[发明专利]基于低秩Hankel矩阵补全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低秩汉克尔（Hankel）矩阵补全的气象雷达风电场杂波抑制方法，利用气象信号空间相关性，首先将同时包含气象信号和风力涡轮机杂波的距离单元置零，并在该距离单元两侧对称取32个距离单元，然后逐脉冲将距离向量重构为满足零元素随机分布的低秩Hankel矩阵，最后通过非精确增广拉格朗日乘子法（IALM）解决约束秩最小化问题有效恢复气象数据。仿真实验结果表明，该发明在抑制风力涡轮机杂波（WTC）的同时也抑制了噪声干扰，提高了气象信号的信噪比，具有很好的工程应用前景。

技术领域

本发明涉及气象雷达信号处理领域，尤其涉及一种基于低秩Hankel矩阵补全的气象雷达风电场杂波抑制方法。

背景技术

为应对能源的潜在危机和全球变暖等生态环境的恶化，世界各国都在积极开发可再生清洁能源，风力发电作为可再生清洁能源的一种重要形式受到了全世界的高度关注。近年来，全球范围内的风电场规模和数量正呈指数式增长，风轮机叶片的转速与长度不断增加，但研究表明，风电场风力涡轮机由于叶片高速旋转引起的运动杂波对雷达、通信导航等电子设备会产生严重影响，给各类雷达目标检测带来了新的挑战，而现有的杂波抑制技术均无法有效滤除风力涡轮机杂波(WTC)，对气象信息的预测精度产生了严重的影响，因此风力涡轮机杂波已成为当今气象雷达杂波抑制的核心问题。

现有杂波抑制技术如时域滤波方法、频域滤波方法、基于功率谱特征的滤波方法由于风力涡轮机的高速旋转造成的频谱展宽，使得气象信息损失严重，导致无法有效的抑制WTC，极大地影响了气象信息的预测精度。欧美科学家在详细分析了气象雷达不同工作模式下风力涡轮机杂波与气象回波的时、频域分布特性之后，提出的基于多重二次插值恢复、距离－多普勒谱回归、递归稀疏重构等风力涡轮机杂波抑制算法，也受风电场规模、风机转速、气象雷达工作模式等实际条件限制，上述算法均无法同时兼顾风力涡轮机杂波抑制与气象信息无损恢复。此外传统WTC抑制方法分别只单独处理每个距离单元的数据，而不需要利用其他距离单元的信息。且不能有效地抑制噪声信号。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种基于低秩Hankel矩阵补全的气象雷达风电场杂波抑制方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

基于低秩Hankel矩阵补全的气象雷达风电场杂波抑制方法，包括如下步骤：

步骤1)，建立气象雷达回波信号模型：

气象雷达接收信号包含气象信号、地杂波信号和噪声信号，令第i个距离单元包含WTC信号、其他距离单元均不包含WTC信号，第m个脉冲下输入信号记为x_i(m)＝s_i(m)+c_i(m)+w_i(m)+n_i(m),m＝1,..M.,，其中，s_i(m)为气象信号、c_i(m)为地杂波信号、w_i(m)为WTC信号、n_i(m)为噪声，M为脉冲数，s_i(m)与n_i(m)为目标信号，t_i(m)＝s_i(m)+n_i(m)；

步骤2)，随机采样构建低秩MC矩阵：

已知观测矩阵X_L×M，在第i个距离单元两侧各取32距离单元，并将第i个距离单元中的回波信号[x_i(1),x_i(2),...,x_i(M)]置零，得：