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[摘 要]提出了一种光频段雷电信号探测系统结构，并针对光频闪电信号和背景光噪声信号同处高频段的特点，提出在系统中用小波变换的方法代替常用的硬件滤波法，以此克服硬件滤波法不能有效分离同处一个频段的信号和噪声的缺点，用所提方法进行模拟仿真，结果证明此方法是可行并且有效的。
[關键词]雷电信号；光频段；背景光；小波变换
中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）14-0225-01
1.引言
目前对雷电信号探测的研究主要集中在低频、甚低频和甚高频上，而在光频研究甚少。在光频对雷电信号进行探测，可以获取雷电放电的光学特征以及雷电通道的发生发展过程，再结合雷电流和辐射场的测量，就可以进行雷电特征参量的综合观测，以此作为雷电监测定位系统探测性能检验和评估的重要依据，弥补低频、甚低频及甚高频探测系统的不足。而在光频探测雷电信号的一个很大问题就是光频的雷电信号频率较高，背景光噪声的频率也较高，这样如果使用常用的硬件滤波的方法去噪，效果不是很理想。本文提出在光频雷电信号探测系统的去噪部分引入小波变换的方法，利用小波的特性，将同处高频段的雷电信号和背景光噪声有效地区分开来。
2.光频雷电信号探测系统的结构
相对于低频和甚低频雷电信号探测系统，光频雷电信号探测系统是通过探测光频信号来判断是否有雷电产生，在判断有雷电产生的情况下将雷电的光频信息记录下来并传送到主机进行相应的数据处理，同时控制系统拍下雷电发生过程，以此获取雷电放电的光学特征和雷电通道的发生发展过程，实现大范围、全天候、高精度的云地闪电图象监测，并获取雷电的主要特征属性参量。其系统的结构如图1所示。
从图1中看到，光频雷电探测系统主要由六部分组成。首先由闪电探测模块接收光频信号，判断是否有闪电发生，当判断有闪电发生时，将接收到的相关信息传送至主控制模块，主控制模块是系统的核心，当它收到闪电探测模块送来的数据时，一方面通过AD转换模块控制CCD相机拍摄闪电过程，一方面对接收到的信息作相关数据处理。CCD相机拍摄的闪电过程信息也通过AD转换模块送至主控制模块，进行数据处理。GPS授时模块起到给闪电信息进行时间打标的作用。主控制模块中处理的所有数据最后一起打包传输至上位机，由上位机进行后续相关处理。
从系统的工作过程来看，闪电探测模块尤为重要，因为由它判断是否有闪电现象产生，相当于整个系统的开关，只有它进行了准确的判断，整个系统才能正确的工作。闪电探测模块的工作原理是通过光电二极管接收光频信号，将光信号转换为电信号，然后进行去噪处理，再将去噪后的信号与阈值相比较，当大于阈值时判断有闪电发生，小于阈值时无闪电发生。因此去噪的效果如何就成为能否进行正确判断的关键。光频闪电信号功率主要集中在高频，而噪声主要来自于背景光，其变化比较缓慢，可以近似认为是白噪声，因此在高频既有信号又有噪声，如果噪声较大，常用的硬件滤波法就很难将闪电信号和噪声信号有效地分开，容易造成误判，因此我们提出使用小波变换的方法对信号进行去噪处理，从而克服硬件滤波的缺点，减少误判。
[關键词]雷电信号；光频段；背景光；小波变换
中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）14-0225-01
1.引言
目前对雷电信号探测的研究主要集中在低频、甚低频和甚高频上，而在光频研究甚少。在光频对雷电信号进行探测，可以获取雷电放电的光学特征以及雷电通道的发生发展过程，再结合雷电流和辐射场的测量，就可以进行雷电特征参量的综合观测，以此作为雷电监测定位系统探测性能检验和评估的重要依据，弥补低频、甚低频及甚高频探测系统的不足。而在光频探测雷电信号的一个很大问题就是光频的雷电信号频率较高，背景光噪声的频率也较高，这样如果使用常用的硬件滤波的方法去噪，效果不是很理想。本文提出在光频雷电信号探测系统的去噪部分引入小波变换的方法，利用小波的特性，将同处高频段的雷电信号和背景光噪声有效地区分开来。
2.光频雷电信号探测系统的结构
相对于低频和甚低频雷电信号探测系统，光频雷电信号探测系统是通过探测光频信号来判断是否有雷电产生，在判断有雷电产生的情况下将雷电的光频信息记录下来并传送到主机进行相应的数据处理，同时控制系统拍下雷电发生过程，以此获取雷电放电的光学特征和雷电通道的发生发展过程，实现大范围、全天候、高精度的云地闪电图象监测，并获取雷电的主要特征属性参量。其系统的结构如图1所示。
从图1中看到，光频雷电探测系统主要由六部分组成。首先由闪电探测模块接收光频信号，判断是否有闪电发生，当判断有闪电发生时，将接收到的相关信息传送至主控制模块，主控制模块是系统的核心，当它收到闪电探测模块送来的数据时，一方面通过AD转换模块控制CCD相机拍摄闪电过程，一方面对接收到的信息作相关数据处理。CCD相机拍摄的闪电过程信息也通过AD转换模块送至主控制模块，进行数据处理。GPS授时模块起到给闪电信息进行时间打标的作用。主控制模块中处理的所有数据最后一起打包传输至上位机，由上位机进行后续相关处理。
从系统的工作过程来看，闪电探测模块尤为重要，因为由它判断是否有闪电现象产生，相当于整个系统的开关，只有它进行了准确的判断，整个系统才能正确的工作。闪电探测模块的工作原理是通过光电二极管接收光频信号，将光信号转换为电信号，然后进行去噪处理，再将去噪后的信号与阈值相比较，当大于阈值时判断有闪电发生，小于阈值时无闪电发生。因此去噪的效果如何就成为能否进行正确判断的关键。光频闪电信号功率主要集中在高频，而噪声主要来自于背景光，其变化比较缓慢，可以近似认为是白噪声，因此在高频既有信号又有噪声，如果噪声较大，常用的硬件滤波法就很难将闪电信号和噪声信号有效地分开，容易造成误判，因此我们提出使用小波变换的方法对信号进行去噪处理，从而克服硬件滤波的缺点，减少误判。