CN116299111A - 一种闪电定位仪检测故障诊断仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种闪电定位仪检测故障诊断仪，包括主机、标准屏蔽仓和测试电缆，测试电缆连接在主机和标准屏蔽仓之间；标准屏蔽仓用于对闪电定位仪的天线进行电磁屏蔽；主机用于产生标准模拟信号以及闪电模拟脉冲信号，通过放大电路将主机产生的波形信号的电流放大，加至标准屏蔽仓上的模拟云闪辐射天线或模拟地闪辐射天线上，通过电磁辐射让闪电定位仪探测；在测试闪电定位仪的波形识别功能时，主机能够产生可编辑的复杂波形通过屏蔽电缆注入测试；在模拟地闪或云闪时，主机通过闪电模拟器产生高压脉冲信号并通过辐射天线空间辐射馈入，通过改变高压脉冲极性实现正地闪、负地闪及不同极性云闪，测量闪电定位仪的信号识别功能。
Description
技术领域
本发明涉及闪电定位仪测试技术领域，具体涉及一种闪电定位仪检测故障诊断仪。
背景技术
闪电定位仪主要由接收天线、信号板、波形板、GPS模块及控制主板组成，其中接收天线主要对闪电信号的电磁场强度进行接收；信号板主要对闪电模拟信号进行处理；波形板接收到信号板的闪电信号后进行波形判别，从而监测出是否为云地闪，若为云地闪，则将闪电信号发送给控制主板；GPS模块主要对探测站的时间位置信息发送到控制主板中，同时提供精确的秒脉冲信息；控制主板主要对为云地闪的闪电信号和GPS模块对探测站的时间位置信息进行接收及处理。
现有技术中闪电定位仪检测故障设备存在的问题主要包括：
1、由于闪电定位仪设计时灵敏度要求比较高，因此很容易受周边电磁设备的干扰，现有技术中，闪电定位仪检测故障设备的电磁屏蔽不够完善，测试结果容易受到馈入信号以外的因素的干扰。
2、现有技术中闪电定位仪检测故障设备通常只能测试闪电天线、模拟信号预处理等模块指标，不能测试整机指标，也无法实现复杂的系统功能、性能测试。
3、现有技术中闪电定位仪检测故障设备的安全性不够高，综合能力比较低。
4、现有技术中闪电定位仪检测故障设备的状态数据和雷电脉冲数据质量控制不规范，在数据格式、观测时间、工作状态、时钟源、最低灵敏度、噪声干扰、经纬度、数据异常、波形特征等方面的质量控制均有待提高。
发明内容
本发明旨在提供一种新型的闪电定位仪检测故障诊断仪，以解决现有技术中闪电定位仪检测故障设备存在的问题。
本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种新型的闪电定位仪检测故障诊断仪，包括主机、标准屏蔽仓和测试电缆，所述的测试电缆连接在所述的主机和标准屏蔽仓之间；所述标准屏蔽仓的屏蔽仓体的内部设置有被测试的闪电定位仪、模拟云闪辐射天线和模拟地闪辐射天线；所述的标准屏蔽仓用于对闪电定位仪测试时对闪电定位仪的天线进行电磁屏蔽；所述的主机用于产生1kHz～500kHz的标准模拟信号以及闪电模拟脉冲信号，通过放大电路将所述主机产生的波形信号的电流放大，加至标准屏蔽仓上的模拟云闪辐射天线或模拟地闪辐射天线上，通过电磁辐射让闪电定位仪探测；在测试闪电定位仪的波形识别功能时，所述的主机能够产生可编辑的复杂波形通过屏蔽电缆注入测试；在模拟地闪或云闪时，所述的主机通过闪电模拟器产生2Kv以上的高压脉冲信号并通过模拟云闪辐射天线或模拟地闪辐射天线空间辐射馈入，通过改变高压脉冲极性实现正地闪、负地闪及不同极性云闪，测量闪电定位仪的信号识别功能；所述的主机通过四通道的数据采集模块直连闪电定位仪的天线输出口，配置标准积分放大测试工装，能够测试闪电定位仪的磁场天线和电场天线的灵敏度及频率范围；在测试闪电定位仪的模拟信号预处理模块的指标时，通过所述主机所带的屏蔽接口用屏蔽线直接注入信号至模拟信号预处理模块，通过所述主机自带的数据采集模块直连闪电定位仪的模拟信号预处理模块，能够测试模拟信号预处理模块的灵敏度及频率范围；在测试整机指标时，所述的主机能够产生1kHz～500kHz的标准模拟信号和高压脉冲信号，通过放大电路将所述主机产生的波形信号的电流放大，加至标准屏蔽仓上的模拟云闪辐射天线或模拟地闪辐射天线上，通过电磁辐射去让闪电定位仪探测，用所述主机自带的网口连接闪电定位仪的通讯模块，从而测整机指标。
优选地，所述的标准屏蔽仓采用铁质材料，能够有效地屏蔽空间中的干扰电磁信号；所述的标准屏蔽仓采用一圆柱状铁质的磁屏蔽筒，对闪电定位仪的闪电天线进行覆盖，模拟地闪辐射天线设置于磁屏蔽筒的筒壁；模拟云闪辐射天线设置于磁屏蔽筒的筒顶；模拟云闪辐射天线和模拟地闪辐射天线采用长直导线辐射方式，在馈入口用铁氧体磁环屏蔽与导线垂直部分的空间电磁辐射，使长直导线产生等距离环形基准磁场强度标准辐射信号；长直导线方式等效地闪、云闪长距离直线击穿状态；将标准屏蔽仓覆盖于闪电定位仪后，采用天线辐射的方式对闪电定位仪的磁场天线和电场天线进行测试，能够模拟云闪和地闪信号测试闪电定位仪的闪电类型识别功能。
优选地，所述的主机包括显示屏、计算机和设置在机箱内的电源和故障诊断仪主机板，所述的电源用于为所述的显示屏、计算机和故障诊断仪主机板供电；所述的故障诊断仪主机板上设置有闪电波形存储模块、闪电模拟模块、数据采集模块、数字万用表模块、波形测量模块、功率测量模块、GNSS授时模块、时钟模块、信号处理模块和数据处理模块。
所述的闪电模拟模块采用高速DAC和高压脉冲开关，通过高速DAC实现各种闪电波形的模拟，然后模拟的闪电波形再通过电流电压放大电路进行电流放大，放大后的电流通过标准屏蔽仓内的辐射天线辐射给闪电定位仪的磁场天线；同样，放大后的电压加载至标准屏蔽仓内的电场辐射天线，通过电场辐射天线辐射给闪电定位仪的电场天线，完成电磁天线的测试工作。
所述的数据采集模块上设置有磁场天线1测试口、磁场天线2测试口和电场天线测试口，还设置有模拟预处理通道1测试、模拟预处理通道2测试、模拟预处理通道3测试三个模拟预处理模块，所述的数据采集模块用于对磁场天线1测试口、磁场天线2测试口和电场天线测试口送来的闪电定位仪天线输出信号采样，测试磁场天线、电场天线的方向图和增益；对模拟预处理通道1测试、模拟预处理通道2测试、模拟预处理通道3测试三个模拟预处理模块输出信号进行采集，测试三路模拟预处理电路的增益、频率范围以及带外抑制。
所述的数字万用表模块采用DAC基准电压输出、电压取样、电流取样、高精度AD以及数字万用表软件实现，用于对被测模块的输入输出阻抗进行测试，测试时DAC通过高精度取样电阻输出基准电压到被测点，通过高精度AD采集压降，FPGA信号处理与数据处理软件自动计算阻抗。
所述的电源采用开关电源输出12V电压，到闪电模拟模块和数据采集模块时采用LDO将电压降为5V并降低纹波。
所述的功率测量模块用于对闪电定位仪的整机功率进行测试。
所述的波形测量模块用于实现秒脉冲测试、闪电波形测试、电源纹波测试和时钟频率测试。
所述的GNSS授时模块支持ns级高精度授时，支持全系统全频点卫星信号，用于对接收的卫星同步信号进行解码，产生标准时间用来测试闪电定位仪的时间基准模块的准确性及定位的准确性。
所述的计算机为工控计算机，用于通过所述显示屏的显示界面与用户交互，通过USB接口发送测试指令，通过千兆网口与闪电定位仪进行交互，发送闪电定位仪内部自检的交互指令，读取闪电定位仪的存储参数，以及修改闪电定位仪的接收触发阈值。
所述的测试电缆包括第一屏蔽线、第二屏蔽线和网线，所述的第一屏蔽线用于辐射输入，所述的第二屏蔽线用于注入信号，所述的网线用于交互数据。
优选地，所述的计算机允许用户查看闪电定位仪的状态数据、检查数据格式、检查存储能力、检查软件更新、检查GNSS对时功能、检查自检功能、检查闪电极性识别、检查全波形闪电数据、检查时间精度、检查回击事件处理时间、检查功耗、检查电源、测试波形和测试功率，同时还具备系统级的用户管理，日志管理，报表管理和软件升级功能。
优选地，所述的计算机还包括用户管理模块、用户鉴权模块和权限管理模块；所述的用户管理模块用于供用户实现用户注册、删除和修改操作；所述的用户鉴权模块采用Json web token机制实现用户鉴权；所述的权限管理模块采用RBAC模式设计，用户发出操作请求，用户鉴权模块根据登录角色信息进行鉴权，鉴权成功则执行操作并返回给用户，等待新的请求；鉴权失败则直接返回，允许用户发起新的请求。
