CN109342997A - 一种基于脉冲能量积累的时差定位方法及装置 - Google Patents

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金雷
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    • G01S5/04—Position of source determined by a plurality of spaced direction-finders

Abstract

本发明提供一种基于脉冲能量积累的时差定位方法及装置，包括以下具体步骤：定向超宽频传感器实时接收外部干扰源发出的干扰电磁波信号；接收到的干扰电磁波信号经过滤波放大模块，将信号滤波、放大，提高信噪比；通过能量积累电路将干扰脉冲上升沿提取出来，把脉冲振荡波形调制成单一脉冲波形；调制好的单一脉冲波形信号经过精密定时模块赋值得到干扰源到每个定向天线的时间差；利用时间差得到距离差，最后位置计算模块利用距离差的数值计算得到干扰源空间位置几何坐标，利用时间差和定向天线相对位置坐标，计算得到干扰源空间位置几何坐标，这样方便用户查找并消除干扰，提高了试验数据准确度及现场工作效率。

Description

一种基于脉冲能量积累的时差定位方法及装置
技术领域
本发明涉及一种基于脉冲能量积累的时差定位方法及装置，属于放电干扰检测技术领域。
背景技术
高压设备进行局部放电试验时，有时外部存在很多干扰源，干扰源能够产生各种频率的电磁波，电磁波对会对局部放电试验产生影响，干扰电磁波的时域波形和频域波形与局部放电信号十分相似，在局部放电试验过程中无法区别，甚至有时导致局部放电试验无法正常进行，局部放电检测数据不准确。
发明内容
本发明的目的是提出一种基于脉冲能量积累的时差定位方法及装置，方便用户查找并消除干扰，提高了试验数据准确度及现场工作效率。
本发明提出的技术方案
一种基于脉冲能量积累的时差定位方法，包括以下具体步骤：
定向超宽频传感器实时接收外部干扰源发出的干扰电磁波信号；
接收到的干扰电磁波信号经过滤波放大模块，将信号滤波、放大，提高信噪比；
通过能量积累电路将干扰脉冲上升沿提取出来，把脉冲振荡波形调制成单一脉冲波形；
调制好的单一脉冲波形信号经过精密定时模块赋值得到干扰源到每个定向天线的时间差；
利用时间差得到距离差，最后位置计算模块利用距离差的数值计算得到干扰源空间位置几何坐标。
所述定向超宽频传感器由4个定向天线组成，4个定向天线能够感应干扰源电磁波信号，定向天线材质为铜表面镀银，保证检测频带覆盖1kHZ-4GHz，定向天线上装有测距单元，保证定向天线自动获得它们之间的相对位置坐标。
所述滤波放大模块由电阻、电容及低噪声放大器组成，滤波放大模块滤波频带是1kHz-1MHz或1MHz-300MHz或300MHz-4GHz，滤波放大模块对信号进行50000倍放大。
所述能量积累电路由门控芯片U1、高精度触发器U2以及电阻组成，门控芯片U1芯片自适应触发阈值，在脉冲振荡波形峰值处触发，U2获取到触发信号，将脉冲振荡波整形成单一脉冲信号。
所述精密定时模块和位置计算模块内均安装有主频2.3GHz以上高性能CPU。
一种基于脉冲能量积累的时差定位装置，包括定向超宽频传感器、滤波放大模块、能量积累电路、精密定时模块以及位置计算模块，
所述定向超宽频传感器包括4个能够感应干扰源电磁波信号的定向天线以及安装在定向天线上的测距单元，定向天线布置在局放试验装置旁边用以感应干扰源电磁波信号，测距单元用以获得定向天线的相对位置坐标；
所述滤波放大模块的输入端连接定向超宽频传感器的输出端，用以对定向超宽频传感器感应到的干扰源电磁波信号进行信号滤波、放大，提高信噪比，并将滤波后的信号通过输出端输出；
