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风电场电磁散射特性分析与杂波抑制技术研究

石玉洛  
【摘要】:风能作为一种可再生的清洁能源已经得到全世界各国的广泛关注,近年来全球风力发电装机容量呈指数增长。研究表明,由于风电场复杂的电磁散射特性,风电场会对航管监视雷达产生严重影响。因而,研究风电场雷达回波信号的仿真,分析风电场回波信号的特征,从而抑制风电场杂波,对提高民航飞行安全具有重要意义。本文首先基于散射点叠加理论,建立了风轮机雷达回波信号的数学模型。同时,利用电磁仿真软件FEKO分析了风轮机的雷达散射截面(Radar Cross Section,RCS)特征。结合数学模型和FEKO两者的优点提出了基于混合模型的风轮机回波信号仿真方法,该模型考虑了入射波方位角和俯仰角、电磁波在叶片及桅杆上的反射系数等复杂因素对回波信号的影响,可实现任意观测点处的风轮机回波信号的精确的仿真。其次,分析了风轮机叶片旋转引起的微多普勒效应,并将仿真结果与文献中的结果和实测数据进行了对比分析,证明了论文方法的有效性。另外,考虑到风电场往往有多台风轮机组成,不同风轮机间可能存在电磁波的多径散射,论文在单个风轮机回波模型的基础上建立了风电场多径散射模型,仿真并分析了存在多径反射时风电场回波信号及其微多普勒特征。最后,详细阐述了基于匹配追踪(Matching Pursuit,MP)算法的风电场杂波抑制的相关理论。为了减小计算量,对传统的MP算法进行了改进,在抑制杂波前估计了风轮机叶片旋转速度和雷达方位角,然后再利用MP算法抑制风电场杂波。


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