优选地，所述的主机还包括电流电压电阻测量模块，用于进行电压电流电阻测量，进行功能选择、量程选择、测试次数和测量结果展示。
优选地，所述的主机还包括设备状态数据质量控制模块，该设备状态数据质量控制模块用于检查闪电定位仪设备状态数据格式是否规范，检查闪电定位仪设备状态数据的观测时间是否在正常合理范围内，检查闪电定位仪设备的自检工作状态是否正常，检查闪电定位仪设备的时钟源是否正常，检查闪电定位仪设备的触发阈值是否正常，检查闪电定位仪设备的噪声干扰是否正常，以及检查闪电定位仪设备状态数据的经纬度是否正确。
优选地，所述的闪电定位仪检测故障诊断仪检查闪电定位仪设备状态数据格式是否规范的具体方式为：闪电定位仪检测故障诊断仪通过与闪电定位仪相连的通讯线路，接收检查闪电定位仪设备状态数据，查看闪电定位仪存储的历史状态数据或正常工作传回的状态数据，检查状态数据格式从帧起始到帧结束的数据长度是否一致，数据国家网ID是否正确；数据格式正确性的判断方法采用统计数据格式正确率的方法，查看闪电定位仪总状态数据数量为M,判断正确数据格式的闪电定位仪状态数据为N，则状态数据格式正确率＝N/M*100％；状态数据格式正确率≥99％，则为设备状态数据格式正确。
优选地，所述的闪电定位仪检测故障诊断仪检查闪电定位仪设备状态数据的观测时间是否在正常合理范围内的具体方式为：闪电定位仪检测故障诊断仪通过与闪电定位仪相连的通讯线路，接收检查闪电定位仪设备状态数据，查看闪电定位仪存储的历史状态数据或正常工作传回的状态数据，解析闪电定位仪设备状态数据的观测时间，判断观测时间是否在正常合理范围内；观测时间正确性的判断方法采用统计观测时间正确率的方法，查看闪电定位仪总状态数据数量为M,判断正确观测时间的闪电定位仪状态数据为N，则状态数据格式正确率＝N/M*100％；观测时间正确率≥99％，则为设备状态观测时间正确。
优选地，所述的闪电定位仪检测故障诊断仪检查闪电定位仪设备的自检工作状态是否正常的具体方式为：闪电定位仪检测故障诊断仪通过与闪电定位仪相连的通讯线路，接收检查闪电定位仪设备状态数据，查看闪电定位仪存储的历史状态数据或正常工作传回的状态数据，解析闪电定位仪设备状态数据的设备工作状态信息，判断闪电定位仪设备自检工作状态是否正常。若设备显示无自检，则进行一次自检后进行统计；工作状态正确性的判断方法采用统计自检正常的状态数据占闪电定位仪设备总状态数据量的百分比，若查看闪电定位仪总状态数据数量为M,自检正常的状态数据为N，则状态数据格式正确率＝N/M*100％；自检正常的状态正确率≥99％，则认为设备工作状态正确。
优选地，所述的闪电定位仪检测故障诊断仪检查闪电定位仪设备的时钟源是否正常的具体方式为：闪电定位仪检测故障诊断仪通过与闪电定位仪相连的通讯线路，接收检查闪电定位仪设备状态数据，查看闪电定位仪存储的历史状态数据或正常工作传回的状态数据，解析闪电定位仪设备状态数据的时钟稳定度信息，检查闪电定位仪设备的时钟源是否正常；判断时钟源正常的方法为统计时钟稳定度小于闪电定位仪设备要求的最低时钟稳定度的状态数据量占总统计状态数据量的百分比，若查看闪电定位仪总状态数据数量为M,钟稳定度小于设备要求的最低时钟稳定度的状态数据量为N，则状态数据格式正确率＝N/M*100％；自检正常的状态正确率≥99％，则认为设备时钟源正常。
优选地，所述的闪电定位仪检测故障诊断仪检查闪电定位仪设备的触发阈值是否正常的具体方式为：闪电定位仪检测故障诊断仪通过与闪电定位仪相连的通讯线路，接收检查闪电定位仪设备状态数据，查看闪电定位仪存储的历史状态数据或正常工作传回的状态数据，解析闪电定位仪设备状态数据的触发阈值信息，检查闪电定位仪设备的触发阈值设置是否正常；判断闪电定位仪设备的触发阈值设置是否正常的方法为统计触发阈值设置值正确率，触发阈值设置值与闪电定位仪设备要求的最低灵敏度比较，一旦触发阈值设置值大于闪电定位仪设备要求的最低灵敏度，则认为闪电定位仪设备的触发阈值设置异常，若查看闪电定位仪总状态数据数量为M,闪电定位仪设备的触发阈值设置正常的状态数据量为N，则闪电定位仪设备最低灵敏度设置正确率＝N/M*100％；闪电定位仪设备最低灵敏度设置正确率≥99％，则认为闪电定位仪设备最低灵敏度设置正确。
优选地，所述的闪电定位仪检测故障诊断仪检查闪电定位仪设备的噪声干扰是否正常的具体方式为：闪电定位仪检测故障诊断仪通过与闪电定位仪相连的通讯线路，接收检查闪电定位仪设备状态数据，查看闪电定位仪存储的历史状态数据或正常工作传回的状态数据，解析闪电定位仪设备状态数据的噪声幅度，检查闪电定位仪设备的噪声干扰是否正常；闪电定位仪设备的噪声干扰是否正常的方法为提取存储的历史状态数据，在数据后段噪声区域读取连续时间N内的样本幅度Vi，计算噪声样本均方根值Vrms，为降低噪声干扰，触发阈值设定为噪声样本均方根值的1至3倍；
噪声样本均方根值Vrms为：
当Vrms高于触发阈值时，噪声干扰异常。
优选地，所述的闪电定位仪检测故障诊断仪检查闪电定位仪设备状态数据的经纬度是否正确的具体方式为：闪电定位仪检测故障诊断仪通过与闪电定位仪相连的通讯线路，接收检查闪电定位仪设备状态数据，查看闪电定位仪存储的历史状态数据或正常工作传回的状态数据，解析闪电定位仪设备状态数据的GPS状态信息及经纬度信息，检查闪电定位仪设备状态数据的经纬度是否正确；判断闪电定位仪设备的经纬度是否正确的方法为统计闪电定位仪的经纬度信息与闪电定位仪检测故障诊断仪的经纬度信息的平均偏差及标准偏差，其中，
平均偏差D为：
标准偏差σ为：
其中，Xi是闪电定位仪设备状态数据的经纬度信息，
Yi是闪电定位仪检测故障诊断仪测得的经纬度信息，
n为统计的闪电定位仪设备状态数据数量。
优选地，所述的主机还包括雷电脉冲数据质量控制模块，该雷电脉冲数据质量控制模块用于检查闪电定位仪雷电脉冲数据格式是否规范，检查闪电定位仪雷电脉冲数据的观测时间是否在正常合理范围内，检查闪电定位仪雷电脉冲数据的峰值磁场、峰值电场、波形峰点时间、波形后过零点时间以及计数编号是否正常，以及检查闪电定位仪雷电脉冲数据的波形特征是否正常。
优选地，所述的雷电脉冲数据质量控制模块检查闪电定位仪雷电脉冲数据格式是否规范的具体方式为：闪电定位仪检测故障诊断仪通过与闪电定位仪相连的通讯线路，接收检查闪电定位仪的设备脉冲数据，通过闪电定位仪检测故障诊断仪模拟闪电的功能模拟标准闪电波形，读取历史闪电定位仪雷电脉冲数据及测试触发的闪电定位仪雷电脉冲数据的数据长度及国家网ID,当日帧计数等信息，检查闪电定位仪雷电脉冲数据格式是否规范；闪电定位仪雷电脉冲数据格式正确性判断方法采用统计闪电定位仪雷电脉冲数据格式正确率的方法，查看闪电定位仪总脉冲数据数量为M,判断正确数据格式的闪电定位仪脉冲数据为N，则脉冲数据格式正确率＝N/M*100％；脉冲数据格式正确率≥99％，则为设备脉冲数据格式正确。
优选地，所述的雷电脉冲数据质量控制模块检查闪电定位仪雷电脉冲数据的观测时间是否在正常合理范围内的具体方式为：闪电定位仪检测故障诊断仪通过与闪电定位仪相连的通讯线路，接收检查闪电定位仪设备脉冲数据，通过闪电定位仪检测故障诊断仪模拟闪电的功能模拟标准闪电波形，读取闪电定位仪触发的闪电定位仪雷电脉冲数据的过阈值时间，检查闪电定位仪雷电脉冲数据的观测时间与闪电定位仪检测故障诊断仪设置的过阈值时间是否在误差范围内，如果在误差范围内，则认为闪电定位仪脉冲数据观测时间正确；闪电定位仪观测时间正确性判断方法采用统计闪电定位仪雷电脉冲数据观测时间正确率的方法，查看闪电定位仪总脉冲数据数量为M,判断正确的观测时间闪电定位仪脉冲数据为N，则闪电定位仪观测时间正确率＝N/M*100％；闪电定位仪观测时间正确率≥99％，则为设备脉冲数据观测时间正确。
