[發(fā)明專利]基于兩維聯(lián)合插值的氣象雷達(dá)風(fēng)電場(chǎng)雜波抑制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910378957.2
• 申請(qǐng)日: 2019-05-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110174650B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-11-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沈明威;姚旭;王曉冬;吉雨;萬(wàn)曉玉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S7/36
• 分類號(hào): G01S7/36;G01S13/95
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 劉莎

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于兩維聯(lián)合插值的氣象雷達(dá)風(fēng)電場(chǎng)雜波抑制方法，該方法針對(duì)低信噪比情況下，首先對(duì)同時(shí)包含風(fēng)力渦輪機(jī)雜波(WTC)和氣象信號(hào)的距離單元置零，以該距離單元為中心，兩端各選取2個(gè)相鄰距離單元，通過(guò)相干積累提高信噪比。再分別計(jì)算出距離域一維插值氣象信號(hào)估計(jì)值和多普勒域一維插值氣象信號(hào)估計(jì)值，最后根據(jù)最小二乘法計(jì)算出的兩維權(quán)系數(shù)進(jìn)行兩維聯(lián)合插值。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本方法在低信噪比情況下，可有效提高插值精度，實(shí)現(xiàn)氣象信號(hào)的精確恢復(fù)，且運(yùn)算量小，適合工程應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于兩維聯(lián)合插值的氣象雷達(dá)風(fēng)電場(chǎng)雜波抑制方法，特別涉及一種基于距離—多普勒域兩維聯(lián)合插值的氣象雷達(dá)風(fēng)電場(chǎng)雜波抑制方法，屬于氣象雷達(dá)雜波抑制領(lǐng)域。

背景技術(shù)

石油價(jià)格的不斷上漲，以及全球氣候變化的加劇，為許多替代能源——可再生清潔能源，鋪平了道路，其中增長(zhǎng)最快的是風(fēng)力發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電作為一種清潔可再生能源，已得到世界各國(guó)廣泛關(guān)注。由于風(fēng)電場(chǎng)數(shù)量和規(guī)模呈指數(shù)式增長(zhǎng)，風(fēng)力渦輪機(jī)葉片高速旋轉(zhuǎn)引起的時(shí)變運(yùn)動(dòng)雜波已成為制約氣象雷達(dá)探測(cè)性能的主要限制因素。

傳統(tǒng)雜波抑制技術(shù)都是基于雜波信號(hào)與氣象回波在多普勒域或距離－多普勒域可分離條件，采用濾波或分離算法對(duì)雜波進(jìn)行有效抑制。但風(fēng)力渦輪機(jī)雜波由于大型葉片高速旋轉(zhuǎn)，其多普勒頻譜嚴(yán)重展寬甚至產(chǎn)生混疊，因此氣象信號(hào)淹沒(méi)在風(fēng)力渦輪機(jī)雜波中，導(dǎo)致時(shí)、頻濾波或分離算法均無(wú)法在抑制雜波信號(hào)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)氣象信號(hào)的無(wú)損保留。因此時(shí)域?yàn)V波、頻域?yàn)V波等方法均失效。對(duì)此，國(guó)內(nèi)外科學(xué)家就插值算法進(jìn)行了深入研究，常用的插值算法有拉格朗日插值、樣條插值、統(tǒng)計(jì)不變插值(ISI)等。傳統(tǒng)插值算法在低信噪比情況下，無(wú)法恢復(fù)出氣象信號(hào)。且傳統(tǒng)插值算法只是利用了氣象數(shù)據(jù)的空間信息，而氣象數(shù)據(jù)是典型的時(shí)空信號(hào)。面向空間的插值算法直接應(yīng)用到時(shí)空過(guò)程可能導(dǎo)致有價(jià)值信息在時(shí)間維的丟失，影響插值精度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于兩維聯(lián)合插值的氣象雷達(dá)風(fēng)電場(chǎng)雜波抑制方法，改善了低信噪比情況下，傳統(tǒng)插值無(wú)法恢復(fù)出氣象信號(hào)的問(wèn)題，并且將一維插值擴(kuò)展到二維插值，有效地提高了插值性能，實(shí)現(xiàn)了氣象信號(hào)的精確恢復(fù)。

本發(fā)明一種基于距離—多普勒域兩維聯(lián)合插值的氣象雷達(dá)風(fēng)電場(chǎng)雜波抑制方法，在低信噪比情況下，首先進(jìn)行相干積累提高信噪比，將氣象雷達(dá)回波信號(hào)轉(zhuǎn)換至距離—多普勒域后，同時(shí)聯(lián)合距離域和多普勒域的信息，提高插值精度，實(shí)現(xiàn)氣象信號(hào)的精確恢復(fù)。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種基于兩維聯(lián)合插值的氣象雷達(dá)風(fēng)電場(chǎng)雜波抑制方法，，該方法的具體步驟如下：

步驟1，對(duì)同時(shí)包含風(fēng)力渦輪機(jī)雜波WTC和氣象信號(hào)的距離單元置零，以該距離單元為中心，兩端各選取2個(gè)相鄰距離單元，通過(guò)相干積累提高信噪比；

步驟2，對(duì)雷達(dá)掃描回波信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，構(gòu)建雷達(dá)插值初始矩陣；

步驟3，分別計(jì)算距離域一維插值氣象信號(hào)估計(jì)值和多普勒域一維插值氣象信號(hào)估計(jì)值；

步驟4，根據(jù)最小二乘法計(jì)算出的兩維權(quán)系數(shù)，進(jìn)行兩維聯(lián)合插值，得到兩維聯(lián)合插值氣象信號(hào)估計(jì)值；

步驟5，輸出抑制WTC后的信號(hào)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案，步驟1具體為：

對(duì)同時(shí)包含WTC和氣象信號(hào)的第a個(gè)距離單元置零，對(duì)第a±i個(gè)距離單元進(jìn)行相干積累，通過(guò)快速傅立葉變換實(shí)現(xiàn)：

式中，i＝1,2，x_a±i(n)、分別為第a±i個(gè)距離單元雷達(dá)當(dāng)前掃描與前一次掃描回波信號(hào)，X_a±i(k)、分別為x_a±i(n)、經(jīng)過(guò)傅立葉變換后的結(jié)果，K為脈沖數(shù)。