CN112362998A - 一种基于北斗数据感知及lora组网的智能雷电监测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于北斗数据感知及LORA组网的智能雷电监测装置及方法，属于雷电监测领域；解决了北斗短报文及卫星通讯技术传输容量和频率有限制约了数据传输实时性。其结构包括低噪声放大器、北斗定位芯片/模组、存储单元、LoRa无线模块、DSP处理器、北斗授时模块、雷电监测模块、DC‑DC电源模块，本发明具有以下有益效果，基于北斗定位技术和北斗授时模块作为雷电监测装置的位置和时间系统基础，对雷电数据进行定位、高精度授时。采用LoRa无线技术对雷电数据进行实时传输；利用LoRa技术低功耗、远距离传输的优势，弥补北斗短报文及卫星通讯技术虽然可以不受地域和天气的限制，实现24小时通讯，但传输容量和频率限制数据传输实时性的缺点。
Description
技术领域
本发明属于雷电监测技术领域，特别涉及一种基于北斗数据感知及LORA组网的智能雷电监测装置及方法。
背景技术
雷电监测装置是一种用于获取雷电信息的专用设备。通过测量雷电产生的电磁信号,判定雷电的方位、距离、强度等。一般由传感器、检测放大、数据传输与处理显示等部分组成。探测范围从几十千米到几千千米。其中雷电监测装置的高精度时间系统、定位系统是雷电信号准确识别定位的基础。雷电监测装置具有数据量大、突发性、密集性的特点。而目前市场上成熟的通讯方式主要有4G、NB-IoT、Rola、短报文及卫星通讯等。随着科学技术的飞速发展，传输技术也得到了技术改进，但是现有技术还存在一定的问题，4G传输，速度最快、传输容量最大、但是功耗高；NB-IoT，构建于蜂窝网络，消耗带宽小、功耗低、需要移动网络支持；Rola传输距离远、功耗低、但是需要建Lora通讯基站；短报文及卫星通讯，可以不受地域和天气的限制，实现24小时通讯，但是传输容量和频率有限制约了数据传输实时性。5G传输具有速度快、网络容量大、时延低的优点，但是对软硬件要求高，耗电量大，流量费用高等问题，目前还不完善，不具备大规模商用条件。
为了解决上述现有技术问题的不足，本发明公开了一种基于北斗数据感知及LORA组网的智能雷电监测装置及方法，解决了北斗短报文及卫星通讯技术传输容量和频率有限制约了数据传输实时性。其结构包括低噪声放大器、北斗定位芯片/模组、存储单元、LoRa无线模块、DSP处理器、北斗授时模块、雷电监测模块、DC-DC电源模块，本发明具有以下有益效果，基于北斗定位技术和北斗授时模块作为雷电监测装置的位置和时间系统基础，对雷电数据进行定位、高精度授时。采用LoRa无线技术对雷电数据进行实时传输；利用LoRa技术低功耗、远距离传输的优势，弥补北斗短报文及卫星通讯技术虽然可以不受地域和天气的限制，实现24小时通讯，但传输容量和频率限制数据传输实时性的缺点。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决上述现有技术问题的不足，本发明公开了一种基于北斗数据感知及LORA组网的智能雷电监测装置及方法，解决了北斗短报文及卫星通讯技术传输容量和频率有限制约了数据传输实时性。其结构包括低噪声放大器、北斗定位芯片/模组、存储单元、LoRa无线模块、DSP处理器、北斗授时模块、雷电监测模块、DC-DC电源模块，本发明具有以下有益效果，基于北斗定位技术和北斗授时模块作为雷电监测装置的位置和时间系统基础，对雷电数据进行定位、高精度授时。采用LoRa无线技术对雷电数据进行实时传输；利用LoRa技术低功耗、远距离传输的优势，弥补北斗短报文及卫星通讯技术虽然可以不受地域和天气的限制，实现24小时通讯，但传输容量和频率限制数据传输实时性的缺点。
(二)技术方案
本发明通过如下技术方案实现：本发明提出了一种基于北斗数据感知及LORA组网的智能雷电监测装置及方法，。
进一步的，所述一种基于北斗数据感知及LORA组网的智能雷电监测装置及方法，包括低噪声放大器、北斗定位芯片/模组、存储单元、LoRa无线模块、DSP处理器、北斗授时模块、雷电监测模块、DC-DC电源模块；
所述低噪声放大器：放大天线接收到的微弱信号；
所述北斗定位芯片/模组：提供高精度定位信息；
所述存储单元：用于存储雷电数据；
所述LoRa无线模块：用来传输北斗定位芯片/模组、雷电监测模块、北斗授时模块的数据传输；
所述DSP处理器：实时记录雷电数据及时间数据，并存储于存储单元；
所述北斗授时模块：为雷电监测模块提供高精度时间信息；
所述雷电监测模块：用于识别判断雷电信号并记录雷电数据；
所述DC-DC电源模块：为整个装置提供电源。
