[發明專利]一種風電機葉片回波準確求解方法

有效

• 申請號: 201910032903.0
• 申請日: 2019-01-14
• 公開（公告）號: CN109557514B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 唐波;陳昊;黃力;袁發庭;陳彬;王爽;劉映彤;黃晨奕
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: G01S7/36
• 分類號: G01S7/36;G01S13/95
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 吳思高

一種風電機葉片回波準確求解方法，目的在于獲取準確的葉片回波。該方法主要分為三個部分：一是求解在某一頻段、某一轉角范圍內的風電機葉片二維后向散射場數據，二是根據所求的葉片二維后向散射場數據，計算其自相關協方差矩陣，進而求解出葉片電磁散射的電場幅值和空間坐標參數，三是根據所求的電場幅值和空間坐標參數，建立葉片等效模型，推導基于等效模型的葉片回波表達式，從而實現葉片回波的求解。本發明可以用于葉片回波的準確求解，在實際工程中對在雷達側實現葉片回波濾除，進而解決風電機對鄰近雷達臺站的無源干擾具有重要意義。

技術領域

本發明涉及一種風電機葉片回波準確求解方法，屬于雷達側風電機葉片回波濾除的工程領域。

背景技術

日益增多的風電場對鄰近雷達臺站造成了越來越突出的無源干擾問題。特別是，風電機旋轉葉片在雷達入射電磁波激勵下，向外部空間散射出具有微多普勒特征的雷達回波，導致在葉片回波單元附近產生雷達目標的遮蔽效應。目前，研究學者更加傾向于根據葉片回波所表現出來的微多普勒特征，在雷達側濾除葉片回波。因此，準確求解風電機葉片的雷達回波及其微多普勒特征，是解決風電場對雷達臺站無源干擾的關鍵問題。

在風電機葉片回波的求解領域，目前采用的方法是散射點積分算法。在文獻《風輪機回波的仿真與分析》中，首先將葉片等效為一系列等散射強度、沿軸線等間距分布的散射點，從而建立了葉片的散射點模型；然后根據雷達回波基本方程求解葉片上任一散射點的回波；最后假設相鄰散射點的幾何間距無窮小，將散射點的回波表達式沿葉片軸線進行積分，從而得到整個風電機葉片的回波表達式。雖然散射點積分算法的計算效率較高，并成為當前葉片回波求解的主流方法。但是，根據高頻區的電磁散射理論，葉片散射點的散射強度并不相等，并且相鄰散射點的幾何間距受雷達分辨率約束。因此，基于散射點模型的散射點積分算法獲取的葉片回波過于理想化而難以模擬出實際復雜的葉片回波，僅適用于定性分析。

發明內容

本發明提供一種風電機葉片回波準確求解方法，基于高頻電磁散射理論，從已經獲取的葉片二維后向散射場數據中求解風電機葉片電磁散射的電場幅值和坐標參數，建立風電機葉片的等效模型，進而實現了葉片回波的準確求解，獲取準確的葉片回波。該方法對在雷達側實現葉片回波濾除，進而解決風電機對鄰近雷達臺站的無源干擾具有重要意義。

本發明采取的技術方案為：

一種風電機葉片回波準確求解方法，根據風電機葉片的二維后向散射場數據，求解了葉片局部位置電磁散射的電場幅值和坐標參數，從而在三維坐標系中建立了風電機葉片的等效電磁散射模型，基于該模型，推導了葉片回波的數學表達式，最終實現葉片回波的準確求解。

一種風電機葉片回波準確求解方法，包括以下步驟：

步驟一：求解雷達信號在某一頻段、某一轉角范圍內的風電機葉片的二維后向散射場數據。

現有方法僅考慮了在某一頻段內求解風電機葉片的后向散射場數據，這樣導致在后續求解中，僅能得到葉片電磁散射的一維坐標參數。本發明為了得到葉片電磁散射的三維坐標參數，還求解雷達信號在某一轉角范圍內的后向散射場數據，從而獲取的風電機葉片的二維后向散射數據。另外，在求解雷達信號在某一轉角范圍內的后向散射場數據時，設置一個較小雷達信號轉角范圍，可以提高后續葉片電磁散射的電場幅值和坐標參數的求解精度。

步驟二：根據步驟一所求的二維后向散射場數據，計算其自相關協方差矩陣，進而求解出葉片電磁散射的電場幅值和坐標參數。

在求解空間坐標參數時，現有方法需要額外的縱坐標和豎坐標配對問題，這樣大大增加了計算量，且求解結果誤差大。本發明對信號子空間和置換后的信號子空間進行線性組合，并求解線性組合后的矩陣的特征向量矩陣，將該特征向量矩陣作為信號子空間和置換后的信號子空間的公共特征向量矩陣，最后求解信號子空間和置換后的信號子空間在該特征向量矩陣下的特征值矩陣，從而實現了坐標參數的縱坐標和豎坐標的同時求解，避免了額外的坐標配對問題。