, 25MHz電磁信號門限判決。若無，轉(zhuǎn)入S803, 25MHz電磁 信號門限判決。
[0132] 在S802中，若有，轉(zhuǎn)入S804,0Hz-20Hz次聲波信號判斷。若無，轉(zhuǎn)入S805,0Hz-20Hz 次聲波門限判決。
[0133] 在S803中，若有，轉(zhuǎn)入S805。若無，轉(zhuǎn)入S806,輸出信號代碼00。
[0134] 在S804中，若有，轉(zhuǎn)入S807,輸出信號代碼11。若無，轉(zhuǎn)入S808,輸出信號代碼10。
[0135] 在S805中，若有，轉(zhuǎn)入S808,輸出信號代碼01。若無，轉(zhuǎn)入S806。
[0136] 在圖8中，兩個25MHz電磁信號門限判決的步驟相同，兩個0Hz-20Hz次聲波信號 門限判決的步驟也相同。是在判決邏輯鏈路進行的必要過程。
[0137] 當雷達發(fā)生時，在兩路電磁信號（15MHz和25MHz)中至少出現(xiàn)一種才能估計雷電 發(fā)生的距離，因此需要25MHz或15MHz的信號作為做全假設判決（即是和否的判決），因此 會出現(xiàn)兩個25MHz電磁信號門限判決的步驟。對于0Hz-20Hz的次聲波信號的門限判決也 是一樣。
[0138] 系統(tǒng)時鐘45,用于統(tǒng)一控制數(shù)字信號處理模塊15中各個器件的時序。
[0139] 距離估計器43,用于估計雷電與通信基站的距離，并將雷電與通信基站的距離傳 輸給雷電距離顯示屏a顯示。
[0140] 在具體的實施過程中：
[0141] 當判決邏輯輸出代碼為"11"時，距離估計方法為：距離=次聲波傳播速 度X (20Hz次聲波信號峰值出現(xiàn)時間-25MHz中心頻率電磁信號峰值出現(xiàn)時間）；
[0142] 當判決邏輯輸出代碼為"01"時，距離估計方法為：距離=次聲波傳播速 度X (20Hz次聲波信號峰值出現(xiàn)時間-15MHz中心頻率電磁信號峰值出現(xiàn)時間），其中次聲 波傳播速度為340m/s。
[0143] 當判決邏輯輸出代碼為"10"時，表示存在雷電，但距離超出距離估計量程（雷電 最大可預警距離18Km)，此時并在機箱19前面板的雷電距離顯示屏a顯示888. 8。
[0144] 當判決邏輯輸出代碼為"00"時，表示無雷電，面板的雷電距離顯示屏a無顯示。
[0145] 報警信號產(chǎn)生器44分別和邏輯判斷器42和距離估計器43連接，用于根據(jù)雷電與 通信基站的距離獲知雷電對通信基站的威脅程度，且產(chǎn)生報警信號，報警信號用于表征雷 電的威脅程度。
[0146] 下面介紹聲光告警指示裝置4。
[0147] 聲光告警指示裝置4,用于根據(jù)雷電對通信基站的威脅程度發(fā)出對應的聲音報警 信號和對應的光警報信號。
[0148] 具體的，雷電聲光告警指示裝置4在接收到從報警信號產(chǎn)生器44處發(fā)過來的報警 信號之后，發(fā)出聲、光二種警報信號。光信號含紅、黃、綠三種，分別代表危險、臨近、安全。聲 光告警指示裝置4由告警器與連接線組成。
[0149] 下面介紹防雷告警設備的安裝方法（結(jié)合通信基站進行說明）。
[0150] 1、盤錐天線1安裝。將輕質(zhì)鋁制天線振子5依次旋轉(zhuǎn)入天線座6接口中。然后利 用高強度鍍鋅安裝夾9,將天線固定至天線桿7,再將同軸電纜8 -端連接到天線座6下端 接口上。將盤錐天線1固定于通信基站天線頂端。
[0151] 2、雷電次聲波接收裝置2安裝。將自由場聲傳感器10連接在前置放大器11上， 再將前置放大器11與7芯LEM0線連接，雷電次聲波接收裝置2置于基站機房室內(nèi)。
[0152] 3、雷電信號中心處理裝置3安裝。中心處理裝置電源供電交流220V、50HZ，直流電 池+12V，直流外接+12V。將機箱19背面板b接地端口接地，7芯LEM0線一端與雷電聲信號 輸入接口 20連接，盤錐天線1的同軸電纜8與雷電電磁信號輸入接口 21相連。
[0153] 4、聲光告警指示裝置4安裝。聲光告警指示裝置4通過連接線12和背面板b的 雷電告警信號輸出接口 22相連。