进一步的，所述一种基于北斗数据感知及LORA组网的智能雷电监测装置及方法，还包括北斗RNSS天线、通讯天线、电磁场天线。
进一步的，所述DSP处理器内嵌RTK高精度定位算法，采用实时RTK方式实现单频高精度定位。
进一步的，所述智能雷电监测装置采用LoRa组网进行数据传输。
进一步的，所述存储单元将数据存储于本地，实时将雷电数据通过LoRa无线模块传输至指挥中心系统。
进一步的，所述方法包括以下步骤：
步骤一：雷电监测数据采集雷电数据；
步骤二：DSP处理器为雷电数据标定时间、空间数据；将数据存储至本地单元，同时通过LoRa无线模块将数据传输至指挥中心系统；
步骤三：指挥系统中心对数据存储至云端服务器、同时对雷电数据进行分析；
步骤四：数据解析后实时反馈至高精度在线平台及移动端检测软件。
进一步的，所述基于北斗数据感知及LORA组网的智能雷电监测方法具有五个层面，包括应用层、信息层、传感层、数据层、感知层。
进一步的，所述应用层包括高精度在线平台、移动端检测软件；所述信息层包括数据处理分析系统、数据网关、数据存储系统；所述传感层包括有线网络、LoRa组网、卫星网络；所述数据层包括太阳能/蓄电池、主控单元、高精度基准服务；所述感知层为雷电监测装置。
(三)有益效果
本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
为了解决上述现有技术问题的不足，本发明公开了一种基于北斗数据感知及LORA组网的智能雷电监测装置及方法，解决了北斗短报文及卫星通讯技术传输容量和频率有限制约了数据传输实时性。其结构包括低噪声放大器、北斗定位芯片/模组、存储单元、LoRa无线模块、DSP处理器、北斗授时模块、雷电监测模块、DC-DC电源模块，本发明具有以下有益效果，基于北斗定位技术和北斗授时模块作为雷电监测装置的位置和时间系统基础，对雷电数据进行定位、高精度授时。采用LoRa无线技术对雷电数据进行实时传输；利用LoRa技术低功耗、远距离传输的优势，弥补北斗短报文及卫星通讯技术虽然可以不受地域和天气的限制，实现24小时通讯，但传输容量和频率限制数据传输实时性的缺点。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的系统框架图；
图3为本发明的工作流程图；
具体实施方式
请参阅图1、图2，本发明提供一种基于北斗数据感知及LORA组网的智能雷电监测装置及方法：
其中，所述一种基于北斗数据感知及LORA组网的智能雷电监测装置及方法，包括低噪声放大器、北斗定位芯片/模组、存储单元、LoRa无线模块、DSP处理器、北斗授时模块、雷电监测模块、DC-DC电源模块；
所述低噪声放大器：放大天线接收到的微弱信号；
所述北斗定位芯片/模组：提供高精度定位信息；
所述存储单元：用于存储雷电数据；
所述LoRa无线模块：用来传输北斗定位芯片/模组、雷电监测模块、北斗授时模块的数据传输；
所述DSP处理器：实时记录雷电数据及时间数据，并存储于存储单元；
所述北斗授时模块：为雷电监测模块提供高精度时间信息；
所述雷电监测模块：用于识别判断雷电信号并记录雷电数据；
所述DC-DC电源模块：为整个装置提供电源。
其中，所述一种基于北斗数据感知及LORA组网的智能雷电监测装置及方法，还包括北斗RNSS天线、通讯天线、电磁场天线。
其中，所述DSP处理器内嵌RTK高精度定位算法，采用实时RTK方式实现单频高精度定位。
其中，所述智能雷电监测装置采用LoRa组网进行数据传输。
其中，所述存储单元将数据存储于本地，实时将雷电数据通过LoRa无线模块传输至指挥中心系统。
其中，所述方法包括以下步骤：
步骤一：雷电监测数据采集雷电数据；
步骤二：DSP处理器为雷电数据标定时间、空间数据；将数据存储至本地单元，同时通过LoRa无线模块将数据传输至指挥中心系统；
步骤三：指挥系统中心对数据存储至云端服务器、同时对雷电数据进行分析；
步骤四：数据解析后实时反馈至高精度在线平台及移动端检测软件。
其中，所述基于北斗数据感知及LORA组网的智能雷电监测方法具有五个层面，包括应用层、信息层、传感层、数据层、感知层。
其中，所述应用层包括高精度在线平台、移动端检测软件；所述信息层包括数据处理分析系统、数据网关、数据存储系统；所述传感层包括有线网络、LoRa组网、卫星网络；所述数据层包括太阳能/蓄电池、主控单元、高精度基准服务；所述感知层为雷电监测装置。
本专利所述的工作原理：
