一种大地背景下风电机雷达回波求解方法技术

一种大地背景下风电机雷达回波求解方法，利用电磁波传播的能量衰减原理，确定电磁波的传播路线，来引入大地散射雷达电磁波对风电机雷达回波的影响。首先，运用电磁波传播的能量衰减原理，确定大地背景下风电机雷达回波传播线路；其次，利用镜像原理分别求解平地背景下4条线路的风电机雷达回波，再利用叠加原理求解平地背景下风电机雷达回波；最后，利用镜像原理和坐标旋转原理分别求解斜坡背景下4条线路的风电机雷达回波，并利用叠加原理求解斜坡背景下风电机雷达回波。本发明专利技术可以为雷达台站对风电机目标进行更有效的识别提供方法，进一步为后续风电机杂波特征提取及其抑制提供理论依据。

A method for solving radar echo of leeward wind motor under earth background

A background wind motor radar echo method, using the energy of electromagnetic wave propagation attenuation principle, determine the electromagnetic wave propagation paths, to introduce the earth scattering of radar electromagnetic wave of wind motor radar echo. First of all, using the energy of electromagnetic wave propagation attenuation principle, determine the background wind motor radar echo transmission line; secondly, the wind motor radar echo 4 lines using mirror image principle, flat background, and then solved by using the superposition principle to the ground background wind motor radar echo; finally, using the principle of mirror image and coordinate rotation principle to calculate the wind the motor of radar echo 4 lines under the background of slope, and the slope is solved by using the superposition principle of radar echo background wind motor. The invention provides a more effective method for identifying the target of the wind motor at the radar station, and further provides a theoretical basis for the subsequent extraction and suppression of the clutter characteristics of the wind motor.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一种大地背景下风电机雷达回波求解方法，属于风电场与雷达系统的电磁兼容领域。
技术介绍
随着风能的大力发展，日益增多的风电场对邻近的各型雷达台站的电磁干扰也越显突出，特别是叶片旋转时相对于雷达会发生实时、持续性的位置迁移，从而向外部空间散射出独特性的具有多普勒频移的雷达回波。因此，准确获取含有完整多普勒特征的风电机雷达回波是雷达侧风电机杂波滤除的有效途径。现有获取风电机雷达回波的方法主要有四类：缩比模型实验的方法、基于射线追踪技术的高频近似算法、基于快速多极子等方法的数值计算方法，以及基于点散射模型的方法。缩比模型实验的方法求解风电机雷达回波通用性不强，故该方法主要用于实验验证。目前，现有研究主要利用基于射线追踪技术的高频近似算法、基于快速多极子等方法的数值计算方法，以及基于点散射模型的方法求解风电机雷达回波。高频近似算法和数值计算方法得到的风电机回波较为精确，但计算所需时间和资源较大；相比之下，采用基于点散射模型的算法得到的回波精度相对较差，但其优点在于建模简单，计算速度快，且仍能较完整地保留风电机回波的多普勒特征，因此，在风电机雷达回波的多普勒特征研究中，通常采用点散射模型。然而截止当前，上述研究均未提到大地的存在对风电机回波多普勒特征的影响。实际上，在对风电机雷达散射截面(RCS，radarcrosssection)进行研究时，就已经发现大地对风电机RCS影响极大。根据RCS的定义，RCS值与风电机入射电场和散射电场的比值有关，而大地存在时，风电机周围的散射电场将会发生严重畸变，且随着地形的不同，其产生的畸变也存在差异，进而影响风电机RCS。显然，在风电机回波多普勒特征的研究中，无法避开大地的影响。并且，目前尚无有关考虑大地影响的风电机叶片雷达回波求解方法的相关专利。所以，需要针对性的提出一种方法，以求解大地背景下的风电机雷达回波。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题时针对上述现有方法的不足，利用电磁波传播的能量衰减原理，确定电磁波的传播路线，以引入大地散射雷达电磁波对风电机雷达回波的影响，从而提出了一种大地背景下风电机雷达回波求解方法，可以为雷达台站对风电机目标进行更有效的识别提供方法，进一步为后续风电机杂波特征提取及其抑制提供理论依据。本专利技术采取的技术方案为：一种大地背景下风电机雷达回波求解方法，包括以下步骤：步骤一：利用电磁波传播过程中的能量衰减原理，确定电磁波的传播线路。考虑大地的存在时，大地会对雷达电磁波进行散射，此时电磁波传播线路中存在风电机和大地两个散射体。