所述能量积累电路的输入端连接滤波放大模块的输出端，用以接收滤波放大模块的输出端输出的电磁波信号，并将干扰源电磁波信号脉冲上升沿提取出来，把脉冲振荡波形调制成单一脉冲波形通过能量积累电路的输出端输出；
所述精密定时模块的输入端连接能量积累电路的输出端，用以对能量积累电路输出的单一脉冲波进行精确定时间赋值，确定干扰源到每个定向天线的时间差；
所述位置计算模块连接精密定时模块，用以根据精密定时模块输出的干扰源到每个定向天线的时间差及测距单元获得的定向天线的相对位置坐标得到干扰源空间位置。
所述滤波放大模块包括第一电容C1、第一运算放大器U1和第二运算放大器U2，所述第一电容C1的输入端连接干扰源电磁波信号，第一电容C1的输出端连接第一运算放大器U1的同相输入端，第一运算放大器U1的反相输入端一路经过第一电阻R1后接地，另一路经第二电阻R2后接入第一运算放大器U1的输出端，在第一运算放大器U1的同相输入端还连接电源V1，电源V1串联第三电阻R3后接入到第一运算放大器U1的同相输入端，第一电容C1的输出端还串联第五电阻R5后接地，第一电容C1的输入端还并联有接入第一运算放大器U1的输出端的第四电阻R4，第一运算放大器U1的输出端还连接第二电容C2的输入端，第二电容C2的输出依次连接第六电阻R6和第七电阻R7后接入到第二运算放大器U2的同向输入端，第六电阻R6连接第三电容C3后接地，第七电阻R7连接第四电容C4后接地，第二运算放大器U2的反相输入端一路经过第八电阻R8后接地，另一路经第九电阻R9后接入第二运算放大器U2的输出端。
所述能量积累电路包括依次连接的门控芯片U3和高精度触发器U4，所述门控芯片U3的2号脚为脉冲信号输入脚，门控芯片U3的7号脚为输出脚连接到高精度触发器U4的触发输入脚，所述高精度触发器U4的放电端输出单一脉冲信号。
所述高精度触发器U4为NE555芯片。
本发明提出的一种基于脉冲能量积累的时差定位方法及装置，其优点在于：
本发明利用超宽频天线获得干扰源发出的电磁波信号，通过滤波放大，提高信号的信噪比，提取干扰电磁波上升沿，将脉冲振荡波形调制成单一脉冲波形，提高时间差计算精度，得到干扰源到不同定向天线的时间差后，利用时间差和定向天线相对位置坐标，计算得到干扰源空间位置几何坐标，这样方便用户查找并消除干扰，提高了试验数据准确度及现场工作效率。
附图说明
图1是本发明定位装置框图。
图2是本发明滤波放大模块的结构示意图。
图3是本发明能量积累电路的结构示意图。
图4是本发明时差定位方法工作原理示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提出的一种基于脉冲能量积累的时差定位方法，包括以下具体步骤：
定向超宽频传感器实时接收外部干扰源发出的干扰电磁波信号；
接收到的干扰电磁波信号经过滤波放大模块，将信号滤波、放大，提高信噪比；
通过能量积累电路将干扰脉冲上升沿提取出来，把脉冲振荡波形调制成单一脉冲波形；
调制好的单一脉冲波形信号经过精密定时模块赋值得到干扰源到每个定向天线的时间差；
利用时间差得到距离差，最后位置计算模块利用距离差的数值计算得到干扰源空间位置几何坐标。
所述定向超宽频传感器由4个定向天线组成，4个定向天线能够感应干扰源电磁波信号，定向天线材质为铜表面镀银，保证检测频带覆盖1kHZ-4GHz，定向天线上装有测距单元，保证定向天线自动获得它们之间的相对位置坐标。
所述滤波放大模块由电阻、电容及低噪声放大器组成，滤波放大模块滤波频带是1kHz-1MHz或1MHz-300MHz或300MHz-4GHz，滤波放大模块对信号进行50000倍放大。
所述能量积累电路由门控芯片U1、高精度触发器U2以及电阻组成，门控芯片U1芯片自适应触发阈值，在脉冲振荡波形峰值处触发，U2获取到触发信号，将脉冲振荡波整形成单一脉冲信号。
所述精密定时模块和位置计算模块内均安装有主频2.3GHz以上高性能CPU。
一种基于脉冲能量积累的时差定位装置，其特征在于：包括定向超宽频传感器1、滤波放大模块2、能量积累电路3、精密定时模块4以及位置计算模块5，
