闪电是一种常见的自然现象,可能会对地面的建筑、电子设备等造成一定危害,因此研究闪电的形成机理和演化规律具有重要意义。对闪电电磁场波形数据的采集并进行闪电定位是研究闪电特点的一种重要方法。本文设计了一种可以对闪电电磁场信号进行感应、调理、采集,并对闪电进行定位的系统。闪电探测站一般在野外无人的环境下工作,因此传统基于采集卡和工控机的采集系统受到限制,如体积大、功耗高等。闪电发生时的瞬变磁场一般持续0.2ms左右,磁场传播速度为3×10~8m/s,且需要设置多站台同步观测,所以一般要求系统采样率达1M以上、拥有阈值可调的自触发能力以及各探测站之间时间同步误差小于100ns,并且需要同时采集与传感器垂直和平行两个方向的电磁场。本文设计了一种基于嵌入式平台的闪电定位与波形数据采集系统。该系统主要特点有:通过GPS的时间、PPS脉冲为各个监测点建立精确的时间基准,试验表明同步时间误差平均值达46.02ns;利用两对增益不同且正交的磁芯线圈实现同时采集与传感器平行和垂直以及不同距离段的闪电磁场波形数据;ADC采用LTC2325,4通道同步采集,16bit精度,采样速率可达5Msps,使得系统可以快速精确捕获到闪电信号峰值特征,每通道功耗仅为40m W。本文首先完成了系统方案设计,求出闪电发生时磁场分布大小,根据系统探测的范围与磁场的分布,设计出磁芯线圈天线,然后采集磁场数据,并通过闪电定位算法计算出闪电位置;为更高效调动硬件资源,本系统移植实时操作系统,并以此平台完成软件设计;采用逻辑性更高的CPLD控制对时序要求严格的ADC,并读取数据;采用QT上位机,使数据可视化,方便远程数据读取和系统控制。最后进行系统调试,验证了该系统的数据采集性能、时间同步性能、峰值波形特征准确捕获性能以及网络通讯性能。