[發明專利]一種大地背景下風電機雷達回波求解方法

在審

• 申請號: 201710043530.8
• 申請日: 2017-01-21
• 公開（公告）號: CN106646397A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 唐波;鄒芳;黃力;葉莉;王爽;黃漢生;孫子昂
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: G01S7/36
• 分類號: G01S7/36;G01S7/40
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所42103
• 代理人: 吳思高

技術領域

本發明一種大地背景下風電機雷達回波求解方法，屬于風電場與雷達系統的電磁兼容領域。

背景技術

隨著風能的大力發展，日益增多的風電場對鄰近的各型雷達臺站的電磁干擾也越顯突出，特別是葉片旋轉時相對于雷達會發生實時、持續性的位置遷移，從而向外部空間散射出獨特性的具有多普勒頻移的雷達回波。因此，準確獲取含有完整多普勒特征的風電機雷達回波是雷達側風電機雜波濾除的有效途徑。

現有獲取風電機雷達回波的方法主要有四類：縮比模型實驗的方法、基于射線追蹤技術的高頻近似算法、基于快速多極子等方法的數值計算方法，以及基于點散射模型的方法。縮比模型實驗的方法求解風電機雷達回波通用性不強，故該方法主要用于實驗驗證。目前，現有研究主要利用基于射線追蹤技術的高頻近似算法、基于快速多極子等方法的數值計算方法，以及基于點散射模型的方法求解風電機雷達回波。高頻近似算法和數值計算方法得到的風電機回波較為精確，但計算所需時間和資源較大；相比之下，采用基于點散射模型的算法得到的回波精度相對較差，但其優點在于建模簡單，計算速度快，且仍能較完整地保留風電機回波的多普勒特征，因此，在風電機雷達回波的多普勒特征研究中，通常采用點散射模型。然而截止當前，上述研究均未提到大地的存在對風電機回波多普勒特征的影響。

實際上，在對風電機雷達散射截面(RCS，radar cross section)進行研究時，就已經發現大地對風電機RCS影響極大。根據RCS的定義，RCS值與風電機入射電場和散射電場的比值有關，而大地存在時，風電機周圍的散射電場將會發生嚴重畸變，且隨著地形的不同，其產生的畸變也存在差異，進而影響風電機RCS。顯然，在風電機回波多普勒特征的研究中，無法避開大地的影響。并且，目前尚無有關考慮大地影響的風電機葉片雷達回波求解方法的相關專利。所以，需要針對性的提出一種方法，以求解大地背景下的風電機雷達回波。

發明內容

本發明所要解決的問題時針對上述現有方法的不足，利用電磁波傳播的能量衰減原理，確定電磁波的傳播路線，以引入大地散射雷達電磁波對風電機雷達回波的影響，從而提出了一種大地背景下風電機雷達回波求解方法，可以為雷達臺站對風電機目標進行更有效的識別提供方法，進一步為后續風電機雜波特征提取及其抑制提供理論依據。

本發明采取的技術方案為：

一種大地背景下風電機雷達回波求解方法，包括以下步驟：

步驟一：利用電磁波傳播過程中的能量衰減原理，確定電磁波的傳播線路。

考慮大地的存在時，大地會對雷達電磁波進行散射，此時電磁波傳播線路中存在風電機和大地兩個散射體。因此，雷達接受到的攜帶風電機信息的電磁波的線路，即風電機雷達回波線路也存在多種。隨著散射次數的增加，電磁波的能量遞減，對雷達目標識別的影響也隨之減小，故只考慮散射次數不大于3次的風電機雷達回波線路。

步驟二：利用鏡像原理，確定某時刻下平地上風電機各散射中心所有線路回波，進而疊加得到平地背景下風電機雷達回波。

該求解方法首先將風電機葉片和塔架等效為圓柱體，再對各圓柱體沿各自軸線分割成盡可能多的薄圓片，用各個薄圓片的圓心等效為該薄圓片的散射中心，因此，風電機可以用點模型表示。然后，將風電機做鏡像，此時風電機塔架及其鏡像的連線、雷達到風電機旋轉中心的連線以及雷達到風電機旋轉中心鏡像的連線，組成了一個三角形，從而可確定雷達相對于鏡像風電機的位置。此時雷達發射電磁波經地面散射后傳播到風電機上任一散射中心的路程，可由雷達與該散射中心對應鏡像點的直線距離確定。此時，分別在所確定的回波線路下，求取風電機葉片和塔架上各個散射中心回波線路長度，進而基于點散射雷達回波公式，求取葉片和塔架上各個散射中心雷達回波。分別對各線路下風電機上所有散射中心雷達回波進行疊加，即可得到各線路下風電機雷達回波。最后將所有線路下風電機雷達回波進行疊加，即可得到平底背景下風電機雷達回波。

步驟三：利用鏡像原理和坐標旋轉理論，確定某時刻下斜坡上風電機各散射中心所有線路回波，進而疊加得到斜坡背景下風電機雷達回波。