所述定向超宽频传感器1包括4个能够感应干扰源电磁波信号的定向天线以及安装在定向天线上的测距单元，定向天线布置在局放试验装置旁边用以感应干扰源电磁波信号，测距单元用以获得定向天线的相对位置坐标；
所述滤波放大模块2的输入端连接定向超宽频传感器1的输出端，用以对定向超宽频传感器感应到的干扰源电磁波信号进行信号滤波、放大，提高信噪比，并将滤波后的信号通过输出端输出；
所述能量积累电路3的输入端连接滤波放大模块2的输出端，用以接收滤波放大模块的输出端输出的电磁波信号，并将干扰源电磁波信号脉冲上升沿提取出来，把脉冲振荡波形调制成单一脉冲波形通过能量积累电路的输出端输出；
所述精密定时模块4的输入端连接能量积累电路3的输出端，用以对能量积累电路输出的单一脉冲波进行精确定时间赋值，确定干扰源到每个定向天线的时间差；
所述位置计算模块5连接精密定时模块4，用以根据精密定时模块输出的干扰源到每个定向天线的时间差及测距单元获得的定向天线的相对位置坐标得到干扰源空间位置。
所述滤波放大模块2包括第一电容C1、第一运算放大器U1和第二运算放大器U2，所述第一电容C1的输入端连接干扰源电磁波信号，第一电容C1的输出端连接第一运算放大器U1的同相输入端，第一运算放大器U1的反相输入端一路经过第一电阻R1后接地，另一路经第二电阻R2后接入第一运算放大器U1的输出端，在第一运算放大器U1的同相输入端还连接电源V1，电源V1串联第三电阻R3后接入到第一运算放大器U1的同相输入端，第一电容C1的输出端还串联第五电阻R5后接地，第一电容C1的输入端还并联有接入第一运算放大器U1的输出端的第四电阻R4，第一运算放大器U1的输出端还连接第二电容C2的输入端，第二电容C2的输出依次连接第六电阻R6和第七电阻R7后接入到第二运算放大器U2的同向输入端，第六电阻R6连接第三电容C3后接地，第七电阻R7连接第四电容C4后接地，第二运算放大器U2的反相输入端一路经过第八电阻R8后接地，另一路经第九电阻R9后接入第二运算放大器U2的输出端。
所述能量积累电路3包括依次连接的门控芯片U3和高精度触发器U4，所述门控芯片U3的2号脚为脉冲信号输入脚，门控芯片U3的7号脚为输出脚连接到高精度触发器U4的触发输入脚，所述高精度触发器U4的放电端输出单一脉冲信号。
所述高精度触发器U4为NE555芯片。
干扰源所产生的电磁扰动随时间变化产生电磁波遵循麦克斯韦的电磁场基本方程，定向超宽频传感器内部的4个定向天线接收干扰源产生的高频电磁波。电磁波在空气介质中的传播速度一定，干扰源和定向天线的位置确定时，干扰源产生的电磁波信号从干扰源到定向天线的传播时间也是确定的，因此利用4个定向天线组成宽频带传感器接收到干扰电磁波信号的相对时刻是不同的，即时间差有所不同，利用时间差和定向天线相对位置计算出干扰源空间位置。
本发明采用高增益超宽带传感器接收电磁波辐射信号，其传感器具有较高的定向性，利用传感器定向特性及定位方法能够快速确定干扰源位置，从而操作人员迅速排除干扰源，保证局部放电检测数据准确，试验顺利进行，提高工作效率。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种基于脉冲能量积累的时差定位方法，其特征在于：包括以下具体步骤：
定向超宽频传感器实时接收外部干扰源发出的干扰电磁波信号；
接收到的干扰电磁波信号经过滤波放大模块，将信号滤波、放大，提高信噪比；
通过能量积累电路将干扰脉冲上升沿提取出来，把脉冲振荡波形调制成单一脉冲波形；
调制好的单一脉冲波形信号经过精密定时模块赋值得到干扰源到每个定向天线的时间差；
利用时间差得到距离差，最后位置计算模块利用距离差的数值计算得到干扰源空间位置几何坐标。