[0154] 5、完成各部件安裝連接后，雷電信號中心處理裝置3前面板復位按鍵的背光燈 亮，聲光告警指示裝置4告警燈顯示綠色。
[0155] 6、當通信基站無雷電威脅時，面板的雷電距離顯示屏a無顯示。聲光告警指示裝 置4告警燈顯示綠色，提醒通信基站的雷電威脅等級處在"安全"狀態(tài)，無需后續(xù)處理。
[0156] 7、當雷電距離超出距離估計量程，機箱19前面板的雷電距離顯示屏a顯示888. 8。 聲光告警指示裝置4告警燈顯示綠色。提醒通信基站的雷電威脅等級處在"安全"狀態(tài)，無 需后續(xù)處理。
[0157] 8、當通信基站有雷電威脅時，面板的雷電距離顯示屏a顯示出雷電的具體"臨近" 距離。聲光告警指示裝置4告警燈顯示黃色，提醒通信基站的雷電威脅等級處在"臨近"狀 態(tài)，需提高警惕但暫無需后續(xù)處理。
[0158] 9、當通信基站有雷電威脅時，面板的雷電距離顯示屏a顯示出雷電的具體"危險" 距離。聲光告警指示裝置4告警燈顯示紅色，提醒通信基站的雷電威脅等級處在"危險"狀 態(tài)，立即采取通信設備斷開電源等后續(xù)處理。
[0159] 雷電告警系統(tǒng)具體工作原理：
[0160] 雷電告警器開機工作狀態(tài)期間，空中的電磁波信號會被盤錐天線1接收到，并經(jīng) 過同軸電纜8送入雷電信號中心處理裝置3。
[0161] 電磁波信號經(jīng)過雷電信號中心處理裝置3的功分器分離為兩路信號。
[0162] 被分離的其中一路信號經(jīng)過30dB功率放大器，功率得到放大。然后經(jīng)過290MHz 中心頻率10MHz帶寬帶通濾波器33進行濾波得到中心頻率為290MHz的信號，再經(jīng)過下變 頻器35變?yōu)?5MHz，隨后經(jīng)數(shù)字采樣得到15MHz的數(shù)字信號送入峰值測量與過門限檢測。
[0163] 另一路經(jīng)過30dB功率放大器，功率得到放大。然后經(jīng)過25MHz中心頻率4MHz帶 寬帶通濾波器34進行濾波得到中心頻率為25MHz的信號，隨后經(jīng)數(shù)字采樣得到25MHz的數(shù) 字信號送入峰值測量與過門限檢測。
[0164] 雷電產(chǎn)生的自由空間中的聲信號會被自由場聲傳感器10偵測到，并經(jīng)過前置放 大后以電信號形式通過7芯LEM0線送至雷電信號中心處理裝置3。
[0165] 隨后經(jīng)數(shù)字采樣得數(shù)字信號，再經(jīng)過數(shù)字低通濾波器濾除20Hz以上頻率分量的 其它聲信號，保留20Hz以下的次聲波成分。
[0166] 當雷電發(fā)生時會產(chǎn)生時間短促的高能電磁輻射和次聲波。此時告警器中的三路信 號的能量可能會高于沒有發(fā)生雷電時的能量，峰值將超過預設門限，實現(xiàn)雷電的判決，并根 據(jù)雷電電磁信號峰值與次聲波信號峰值間的時間差估計雷電到此的距離。
[0167] 當存在環(huán)境干擾時，告警器中的三路信號的能量可能會出現(xiàn)一定的波動，但極少 有干擾源能同時輻射大帶寬電磁信號又能產(chǎn)生低頻次聲波信號，因此采用多雷電效應聯(lián)合 處理的雷電告警器出現(xiàn)虛警或誤報的情況很少。
[0168] 實施例二：
[0169] 本發(fā)明實施例公開了一種通信基站，包括上述實施例描述的雷電告警設備。
[0170] 通過本發(fā)明的一個或者多個實施例，本發(fā)明具有以下有益效果或者優(yōu)點：
[0171] 本發(fā)明通過對雷電的電磁波信號和次聲波信號綜合處理及邏輯分析判斷，準確對 雷電進行預警并預測雷電距離通信基站的實際距離，確定雷電對通信基站的威脅等級并發(fā) 出雷電聲光告警信號，從而有效提醒警示監(jiān)控人員（或中控設備）在雷電來臨前主動切斷 用電設備與供電線路，改變了通信基站傳統(tǒng)的防雷方式，變被動泄放式防雷為主動防御式 防雷，大大降低通信基站用電設備遭雷擊時的損壞率。該設備可滿足于通信基站的防雷安 全需求，主動保護通信基站敏感的電子通信設備，有效提高通信基站雷電預測防護綜合能 力，大幅降低通信企業(yè)運營維護成本。
