数据采集卡用于雷电定位

‍背景

闪电定位又称雷电定位，是指利用闪电回击辐射的声、光、电磁场特性来遥测闪电回击放电参数的一种监测雷电手段，它可检测雷电发生的时间、位置、强度、极性等。闪电定位对许多产业部门都是非常重要的，特别是电力、航空等部门

光声雷电探测方法是目前最主要的探测方法之一。首先在监测处放置一块光声雷电探测器，使光声雷电探测器的图像采集器的镜头面向天空，用图像采集器采集出有雷电图像的图像，在图像显示装置上显示；然后根据雷电在图像中的位置，从图像中测量出雷电的方位角。用图像采集器获取雷电的图像，用声音采集器获取雷鸣的声音，通过声音传感器把声音记录各观测点（四个）雷声到达的时刻，多组时间数据经4路数据采集卡A/D转换后，被传送到数据处理系统，数据处理系统通过逻辑运算，求取三个空间观测点（其中一个点是做个基准点）雷声到达的时间差，根据声音在空气中传播的速度，计算出三个空间观测点的距离差；根据空间三个双曲面相交可以确定一个点的原理，根据方程组确定雷电产生位置的坐标。

数据采集卡问题和挑战

数据采集卡是系统中的核心部件，直接关系到系统的可行性和数据的准确性。

对数据采集卡主要要求有，采样率10MS/s，精度12bit，4通道，需要具备GPS定时功能。除开这几个基本要求，主要还面临几个挑战：

1、GPS定时精度问题，市面上一般GPS精度都不高，一般是ms级，或者几百个ns。GPS定时精度就直接决定了位置的精度，系统其它设备还会有延时误差，数据采集卡的GPS定时精度最好要控制在50ns以内；

2、稳定性问题，由于雷电信号是随机的，数据采集卡需要一直等待雷电信号的到来，所以需要一直出于触发等待状态，采集卡需要常年运行着，这对采集卡的稳定性和耐用性都是一个挑战；

3、长预触发，当雷电信号到来那一刻，采集卡开始采集记录数据，但是很多时候，触发前的那一段数据对分析雷电信号也是很重要的。而一般采集卡只能记录触发前很短的一段数据，一般就几K个数据，这对很多场景是不够的。

   对于稳定性，通过各种复杂情况测试，模拟各种场景下的情况。为了模拟雷电环境，我们在高压试验室放电进行现场测试。再通过降低采集卡整个系统功耗，增加各个部件稳定的运行的年限。

   针对预触发不够长的问题，通过对采集卡内部逻辑的重新修改，充分利用采集卡超大的内存，预触发能采集几M甚至几十M的数据，这大大满足雷电测试的需要。

总结

针对雷电定位这种特殊场景改进的数据采集卡，完全满足甚至超出实际应用的需求。同时，如果采用网线或光纤连接连接，可做分布式的雷电采集，采集点可以相隔几公里，然后通过网线或光纤把数据汇总到一起进行分析。