2.根据权利要求1所述的一种基于脉冲能量积累的时差定位方法，其特征在于：所述定向超宽频传感器由4个定向天线组成，4个定向天线能够感应干扰源电磁波信号，定向天线材质为铜表面镀银，保证检测频带覆盖1kHz-4GHz，定向天线上装有测距单元，保证定向天线自动获得它们之间的相对位置坐标。
3.根据权利要求1所述的一种基于脉冲能量积累的时差定位方法，其特征在于：所述滤波放大模块由电阻、电容及低噪声放大器组成，滤波放大模块滤波频带是1kHz-1MHz或1MHz-300MHz或300MHz-4GHz，滤波放大模块对信号进行50000倍放大。
4.根据权利要求1所述的一种基于脉冲能量积累的时差定位方法，其特征在于：所述能量积累电路由门控芯片U3、高精度触发器U4以及电阻组成，门控芯片U3芯片自适应触发阈值，在脉冲振荡波形峰值处触发，U4获取到触发信号，将脉冲振荡波整形成单一脉冲信号。
5.根据权利要求1所述的一种基于脉冲能量积累的时差定位方法，其特征在于：所述精密定时模块和位置计算模块内均安装有主频2.3GHz以上高性能CPU。
6.一种基于脉冲能量积累的时差定位装置，其特征在于：包括定向超宽频传感器(1)、滤波放大模块(2)、能量积累电路(3)、精密定时模块(4)以及位置计算模块(5)，
所述定向超宽频传感器(1)包括4个能够感应干扰源电磁波信号的定向天线以及安装在定向天线上的测距单元，定向天线布置在局放试验装置旁边用以感应干扰源电磁波信号，测距单元用以获得定向天线的相对位置坐标；
所述滤波放大模块(2)的输入端连接定向超宽频传感器(1)的输出端，用以对定向超宽频传感器感应到的干扰源电磁波信号进行信号滤波、放大，提高信噪比，并将滤波后的信号通过输出端输出；
所述能量积累电路(3)的输入端连接滤波放大模块(2)的输出端，用以接收滤波放大模块的输出端输出的电磁波信号，并将干扰源电磁波信号脉冲上升沿提取出来，把脉冲振荡波形调制成单一脉冲波形通过能量积累电路的输出端输出；
所述精密定时模块(4)的输入端连接能量积累电路(3)的输出端，用以对能量积累电路输出的单一脉冲波进行精确定时间赋值，确定干扰源到每个定向天线的时间差；
所述位置计算模块(5)连接精密定时模块(4)，用以根据精密定时模块输出的干扰源到每个定向天线的时间差及测距单元获得的定向天线的相对位置坐标得到干扰源空间位置。
7.根据权利要求6所述的一种基于脉冲能量积累的时差定位装置，其特征在于：所述滤波放大模块(2)包括第一电容C1、第一运算放大器U1和第二运算放大器U2，所述第一电容C1的输入端连接干扰源电磁波信号，第一电容C1的输出端连接第一运算放大器U1的同相输入端，第一运算放大器U1的反相输入端一路经过第一电阻R1后接地，另一路经第二电阻R2后接入第一运算放大器U1的输出端，在第一运算放大器U1的同相输入端还连接电源V1，电源V1串联第三电阻R3后接入到第一运算放大器U1的同相输入端，第一电容C1的输出端还串联第五电阻R5后接地，第一电容C1的输入端还并联有接入第一运算放大器U1的输出端的第四电阻R4，第一运算放大器U1的输出端还连接第二电容C2的输入端，第二电容C2的输出依次连接第六电阻R6和第七电阻R7后接入到第二运算放大器U2的同向输入端，第六电阻R6连接第三电容C3后接地，第七电阻R7连接第四电容C4后接地，第二运算放大器U2的反相输入端一路经过第八电阻R8后接地，另一路经第九电阻R9后接入第二运算放大器U2的输出端。
8.根据权利要求6所述的一种基于脉冲能量积累的时差定位装置，其特征在于：所述能量积累电路(3)包括依次连接的门控芯片U3和高精度触发器U4，所述门控芯片U3的2号脚为脉冲信号输入脚，门控芯片U3的7号脚为输出脚连接到高精度触发器U4的触发输入脚，所述高精度触发器U4的放电端输出单一脉冲信号。
9.根据权利要求8所述的一种基于脉冲能量积累的时差定位装置，其特征在于：所述高精度触发器U4为NE555芯片。
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