[0172] 盡管已描述了本申請的優(yōu)選實施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員一旦得知了基本 創(chuàng)造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包 括優(yōu)選實施例以及落入本申請范圍的所有變更和修改。
[0173] 顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本申請進行各種改動和變型而不脫離本申請的精 神和范圍。這樣，倘若本申請的這些修改和變型屬于本申請權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍 之內(nèi)，則本申請也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種雷電告警設備，設置在通信基站上，其特征在于，包括： 盤錐天線，用于接收雷電產(chǎn)生的電磁波信號； 雷電次聲波接收裝置，用于采集并放大雷電產(chǎn)生的次聲波信號； 雷電信號中心處理裝置，分別和所述盤錐天線、所述雷電次聲波接收裝置連接，用于綜 合處理所述電磁波信號和所述次聲波信號，以判斷雷電是否發(fā)生，并在雷電發(fā)生時估計所 述雷電與所述通信基站的距離，并根據(jù)所述雷電與所述通信基站的距離獲得所述雷電對所 述通信基站的威脅程度； 聲光告警指示裝置，用于根據(jù)所述雷電對所述通信基站的威脅程度發(fā)出對應的聲音報 警信號和對應的光警報信號。
2. 如權(quán)利要求1所述的雷電告警設備，其特征在于，所述盤錐天線的頻帶寬度為 25MHz-1500MHz 〇
3. 如權(quán)利要求1或2所述的雷電告警設備，其特征在于，所述盤錐天線包括：天線振 子、天線座、天線桿、同軸電纜以及安裝夾； 其中，所述天線桿和所述天線座通過所述安裝夾固定在一起，用于共同支撐并固定所 述天線振子； 所述天線振子，安裝在所述天線桿和所述天線座上用于采集所述電磁波信號； 所述同軸電纜的一端設置于所述天線座內(nèi)部且和所述天線振子連接，用于傳輸所述電 磁波信號。
4. 如權(quán)利要求1所述的雷電告警設備，其特征在于，所述雷電次聲波接收裝置包括：自 由場聲傳感器，前置放大器和連接線； 其中，所述自由場聲傳感器和所述前置放大器螺接； 所述自由場聲傳感器用于采集所述次聲波信號； 所述前置放大器，用于對所述次聲波信號進行放大； 所述連接線，連接所述雷電次聲波接收裝置和雷電信號中心處理裝置。
5. 如權(quán)利要求1所述的雷電告警設備，其特征在于，所述雷電信號中心處理裝置包括： 模擬信號處理模塊，模數(shù)變換模塊，數(shù)字信號處理模塊，電源，接口模塊，風扇和機箱； 所述模擬信號處理模塊，用于對所述電磁波信號和所述次聲波信號進行處理后，獲得 電磁波模擬信號和次聲波模擬信號； 所述模數(shù)變換模塊，和所述模擬信號處理模塊連接，用于對所述電磁波模擬信號和所 述次聲波模擬信號分別進行數(shù)字采樣，得到電磁波數(shù)字信號和次聲波數(shù)字信號； 所述數(shù)字信號處理模塊，用于對所述電磁波數(shù)字信號和所述次聲波數(shù)字信號進行綜合 處理，判決是否有雷電的發(fā)生，并估計所述雷電與所述通信基站的距離，并根據(jù)所述雷電與 所述通信基站的距離獲得所述雷電對所述通信基站的威脅程度。
6. 如權(quán)利要求5所述的雷電告警設備，其特征在于，所述接口模塊包括：雷電聲信號輸 入接口，雷電電磁信號輸入接口，雷電告警信號輸出接口，數(shù)字信號輸出端接口，直流電源 接口，交流電源接口，接地接口。