优选地，所述的雷电脉冲数据质量控制模块检查闪电定位仪雷电脉冲数据的峰值磁场、峰值电场、波形峰点时间、波形后过零点时间以及计数编号是否正常的具体方式为：闪电定位仪检测故障诊断仪通过与闪电定位仪相连的通讯线路，接收检查闪电定位仪设备脉冲数据，通过闪电定位仪检测故障诊断仪模拟闪电的功能模拟标准闪电波形，读取闪电定位仪触发的闪电定位仪雷电脉冲数据的峰值磁场、峰值电场、波形峰点时间、波形后过零点时间信息，检查闪电定位仪峰值磁场、峰值电场、波形峰点时间、波形后过零点时间与闪电定位仪检测故障诊断仪设置的峰值磁场、峰值电场、波形峰点时间、波形后过零点时间是否在误差范围内，如果在误差范围内，则认为闪电定位仪脉冲数据正确；闪电定位仪数据异常的判断方法采用统计闪电定位仪雷电脉冲数据正确率的方法，查看闪电定位仪总脉冲数据数量为M,判断正确的闪电定位仪脉冲数据为N，则闪电定位仪脉冲数据正确率＝N/M*100％；若闪电定位仪脉冲数据正确率≥99％，则认为闪电定位仪设备脉冲数据正确。
优选地，所述的雷电脉冲数据质量控制模块检查闪电定位仪雷电脉冲数据的波形特征是否正常的具体方式为：闪电定位仪检测故障诊断仪通过与闪电定位仪相连的通讯线路，接收检查闪电定位仪设备脉冲数据，通过闪电定位仪检测故障诊断仪模拟闪电的功能模拟标准闪电波形，读取闪电定位仪触发的闪电定位仪雷电脉冲数据的波形类型信息，检查闪电定位仪波形类型与闪电定位仪检测故障诊断仪设置的波形类型是否在误差范围内，如果在误差范围内，则认为闪电定位仪波形特征正确；闪电定位仪波形特征正确性判断方法采用统计闪电定位仪雷电脉冲数据波形特征正确率的方法，查看闪电定位仪总脉冲数据数量为M,判断正确的波形特征闪电定位仪脉冲数据为N，则闪电定位仪脉冲数据波形特征正确率＝N/M*100％；若闪电定位仪脉冲数据波形特征正确率≥99％，则认为闪电定位仪波形特征正确；闪电定位仪波形特征正确性判断方法采用统计闪电定位仪雷电脉冲数据波形特征正确率的方法，查看闪电定位仪总脉冲数据数量为M,判断正确的波形特征闪电定位仪脉冲数据为N，则闪电定位仪脉冲数据波形特征正确率＝N/M*100％；若闪电定位仪脉冲数据波形特征正确率≥99％，则认为闪电定位仪波形特征正确。
优选地，所述的闪电定位仪检测故障诊断仪能够通过通讯链路发送自检命令，来控制闪电定位仪设备进行自检，发送自检命令后闪电定位仪会返回设备日期、时间、设备状态信息、主板温度、电源温度、主板电压、电源电压、时钟稳定度、自检时间、GPS精度系数、实测晶振频率、过阈值率、触发阈值、低于触发阈值的闪电数量、高于触发阈值的闪电数量、超量程的闪电数量、环极性闪、全量程AD转换精度、低量程AD转换精度、NS负值磁场放大精度、NS正值磁场放大精度、EW正值磁场放大精度、EW负值磁场放大精度、正值电场放大精度、负值电场放大精度和/或东西磁场放大系数比值；闪电定位仪检测故障诊断仪通过解析自检过程中传输的设备详细信息来判断闪电定位仪设备是否有故障，若闪电定位仪设备自检成功表示闪电定位仪自检无故障，若闪电定位仪设备自检失败则解析自检过程中传输的设备详细信息来定位故障点。
进一步优选地，所述的闪电定位仪检测故障诊断仪依据对被测试的闪电定位仪的测试项的测试结果进行故障诊断、数据质控以及对自检结果的判断，综合分析进行设备故障定位，同时建立故障库，当闪电定位仪设备应用过程中有故障产生时，首先通过故障库对故障进行初步分类，根据故障类别，针对性的对闪电定位仪设备进行功能检测，检测完成后通过测试结果对测试数据进行数据质量控制，判断详细的故障类型，再对闪电定位仪设备进行一次自检，结合自检结果对设备故障进行综合判定，结合故障库，给出详细的故障解决办法，并将故障添加至故障库中，方便后续故障诊断。
有益效果
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明所述的闪电定位仪检测故障诊断仪是一个集成波形测量、功率测量、低频超低频频谱测量、信号产生、电压电流测量等功能于一体的便携式测量设备，同时具备远程控制与测量、一键化或半自动化测试、测试报告自动生成、测试数据及图片留痕等功能。
本发明所述的闪电定位仪检测故障诊断仪可对闪电定位仪的GNSS天线、时间基准、前端模拟信号处理、采集和处理、探测数据存储、通讯模块、电源、整机功耗等核心组件和整机的性能、功能、特性等开展计量检测，检测项目包括磁天线带宽、磁天线灵敏度系数、磁天线输出阻抗、电天线带宽、电天线灵敏度系数、电天线输出阻抗、时间基准模块时间精度、定位精度、时钟频率、秒脉冲稳定度、采集和处理模块接收触发阈值、探测数据存储模块的存储功能、通讯模块通讯速率、电源模块输出电压、电源模块输出电压纹波、闪电类型识别、闪电特征量分析、整机功耗，抗干扰能力等。
本发明所述的闪电定位仪检测故障诊断仪采用屏蔽电缆加标准屏蔽测试舱组成标准的空间辐射电磁脉冲屏蔽环境，使测试结果只与馈入信号相关。
本发明所述的闪电定位仪检测故障诊断仪能够产生各种形状的模拟闪电波形，采用屏蔽线直接注入信号方式，以实现复杂的系统功能、性能测试。
本发明所述的闪电定位仪检测故障诊断仪通过完整的安全设计方案来有效的保护应用系统，系统运行安全、快捷，能够准确地对各种业务操作进行处理。
本发明所述的闪电定位仪检测故障诊断仪采用统计数据格式正确率的方法判断数据格式的正确性，通过与闪电定位仪相连的通讯线路，接收检查闪电定位仪设备状态数据，查看闪电定位仪存储的历史状态数据或正常工作传回的状态数据，解析闪电定位仪设备状态数据的观测时间，判断观测时间是否在正常合理范围内；采用统计观测时间正确率的方法判断观测时间的正确性；通过与闪电定位仪相连的通讯线路，接收检查闪电定位仪设备状态数据，查看闪电定位仪存储的历史状态数据或正常工作传回的状态数据，解析闪电定位仪设备状态数据的设备工作状态信息，判断闪电定位仪设备自检工作状态是否正常；采用统计自检正常的状态数据占总设备总状态数据量的百分比的方法判断工作状态的正确性；通过与闪电定位仪相连的通讯线路，接收检查闪电定位仪设备状态数据，查看闪电定位仪存储的历史状态数据或正常工作传回的状态数据，解析闪电定位仪设备状态数据的时钟稳定度信息，检查闪电定位仪设备的时钟源是否正常；判断时钟源正常的方法为统计时钟稳定度小于设备要求的最低时钟稳定度的状态数据量占总统计状态数据量的百分比；通过与闪电定位仪相连的通讯线路，接收检查闪电定位仪设备状态数据，查看闪电定位仪存储的历史状态数据或正常工作传回的状态数据，解析闪电定位仪设备状态数据的触发阈值信息，检查闪电定位仪设备的触发阈值设置是否正常；判断闪电定位仪设备的触发阈值设置是否正常的方法为统计触发阈值设置值正确率；通过与闪电定位仪相连的通讯线路，接收检查闪电定位仪设备状态数据，查看闪电定位仪存储的历史状态数据或正常工作传回的状态数据，解析闪电定位仪设备状态数据的噪声幅度，检查闪电定位仪设备的噪声干扰是否正常；通过与闪电定位仪相连的通讯线路，接收检查闪电定位仪设备状态数据，查看闪电定位仪存储的历史状态数据或正常工作传回的状态数据，解析闪电定位仪设备状态数据的GPS状态信息及经纬度信息，检查闪电定位仪设备状态数据的经纬度是否正确；判断闪电定位仪设备的经纬度是否正确的方法为统计闪电定位仪的经纬度信息与雷电检测故障诊断仪的经纬度信息的平均偏差及标准偏差；通过与闪电定位仪相连的通讯线路，接收检查闪电定位仪设备脉冲数据，通过雷电检测故障诊断仪模拟闪电的功能模拟标准闪电波形，读取闪电定位仪触发的闪电定位仪雷电脉冲数据的峰值磁场、峰值电场、波形峰点时间、波形后过零点时间信息，检查闪电定位仪峰值磁场、峰值电场、波形峰点时间、波形后过零点时间与雷电检测故障诊断仪设置的峰值磁场、峰值电场、波形峰点时间、波形后过零点时间是否在误差范围内，如果在误差范围内，则认为闪电定位仪脉冲数据正确；采用统计闪电定位仪雷电脉冲数据正确率的方法判断闪电定位仪观测时间的正确性；通过与闪电定位仪相连的通讯线路，接收检查闪电定位仪设备脉冲数据，通过雷电检测故障诊断仪模拟闪电的功能模拟标准闪电波形，读取闪电定位仪触发的闪电定位仪雷电脉冲数据的波形类型信息，检查闪电定位仪波形类型与雷电检测故障诊断仪设置的波形类型是否在误差范围内，如果在误差范围内，则认为闪电定位仪波形特征正确；采用统计闪电定位仪雷电脉冲数据波形特征正确率的方法判断闪电定位仪波形特征的正确性。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的具体实施方式一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1是本发明所述的闪电定位仪检测故障诊断仪的组成及连接示意图。
