[发明专利]一种风电机叶片回波准确求解方法

说明书

一种风电机叶片回波准确求解方法，目的在于获取准确的叶片回波。该方法主要分为三个部分：一是求解在某一频段、某一转角范围内的风电机叶片二维后向散射场数据，二是根据所求的叶片二维后向散射场数据，计算其自相关协方差矩阵，进而求解出叶片电磁散射的电场幅值和空间坐标参数，三是根据所求的电场幅值和空间坐标参数，建立叶片等效模型，推导基于等效模型的叶片回波表达式，从而实现叶片回波的求解。本发明可以用于叶片回波的准确求解，在实际工程中对在雷达侧实现叶片回波滤除，进而解决风电机对邻近雷达台站的无源干扰具有重要意义。

技术领域

本发明涉及一种风电机叶片回波准确求解方法，属于雷达侧风电机叶片回波滤除的工程领域。

背景技术

日益增多的风电场对邻近雷达台站造成了越来越突出的无源干扰问题。特别是，风电机旋转叶片在雷达入射电磁波激励下，向外部空间散射出具有微多普勒特征的雷达回波，导致在叶片回波单元附近产生雷达目标的遮蔽效应。目前，研究学者更加倾向于根据叶片回波所表现出来的微多普勒特征，在雷达侧滤除叶片回波。因此，准确求解风电机叶片的雷达回波及其微多普勒特征，是解决风电场对雷达台站无源干扰的关键问题。

在风电机叶片回波的求解领域，目前采用的方法是散射点积分算法。在文献《风轮机回波的仿真与分析》中，首先将叶片等效为一系列等散射强度、沿轴线等间距分布的散射点，从而建立了叶片的散射点模型；然后根据雷达回波基本方程求解叶片上任一散射点的回波；最后假设相邻散射点的几何间距无穷小，将散射点的回波表达式沿叶片轴线进行积分，从而得到整个风电机叶片的回波表达式。虽然散射点积分算法的计算效率较高，并成为当前叶片回波求解的主流方法。但是，根据高频区的电磁散射理论，叶片散射点的散射强度并不相等，并且相邻散射点的几何间距受雷达分辨率约束。因此，基于散射点模型的散射点积分算法获取的叶片回波过于理想化而难以模拟出实际复杂的叶片回波，仅适用于定性分析。

发明内容

本发明提供一种风电机叶片回波准确求解方法，基于高频电磁散射理论，从已经获取的叶片二维后向散射场数据中求解风电机叶片电磁散射的电场幅值和坐标参数，建立风电机叶片的等效模型，进而实现了叶片回波的准确求解，获取准确的叶片回波。该方法对在雷达侧实现叶片回波滤除，进而解决风电机对邻近雷达台站的无源干扰具有重要意义。

本发明采取的技术方案为：

一种风电机叶片回波准确求解方法，根据风电机叶片的二维后向散射场数据，求解了叶片局部位置电磁散射的电场幅值和坐标参数，从而在三维坐标系中建立了风电机叶片的等效电磁散射模型，基于该模型，推导了叶片回波的数学表达式，最终实现叶片回波的准确求解。

一种风电机叶片回波准确求解方法，包括以下步骤：

步骤一：求解雷达信号在某一频段、某一转角范围内的风电机叶片的二维后向散射场数据。

现有方法仅考虑了在某一频段内求解风电机叶片的后向散射场数据，这样导致在后续求解中，仅能得到叶片电磁散射的一维坐标参数。本发明为了得到叶片电磁散射的三维坐标参数，还求解雷达信号在某一转角范围内的后向散射场数据，从而获取的风电机叶片的二维后向散射数据。另外，在求解雷达信号在某一转角范围内的后向散射场数据时，设置一个较小雷达信号转角范围，可以提高后续叶片电磁散射的电场幅值和坐标参数的求解精度。

步骤二：根据步骤一所求的二维后向散射场数据，计算其自相关协方差矩阵，进而求解出叶片电磁散射的电场幅值和坐标参数。

在求解空间坐标参数时，现有方法需要额外的纵坐标和竖坐标配对问题，这样大大增加了计算量，且求解结果误差大。本发明对信号子空间和置换后的信号子空间进行线性组合，并求解线性组合后的矩阵的特征向量矩阵，将该特征向量矩阵作为信号子空间和置换后的信号子空间的公共特征向量矩阵，最后求解信号子空间和置换后的信号子空间在该特征向量矩阵下的特征值矩阵，从而实现了坐标参数的纵坐标和竖坐标的同时求解，避免了额外的坐标配对问题。