7. 如權(quán)利要求5所述的雷電告警設備，其特征在于，所述模擬信號處理模塊包括： 限幅器，無源功分器，第一 30dB功率放大器，第二30dB功率放大器，290MHz中心頻率 10MHz帶寬帶通濾波器，25MHz中心頻率4MHz帶寬帶通濾波器，下變頻器，環(huán)形器； 其中，所述限幅器和所述同軸電纜連接，用于限制所述電磁波信號的幅度，避免所述雷 電信號中心處理裝置飽和，并且保護所述雷電信號中心處理裝置中的各個器件； 所述無源功分器，和所述限幅器連接，用于將所述電磁波信號分離為第一路信號和第 二路號； 所述第一 30dB功率放大器和所述無源功分器連接，用于放大所述第一路信號； 所述290MHz中心頻率10MHz帶寬帶通濾波器，通過所述環(huán)形器和所述第一 30dB功率 放大器連接，用于對放大后的第一路信號進行濾波，獲得290MHz中心頻率10MHz帶寬的電 磁波模擬信號； 所述下變頻器，通過所述環(huán)形器和所述290MHz中心頻率10MHz帶寬帶通濾波器連接， 用于將所述290MHz中心頻率10MHz帶寬的電磁波模擬信號降頻至15MHz中心頻率6MHz帶 寬的電磁波模擬信號； 所述第二30dB功率放大器和所述無源功分器連接，用于放大所述第二路信號； 25MHz中心頻率4MHz帶寬帶通濾波器，通過所述環(huán)形器和所述第二30dB功率放大器 連接，用于對放大之后的第二路信號進行濾波，獲得25MHz中心頻率4MHz帶寬的電磁波信 號； 所述環(huán)形器用于單向隔離前后級信號。
8. 如權(quán)利要求7所述的雷電告警設備，其特征在于，所述模數(shù)變換模塊包含第一模數(shù) 變換器，第二模數(shù)變換器和第三模數(shù)變換器； 其中，所述第一模數(shù)變換器通過所述環(huán)形器和所述雷電次聲波接收裝置連接，用于將 所述次聲波模擬信號進行變換獲得所述次聲波數(shù)字信號，其中，所述次聲波模擬信號是通 過和所述雷電次聲波接收裝置連接的環(huán)形器處理之后獲得的； 所述第二模數(shù)變換器連接所述下變頻器，用于對15MHz中心頻率6MHz帶寬的電磁波模 擬信號進行變換，獲得15MHz中心頻率6MHz帶寬的電磁波數(shù)字信號； 所述第三模數(shù)變換器通過所述環(huán)形器連接25MHz中心頻率4MHz帶寬帶通濾波器，用于 對所述25MHz中心頻率4MHz帶寬的電磁波模擬信號進行變換，獲得25MHz中心頻率4MHz 帶寬的電磁波數(shù)字信號。
9. 如權(quán)利要求8所述的雷電告警設備，其特征在于，所述數(shù)字信號處理模塊包括： 20Hz數(shù)字低通濾波器，峰值測量與過門限檢測器，邏輯判斷器，距離估計器，報警信號 產(chǎn)生器，系統(tǒng)時鐘； 其中，所述20Hz數(shù)字低通濾波器，連接所述第一模數(shù)變換器，用于將所述次聲波數(shù)字 信號進行濾波，獲得20Hz以下的次聲波數(shù)字信號； 所述峰值測量與過門限檢測器有三個，分別用于提取所述20Hz以下的次聲波數(shù)字信 號、所述15MHz中心頻率6MHz帶寬的電磁波數(shù)字信號、所述25MHz中心頻率4MHz帶寬的 電磁波數(shù)字信號各自的最大數(shù)值，并和各自設定的門限比較，若超過門限值即輸出真，反之 輸出為否，還用于分別存儲所述20Hz以下的次聲波數(shù)字信號的數(shù)值、所述15MHz中心頻率 6MHz帶寬的電磁波數(shù)字信號的數(shù)值、所述25MHz中心頻率4MHz帶寬的電磁波數(shù)字信號的數(shù) 值； 所述邏輯判斷器，與所述峰值測量與過門限檢測器連接，用于按照設定的判決邏輯最 終判斷雷電是否發(fā)生； 所述系統(tǒng)時鐘，用于統(tǒng)一控制所述數(shù)字信號處理模塊的處理時序； 所述距離估計器，用于估計所述雷電與所述通信基站的距離，并將所述雷電與所述通 信基站的距離傳輸給雷電距離顯示屏顯示； 所述報警信號產(chǎn)生器分別和所述邏輯判斷器和所述距離估計器連接，用于根據(jù)所述雷 電與所述通信基站的距離獲知所述雷電對所述通信基站的威脅程度，且產(chǎn)生報警信號，所 述報警信號用于表征所述雷電的威脅程度。
10. -種通信基站，其特征在于，包括如權(quán)利要求1-9任意權(quán)項所述的雷電告警設備。
【文檔編號】G01B17/00GK104124993SQ201410367775
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月29日
【發(fā)明者】陳倩倩, 宋世煒, 方園 申請人:武漢鋼鐵(集團)公司