图2是本发明所述的闪电定位仪检测故障诊断仪的系统组成示意图。
图3是本发明所述的闪电定位仪检测故障诊断仪的内部连接关系示意图。
图4是设备状态数据质量控制模块检查闪电定位仪设备状态数据格式是否规范的检查流程图。
图5是设备状态数据质量控制模块检查闪电定位仪设备状态数据的观测时间是否在正常合理范围内的检查流程图。
图6是设备状态数据质量控制模块检查闪电定位仪设备的自检工作状态是否正常的检查流程图。
图7是设备状态数据质量控制模块检查闪电定位仪设备的时钟源是否正常的检查流程图。
图8是设备状态数据质量控制模块检查闪电定位仪设备的触发阈值是否正常的检查流程图。
图9是设备状态数据质量控制模块检查闪电定位仪设备的噪声干扰是否正常的检查流程图。
图10是设备状态数据质量控制模块检查闪电定位仪设备状态数据的经纬度是否正确的检查流程图。
图11是雷电脉冲数据质量控制模块检查闪电定位仪雷电脉冲数据格式是否规范的检查流程图。
图12是雷电脉冲数据质量控制模块检查闪电定位仪雷电脉冲数据的观测时间是否在正常合理范围内的检查流程图。
图13是雷电脉冲数据质量控制模块检查闪电定位仪雷电脉冲数据是否正常的检查流程图。
图14是雷电脉冲数据质量控制模块检查闪电定位仪雷电脉冲数据的波形特征是否正常的检查流程图。
图15是本发明所述的闪电定位仪检测故障诊断仪的故障诊断框图。
具体实施方式
在下文中更详细地描述了本发明以有助于对本发明的理解。
如图1至图3所示，本发明所述的闪电定位仪检测故障诊断仪包括主机1、标准屏蔽仓2和测试电缆3，所述的测试电缆3连接在所述的主机1和标准屏蔽仓2之间；所述标准屏蔽仓2的屏蔽仓体的内部设置有被测试的闪电定位仪4、模拟云闪辐射天线5和模拟地闪辐射天线6。所述的标准屏蔽仓2用于对闪电定位仪测试时对其天线进行电磁屏蔽。
由于闪电定位仪不仅要测试闪电天线、模拟信号预处理等模块指标，还要测试整机指标，因此不仅需要采用辐射信号空间馈入，还要产生各种形状的模拟闪电波形，采用屏蔽线直接注入信号的方式，以实现复杂的系统功能、性能测试。
本发明所述的主机1采用DAC芯片，用于产生1kHz～500kHz的标准模拟信号(幅度可调节)以及闪电模拟脉冲信号(波形可参考真实的闪电信号)，通过放大电路将所述主机产生的波形信号的电流放大，加至标准屏蔽仓上的模拟云闪辐射天线5或模拟地闪辐射天线上，通过电磁辐射让闪电定位仪探测；在测试闪电定位仪的波形识别功能时，所述的主机能够产生可编辑的复杂波形通过屏蔽电缆注入测试；在模拟地闪或云闪时，所述的主机通过闪电模拟器产生2Kv以上的高压脉冲信号并通过模拟云闪辐射天线或模拟地闪辐射天线空间辐射馈入，通过改变高压脉冲极性实现正地闪、负地闪及不同极性云闪，测量闪电定位仪的信号识别功能；所述的主机通过四通道的数据采集模块直连闪电定位仪的天线输出口，配置标准积分放大测试工装，能够测试闪电定位仪的磁场天线和电场天线的灵敏度及频率范围等指标；在测试闪电定位仪的模拟信号预处理模块的指标时，通过所述主机所带的屏蔽接口用屏蔽线直接注入信号至模拟信号预处理模块，通过所述主机自带的数据采集模块直连闪电定位仪的模拟信号预处理模块，能够测试模拟信号预处理模块的灵敏度及频率范围等指标；在测试整机指标时，所述的主机1能够产生1kHz～500kHz的标准模拟信号(幅度可调节)和高压脉冲信号，通过放大电路将所述主机产生的波形信号的电流放大，加至标准屏蔽仓上的模拟云闪辐射天线5或模拟地闪辐射天线上，通过电磁辐射去让闪电定位仪探测，用所述主机自带的网口连接闪电定位仪的通讯模块，从而测整机指标。
由于闪电定位仪设计时灵敏度要求比较高，因此很容易受周边电磁设备的干扰。本发明采用屏蔽电缆加标准屏蔽测试舱组成标准的空间辐射电磁脉冲屏蔽环境，使测试结果只与馈入信号相关。
优选地，所述的标准屏蔽仓2采用铁质材料，可以有效的屏蔽空间中的干扰电磁信号。闪电辐射天线(模拟云闪辐射天线5和模拟地闪辐射天线6)位于屏蔽仓体内靠近闪电定位仪的磁场天线的位置，能够方便的测量出测试信号天线与被测天线之间的距离。通过模拟闪电的辐射测试天线向电场天线、磁场天线辐射电磁信号，通过主机的数据采集模块进行电场天线、磁场天线及系统功能性能等测试。
所述的标准屏蔽仓采用一圆柱状铁质的磁屏蔽筒，对闪电定位仪的闪电天线进行覆盖，磁屏蔽筒的筒壁附近有一辐射天线(模拟地闪)，磁屏蔽筒的筒顶有一辐射天线(模拟云闪)，辐射天线采用长直导线辐射方式，在馈入口用铁氧体磁环屏蔽与导线垂直部分的空间电磁辐射，使长直导线产生等距离环形基准磁场强度标准辐射信号。长直导线方式等效地闪、云闪长距离直线击穿状态。
将标准屏蔽仓覆盖于闪电定位仪后，可采用天线辐射的方式对闪电定位仪的磁场、电场天线进行测试、可模拟云闪和地闪信号测试闪电定位仪的闪电类型识别功能。
优选地，所述的主机1包括显示屏、计算机和设置在机箱内的电源和故障诊断仪主机板，所述的电源用于为所述的显示屏、计算机和故障诊断仪主机板供电；所述的故障诊断仪主机板上设置有闪电波形存储模块、闪电模拟模块、数据采集模块、数字万用表模块、波形测量模块、功率测量模块、GNSS授时模块、时钟模块、信号处理模块和数据处理模块。
所述的闪电模拟模块采用高速DAC和高压脉冲开关，通过高速DAC实现各种闪电波形的模拟，然后模拟的闪电波形再通过电流电压放大电路进行电流放大，放大后的电流便可以通过标准屏蔽仓内的辐射天线辐射给闪电定位仪的磁场天线。同样，放大后的电压也可加载至标准屏蔽仓内的电场辐射天线，通过电场辐射天线辐射给闪电定位仪的电场天线，完成电磁天线的测试工作。
所述的数据采集模块上设置有磁场天线1测试口、磁场天线2测试口和电场天线测试口，还设置有模拟预处理通道1测试、模拟预处理通道2测试、模拟预处理通道3测试三个模拟预处理模块，所述的数据采集模块主要采集天线、预处理模块等信号采集测试，包括对磁场天线1测试口、磁场天线2测试口、电场天线测试口送来的闪电定位仪天线输出信号采样，测试磁场天线、电场天线方向图和增益；对模拟预处理通道1测试、模拟预处理通道2测试、模拟预处理通道3测试三个模拟预处理模块输出信号采集，测试三路模拟预处理电路的增益、频率范围以及带外抑制。
所述的数字万用表模块采用DAC基准电压输出、电压取样、电流取样、高精度AD以及数字万用表软件等实现，主要对各个模块的输入输出阻抗进行测试，测试时DAC通过高精度取样电阻输出基准电压到被测点，通过高精度AD采集压降，FPGA信号处理与数据处理软件自动计算阻抗。
所述的电源模块采用外购件电源，由于电源模块在雷电检测故障诊断仪主机内(主机为铁质外壳，具有电磁屏蔽的作用)且在标准屏蔽仓外，因此可采用开关电源输出12V电压，到闪电模拟模块、数据采集模块时采用LDO将电压降为5V并降低纹波。
所述的功率测量模块主要对闪电定位仪的整机功率进行测试。
所述的波形测量模块主要对秒脉冲测试、闪电波形测试、电源纹波测试、时钟频率测试等测试项进行测试。
所述的GNSS授时模块支持ns级高精度授时，支持GPS/GLONASS/BDS/Galileo等全系统全频点卫星信号，为全球最严苛的授时应用提供纳秒级卫星同步高精度授时基准。冷启动时间28s；热启动时间2s；72个通道；授时精度(1pps稳定度(RMS))5ns；定位精度3m；主要对接收的卫星同步信号进行解码，产生标准时间用来测试闪电定位仪的时间基准模块的准确性及定位的准确性。
时间基准模块的时钟模块外购，采用恒温晶振,晶振频率100M。时钟频率稳定度可达±100ppb(-27℃至70℃)。
所述的计算机为工控计算机，主要负责通过所述显示屏的显示界面与用户交互，通过USB接口向各模块发送测试指令，通过千兆网口可与闪电定位仪进行交互，发送闪电定位仪内部自检等交互指令、读取闪电定位仪存储参数、修改闪电定位仪接收触发阈值等功能。
工控计算机配置i7四核以上主机，8GB以上内存，512GB固态硬盘+1TB以上机械硬盘。