需要监测某区域雷电数据时，设置好雷电监测装置，经由电磁场天线通过雷电监测模块采集现场的雷电数据；北斗授时模块赋予雷电数据的高精度时间信息；雷电数据传输至DSP处理器时，DSP内置实时RTK高精度定位算法实现单频高精度定位，装置的硬件电路还包括DC-DC电源芯片以及相关外围的阻容，构成RC滤波网络，以保证供电电压的稳定。北斗定位芯片/模块通过串口与DSP单元进行数据的输出与输入，输入的内容主要是配置指令，用于配置模块的相关工作状态以及部分附加功能的开启或关闭，在进行配置时，考虑到数据可存储性以及后期处理的便捷，将模块输出数据(观测数据和星历文件)格式配置为十六进制的UBX文件，DSP单元通过接收UBX文件和RTCM数据进行事后RTK结算输出高精度定位结果，并为雷电数据标志定位信息。标志结束后存储至存储单元，同时通过LoRa无线模块将数据传输至指挥中心系统；指挥系统中心对数据存储至云端服务器、同时对雷电数据进行分析；数据解析后实时反馈至高精度在线平台及移动端检测软件。
本发明的控制方式是通过人工启动和关闭开关来控制，动力元件的接线图与电源的提供属于本领域的公知常识，并且本发明主要用来保护机械装置，所以本发明不再详细解释控制方式和接线布置。
本发明的控制方式是通过控制器来自动控制，控制器的控制电路通过本领域的技术人员简单编程即可实现，电源的提供也属于本领域的公知常识，并且本发明主要用来保护机械装置，所以本发明不再详细解释控制方式和电路连接。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (8)
1.一种基于北斗数据感知及LORA组网的智能雷电监测装置及方法，包括低噪声放大器、北斗定位芯片/模组、存储单元、LoRa无线模块、DSP处理器、北斗授时模块、雷电监测模块、DC-DC电源模块，其特征在于：
所述低噪声放大器：放大天线接收到的微弱信号；
所述北斗定位芯片/模组：提供高精度定位信息；
所述存储单元：用于存储雷电数据；
所述LoRa无线模块：用来传输北斗定位芯片/模组、雷电监测模块、北斗授时模块的数据传输；
所述DSP处理器：实时记录雷电数据及时间数据，并存储于存储单元；
所述北斗授时模块：为雷电监测模块提供高精度时间信息；
所述雷电监测模块：用于识别判断雷电信号并记录雷电数据；
所述DC-DC电源模块：为整个装置提供电源。
2.根据权利要求1所述的一种基于北斗数据感知及LORA组网的智能雷电监测装置及方法，其特征在于：还包括北斗RNSS天线、通讯天线、电磁场天线。
3.根据权利要求1所述的一种基于北斗数据感知及LORA组网的智能雷电监测装置及方法，其特征在于：所述DSP处理器内嵌RTK高精度定位算法，采用实时RTK方式实现单频高精度定位。
4.根据权利要求1所述的一种基于北斗数据感知及LORA组网的智能雷电监测装置及方法，其特征在于：所述智能雷电监测装置采用LoRa组网进行数据传输。
5.根据权利要求1所述的一种基于北斗数据感知及LORA组网的智能雷电监测装置及方法，其特征在于：所述存储单元将数据存储于本地，实时将雷电数据通过LoRa无线模块传输至指挥中心系统。
6.根据权利要求1所述的一种基于北斗数据感知及LORA组网的智能雷电监测装置及方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
步骤一：雷电监测数据采集雷电数据；
步骤二：DSP处理器为雷电数据标定时间、空间数据；将数据存储至本地单元，同时通过LoRa无线模块将数据传输至指挥中心系统；
步骤三：指挥系统中心对数据存储至云端服务器、同时对雷电数据进行分析；
步骤四：数据解析后实时反馈至高精度在线平台及移动端检测软件。
7.根据权利要求1所述的一种基于北斗数据感知及LORA组网的智能雷电监测装置及方法，其特征在于：所述基于北斗数据感知及LORA组网的智能雷电监测方法具有五个层面，包括应用层、信息层、传感层、数据层、感知层。
8.根据权利要求7所述的一种基于北斗数据感知及LORA组网的智能雷电监测装置及方法，其特征在于：所述应用层包括高精度在线平台、移动端检测软件；所述信息层包括数据处理分析系统、数据网关、数据存储系统；所述传感层包括有线网络、LoRa组网、卫星网络；所述数据层包括太阳能/蓄电池、主控单元、高精度基准服务；所述感知层为雷电监测装置。
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| CN113376667A (zh) * | 2021-06-04 | 2021-09-10 | 北京天海达科技有限公司 | 一种北斗监测终端及监测方法 |
| CN114793238A (zh) * | 2022-04-25 | 2022-07-26 | 深圳市北斗云信息技术有限公司 | 一种低功耗高精度多参数自适应北斗物联网终端 |
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