[发明专利]用激光雷达传感器获取入射风场和对其建模的方法

权利要求书

1.一种用于检测位于激光雷达传感器上游的空间中的入射风场的异常值的方法，其特征在于，所述方法包括：

a)用所述激光雷达传感器获取入射风场的测量值rws(k)并对所述测量值建模的步骤；

b)实时估计所述入射风场的所述测量值的中值mr(k)和平均绝对偏差dr(k)的步骤；以及

c)使用经估计的中值mr(k)和平均绝对偏差dr(k)实时检测异常值的步骤，所述检测步骤使用以下类型的公式进行：|rws(k)-mr(k)|≤σdr(k)，此处σ为正标量。

2.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述入射风场的实时平均绝对偏差dr(k)由以下类型的公式给出：

3.根据前述权利要求中任一项所述的检测方法，其特征在于，所述方法包括通过从经建模的测量值rws(k)中移除所述检测到的异常值来重构所述激光雷达传感器的测量值的步骤。

4.根据前述权利要求之一所述的检测方法，其特征在于，用所述激光雷达传感器获取位于所述激光雷达传感器上游的空间中的入射风场和对所述入射风场建模的步骤包括以下步骤：

a)生成位于所述激光雷达传感器上游的空间的网格(MA)的步骤，其中在该步骤中，所述空间的所述网格使用位于预定义三维网格中的一组离散点来生成，所述空间的所述网格包括由估计点和测量点(PM)组成的一组单元格，

b)沿着至少三个测量轴测量(MES)位于上游空间中且位于距所述激光雷达传感器至少两个不同距离处的各个测量点(PM)处的风的振幅和方向的步骤，

c)估计(EST)在任何时候(t)在所有估计点处所述风的振幅和方向的步骤，所述估计是借助于使用加权递归最小二乘法对成本函数进行优化来实现的，所述成本函数至少使用测量点(PM)的数据、空间风速相干性数据、时间风速相干性数据以及鉴定在测量点处执行的测量的质量的数据，

d)根据针对所述网格(MA)的每个点的经估计的和经测量的风振幅和方向实时地并在经定义的坐标系中以三维(3D)方式重构(MOD 3D)所述入射风场的步骤。

5.根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于，测量点(PM)处的风的振幅和方向的所述测量值m通过以下关系式被给出：

m_j，x(k)＝a_jυ_j，x(k)+b_jυ_j，y(k)+c_jυ_j，z(k)

此处v_j，x(k)，v_j，y(k)，v_j，z(k)是在初始时间(k)处投射到给定坐标系中的风速值，而a_j，b_j，c_j(其中j＝0，1，2，3，4)是测量值系数，其由下式给出：

此处θj，j＝0，1，2，3，4分别是球坐标系中所述测量轴的天顶角和方位角。

6.根据权利要求4和5中任一项所述的检测方法，其特征在于，在任何时间(t)处的所述成本函数J都被写作以下形式：

此处ω是由所述空间中风被估计的点处所有速度分量组成的有序向量，是在时间0处对风速的估计，P₀，Q，R_s和R_m是合适大小的加权矩阵，而C_s，C_m是将风速和测量噪声考虑在内的矩阵。

7.根据权利要求4至6之一所述的检测方法，其特征在于，对各个测量点(PM)处的风的振幅和方向的测量以至少0.25Hz的采样率进行。

8.根据权利要求4至7之一所述的检测方法，其特征在于，对各个测量点(PM)处的风的振幅和方向的测量在沿着所述测量轴的至少两个不同的距离处进行。

9.根据权利要求4至8之一所述的检测方法，其特征在于，沿着至少三个测量轴进行对风的振幅和方向的测量。