[发明专利]雷达的风电场杂波抑制中风轮机朝向估计方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达信号处理技术领域,特别是涉及一种雷达的风电场杂波抑制中风轮机朝向估计方法。

背景技术

研究表明风电场作为一种特殊的高大障碍物，可能对包括航管监视雷达、气象雷达、无线电导航设备在内的无线电设备产生显著影响，因此若能对航管监视雷达、气象雷达等雷达系统中风电场杂波进行有效抑制，对于保障雷达设备正常工作以及飞行安全无疑具有重要意义。

利用雷达信号处理机采用信号处理方法抑制风电场杂波是减轻或消除风电场杂波干扰的一种成本相对低廉且有效的方法，采用信号处理方法获取风轮机朝向参数可以为风电场杂波抑制方法提供重要信息。

目前已有的利用信号处理获取风轮机朝向的方法通常是先利用风轮机雷达回波信号的时频谱特征获取风轮机的转速，再利用由时频谱得到的风轮机叶尖相对雷达的最大径向线速度，以及由风轮机转速和叶片长度推得的叶尖线速度，推算出风轮机旋转面相对雷达视线的夹角。

但是，上述方法利用时频谱特征获取风轮机转速时，需要利用凝视模式的雷达回波数据，但实际雷达往往采用旋转扫描方式工作，因此无法获得凝视模式的数据，所以上述获取风轮机转速的方法在实际中往往不可行。同时，目前的方法对于风电场中各风轮机间的关系也未充分利用。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供了一种雷达的风电场杂波抑制中风轮机朝向估计方法。

为了达到上述目的，本发明提供的雷达的风电场杂波抑制中风轮机朝向估计方法包括按顺序进行的下列步骤：

步骤一：根据风电场中各风轮机相对于雷达的位置关系确定风轮机所在的雷达分辨单元，并分析这些雷达分辨单元的频谱，然后根据各风轮机所在雷达分辨单元的频谱宽度估算出对应的线速度，该线速度为风轮机叶片尖端相对于雷达的最大径向线速度；

步骤二：对于每台风轮机，建立各风轮机叶片尖端最大径向线速度与风轮机朝向角对应关系的方程；

步骤三：计算各风轮机间的空间距离，将距离较近的两台或多台风轮机编为一组；

步骤四：利用风电场中所有风轮机朝向一致的特点，联立同一组中多台风轮机叶片尖端最大径向线速度与风轮机朝向角对应关系的方程组，估算出各台风轮机相一致的朝向角，不同组风轮机将估算出多个朝向角；

步骤五：对估算出的多个朝向角进行筛选，将筛选后剩下的朝向角的均值作为最终的朝向角估算结果。

在步骤四中，所述的同一组中多台风轮机叶片尖端最大径向线速度与风轮机朝向角对应关系的方程组为：

式中v_i(i＝1,2,…,n)为第i台风轮机叶片尖端相对于雷达的最大径向线速度，θ_i(i＝1,2,…,n)为雷达到第i台风轮机旋转面中心视线相对正北方向的方位角，m_j为第j组所有风轮机相同的叶片尖端最大线速度，α_j为第j组所有风轮机相同的朝向角。利用已知的v_i，θ_i求解风轮机朝向角α_j。

在步骤五中，所述的对估算出的多个朝向角进行筛选，提高风轮机朝向估计准确度的方法为：对不同组风轮机估算出的多个朝向角进行统计分析，计算其均值与标准差，并计算由均值加减若干倍的标准差所确定的区间，剔除估计出的多个朝向角中不在该区间内的估计值。

本发明提供的雷达的风电场杂波抑制中风轮机朝向估计方法适用于航管一次监视雷达和多普勒天气雷达，可以为上述雷达系统基于信号处理的风电场杂波抑制方法，解决风轮机朝向角这一重要参数的估计问题。

附图说明

图1为本发明提供的雷达的风电场杂波抑制中风轮机朝向估计方法流程图。

图2为本发明中风轮机朝向角定义。

图3为本发明中各风轮机与雷达的位置关系。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的雷达的风电场杂波抑制中风轮机朝向估计方法进行详细说明。

如图1所示，本发明提供的雷达的风电场杂波抑制中风轮机朝向估计方法包括按顺序进行的下列步骤：

步骤一：根据风电场中各风轮机相对于雷达的位置关系确定风轮机所在的雷达分辨单元，并分析这些雷达分辨单元的频谱，然后根据各风轮机所在雷达分辨单元的频谱宽度估算出对应的线速度，该线速度为风轮机叶片尖端相对于雷达的最大径向线速度。