一种风力涡轮机杂波检测方法技术

本发明专利技术涉及一种风力涡轮机杂波检测方法，基于地杂波、气象信号、风力涡轮机杂波在谱宽上差异很大，利用风力涡轮机杂波功率强、频谱宽这一特性，通过谱宽的差异性来检测气象雷达风力涡轮机杂波，能够有效检测出风力涡轮机杂波所在的距离单元，且运算量小，适合工程应用。

A Clutter Detection Method for Wind Turbine

The invention relates to a clutter detection method for wind turbines. Based on the characteristics of ground clutter, meteorological signal and wind turbine clutter, which vary greatly in spectrum width, the clutter power and spectrum width of wind turbines are used to detect the clutter of wind turbines in weather radar by the difference of spectrum width. The distance unit where the clutter of wind turbines is located can be effectively detected, and the calculation amount is also large. Small, suitable for engineering applications.

【技术实现步骤摘要】
一种风力涡轮机杂波检测方法
本专利技术涉及一种风力涡轮机杂波检测方法，属于气象雷达信号检测

技术介绍
近年来，随着风电场数量及规模的不断增长，由风力涡轮机叶片在高速旋转过程中引起的杂波已成为影响气象雷达探测性能的主要因素，现有的雷达系统在地杂波、气象信号、涡轮机杂波同时存在的情况下，所采取的杂波抑制方法多为假设杂波处于静止或缓慢运动状态中，而忽略了快速运动中的叶片杂波，且运动中的涡轮机叶片的不同部分的转动线速度也不同。因此，研究涡轮机叶片的微多普勒频谱对减少由叶片杂波引起的雷达回波信号的误检测和误跟踪具有重大意义。为了解决上述问题，Cornwall提出选用具有吸收波束功能的材料制作涡轮机叶片，从而减少雷达散射截面(RadarCrossSquare,RCS)以抑制涡轮机杂波，但是由于材料制作成本高昂，难以推广；GallardoB等人提出由雷达回波功率谱估计涡轮机叶片的转速，然后判断该转速是否在先验的风轮机叶片转速范围，以此来检测涡轮机杂波，该方法过于依赖先验数；国内何炜琨等人提出了基于混合模型的涡轮机机电磁散射特性仿真，该模型考虑了电磁波的反射系数等因素对回波的影响，但利用FEKO仿真软件所需建模时间较长，无法快速得到估算结果。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种风力涡轮机杂波检测方法，利用风力涡轮机杂波功率强、频谱宽这一特性，能够有效检测出气象雷达风力涡轮机杂波所在的距离单元，且运算量小，适合工程应用。本专利技术为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本专利技术设计了一种风力涡轮机杂波检测方法，基于气象雷达对风力涡轮机检测、所接收到的回波信号序列{x(n)}，实现风力涡轮机杂波的检测，n∈{1,…,K}，K表示气象雷达对风力涡轮机检测、所接收到回波信号的总数，x(n)表示气象雷达所接收到的第n个回波信号，检测方法包括如下步骤：步骤B.顺序针对气象雷达与风力涡轮机之间回波信号移动路径上的所有距离单元，按预设段数M进行平均划分，获得各段距离单元组，并获得各段距离单元组分别所对应的功率阈值；然后基于各功率阈值，剔除仅存在地杂波信号的各个距离单元，获得剩余各个距离单元，作为各个待处理距离单元，并进入步骤C；步骤C.基于回波信号序列{x(n)}，获得各个待处理距离单元分别所对应的谱宽估计值σl，然后进入步骤D；其中，l∈{1,...,N}，N表示待处理距离单元的数量，σl表示第l个待处理距离单元所对应的谱宽估计值；步骤D.按各待处理距离单元分别所对应的谱宽估计值σl，针对所有待处理距离单元进行升序排列，针对序列前端、序列尾端，分别剔除预设d个待处理距离单元；然后获得剩余所有待处理距离单元所对应谱宽估计值的平均值，并结合预设谱宽放大系数γ，获得谱宽检测阈值σ0，并进入步骤E；步骤E.分别针对步骤B所获各个待处理距离单元，判断待处理距离单元所对应的谱宽估计值σl是否大于谱宽检测阈值σ0，是则表示该待处理距离单元存在风力涡轮机杂波，否则表示该待处理距离单元不存在风力涡轮机杂波。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述检测方法还包括步骤A如下，首先执行步骤A，然后进入步骤B；步骤A.针对回波信号序列{x(n)}进行对消处理，实现对地杂波信号的抑制。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述步骤A中，采用由两个二脉冲对消器级联所构成的三脉冲对消器，针对回波信号序列{x(n)}进行对消处理，实现对地杂波信号的抑制。