[發明專利]一種基于PO算法的風電機塔架RCS快速求解方法

有效

• 申請號: 201610885121.8
• 申請日: 2016-10-10
• 公開（公告）號: CN106526561B
• 公開（公告）日: 2019-07-19
• 發明（設計）人: 唐波;葉莉;黃力;鄒芳;王爽;黃漢生;孫子昂
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 吳思高

一種基于PO算法的風電機塔架RCS快速求解方法，目的在于減少求解占用的計算資源，該快速求解算法將風電機RCS求解分為兩個部分：仍采用PO法計算葉片RCS；但采用近似法快速求解塔架RCS。計算時，將風電機塔架分割為一系列小的圓柱段，分別求解各獨立圓柱段RCS，最后將各部分RCS進行疊加即可獲得整個塔架RCS的計算公式。本發明可以對工作在GHz頻率下的電大尺寸風電機雷達散射截面進行快速求解，減少計算時所占用的內存，解決風電機整體精確建模引起的計算量過大問題，實現工程應用中的風電機RCS快速求解。

技術領域

本發明涉及一種基于PO算法的風電機塔架RCS快速求解方法，屬于風電場與雷達系統的電磁兼容領域。

背景技術

風電機對雷達信號的阻擋及散射現象將導致風電場區域附近的雷達性能退化，這種影響隨著風電場建設規模的不斷擴大而日趨顯著。現有研究通常采用風電機雷達散射截面評估風電場對雷達臺站的電磁干擾，因此，風電機RCS的準確快速求解成為干擾評估研究中的關鍵問題。

為準確求解風電機RCS，現有部分學者采用矩量法進行計算。從理論上看，采用矩量法能夠得到較精確的數值解，但由于風電機屬于電大尺寸復雜散射體，造成現有研究頻率僅為20MHz，且只建立了簡單的單片風電機葉片模型。為解決風電機RCS求解計算量過大的問題，現有研究通常采用物理光學法進行求解。隨著研究的深入，用于求解RCS的風電機幾何模型越來越精確。最初是將風電機葉片看作三角形金屬平板，隨后又將風電機葉片等效成圓柱體。近幾年的研究按照風電機實際幾何形狀，提出了更加精確復雜的建模。上述風電機模型的不斷精細化使求解精度越來越高，但同時導致計算量越來越龐大，乃至現有計算機硬件水平無法求解。并且，目前尚無基于PO算法的風電機塔架RCS快速求解方法的相關專利。所以，需要針對性的提出一種新的方法，解決風電機整體精確建模引起的計算量過大問題，實現工程應用中的風電機RCS快速求解。

發明內容

本發明提供一種基于PO算法的風電機塔架RCS快速求解方法，可以對工作在GHz頻率下的電大尺寸風電機雷達散射截面進行快速求解，減少計算時所占用的內存，解決風電機整體精確建模引起的計算量過大問題，實現工程應用中的風電機RCS快速求解。

本發明所采用的技術方案是：

一種基于PO算法的風電機塔架RCS快速求解方法，基于PO算法推導塔架RCS的近似求解公式，從而采取解析計算的方法替代塔架的精確建模仿真計算，來實現工程應用中的風電機RCS快速求解。

一種基于PO算法的風電機塔架RCS快速求解方法，包括以下步驟：

步驟一：將塔架分割為N個等高圓臺散射體，當N足夠大時，每個圓臺可近似看作獨立的圓柱體。

塔架總高度為L，將其分割為N個等高的獨立圓柱段，各圓柱段長度用l表示，在建模分析之前，需要進行下列2條假設：

1)忽略大地對雷達電磁波的散射作用。

2)由于各分段圓柱體直徑比雷達信號波長大得多，故在求解塔架各分段圓柱體的相位時，其相位基準點位于各圓柱段中心。

步驟二：利用任意散射體的RCS平方根物理光學表達式在柱面坐標系中推導獨立圓柱體RCS的方程式，用以求解步驟一中的分段圓柱體RCS。

首先將表面面元表達式與表面位置矢量表達式代入任意散射體的RCS平方根物理光學表達式中，得到該表達式在柱面坐標系中的表達形式。然后再用軸向積分變量和圓周方向積分變量表達RCS平方根物理光學表達式，用以推導圓柱體RCS的求解方程式。為了簡化方程，采用駐定相位法計算沿圓周方向的積分變量，近似代替圓周方向積分變量的精確表達式。同時由于研究對象是單站雷達，雷達回波沿入射方向返回，散射方向的角度可由入射方向的角度翻轉180°得到。最后將方程式兩端取平方，得到獨立圓柱體RCS的方程式。