CN112965036A - 一种风轮机多径散射效应分析方法 - Google Patents

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wind
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褚鹏
董志强
李泽
戴传金
郑秋容
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Abstract

本发明公开了一种风轮机多径散射效应分析方法，属于通信技术领域，建立风轮机多径散射数学模型，然后建立介质风叶RCS模型和风轮机RCS模型并进行计算。减少了雷达接收机虚警或假目标信号。

Description

一种风轮机多径散射效应分析方法
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体涉及一种风轮机多径散射效应分析方法。
背景技术
由于风力发电行业的蓬勃发展，越来越多的风力发电场(以下简称风电场)正在建立，风电场的规模和风机的结构也越来越大。然而，最近研究表明，风电场的主体风轮机，由于其庞大的结构和复杂的电磁散射特性，会对雷达、导航和监视等电子设备会产生严重影响。国外发达国家，如美国、英国、德国和西班牙等，均已开始研究风电场对雷达的干扰，以期为风电场的选址和风电场干扰抑制提供技术支持。
由于风轮机庞大的结构，导致风机的RCS非常大，在某些情况下能超过1000m2，可大于波音747飞机的RCS，造成雷达回波的多径散射效应，从而会引起雷达接收机虚警或假目标的回波信号。
发明内容
本发明的目的在于提供一种风轮机多径散射效应分析方法，解决现有技术中为会引起雷达接收机虚警或假目标的回波信号的技术问题。
本发明提供了一种风轮机多径散射效应分析方法，包括以下步骤，建立风轮机多径散射数学模型，然后建立介质风叶RCS模型和风轮机RCS模型并进行计算。
进一步的，所述风轮机多径散射数学模型建立包括以下步骤：选择选择雷达平面任意内一点作为目标点，其发射功率为Pt，该信号经过路程r1直接到达雷达天线的功率密度为s1，见式(1)：
Figure BDA0002931929810000021
该信号经过路程r2直接到达风电场的功率密度为s2，见式(2)：
Figure BDA0002931929810000022
该信号由风电场反射经路程r3到达雷达天线的功率密度为s3，见式(3)：
Figure BDA0002931929810000023
式中RCS为在入射角为θ时风轮机的雷达散射截面积，N为风轮机结构单元个数。
则目标点Pt散射信号经风电机组到达接收天线与直接到达接收天线的比值，见式(4)：
Figure BDA0002931929810000024
进一步的，所述介质风叶RCS模型通过FEKO软件建立。
进一步的，所述风轮机的风叶为玻璃钢介质，所述风轮机的塔架为金属。
进一步的，所述介质风叶RCS模型和风轮机RCS模型通过MATLAB进行多径求解。
本发明的有益效果为：
1.本发明提供的方法减少了雷达接收机虚警或假目标信号。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施方式，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明介质风叶RCS模型；
图2为本发明介质风叶RCS二维值；
图3为本发明单个风轮机RCS模型；
图4为本发明单个风轮机RCS二维值；
图5为本发明单目标点多径传输示意图；
图6为本发明单目标点另一角度多径传输示意图；
图7为本发明单目标点另一角度多径传输示意图；
图8为本发明雷达平面示意图。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。通常在此处附图中描述和展示的本发明实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
本发明的实施方式提供了一种风轮机多径散射效应分析方法，包括以下步骤:
步骤一：建立风轮机多径散射数学模型
如8图所示，选择雷达平面任意内一点作为目标点，其发射功率为Pt，该信号经过路程r1直接到达雷达天线的功率密度为s1，见式(1)：
Figure BDA0002931929810000051
该信号经过路程r2直接到达风电场的功率密度为s2，见式(2)：
Figure BDA0002931929810000052
该信号由风电场反射经路程r3到达雷达天线的功率密度为s3，见式(3)：
Figure BDA0002931929810000053
式中RCS为在入射角为θ时风轮机的雷达散射截面积，N为风轮机结构单元个数，N取15。
则目标点Pt散射信号经风电机组到达接收天线与直接到达接收天线的比值，见式(4)：
Figure BDA0002931929810000061
步骤二：建立并计算RCS
1.建立介质风叶RCS模型。利用FEKO软件建立单个风轮机介质风叶模型，并计算其RCS。
2.建立单个风轮机RCS模型。风叶为玻璃钢介质，塔架为金属，并计算其RCS。
即风轮机RCS(雷达散射截面积)约在5000-6000m^2。
将每个角度的RCS记录下来，作为计算时带入的数据。
步骤三：模型求解
利用MATLAB进行多径求解。选取目标点到雷达的距离r1＝100Km，使其以10度的间隔绕雷达一圈，共36个点，求解出点的功率比值，进行比较，找出多径效应影响最大的值及角度。经计算可得数据表1。
Figure BDA0002931929810000062
Figure BDA0002931929810000071
表1多径效应各角度的折射波与直射波功率比(dB)
从表1中可以看出，当目标与雷达相距100公里时，目标点Pt散射信号经风电机组到达接收天线与直接到达接收天线的比值最大值在角度theta＝500时，S3/S1＝-101.96dB。远低于雷达的接收检测门限。最小值在角度theta＝2400时，S3/S1＝-124.68dB。在r1＝100Km这种情况下信号经过散射后到达目标与直达波相比没有达到雷达检测电平门限,不会出现假目标回波。且该数据与结论与现场实测结果基本一致。
本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种风轮机多径散射效应分析方法，其特征在于，包括以下步骤：建立风轮机多径散射数学模型，然后建立介质风叶RCS模型和风轮机RCS模型并进行计算。
2.根据权利要求1所述的一种风轮机多径散射效应分析方法，其特征在于，所述风轮机多径散射数学模型建立包括以下步骤：选择选择雷达平面任意内一点作为目标点，其发射功率为Pt，该信号经过路程r1直接到达雷达天线的功率密度为s1，见式(1)：
Figure FDA0002931929800000011
该信号经过路程r2直接到达风电场的功率密度为s2，见式(2)：
Figure FDA0002931929800000012
该信号由风电场反射经路程r3到达雷达天线的功率密度为s3，见式(3)：
Figure FDA0002931929800000013
式中RCS为在入射角为θ时风轮机的雷达散射截面积，N为风轮机结构单元个数。
则目标点Pt散射信号经风电机组到达接收天线与直接到达接收天线的比值，见式(4)：
Figure FDA0002931929800000021
3.根据权利要求1所述的一种风轮机多径散射效应分析方法，其特征在于，所述介质风叶RCS模型通过FEKO软件建立。
4.根据权利要求1所述的一种风轮机多径散射效应分析方法，其特征在于，所述风轮机的风叶为玻璃钢介质，所述风轮机的塔架为金属。
5.根据权利要求2所述的一种风轮机多径散射效应分析方法，其特征在于，所述介质风叶RCS模型和风轮机RCS模型通过MATLAB进行多径求解。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113759332A (zh) * 2021-07-14 2021-12-07 中国人民解放军空军预警学院 一种风轮机多径回波信号建模方法

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