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述步骤A中，分别针对回波信号序列{x(n)}中的各个回波信号x(n)，获得如下公式结果；x(n)-2x(n+1)+x(n+2)并以该结果针对对应回波信号x(n)进行更新，分别完成各回波信号x(n)的更新，即对回波信号序列{x(n)}进行对消处理，实现对地杂波信号的抑制。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述步骤B包括如下步骤：步骤B-1.顺序针对气象雷达与风力涡轮机之间回波信号移动路径上的所有距离单元，按预设段数M进行平均划分，获得M段距离单元组，各段距离单元组中分别均包括Z＝L/M个距离单元，然后进入步骤B-2；其中，L表示气象雷达与风力涡轮机之间回波信号移动路径上距离单元的总数；步骤B-2.分别针对各段距离单元组，按如下公式：获得各段距离单元组分别所对应的功率阈值Pdm，然后进入步骤B-3；其中，m∈{1,...,M}，Pdm表示第m段距离单元组所对应的功率阈值，G表示预设幅度系数，Pmi表示第m段距离单元组中第i个距离单元回波信号的功率；步骤B-3.分别针对各个距离单元，判断距离单元回波信号的功率是否小于其所在距离单元组对应的功率阈值，是则判定该距离单元上仅存在地杂波信号，并剔除该距离单元；否则不对该距离单元进行处理，待所有距离单元均完成上述判断操作后，进入步骤B-4；步骤B-4.将剩余各个距离单元，作为各个待处理距离单元，然后进入步骤C。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述步骤C包括如下步骤：步骤C-1.获得各个待处理距离单元分别所对应的R0l和R1l，然后进入步骤C-2；其中，l∈{1,...,N}，N表示待处理距离单元的数量，R0l表示第l个待处理距离单元回波信号序列零延迟自相关参数，R1l表示第l个待处理距离单元回波信号序列一阶自相关参数；步骤C-2.分别针对各个待处理距离单元，按如下公式：获得各个待处理距离单元分别所对应的谱宽估计值σl，然后进入步骤D；其中，σl表示第l个待处理距离单元所对应的谱宽估计值，λ表示气象雷达波长，Tr表示前后相邻两回波信号之间的时间间隔。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述步骤C-1包括如下：分别针对各个待处理距离单元，按如下公式：获得待处理距离单元回波信号序列零延迟自相关参数R0l，其中，l∈{1,...,N}，N表示待处理距离单元的数量，R0l表示第l个待处理距离单元回波信号序列零延迟自相关参数；yl(n)表示第l个待处理距离单元的第n个回波信号，表示yl(n)的共轭；同时，根据如下公式：获得该待处理距离单元的回波信号序列一阶自相关参数R1l，其中，R1l表示第l个待处理距离单元的回波信号序列一阶自相关参数；yl(b+1)表示第l个待处理距离单元上的第b+1个回波信号，表示yl(b)的共轭，yl(b)表示第l个待处理距离单元的第b个回波信号；进而获得各待处理距离单元分别所对应的R0l和R1l，然后进入步骤C-2。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述步骤D中，针对所述剩余所有待处理距离单元所对应谱宽估计值的平均值，通过与所述预设谱宽放大系数γ的乘积，获得谱宽检测阈值σ0。本专利技术所述一种风力涡轮机杂波检测方法，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本专利技术所设计风力涡轮机杂波检测方法，基于地杂波、气象信号、风力涡轮机杂波在谱宽上差异很大，利用风力涡轮机杂波功率强、频谱宽这一特性，通过谱宽的差异性来检测气象雷达风力涡轮机杂波，能够有效检测出风力涡轮机杂波所在的距离单元，且运算量小，适合工程应用。附图说明图1为风力涡轮机与雷达关系图；图2为本专利技术信号处理流程图；图3(a)为三脉冲对消前雷达回波信号(地杂波+气象信号)功率谱；图3(b)为三脉冲对消后雷达回波信号(地杂波+气象信号)功率谱；图4(a)为三脉冲对消前雷达回波信号(地杂波+W本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风力涡轮机杂波检测方法，基于气象雷达对风力涡轮机检测、所接收到的回波信号序列{x(n)}，实现风力涡轮机杂波的检测，n∈{1,…,K}，K表示气象雷达对风力涡轮机检测、所接收到回波信号的总数，x(n)表示气象雷达所接收到的第n个回波信号，其特征在于，检测方法包括如下步骤：步骤B.顺序针对气象雷达与风力涡轮机之间回波信号移动路径上的所有距离单元，按预设段数M进行平均划分，获得各段距离单元组，并获得各段距离单元组分别所对应的功率阈值；然后基于各功率阈值，剔除仅存在地杂波信号的各个距离单元，获得剩余各个距离单元，作为各个待处理距离单元，并进入步骤C；步骤C.基于回波信号序列{x(n)}，获得各个待处理距离单元分别所对应的谱宽估计值σl，然后进入步骤D；其中，l∈{1,...,N}，N表示待处理距离单元的数量，σl表示第l个待处理距离单元所对应的谱宽估计值；步骤D.按各待处理距离单元分别所对应的谱宽估计值σl，针对所有待处理距离单元进行升序排列，针对序列前端、序列尾端，分别剔除预设d个待处理距离单元；然后获得剩余所有待处理距离单元所对应谱宽估计值的平均值，并结合预设谱宽放大系数γ，获得谱宽检测阈值σ0，并进入步骤E；步骤E.分别针对步骤B所获各个待处理距离单元，判断待处理距离单元所对应的谱宽估计值σl是否大于谱宽检测阈值σ0，是则表示该待处理距离单元存在风力涡轮机杂波，否则表示该待处理距离单元不存在风力涡轮机杂波。...

