天体雷击信号探测应用案例解析

01 客户背景

随着我国民航快速发展，机场雷电防护安全日益重要。雷击探测系统作为实时检测飞行环境的重要工具，依据机翼电磁脉冲信号与电流信号，能够快速监测雷击的发生时间、位置、强度和极性等关键参数，为飞行安全提供精准预警。

某航天防护客户在开展天体雷击实时监测时，面临传统台式示波器存在三大技术瓶颈：通道数有限、系统扩展性差、设备体积庞大且需人工操作等。在机载设备舱等空间严苛的特殊场景中，这些问题严重制约了瞬态雷击信号的捕获效率与测量精度。中科采象针对性提供天体雷击信号探测解决方案，优化客户的雷击试验平台及雷击防护设计，有效提升检测效率和精度。

02 解决方案

中科采象天体雷击信号探测解决方案以PCIe模块化示波器和小型化工控机为核心，具备高速、高精度、高同步性和便携性等特点，满足了客户在机上无人操作、多通道数据采集、便携式等需求，具体功能包括：

• 高速高精度数据采集功能：系统采用4通道数字化仪，每通道采样率高达1GSPS，分辨率为12-bit，可精准采集机翼上的电磁脉冲信号和电流信号。
• 实时数据传输：工控机软件支持RS485通讯协议，可实时传输静电场信息。
• 无人值守自动运行：采集软件与工控机支持软件自启动、自动采集和自动保存数据功能，实现无人值守模式。
• 模块化设计：系统采用小型化工控机搭配数字化示波器，结构紧凑，满足机上空间受限的需求。
  
  

图1 天体雷击数据测量采集系统

03 方案优势

• 便携式设计：采用模块化硬件结构，便于通道拓展，特别适合空间受限的机上环境。
• 灵活触发与高效存储：支持可编程触发（如幅度、脉宽、模式触发），有效减少无效数据存储；同时具备大容量存储（如TB级），支持长时间数据记录，并保留原始数据，便于回溯分析。
• 高精度与高分辨率：数据采集精度更高，时间分辨率更高，能够精准捕获纳秒/皮秒级瞬态信号及强弱电信号细节，精准记录雷击波形。
• 开放FPGA与自定义算法：开放FPGA支持用户自定义FPGA实时算法开发，例如FFT、脉冲识别等，增强数据处理能力。
• 精准同步、定位与抗干扰：多通道同步输入与时间戳技术，支持空间分布式检测及多站点联合测量，实现雷击精确定位及三维过程分析；同时具备卓越的抗干扰能力，确保在复杂电磁环境下可靠运行。

04 应用成效

中科采象天体雷击信号探测解决方案成功助力某航天防护客户攻克模拟系统带宽低、存储效率差、触发不灵活等技术瓶颈。该系统基于高精度数字化仪与多通道同步采集技术，融合智能抗干扰算法，可在复杂电磁环境中实现跨尺度雷电信号的高效捕获与三维定位，雷电防护效能评估准确性提升显著。

图2 客户测试示意图

该方案通过高精度数字化仪实时捕获闪电产生的瞬态电信号（如纳秒级上升沿、皮秒级电磁脉冲），利用12位及以上分辨率解析微弱远场辐射与强近场电流信号，避免信号饱和失真。

系统采用多通道同步采集与时间戳技术，结合空间分布式部署的监测站点，通过时差定位法精确计算雷击位置并重建闪电三维发展轨迹。内置可编程触发机制（如幅度/斜率触发）自动筛选有效事件，在强噪声背景下精准提取稀有信号（如球状闪电），同时通过数字滤波与基线校正算法抑制环境干扰，确保复杂电磁场中的数据可靠性，有效提升了雷电监测的效率和准确性。

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