所述的测试电缆3包括第一屏蔽线、第二屏蔽线和网线，所述的第一屏蔽线用于辐射输入，所述的第二屏蔽线用于注入信号，所述的网线用于交互数据。
优选地，所述的计算机允许用户查看闪电定位仪的状态数据、检查数据格式、检查存储能力、检查软件更新、检查GNSS对时功能、检查自检功能、检查闪电极性识别、检查全波形闪电数据、检查时间精度、检查回击事件处理时间、检查功耗、检查电源、测试波形和测试功率等。同时还具备系统级的用户管理，日志管理，报表管理、软件升级等通用功能。
优选地，所述的闪电定位仪检测故障诊断仪具备用户管理功能，用户管理功能的设计原则包括：
1)安全性
注册时账号密码必须使用强加密手段加密存储，严禁使用明文存储或弱加密手段；注册和登录时账号信息传输通道必须加密。
2)分级管理
用户系统至少分为管理员账号和普通账号两种，管理员账号具有所有权限，并且可对其他账号进行管理。
3)权限可控
普通账号的权限由管理员账户分配，权限分配后管理员账户可随时对其权限进行管理。
4)授权具有时效性
账户登录后由系统授权，授权具有时效性，当用户不做任何操作超过指定时长必须重新登录，防止被非法使用。
5)操作留痕
登录用户的所有操作均需记录到日志数据中。
优选地，所述的计算机还包括用户管理模块、用户鉴权模块和权限管理模块。
所述的用户管理模块用于供用户实现用户注册、删除和修改操作。系统默认包含两级用户，分别是管理员用户和普通用户。管理员用户是系统内置用户，被分配后需自行修改密码。
注册新用户是通过登录管理员账号后，使用用户注册功能进行添加，注册新用户需要填写用户名、密码和联系方式等信息并提交保存至用户系统数据库，同时可以给用户指定级别(不同级别拥有指定的权限范围)。
用户删除和修改也是通过管理员账号操作，另外，普通用户也可修改自己账号的部分信息，如修改密码。
所述的用户鉴权模块采用Json web token(JWT)机制实现用户鉴权，JWT是为了在网络应用环境间传递声明而执行的一种基于JSON的开放标准(RFC7519)。该token被设计为紧凑且安全的，特别适用于分布式站点的单点登录(SSO)场景。JWT的声明一般被用来在身份提供者和服务提供者间传递被认证的用户身份信息，以便于从资源服务器获取资源，也可以增加一些额外的其它业务逻辑所必须的声明信息，该token也可直接被用于认证，也可被加密。
所述的权限管理模块采用RBAC模式设计，用户发出操作请求，平台根据登录角色信息进行鉴权，鉴权成功则执行操作并返回给用户，等待新的请求；鉴权失败则直接返回，用户可发起新的请求。RBAC需要构建两种映射关系，分别是“用户-角色”、“角色-权限”，前者属于一对一映射，后者属于一对多映射。针对每种映射,需要创建各自的数据库表。用户权限和用户级别绑定，不同用户级别拥有不同权限，由管理员用户分配每个级别的权限，用户的级别可由管理员根据功能访问权限划分为多个等级，用户权限的管理粒度可以细分到按钮或菜单。
用户权限判断流程包括：
1)用户通过客户端发起请求操作。
2)服务端对客户身份进行鉴权，同时获得用户角色。
3)通过用户角色判断用户权限。
4)如果角色已授权则执行操作，反之则驳回请求。
优选地，为了提高所述的闪电定位仪检测故障诊断仪的综合能力，所述的主机还包括电流电压电阻测量模块，用于进行电压电流电阻测量，进行功能选择、量程选择、测试次数和测量结果展示。
优选地，所述的电流电压电阻测量模块采用数字高压表模块，可进行快速测量，高达100个读数/秒，具有直流、交流电压电流测量，二极管测试、温度和频率测试，高速USB2.0、USBTMC-USB488标准(与
操作系统兼容)独立和模块化功能。与Agilent VEE工具套件、/>
Visual />
NET、C/C++和Visual />
6、/>
及Microsoft.NET Framework兼容，完全满足数字高压表模块相关技术指标要求。
优选地，所述的主机还包括交互模块，用于实现与闪电定位仪的交互。闪电定位仪检测故障诊断仪与闪电定位仪的交互是实现测试功能的基础。交互协议的支持，可实现通过软件代替用户操作闪电定位仪的过程，达到维护测试无需人为干预闪电定位仪系统，完成闪电定位仪的准备、运行、暂停、状态切换、数据上报结束等操作，实现闪电定位仪检测故障诊断仪维护测试的连续化、自动化需求。
所述的交互模块包含四个模块，分别是客户端、维护测试程序、闪电定位仪交互接口模块和闪电定位仪系统，其运作流程如下：
1)操作人员通过客户端启动维护测试任务。
2)维护测试程序的任务框架收到启动命令后，开始初始化测试项，同时启动测试模块并对其初始化，初始化过程需配置测试模块参数，以及对接数据处理流程。
3)系统启动时，闪电定位仪交互接口模块需建立与闪电定位仪交互的网络通道，维护测试项发来测试准备命令后，闪电定位仪交互接口模块通过已建立的网络通道将命令发送到闪电定位仪系统。
4)闪电定位仪收到准备命令时，开始调度闪电定位仪，做好测试准备。同时将结果通过接口回传给闪电定位仪检测故障诊断仪的主机，闪电定位仪检测故障诊断仪的主机把结果反馈到用户界面。
5)维护测试任务收到闪电定位仪准备完成的消息后，通过交互接口配置闪电定位仪相关参数，如脉宽和重频等。
6)闪电定位仪收到参数后，配置并启动相关测试功能，并反馈状态到闪电定位仪检测故障诊断仪。
7)闪电定位仪检测故障诊断仪启动测试模块，开始测量闪电定位仪相关接口输出的信号，并将测量结果保存到数据库，以备后续生成报告使用，同时把结果回传到客户端，由客户端显示当前测量参数。
8)测试任务完成测量后，通过交互接口发起测试结束命令。
9)闪电定位仪收到结束命令后，结束闪电定位仪相关功能，并反馈结果。
10)测试任务关闭测试模块，保存数据结果，同时反馈结果到客户端，至此一项测试任务结束。
闪电定位仪检测故障诊断仪是一个集成波形测量、功率测量、低频超低频频谱测量、信号产生、电压电流测量等功能于一体的便携式测量设备，同时具备远程控制与测量、一键化或半自动化测试、测试报告自动生成、测试数据及图片留痕等功能。
当与USB模块化仪器和DAQ系列的其它模块结合使用时，闪电定位仪检测故障诊断仪可提供更多的功能和更紧凑的解决方案。借助IVI-COM驱动程序，可兼容以下常用的开发环境：KeysightVEE、
Visual />
NET、C/C++和Visual Basic 6、Microsoft.NET框架和LabVIEW，26个预建置自动测量，包含最大峰值搜索功能的FFT，先进的触发特性(包括边沿、脉宽和可选择线路的视频)等，完全满足波形测试模块技术要求。
闪电定位仪检测故障诊断仪的数字高压表模块可进行快速测量，高达100个读数/秒，具有直流、交流电压电流测量，二极管测试、温度和频率测试，高速USB 2.0、USBTMC-USB488标准(与
操作系统兼容)独立和模块化功能。与Agilent VEE工具套件、/>
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及Microsoft.NETFramework兼容，满足数字高压表模块相关技术指标要求。
闪电定位仪检测故障诊断仪的信号中枢采用usb3.0总线集线器、千兆网络交换机，满足测试数据带宽要求。
闪电定位仪检测故障诊断仪的电源采用ARM-B+BCM高效率总线电源与Buck/Boost升降压电源技术结合，具有功率容量大，效率高，调节范围宽。
闪电定位仪检测故障诊断仪的加电控制采用触摸屏前置本机按键开关与网络控制模块远程开关结合，大功率固态继电器控制，具有本机遥控功能和无触点控制功能，固态继电器具有比电磁继电器更久远的使用寿命和安全性。
闪电定位仪检测故障诊断仪的bit控制结合波形测试、功率测试、频谱测试、信号产生、数字高压表模块等模块自身优异的自校准与自检功能，并能对系统其它模块快速自检，采用直接取样，级联开关扫描方式覆盖更多的监测点，更完整的工作保护和机内自检。
本发明所述的闪电定位仪检测故障诊断仪以完整的安全设计方案来有效的保护应用系统。
安全问题是重中之重，本发明对系统可能面临的安全风险进行了分类分析，以确定在本发明中应采用的安全策略与措施。
