[发明专利]基于两维联合插值的气象雷达风电场杂波抑制方法

说明书

本发明公开了一种基于两维联合插值的气象雷达风电场杂波抑制方法，该方法针对低信噪比情况下，首先对同时包含风力涡轮机杂波(WTC)和气象信号的距离单元置零，以该距离单元为中心，两端各选取2个相邻距离单元，通过相干积累提高信噪比。再分别计算出距离域一维插值气象信号估计值和多普勒域一维插值气象信号估计值，最后根据最小二乘法计算出的两维权系数进行两维联合插值。仿真实验结果表明，本方法在低信噪比情况下，可有效提高插值精度，实现气象信号的精确恢复，且运算量小，适合工程应用。

技术领域

本发明涉及一种基于两维联合插值的气象雷达风电场杂波抑制方法，特别涉及一种基于距离—多普勒域两维联合插值的气象雷达风电场杂波抑制方法，属于气象雷达杂波抑制领域。

背景技术

石油价格的不断上涨，以及全球气候变化的加剧，为许多替代能源——可再生清洁能源，铺平了道路，其中增长最快的是风力发电。风力发电作为一种清洁可再生能源，已得到世界各国广泛关注。由于风电场数量和规模呈指数式增长，风力涡轮机叶片高速旋转引起的时变运动杂波已成为制约气象雷达探测性能的主要限制因素。

传统杂波抑制技术都是基于杂波信号与气象回波在多普勒域或距离－多普勒域可分离条件，采用滤波或分离算法对杂波进行有效抑制。但风力涡轮机杂波由于大型叶片高速旋转，其多普勒频谱严重展宽甚至产生混叠，因此气象信号淹没在风力涡轮机杂波中，导致时、频滤波或分离算法均无法在抑制杂波信号的同时实现对气象信号的无损保留。因此时域滤波、频域滤波等方法均失效。对此，国内外科学家就插值算法进行了深入研究，常用的插值算法有拉格朗日插值、样条插值、统计不变插值(ISI)等。传统插值算法在低信噪比情况下，无法恢复出气象信号。且传统插值算法只是利用了气象数据的空间信息，而气象数据是典型的时空信号。面向空间的插值算法直接应用到时空过程可能导致有价值信息在时间维的丢失，影响插值精度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于两维联合插值的气象雷达风电场杂波抑制方法，改善了低信噪比情况下，传统插值无法恢复出气象信号的问题，并且将一维插值扩展到二维插值，有效地提高了插值性能，实现了气象信号的精确恢复。

本发明一种基于距离—多普勒域两维联合插值的气象雷达风电场杂波抑制方法，在低信噪比情况下，首先进行相干积累提高信噪比，将气象雷达回波信号转换至距离—多普勒域后，同时联合距离域和多普勒域的信息，提高插值精度，实现气象信号的精确恢复。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明提供一种基于两维联合插值的气象雷达风电场杂波抑制方法，，该方法的具体步骤如下：

步骤1，对同时包含风力涡轮机杂波WTC和气象信号的距离单元置零，以该距离单元为中心，两端各选取2个相邻距离单元，通过相干积累提高信噪比；

步骤2，对雷达扫描回波信号进行预处理，构建雷达插值初始矩阵；

步骤3，分别计算距离域一维插值气象信号估计值和多普勒域一维插值气象信号估计值；

步骤4，根据最小二乘法计算出的两维权系数，进行两维联合插值，得到两维联合插值气象信号估计值；

步骤5，输出抑制WTC后的信号。

作为本发明的进一步技术方案，步骤1具体为：

对同时包含WTC和气象信号的第a个距离单元置零，对第a±i个距离单元进行相干积累，通过快速傅立叶变换实现：

式中，i＝1,2，x_a±i(n)、分别为第a±i个距离单元雷达当前扫描与前一次扫描回波信号，X_a±i(k)、分别为x_a±i(n)、经过傅立叶变换后的结果，K为脉冲数。