[发明专利]基于改进岭回归的气象雷达风力涡轮机杂波抑制方法

权利要求书

1.基于改进岭回归的气象雷达风力涡轮机杂波抑制方法，其特征在于，包括如下具体步骤：

步骤一、气象雷达接收端回波信号为：

假定气象雷达第i个距离单元C_i接收到风力涡轮机杂波WTC信号，其第k个脉冲下接收信号C_i(k)为：

C_i(k)＝s_i(k)+w_i(k)+n_i(k),k＝1,...,K

其中s_i(k)、w_i(k)、n_i(k)分别表示第i个距离单元在第k个脉冲时接收的气象信号、WTC信号和噪声信号，K为雷达相干积累脉冲数；

与第i个距离单元相邻的第j个距离单元C_j未接收到WTC信号，其在第k个脉冲下接收信号C_j(k)为：

C_j(k)＝s_j(k)+n_j(k)

其中s_j(k)、n_j(k)分别表示第j个距离单元在第k个脉冲时接收的气象信号、噪声信号；

步骤二、相邻距离单元气象信息提取，具体为：

在存在WTC污染的第i个距离单元C_i两侧各取10个距离单元，得到相邻距离单元气象信号包含功率、多普勒速度和谱宽在内的谱矩参数；

2.1构建拟合矩阵X：

其中r_l表示第l个距离单元上散射点的斜距，l＝i-10,...,i+10，X的维数为L×M，L为选取的距离单元数，L＝20，M为多项式阶数，M＝3；

构建包括受WTC污染的第i个距离单元在内的拟合估计矩阵X^*：

2.2谱矩参数计算：

平均多普勒速度估计为：

平均速度谱宽估计为：

平均功率估计为：

p＝R_0l

其中，λ为雷达工作波长，PRF为雷达脉冲重复频率，∠表示取相位角，R_0l表示第l个距离单元回波信号序列零延迟自相关参数，R_1l表示第l个距离单元的回波信号序列一阶自相关参数；

根据上述平均多普勒速度估计、平均速度谱宽估计和平均功率估计公式，计算第i个距离单元内气象信号三个谱矩参数的估计值：第i个距离单元内气象信号的平均多普勒速度估计v_{i_est}、平均速度谱宽估计σ_{i_est}、平均功率估计p_{i_est}；

步骤三、受WTC污染的气象信号谱矩信息拟合估计，具体为：

3.1建立加权岭回归模型

加权岭回归模型的代价函数如下：

min{||Xβ_ridge-Y||²+k_ridge||β_ridge||²}

加权岭回归模型的岭回归系数如下：

β_ridge＝(X^TWX+k_ridgeI)^-1X^TWY

其中Y为步骤2.2中计算得到的谱矩参数估计值构成的矩阵，k_ridge为岭回归参数，W为各个距离单元对应的拟合权重构成的矩阵，第j个距离单元对应的拟合权重L_prox为距离阈值；

3.2求解最优岭回归参数

假设拟合矩阵X的奇异值分解为：

X＝UDV

其中U为L阶正定矩阵，V为M阶正定矩阵，D为L×M维矩阵，其对角线元素为X^TX特征值λ_n的平方根，n＝1,2,...M；

利用广义交叉验证GCV求解最优岭回归参数即求满足广义交叉验证函数取极小值时对应的参数

3.3求解岭回归系数

3.2中得到的最优岭回归参数代入β_ridge＝(X^TWX+k_ridgeI)^-1X^TWY，由拟合估计矩阵X^*得到Y的拟合估计为：

由此得到第i个距离单元内气象信号谱矩参数的拟合估计值构成的矩阵即得到第i个距离单元内气象信号的平均多普勒速度拟合估计v_{i_ridge}、平均速度谱宽拟合估计σ_{i_ridge}、平均功率拟合估计p_{i_ridge}；进而实现被污染距离单元中气象信号回波信息的高精度恢复，完成WTC的有效抑制。

2.如权利要求1所述的基于改进岭回归的气象雷达风力涡轮机杂波抑制方法，其特征在于，步骤3.2中广义交叉验证函数如下：

其中