因此，雷达接受到的携带风电机信息的电磁波的线路，即风电机雷达回波线路也存在多种。随着散射次数的增加，电磁波的能量递减，对雷达目标识别的影响也随之减小，故只考虑散射次数不大于3次的风电机雷达回波线路。步骤二：利用镜像原理，确定某时刻下平地上风电机各散射中心所有线路回波，进而叠加得到平地背景下风电机雷达回波。该求解方法首先将风电机叶片和塔架等效为圆柱体，再对各圆柱体沿各自轴线分割成尽可能多的薄圆片，用各个薄圆片的圆心等效为该薄圆片的散射中心，因此，风电机可以用点模型表示。然后，将风电机做镜像，此时风电机塔架及其镜像的连线、雷达到风电机旋转中心的连线以及雷达到风电机旋转中心镜像的连线，组成了一个三角形，从而可确定雷达相对于镜像风电机的位置。此时雷达发射电磁波经地面散射后传播到风电机上任一散射中心的路程，可由雷达与该散射中心对应镜像点的直线距离确定。此时，分别在所确定的回波线路下，求取风电机叶片和塔架上各个散射中心回波线路长度，进而基于点散射雷达回波公式，求取叶片和塔架上各个散射中心雷达回波。分别对各线路下风电机上所有散射中心雷达回波进行叠加，即可得到各线路下风电机雷达回波。最后将所有线路下风电机雷达回波进行叠加，即可得到平底背景下风电机雷达回波。步骤三：利用镜像原理和坐标旋转理论，确定某时刻下斜坡上风电机各散射中心所有线路回波，进而叠加得到斜坡背景下风电机雷达回波。该求解方法首先对风电机建立点模型。然后，将风电机做镜像，此时在风电机塔架底部建立坐标系，根据坐标运算确定雷达相对于镜像风电机的位置。此时雷达发射电磁波经地面散射后传播到风电机上任一散射中心的路程，可由雷达与该散射中心对应镜像点的直线距离确定。此时，分别在所确定的回波线路下，求取风电机叶片和塔架上各个散射中心回波线路长度，进而基于点散射雷达回波公式，求取叶片和塔架上各个散射中心雷达回波。分别对各线路下风电机上所有散射中心雷达回波进行叠加，即可得到各线路下风电机雷达回波。最后将所有线路下风电机雷达回波进行叠加，即可得到斜坡背景下风电机雷达回波。上述步骤求解大地背景下风电机雷达回波的理论基础是电磁波传播的能量衰减原理。通过该理论技术求解风电机雷达回波可以引入大地和地形风电机雷达回波的影响。由于风电机通常都位于陆地之上，大地对电磁波的散射作用将会导致风电机回波的组成变化，而地形的变化还会导致风电机回波的频率有所改变。因此，通过该理论基础求解的大地背景下风电机雷达回波，将更符合实际需求，将为后续风电机杂波抑制提出更为有效的依据。步骤一确定风电机雷达回波线路根据的是电磁波传播的能量衰减原理。由于引入了大地的影响，雷达电磁波会在大地与风电机之间进行多重散射，使得雷达接收到的携带有风电机信息的雷达电磁波，即大地背景下风电机雷达回波也更为复杂。为求解该回波，根据雷达回波公式，需要求解回波的传播路程，而该回波中包含的子回波的传播路程均存在差异。为此，需要根据能量衰减原理，将风电机的子回波根据传播过程进行分类，确定风电机雷达回波线路，从而分线路求解风电机雷达回波，最终达到求解大地背景下风电机雷达回波的目的。步骤二计算平地背景下各线路风电机雷达回波利用的是镜像原理。计算各线路下风电机雷达回波，则需计算风电机上散射中心的各线路长度，而确定各线路长度时又必须确定雷达发射电磁波经地面散射后传播到风电机上任一散射中心的路程。为简单求解该路程，就需要利用镜像原理，将风电机做镜像，此时雷达发射电磁波经地面散射后传播到风电机上任一散射中心的路程可由雷达与该散射中心对应镜像点的直线距离确定。该路程确定后，风电机上散射中心的各线路长度也能较易得到，进而可以求取各线路下风电机雷达回波。步骤二计算平地背景下风电机雷达回波利用的是叠加原理。由于整体求解平地背景下的风电机雷达回波较为困难，步骤一中利用能量衰减原理将该回波进行了分类，步骤二中分线路确定了风电机雷达回波。雷达接收到的风电机雷达回波是多线路回波作用的结果，因此利用叠加原理将所求各线路下风电机雷达回波进行叠加，进而可以得到平地背景下风电机雷达回波。步骤三计算斜坡背景下各线路风电机雷达回波利用的是镜像原理。计算该回波的基本原理与平地背景下各线路风电机雷达回波类似，同样在确定各线路长度时必须确定雷达发射电磁波经地面散射后传播到风电机上任一散射中心的路程。因此，同样可以利用镜像原理求解。步骤三计算斜坡背景下各线路风电机雷达回波利用的是坐标旋转理论。计算斜坡背景下各线路风电机雷达回波时，当对风电机做镜像之后，雷达相对于镜像风电机的位置与斜坡的倾角有关。为了增加该算法的适用性，对风电机塔架底端为圆心建立坐标系，则可以通过含倾角参量的表达式来计算雷达相对于镜像本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大地背景下风电机雷达回波求解方法，其特征在于，利用电磁波传播的能量衰减原理，确定电磁波的传播路线，从而引入大地散射雷达电磁波对风电机雷达回波的影响，最后实现大地背景下风电机雷达回波的求解。

【技术特征摘要】
1.一种大地背景下风电机雷达回波求解方法，其特征在于，利用电磁波传播的能量衰减原理，确定电磁波的传播路线，从而引入大地散射雷达电磁波对风电机雷达回波的影响，最后实现大地背景下风电机雷达回波的求解。2.一种大地背景下风电机雷达回波求解方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤一：利用电磁波传播的能量衰减原理，确定电磁波的传播线路；步骤二：利用镜像原理，确定平地上风电机各散射中心所有传播线路的回波，进而叠加得到平地背景下风电机雷达回波；步骤三：利用镜像原理和坐标旋转理论，确定斜坡上风电机各散射中心所有传播线路的回波，进而叠加得到斜坡背景下风电机雷达回波。3.根据权利要求2所述的一种大地背景下风电机雷达回波求解方法，其特征在于，上述步骤求解大地背景下风电机雷达回波的理论基础，是基于大地对雷达电磁波的散射造成的电磁波能量衰减原理。4.根据权利要求2所述的一种大地背景下风电机雷达回波求解方法，其特征在于，步骤一确...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐波，邹芳，黄力，叶莉，王爽，黄汉生，孙子昂，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42