[發(fā)明專利]基于均值法再處理截斷矩陣補全的風(fēng)電場雜波抑制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011179833.0
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112379380B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 沈明威;王曉冬;姚旭;吉雨;萬曉玉;胥翔竣
• 申請（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號: G01S13/95
• 分類號: G01S13/95;G01S7/36;G01S7/41
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 朱小兵

1.基于均值法再處理截斷矩陣補全的風(fēng)電場雜波抑制方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一：輸入氣象雷達(dá)回波信號，假定第i個距離單元同時包含WTC信號，第i個距離單元第m個脈沖下輸入信號記為：

x_i(m)＝s_i(m)+c_i(m)+w_i(m)+n_i(m),m＝1,...,M

式中，s_i(m)、c_i(m)、w_i(m)及n_i(m)分別為氣象信號、地雜波信號、風(fēng)力渦輪機雜波WTC信號和噪聲信號，M為脈沖數(shù)，s_i(m)與n_i(m)為目標(biāo)信號，記為z_i(m)＝s_i(m)+n_i(m)；

步驟二、隨機采樣的低秩MC觀測矩陣構(gòu)建，具體為：

在第i個距離單元兩側(cè)各取個距離單元，其中L為距離單元數(shù)，并將第i個距離單元中的回波信號[x_i(1),x_i(2),...,x_i(M)]置零，得到觀測矩陣X_L×M：

由X_L×M構(gòu)建出隨機采樣的低秩托普利茲矩陣，其構(gòu)建準(zhǔn)則為：逐次將觀測矩陣X_L×M第m個脈沖下的向量[x₁(m),x₂(m),...,x_L(m)]^T構(gòu)建成行為m₁、列為m₂的低秩托普利茲矩陣，其中，m₁及m₂滿足m₁+m₂-1＝L， 令托普利茲矩陣的第p行，第q列的元素為t_p,q，有t_p,q＝t_p+1,q-1，且滿足：

則回波信號x_i(m)在第i個距離單元置零后構(gòu)建的低秩托普利茲矩陣X_T為：

氣象信號s_i(m)第i個距離單元置零后構(gòu)建的低秩托普利茲矩陣S_T為：

地雜波信號c_i(m)在第i個距離單元置零后構(gòu)建的低秩托普利茲矩陣C_T為：

噪聲信號n_i(m)在第i個距離單元置零后構(gòu)建的低秩托普利茲矩陣N_T為：

WTC信號w_i(m)在第i個距離單元置零后構(gòu)建的低秩托普利茲矩陣W_T為零矩陣；

步驟三、通過截斷矩陣補全模型抑制WTC信號：

其中，min(·)表示最小化處理，P_Ω表示投影到僅在指標(biāo)集Ω非零的稀疏矩陣子空間上的映射，它使得矩陣在Ω中的元不變，Ω以外的元置零，

截斷式核范數(shù)||S_T||_o為氣象信號托普利茲矩陣S_T降序排列的第1個到第o個奇異值相加之和：o對應(yīng)的位置為氣象信號S_L×M奇異值快速衰落的截斷位置，氣象信號S_L×M為：

步驟四：利用非精確增廣拉格朗日乘子法IALM求解矩陣補全模型，輸出抑制WTC后目標(biāo)信號各脈沖下的托普利茲矩陣

步驟五：逐脈沖均值處理目標(biāo)信號的托普利茲矩陣恢復(fù)氣象信號

步驟四中拉格朗日函數(shù)為：

其中，Y_T＝Y(jié)_T0+μ(X_T-S_T-N_T-C_T-W_T)為拉格朗日乘子矩陣，Y_T0為拉格朗日乘子矩陣初值，取值為0；μ為懲罰因子，||·||_F表示F范數(shù)，tr(·)表示取矩陣的跡，表示取復(fù)數(shù)的實部，＜·,·＞表示矩陣的內(nèi)積；

利用非精確增廣拉格朗日乘子法IALM求解的步驟為：

1)令：Y_T0＝0、W_T0＝0、N_T0＝0，μ₀＞0，ρ＞1，k＝0，η＝10^-3，其中W_T0＝0表示需要抑制的風(fēng)力渦輪雜波的初始值；

2)更新首先利用公式

(U,Σ,V^H)＝svd(X_T-C_Tk-N_Tk-W_Tk+μ_k^-1Y_Tk)更新從而求解其中S_T(k+1)及S_Tk表示氣象信號S_T的第k+1及第k次更新，W_Tk表示W(wǎng)TC信號W_T的第k次更新，N_Tk表示噪聲N_T的第k次更新，C_Tk表示地雜波C_T的第k次更新，Y_Tk表示拉格朗日乘子矩陣Y_T的第k次更新，μ_k表示懲罰因子μ的第k次更新；

3)更新W_T：其中表示Ω以外的指標(biāo)集；

4)更新N_T：

5)更新C_T：

6)更新Y_T：Y_T(k+1)＝Y(jié)_Tk+μ_k(X_T-S_T(k+1)-N_T(k+1)-W_T(k+1)-C_T(k+1))；

7)更新μ_k至μ_k+1：μ_k+1＝ρμ_k；

8)若下式不成立，則算法未收斂，令k←k+1，轉(zhuǎn)步驟2，否則轉(zhuǎn)步驟9：

||S_Tk-S_T(k-1)||_F/||S_Tk||_F≤η；

9)結(jié)束循環(huán)，輸出：及

根據(jù)托普利茲矩陣的結(jié)構(gòu)，逐脈沖提取出目標(biāo)信號的托普利茲矩陣的第l條對角線的元素diag(Z_Tk,l)，對其均值處理：a_l＝mean(diag(Z_Tk,l)),l∈{1,..i..,m₁+m₂-1}，得到M個均值處理后的托普利茲矩陣取各托普利茲矩陣的第一列及第一行形成M個L×1維的向量然后將上述M個L×1維的向量組成一個L×M維矩陣取矩陣中的第i行向量作為恢復(fù)出的第i個距離單元的氣象信號