系统物理风险：
物理风险是指平台设备运行环境的保障风险、系统所使用的相关硬件设备的安全风险等方面。系统的运行要求安全、快捷、准确的对各种业务操作进行处理。这样就要求系统运行主机保持高效运作，同时系统的物理风险则要求降至最低。
数据传输安全风险：
数据传输风险即为数据在传输过程中可能被非法截获，泄露、篡改或伪造，主要包括客户端到系统服务器通过外网的传输风险，造成用户信息的被窃、外网系统到内外网系统的数据传输风险等。在网上关键数据传递过程中的泄密风险。
操作系统安全风险：
操作系统的安全性是系统安全管理的基础。Web服务器、数据库服务器以及各类业务和办公客户机等设备所使用的操作系统，不论是Windows XP/7/8等客户机操作系统，还是Windows Server 2003/2008/2012等服务器操作系统都存在信息安全漏洞，由操作系统信息安全漏洞带来的安全风险是最普遍的安全风险。
桌面应用系统的安全风险：
为优化整个应用系统的性能，无论是采用C/S应用模式架构或是B/S应用模式架构，桌面应用系统都是其系统的重要组成部分，不仅是用户访问系统资源的入口，也是系统管理员和系统安全管理员管理系统资源的入口，桌面应用系统的管理和使用不当，会带来严重的安全风险。例如通过邮件传播病毒；当口令或通信密码丢失、泄漏，系统管理权限丢失、泄漏时，轻者假冒合法身份用户进行非法操作。重者，“黑客”对系统实施攻击，造成系统崩溃。
内部风险：
内部风险主要是指通过系统内部的局域网等网络环境，由系统内部办公人员或设备引起的泄密风险。主要表现在内部管理人员通过主机或者网络获取客户资料、修改用户数据，故意破坏主机或网络数据等。
业务操作风险：
业务操作风险包括系统业务流程中可能出现的风险和内部系统管理操作中可能出现的风险。操作风险主要涉及系统业务账号的授权使用、系统业务中的信息交流等。
病毒危险风险：
在系统中，系统的编辑发布是必不可少的工作；而其核心就是编辑上传文件，在上传文件的过程中，很容易伴随病毒文件的上传，尽管防病毒软件安装率已大幅度提升，但一些部门或个人却没有好的防毒概念，从不进行病毒代码升级，而新病毒层出不穷，因此威胁性愈来愈大。
风险应对机制：
通过风险分析，根据风险代价平衡分析的原则、综合整体性原则、易操作性原则、适应性及灵活性原则、多重保护原则，需要制定相应的安全策略机制来解决系统开发运行过程中的风险。以达到安全目标，包括：保护系统的可用性、保护系统服务的连续性、实现网络的安全管理、保证用户登录的安全、重要数据的传输要进行加密、采取切实可靠的措施防止恶意攻击和数据泄密、下载的文件不会被恶意传播等。
风险应对机制如下：
网络传输安全：
网络通讯安全主要通过建立客户到系统服务器间安全信道实现，安全通道设计采用TLS2.0/SSL连接，部署在客户端的浏览器下载服务器端的安全证书，确定服务器的身份，然后建立双向加密信道传送数据。在特别要求安全的数据传输时，可建立双向证书技术实现。即，双方建立会话时，在服务器端提供自己的证书后，也要求客户端提供证书，以使服务器端也能确定客户端身份。数字证书技术能有效保证通信的机密性、可靠性和不可抵赖。在局域网中还可以使用VLAN来进行网络隔离，保证硬件接入的安全。考虑到接入网络的复杂性，需要考虑边界网络安全，禁止或者允许特点程序接入服务器。为了防止一些内部网络攻击，还要对流量进行监测，杜绝常见的网络攻击，比如DOS，中间人攻击、暴力破解等。
防病毒侵害：
平台与外接进行数据交互不可避免要考虑到各种电脑病毒的侵害，服务器上通过安装专业的第三方防病毒软件进行安全防护，客户端通过签名机制，保证软件包的完整性，避免用户下载安装被篡改后的病毒程序。
数据库系统安全：
数据库系统用于存放系统的业务数据、用户基本信息、系统参数和公共信息等。数据库系统的安全除需要考虑操作系统安全外，同时需要考虑数据库系统本身的安全。在数据库设计时要充分考虑到数据库元素之间的访问完整性机制，确保数据库内数据的合法修改及访问。对数据库的访问只能通过指定的应用服务器进行对数据库中关键数据字段进行使用不可逆加密，使得即使可以获得数据权限也不能看到数据的真实数据。
应用系统安全：
会员的身份认证采用用户名加口令的方式；提供用户的登录与权限的失效时间设置管理，用户注册登记信息的有效性认证管理，用户登录后通过Token进行会话管理，同时对用户的操作进行留痕记录。
容错设计：
容错是指在发生硬件故障或存在软件错误的情况下，仍能继续正确完成指定任务的系统。为保证系统具有高可靠、长寿命和响应迅速，必须采用容错技术。系统容错设计的指导思想是：系统发生故障时能自动检出并使系统自动恢复正常运行。同时，针对用户的一些易错操作也要进行容错设计，比如表单重复提交，非法请求参数，类型校验，格式校验，有效性校验。
优选地，所述的主机还包括设备状态数据质量控制模块，该设备状态数据质量控制模块用于检查闪电定位仪设备状态数据格式是否规范，检查闪电定位仪设备状态数据的观测时间是否在正常合理范围内，检查闪电定位仪设备的自检工作状态是否正常，检查闪电定位仪设备的时钟源是否正常，检查闪电定位仪设备的触发阈值是否正常，检查闪电定位仪设备的噪声干扰是否正常，以及检查闪电定位仪设备状态数据的经纬度是否正确。
数据格式：
闪电定位仪检测故障诊断仪通过与闪电定位仪相连的通讯线路，接收检查闪电定位仪设备状态数据，查看闪电定位仪存储的历史状态数据或正常工作传回的状态数据，检查状态数据格式从帧起始到帧结束的数据长度是否一致，数据国家网ID是否正确。
如图4所示，数据格式正确性判断方法采用统计数据格式正确率的方法，查看闪电定位仪总状态数据数量为M,判断正确数据格式的闪电定位仪状态数据为N，则状态数据格式正确率＝N/M*100％；状态数据格式正确率≥99％，则为设备状态数据格式正确。
观测时间：
闪电定位仪检测故障诊断仪通过与闪电定位仪相连的通讯线路，接收检查闪电定位仪设备状态数据，查看闪电定位仪存储的历史状态数据或正常工作传回的状态数据，解析闪电定位仪设备状态数据的观测时间，判断观测时间是否在正常合理范围内。
如图5所示，观测时间正确性判断方法采用统计观测时间正确率的方法。查看闪电定位仪总状态数据数量为M,判断正确观测时间的闪电定位仪状态数据为N，则状态数据格式正确率＝N/M*100％；观测时间正确率≥99％，则为设备状态观测时间正确。
工作状态：
闪电定位仪检测故障诊断仪通过与闪电定位仪相连的通讯线路，接收检查闪电定位仪设备状态数据，查看闪电定位仪存储的历史状态数据或正常工作传回的状态数据，解析闪电定位仪设备状态数据的设备工作状态信息，判断闪电定位仪设备自检工作状态是否正常。若设备显示无自检，则进行一次自检后进行统计。
如图6所示，工作状态正确性判断方法采用统计自检正常的状态数据占闪电定位仪设备总状态数据量的百分比。若查看闪电定位仪总状态数据数量为M,自检正常的状态数据为N，则状态数据格式正确率＝N/M*100％；自检正常的状态正确率≥99％，则认为设备工作状态正确。
时钟源：
闪电定位仪检测故障诊断仪通过与闪电定位仪相连的通讯线路，接收检查闪电定位仪设备状态数据，查看闪电定位仪存储的历史状态数据或正常工作传回的状态数据，解析闪电定位仪设备状态数据的时钟稳定度信息，检查闪电定位仪设备的时钟源是否正常。
如图7所示，判断时钟源正常的方法为统计时钟稳定度小于闪电定位仪设备要求的最低时钟稳定度的状态数据量占总统计状态数据量的百分比，若查看闪电定位仪总状态数据数量为M,钟稳定度小于设备要求的最低时钟稳定度的状态数据量为N，则状态数据格式正确率＝N/M*100％；自检正常的状态正确率≥99％，则认为设备时钟源正常。
最低灵敏度：
闪电定位仪检测故障诊断仪通过与闪电定位仪相连的通讯线路，接收检查闪电定位仪设备状态数据，查看闪电定位仪存储的历史状态数据或正常工作传回的状态数据，解析闪电定位仪设备状态数据的触发阈值信息，检查闪电定位仪设备的触发阈值设置是否正常。