【技术特征摘要】
1.一种风力涡轮机杂波检测方法，基于气象雷达对风力涡轮机检测、所接收到的回波信号序列{x(n)}，实现风力涡轮机杂波的检测，n∈{1,…,K}，K表示气象雷达对风力涡轮机检测、所接收到回波信号的总数，x(n)表示气象雷达所接收到的第n个回波信号，其特征在于，检测方法包括如下步骤：步骤B.顺序针对气象雷达与风力涡轮机之间回波信号移动路径上的所有距离单元，按预设段数M进行平均划分，获得各段距离单元组，并获得各段距离单元组分别所对应的功率阈值；然后基于各功率阈值，剔除仅存在地杂波信号的各个距离单元，获得剩余各个距离单元，作为各个待处理距离单元，并进入步骤C；步骤C.基于回波信号序列{x(n)}，获得各个待处理距离单元分别所对应的谱宽估计值σl，然后进入步骤D；其中，l∈{1,...,N}，N表示待处理距离单元的数量，σl表示第l个待处理距离单元所对应的谱宽估计值；步骤D.按各待处理距离单元分别所对应的谱宽估计值σl，针对所有待处理距离单元进行升序排列，针对序列前端、序列尾端，分别剔除预设d个待处理距离单元；然后获得剩余所有待处理距离单元所对应谱宽估计值的平均值，并结合预设谱宽放大系数γ，获得谱宽检测阈值σ0，并进入步骤E；步骤E.分别针对步骤B所获各个待处理距离单元，判断待处理距离单元所对应的谱宽估计值σl是否大于谱宽检测阈值σ0，是则表示该待处理距离单元存在风力涡轮机杂波，否则表示该待处理距离单元不存在风力涡轮机杂波。2.根据权利要求1所述一种风力涡轮机杂波检测方法，其特征在于：所述检测方法还包括步骤A如下，首先执行步骤A，然后进入步骤B；步骤A.针对回波信号序列{x(n)}进行对消处理，实现对地杂波信号的抑制。3.根据权利要求2所述一种风力涡轮机杂波检测方法，其特征在于：所述步骤A中，采用由两个二脉冲对消器级联所构成的三脉冲对消器，针对回波信号序列{x(n)}进行对消处理，实现对地杂波信号的抑制。4.根据权利要求2所述一种风力涡轮机杂波检测方法，其特征在于，所述步骤A中，分别针对回波信号序列{x(n)}中的各个回波信号x(n)，获得如下公式结果；x(n)-2x(n+1)+x(n+2)并以该结果针对对应回波信号x(n)进行更新，分别完成各回波信号x(n)的更新，即对回波信号序列{x(n)}进行对消处理，实现对地杂波信号的抑制。5.根据权利要求1所述一种风力涡轮机杂波检测方法，其特征在于，所述步骤B包括如下步骤：步骤B-1.顺序针对气象雷达与风力涡轮机之间回波信号移动路径上的所有距离单元，按预设段数M进行平均划分，获得M段距离单元组，各段距离单元组中分...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚旭，沈明威，吉雨，王晓冬，万晓玉，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32