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气象雷达的风电场回波建模与仿真技术研究

马晨曦  
【摘要】:风电场作为一种运动的大型障碍物可能会对气象雷达产生影响,这个问题必须引起国内的高度重视。研究风电场的气象雷达的回波建模与仿真技术,有助于进一步研究有效的风电场的干扰抑制技术。这对于确保气象观测与气象预报的准确性,保障民航安全具有重要意义。论文包含风电场回波建模,回波数据转换和模型验证三个方面。首先,针对气象雷达体扫描模式特点,研究风轮机在窄波束体扫描模式下的可见性。然后利用电磁仿真软件建立风轮机的电磁散射特性模型,利用解析方法计算风轮机RCS并与电磁仿真结果与作对比分析。在风轮机可见性分析和电磁仿真结果基础上建立了气象雷达的风轮机回波模型,利用模型并模拟气象雷达体扫描模式仿真了风轮机的回波。然后获取美国德克萨斯州莫兰的代号为KDYX气象雷达和Lonestar风电场的相关数据,利用模型仿真风电场的回波。其次,根据WSR-88D雷达基本气象产品的生成以及坐标转换方法,将前文仿真的Lonestar风电场回波数据转换为Level II反射率因子数据,获取从美国国家海洋和大气局(National Oceanic and Atmospheric Administration,NOAA)的实测数据,并利用转换后数据和对比。最后,利用短时傅里叶变换分析了风轮机仿真回波的时频特性,定性分析验证仿真模型有效性。然后定量分析了旋转叶片RCS变化对风轮机的反射率因子的影响,最后利用统计分析方法,分析了Lonestar风电场在较为晴朗天气时部分风轮机所在分辨单元反射率因子数据,定量验证了仿真模型有效性。


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