如图8所示，判断闪电定位仪设备的触发阈值设置是否正常的方法为统计触发阈值设置值正确率。触发阈值设置值与闪电定位仪设备要求的最低灵敏度比较，一旦触发阈值设置值大于闪电定位仪设备要求的最低灵敏度(即两者差值≥0)，则认为闪电定位仪设备的触发阈值设置异常。若查看闪电定位仪总状态数据数量为M,闪电定位仪设备的触发阈值设置正常的状态数据量为N，则闪电定位仪设备最低灵敏度设置正确率＝N/M*100％；闪电定位仪设备最低灵敏度设置正确率≥99％，则认为闪电定位仪设备最低灵敏度设置正确。
噪声干扰：
闪电定位仪检测故障诊断仪通过与闪电定位仪相连的通讯线路，接收检查闪电定位仪设备状态数据，查看闪电定位仪存储的历史状态数据或正常工作传回的状态数据，解析闪电定位仪设备状态数据的噪声幅度，检查闪电定位仪设备的噪声干扰是否正常。
如图9所示，闪电定位仪设备的噪声干扰是否正常的方法为提取存储的历史状态数据，在数据后段噪声区域读取N连续时间样本幅度Vi，计算噪声样本均方根值Vrms。为降低噪声干扰，一般触发阈值设定为噪声样本均方根值的1至3倍。
噪声样本均方根值Vrms为：
当Vrms高于触发阈值时，噪声干扰异常。
经纬度：
闪电定位仪检测故障诊断仪通过与闪电定位仪相连的通讯线路，接收检查闪电定位仪设备状态数据，查看闪电定位仪存储的历史状态数据或正常工作传回的状态数据，解析闪电定位仪设备状态数据的GPS状态信息及经纬度信息，检查闪电定位仪设备状态数据的经纬度是否正确。
如图10所示，判断闪电定位仪设备的经纬度是否正确的方法为统计闪电定位仪的经纬度信息与闪电定位仪检测故障诊断仪的经纬度信息的平均偏差及标准偏差。
平均偏差(平均误差，均值差)D为：
平均偏差表征数据对的整体一致性情况，均值差越小说明一致性越好。
标准偏差σ(均方根误差RMSE)为：
标准偏差表征数据一致性的离散程度，标准偏差越大说明数据一致性分布不集中。
Xi，Yi分别是闪电定位仪设备状态数据的经纬度信息、闪电定位仪检测故障诊断仪测得的经纬度信息。n为统计的闪电定位仪设备状态数据数量。
优选地，所述的主机还包括雷电脉冲数据质量控制模块，该雷电脉冲数据质量控制模块用于检查闪电定位仪雷电脉冲数据格式是否规范，检查闪电定位仪雷电脉冲数据的观测时间是否在正常合理范围内，检查闪电定位仪雷电脉冲数据的峰值磁场、峰值电场、波形峰点时间、波形后过零点时间以及计数编号是否正常，以及检查闪电定位仪雷电脉冲数据的波形特征是否正常。
数据格式：
闪电定位仪检测故障诊断仪通过与闪电定位仪相连的通讯线路，接收检查闪电定位仪的设备脉冲数据，通过闪电定位仪检测故障诊断仪模拟闪电的功能模拟标准闪电波形，读取历史闪电定位仪雷电脉冲数据及测试触发的闪电定位仪雷电脉冲数据的数据长度及国家网ID,当日帧计数等信息，检查闪电定位仪雷电脉冲数据格式是否规范。
如图11所示，闪电定位仪雷电脉冲数据格式正确性判断方法采用统计闪电定位仪雷电脉冲数据格式正确率的方法，查看闪电定位仪总脉冲数据数量为M,判断正确数据格式的闪电定位仪脉冲数据为N，则脉冲数据格式正确率＝N/M*100％；脉冲数据格式正确率≥99％，则为设备脉冲数据格式正确。
观测时间：
闪电定位仪检测故障诊断仪通过与闪电定位仪相连的通讯线路，接收检查闪电定位仪设备脉冲数据，通过闪电定位仪检测故障诊断仪模拟闪电的功能模拟标准闪电波形，读取闪电定位仪触发的闪电定位仪雷电脉冲数据的过阈值时间，检查闪电定位仪雷电脉冲数据的观测时间与闪电定位仪检测故障诊断仪设置的过阈值时间是否在误差范围内，如果在误差范围内，则认为闪电定位仪脉冲数据观测时间正确。
如图12所示，闪电定位仪观测时间正确性判断方法采用统计闪电定位仪雷电脉冲数据观测时间正确率的方法，查看闪电定位仪总脉冲数据数量为M,判断正确的观测时间闪电定位仪脉冲数据为N，则闪电定位仪观测时间正确率＝N/M*100％；闪电定位仪观测时间正确率≥99％，则为设备脉冲数据观测时间正确。
数据异常：
闪电定位仪检测故障诊断仪通过与闪电定位仪相连的通讯线路，接收检查闪电定位仪设备脉冲数据，通过闪电定位仪检测故障诊断仪模拟闪电的功能模拟标准闪电波形，读取闪电定位仪触发的闪电定位仪雷电脉冲数据的峰值磁场、峰值电场、波形峰点时间、波形后过零点时间信息，检查闪电定位仪峰值磁场、峰值电场、波形峰点时间、波形后过零点时间与闪电定位仪检测故障诊断仪设置的峰值磁场、峰值电场、波形峰点时间、波形后过零点时间是否在误差范围内，如果在误差范围内，则认为闪电定位仪脉冲数据正确。
如图13所示，闪电定位仪数据异常的判断方法采用统计闪电定位仪雷电脉冲数据正确率的方法，查看闪电定位仪总脉冲数据数量为M,判断正确的闪电定位仪脉冲数据为N，则闪电定位仪脉冲数据正确率＝N/M*100％；若闪电定位仪脉冲数据正确率≥99％，则认为闪电定位仪设备脉冲数据正确。
波形特征：
闪电定位仪检测故障诊断仪通过与闪电定位仪相连的通讯线路，接收检查闪电定位仪设备脉冲数据，通过闪电定位仪检测故障诊断仪模拟闪电的功能模拟标准闪电波形，读取闪电定位仪触发的闪电定位仪雷电脉冲数据的波形类型信息，检查闪电定位仪波形类型与闪电定位仪检测故障诊断仪设置的波形类型是否在误差范围内，如果在误差范围内，则认为闪电定位仪波形特征正确。
如图14所示，闪电定位仪波形特征正确性判断方法采用统计闪电定位仪雷电脉冲数据波形特征正确率的方法，查看闪电定位仪总脉冲数据数量为M,判断正确的波形特征闪电定位仪脉冲数据为N，则闪电定位仪脉冲数据波形特征正确率＝N/M*100％；若闪电定位仪脉冲数据波形特征正确率≥99％，则认为闪电定位仪波形特征正确。
闪电定位仪波形特征正确性判断方法采用统计闪电定位仪雷电脉冲数据波形特征正确率的方法，查看闪电定位仪总脉冲数据数量为M,判断正确的波形特征闪电定位仪脉冲数据为N，则闪电定位仪脉冲数据波形特征正确率＝N/M*100％；若闪电定位仪脉冲数据波形特征正确率≥99％，则认为闪电定位仪波形特征正确。
进一步优选地，本发明所述的闪电定位仪检测故障诊断仪能够通过通讯链路发送自检命令，来控制闪电定位仪设备进行自检，主要通过通讯链路发送给闪电定位仪的自检命令。发送自检命令后闪电定位仪会返回设备日期、时间、设备状态信息(10-自检正常，11-自检异常)、主板温度、电源温度、主板电压、电源电压、时钟稳定度、自检时间、GPS精度系数、实测晶振频率、过阈值率、触发阈值、低于触发阈值的闪电数量、高于触发阈值的闪电数量、超量程的闪电数量、环极性闪、全量程AD转换精度、低量程AD转换精度、NS负值磁场放大精度、NS正值磁场放大精度、EW正值磁场放大精度、EW负值磁场放大精度、正值电场放大精度、负值电场放大精度、南北东西磁场放大系数比值等。闪电定位仪检测故障诊断仪通过解析自检过程中传输的设备详细信息来判断闪电定位仪设备是否有故障，若闪电定位仪设备自检成功表示闪电定位仪自检无故障，若闪电定位仪设备自检失败则解析自检过程中传输的设备详细信息来定位故障点，闪电定位仪自检详细信息对应故障点如下表所示。
表1闪电定位仪自检信息对应的设备故障点
进一步优选地，本发明所述的闪电定位仪检测故障诊断仪依据对被测试的闪电定位仪的测试项的测试结果进行故障诊断、数据质控以及对自检结果的判断，综合分析进行设备故障定位，同时建立故障库，闪电定位仪检测故障诊断仪故障诊断框图如图15所示，当闪电定位仪设备应用过程中有故障产生时，首先通过故障库对故障进行初步分类，根据故障类别，针对性的对闪电定位仪设备进行功能检测，检测完成后通过测试结果对测试数据进行数据质量控制，判断详细的故障类型，再对闪电定位仪设备进行一次自检，结合自检结果对设备故障进行综合判定。结合故障库，给出详细的故障解决办法，并将故障添加至故障库中，方便后续故障诊断。
以上描述了本发明优选实施方式，然其并非用以限定本发明。本领域技术人员对在此公开的实施方案可进行并不偏离本发明范畴和精神的改进和变化。
Claims (10)
1.一种闪电定位仪检测故障诊断仪，其特征在于，所述的闪电定位仪检测故障诊断仪包括主机、标准屏蔽仓和测试电缆，所述的测试电缆连接在所述的主机和标准屏蔽仓之间；所述标准屏蔽仓的屏蔽仓体的内部设置有被测试的闪电定位仪、模拟云闪辐射天线和模拟地闪辐射天线；所述的标准屏蔽仓用于对闪电定位仪测试时对闪电定位仪的天线进行电磁屏蔽；所述的主机用于产生1kHz～500kHz的标准模拟信号以及闪电模拟脉冲信号，通过放大电路将所述主机产生的波形信号的电流放大，加至标准屏蔽仓上的模拟云闪辐射天线或模拟地闪辐射天线上，通过电磁辐射让闪电定位仪探测；在测试闪电定位仪的波形识别功能时，所述的主机能够产生可编辑的复杂波形通过屏蔽电缆注入测试；在模拟地闪或云闪时，所述的主机通过闪电模拟器产生2Kv以上的高压脉冲信号并通过模拟云闪辐射天线或模拟地闪辐射天线空间辐射馈入，通过改变高压脉冲极性实现正地闪、负地闪及不同极性云闪，测量闪电定位仪的信号识别功能；所述的主机通过四通道的数据采集模块直连闪电定位仪的天线输出口，配置标准积分放大测试工装，能够测试闪电定位仪的磁场天线和电场天线的灵敏度及频率范围；在测试闪电定位仪的模拟信号预处理模块的指标时，通过所述主机所带的屏蔽接口用屏蔽线直接注入信号至模拟信号预处理模块，通过所述主机自带的数据采集模块直连闪电定位仪的模拟信号预处理模块，能够测试模拟信号预处理模块的灵敏度及频率范围；在测试整机指标时，所述的主机能够产生1kHz～500kHz的标准模拟信号和高压脉冲信号，通过放大电路将所述主机产生的波形信号的电流放大，加至标准屏蔽仓上的模拟云闪辐射天线或模拟地闪辐射天线上，通过电磁辐射去让闪电定位仪探测，用所述主机自带的网口连接闪电定位仪的通讯模块，从而测整机指标。
2.根据权利要求1所述的闪电定位仪检测故障诊断仪，其特征在于，所述的标准屏蔽仓采用铁质材料，能够有效地屏蔽空间中的干扰电磁信号；所述的标准屏蔽仓采用一圆柱状铁质的磁屏蔽筒，对闪电定位仪的闪电天线进行覆盖，模拟地闪辐射天线设置于磁屏蔽筒的筒壁；模拟云闪辐射天线设置于磁屏蔽筒的筒顶；模拟云闪辐射天线和模拟地闪辐射天线采用长直导线辐射方式，在馈入口用铁氧体磁环屏蔽与导线垂直部分的空间电磁辐射，使长直导线产生等距离环形基准磁场强度标准辐射信号；长直导线方式等效地闪、云闪长距离直线击穿状态；将标准屏蔽仓覆盖于闪电定位仪后，采用天线辐射的方式对闪电定位仪的磁场天线和电场天线进行测试，能够模拟云闪和地闪信号测试闪电定位仪的闪电类型识别功能。
3.根据权利要求1所述的闪电定位仪检测故障诊断仪，其特征在于，所述的主机包括显示屏、计算机和设置在机箱内的电源和故障诊断仪主机板，所述的电源用于为所述的显示屏、计算机和故障诊断仪主机板供电；所述的故障诊断仪主机板上设置有闪电波形存储模块、闪电模拟模块、数据采集模块、数字万用表模块、波形测量模块、功率测量模块、GNSS授时模块、时钟模块、信号处理模块和数据处理模块；所述的闪电模拟模块采用高速DAC和高压脉冲开关，通过高速DAC实现各种闪电波形的模拟，然后模拟的闪电波形再通过电流电压放大电路进行电流放大，放大后的电流通过标准屏蔽仓内的辐射天线辐射给闪电定位仪的磁场天线；同样，放大后的电压加载至标准屏蔽仓内的电场辐射天线，通过电场辐射天线辐射给闪电定位仪的电场天线，完成电磁天线的测试工作；所述的数据采集模块上设置有磁场天线1测试口、磁场天线2测试口和电场天线测试口，还设置有模拟预处理通道1测试、模拟预处理通道2测试、模拟预处理通道3测试三个模拟预处理模块，所述的数据采集模块用于对磁场天线1测试口、磁场天线2测试口和电场天线测试口送来的闪电定位仪天线输出信号采样，测试磁场天线、电场天线的方向图和增益；对模拟预处理通道1测试、模拟预处理通道2测试、模拟预处理通道3测试三个模拟预处理模块输出信号进行采集，测试三路模拟预处理电路的增益、频率范围以及带外抑制；所述的数字万用表模块采用DAC基准电压输出、电压取样、电流取样、高精度AD以及数字万用表软件实现，用于对被测模块的输入输出阻抗进行测试，测试时DAC通过高精度取样电阻输出基准电压到被测点，通过高精度AD采集压降，FPGA信号处理与数据处理软件自动计算阻抗；所述的电源采用开关电源输出12V电压，到闪电模拟模块和数据采集模块时采用LDO将电压降为5V并降低纹波；所述的功率测量模块用于对闪电定位仪的整机功率进行测试；所述的波形测量模块用于实现秒脉冲测试、闪电波形测试、电源纹波测试和时钟频率测试；所述的GNSS授时模块支持ns级高精度授时，支持全系统全频点卫星信号，用于对接收的卫星同步信号进行解码，产生标准时间用来测试闪电定位仪的时间基准模块的准确性及定位的准确性；所述的计算机为工控计算机，用于通过所述显示屏的显示界面与用户交互，通过USB接口发送测试指令，通过千兆网口与闪电定位仪进行交互，发送闪电定位仪内部自检的交互指令，读取闪电定位仪的存储参数，以及修改闪电定位仪的接收触发阈值。
4.根据权利要求1所述的闪电定位仪检测故障诊断仪，其特征在于，所述的测试电缆包括第一屏蔽线、第二屏蔽线和网线，所述的第一屏蔽线用于辐射输入，所述的第二屏蔽线用于注入信号，所述的网线用于交互数据。
5.根据权利要求3所述的闪电定位仪检测故障诊断仪，其特征在于，所述的计算机允许用户查看闪电定位仪的状态数据、检查数据格式、检查存储能力、检查软件更新、检查GNSS对时功能、检查自检功能、检查闪电极性识别、检查全波形闪电数据、检查时间精度、检查回击事件处理时间、检查功耗、检查电源、测试波形和测试功率，同时还具备系统级的用户管理，日志管理，报表管理和软件升级功能。
6.根据权利要求1所述的闪电定位仪检测故障诊断仪，其特征在于，所述的主机还包括电流电压电阻测量模块，用于进行电压电流电阻测量，进行功能选择、量程选择、测试次数和测量结果展示。
7.根据权利要求1所述的闪电定位仪检测故障诊断仪，其特征在于，所述的主机还包括设备状态数据质量控制模块，该设备状态数据质量控制模块用于检查闪电定位仪设备状态数据格式是否规范，检查闪电定位仪设备状态数据的观测时间是否在正常合理范围内，检查闪电定位仪设备的自检工作状态是否正常，检查闪电定位仪设备的时钟源是否正常，检查闪电定位仪设备的触发阈值是否正常，检查闪电定位仪设备的噪声干扰是否正常，以及检查闪电定位仪设备状态数据的经纬度是否正确。
8.根据权利要求7所述的闪电定位仪检测故障诊断仪，其特征在于，所述的闪电定位仪检测故障诊断仪检查闪电定位仪设备的噪声干扰是否正常的具体方式为：闪电定位仪检测故障诊断仪通过与闪电定位仪相连的通讯线路，接收检查闪电定位仪设备状态数据，查看闪电定位仪存储的历史状态数据或正常工作传回的状态数据，解析闪电定位仪设备状态数据的噪声幅度，检查闪电定位仪设备的噪声干扰是否正常；闪电定位仪设备的噪声干扰是否正常的方法为提取存储的历史状态数据，在数据后段噪声区域读取连续时间N内的样本幅度Vi，计算噪声样本均方根值Vrms，为降低噪声干扰，触发阈值设定为噪声样本均方根值的1至3倍；
噪声样本均方根值Vrms为：
当Vrms高于触发阈值时，噪声干扰异常。
9.根据权利要求7所述的闪电定位仪检测故障诊断仪，其特征在于，所述的闪电定位仪检测故障诊断仪检查闪电定位仪设备状态数据的经纬度是否正确的具体方式为：闪电定位仪检测故障诊断仪通过与闪电定位仪相连的通讯线路，接收检查闪电定位仪设备状态数据，查看闪电定位仪存储的历史状态数据或正常工作传回的状态数据，解析闪电定位仪设备状态数据的GPS状态信息及经纬度信息，检查闪电定位仪设备状态数据的经纬度是否正确；判断闪电定位仪设备的经纬度是否正确的方法为统计闪电定位仪的经纬度信息与闪电定位仪检测故障诊断仪的经纬度信息的平均偏差及标准偏差，其中，
平均偏差D为：
标准偏差σ为：
其中，Xi是闪电定位仪设备状态数据的经纬度信息，
Yi是闪电定位仪检测故障诊断仪测得的经纬度信息，
n为统计的闪电定位仪设备状态数据数量。
10.根据权利要求1所述的闪电定位仪检测故障诊断仪，其特征在于，所述的主机还包括雷电脉冲数据质量控制模块，该雷电脉冲数据质量控制模块用于检查闪电定位仪雷电脉冲数据格式是否规范，检查闪电定位仪雷电脉冲数据的观测时间是否在正常合理范围内，检查闪电定位仪雷电脉冲数据的峰值磁场、峰值电场、波形峰点时间、波形后过零点时间以及计数编号是否正常，以及检查闪电定位仪雷电脉冲数据的波形特征是否正常。
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