CN116299304B - 一种风电杂波的滤波方法、装置、设备及可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种风电杂波的滤波方法、装置、设备及可读存储介质，可应用于信号处理技术领域。该方法包括：获取滤波区域内的第一数据；对所述第一数据进行处理得到对应所述滤波区域的距离谱数据；结合识别算法对所述滤波区域内的距离谱数据进行滤波，实现风电杂波的滤波处理。由此，基于第一数据进行滤波，通过频谱处理，在频域实现对风电杂波的过滤，从而提高了天气雷达回波信号的准确性。
Description
技术领域
本申请涉及信号处理技术领域，特别是涉及一种风电杂波的滤波方法、装置、设备及可读存储介质。
背景技术
随着人们对于环境保护的重视程度日益增高，清洁能源得到了大力推广。清洁能源指的是对环境友好的能源，有着环保，排放少，污染程度小等诸多优点。
风电作为一种绿色能源得到了飞速发展。然而风电塔和扇叶对于天气雷达的回波会产生很大的影响。为了保证天气雷达数据的准确不得不考虑风电场的影响。但风电机回波与天气回波特性近似，现有技术尚未有风电机回波识别和滤除的有效方法。
因此，如何提高天气雷达回波信号的准确性，是本领域技术人员急需解决的问题。
发明内容
基于上述问题，本申请提供了一种风电杂波的滤波方法、装置、设备及可读存储介质，基于第一数据进行滤波，通过频谱处理，在频域实现对风电杂波的过滤，从而解决了基于基数据处理方法很难分离天气信号和风电杂波的问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种风电杂波的滤波方法，包括：
获取滤波区域内的第一数据；
对所述第一数据进行处理得到对应所述滤波区域的距离谱数据；
结合识别算法对所述滤波区域内的距离谱数据进行滤波，实现风电杂波的滤波处理。
可选的，所述对所述第一数据进行处理得到对应所述滤波区域的距离谱数据，包括：
对所述第一数据进行加窗处理，得到加窗后的所述第一数据；
对加窗后的所述第一数据进行傅里叶变换，得到对应所述滤波区域的距离谱数据。
可选的，所述结合识别算法对所述滤波区域内的距离谱数据进行滤波，实现风电杂波的滤波处理，包括：
结合识别算法确定所述滤波区域内存在风电杂波的第一距离库；
对所述第一距离库内的距离谱数据进行滤波，实现风电杂波的滤波处理。
可选的，所述对所述第一距离库内的距离谱数据进行滤波，实现风电杂波的滤波处理，包括：
根据识别算法确定所述第一距离库两边的第二距离库和第三距离库；
所述第二距离库和所述第三距离库为不存在风电杂波的距离库；
将所述第二距离库的距离谱数据和所述第三距离库的距离谱数据合并，得到合并谱数据；
根据所述合并谱数据去除所述第一距离库的距离谱数据中的污染功率，实现风电杂波的滤波处理。
可选的，所述根据所述合并谱数据去除所述第一距离库的距离谱数据中的污染功率，实现风电杂波的滤波处理，包括：
将所述合并谱数据和所述第一距离库的距离谱数据以所述合并谱数据为主键进行排序，并使所述合并谱数据是递增顺序且所述合并谱数据与所述第一距离库的距离谱数据中相同脉冲在相同索引；
将所述合并谱数据中的脉冲回波功率与相同位置所述第一距离库的距离谱数据中的脉冲回波功率作差，得到风电污染功率；
滤除所述第一距离库的距离谱数据中的所述风电污染功率，实现风电杂波的滤波处理。
可选的，所述获取滤波区域内的第一数据，包括：
获取滤波区域内雷达回波相移相差90度的复信号。
可选的，所述获取滤波区域内的第一数据之前，还包括：
获取实地调查数据；
将所述实地调查数据转换为雷达坐标下的方位和距离，从而实现对滤波区域的确定。
第二方面，本申请实施例提供了一种风电杂波的滤波装置，包括：
获取模块，用于获取滤波区域内的第一数据；
处理模块，用于对所述第一数据进行处理得到对应所述滤波区域的距离谱数据；
滤波模块，用于结合识别算法对所述滤波区域内的距离谱数据进行滤波，实现风电杂波的滤波处理。
第三方面，本申请实施例提供了一种风电杂波的滤波设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上述任一项所述风电杂波的滤波方法的步骤。
第四方面，本申请实施例提供了一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项所述风电杂波的滤波方法的步骤。
从以上技术方案可以看出，相较于现有技术，本申请具有以下优点：
本申请首先获取滤波区域内的第一数据。然后对第一数据进行处理得到对应滤波区域的距离谱数据。最后结合识别算法对滤波区域内的距离谱数据进行滤波，实现风电杂波的滤波处理。由此，基于第一数据进行滤波，通过频谱处理，在频域实现对风电杂波的过滤，从而解决了基于基数据处理方法很难分离天气信号和风电杂波的问题，提高了天气雷达回波信号的准确性。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种风电杂波的滤波方法的流程图；
图2为本申请实施例提供的一种风电杂波的滤波装置的结构示意图。
具体实施方式
正如前文所述，现有的风电机回波识别和滤除的方法效率很低且准确性不高。具体来说，现有的风电机回波识别和滤除的方法一般是基于基数据进行处理，在观测到的风电场区域识别出风电干扰并进行滤波。但风电机回波与天气回波特性近似，且基数据每个距离库中只有强度信息，因此只能通过插值的方法进行滤波，从而导致风电机回波识别和滤除的效率很低且准确性不高。
为了解决上述问题，本申请实施例提供了一种风电杂波的滤波方法，该方法包括：首先获取滤波区域内的第一数据。然后对第一数据进行处理得到对应滤波区域的距离谱数据。最后结合识别算法对滤波区域内的距离谱数据进行滤波，实现风电杂波的滤波处理。
如此，基于第一数据进行滤波，通过频谱处理，在频域实现对风电杂波的过滤，从而解决了基于基数据处理方法很难分离天气信号和风电杂波的问题，提高了天气雷达回波信号的准确性。
需要说明的是，本发明提供的一种风电杂波的滤波方法、装置、设备及可读存储介质可用于信号处理技术领域。上述仅为示例，并不对本发明提供的一种风电杂波的滤波方法、装置、设备及可读存储介质的应用领域进行限定。
为了使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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例，都属于本申请保护的范围。
图1为本申请实施例提供的一种风电杂波的滤波方法的流程图。结合图1所示，本申请实施例提供的一种风电杂波的滤波方法，可以包括：
S101：获取滤波区域内的第一数据。
在实际应用中，天气雷达通过从地面向空中发射探测脉冲，然后接收被气象目标散射回来的回波信号，并在荧光屏或计算机系统上显示出来，从而确定气象目标的位置和特性。由于风电塔和扇叶对天气雷达的回波信号会产生很大的影响，所以需要进行滤波处理，所以滤波区域中应该存在风电干扰。反之，不存在风电干扰的区域不需要进行滤波处理。在本申请中，回波信号首先被滤波装置作为第一数据所获取。
另外，由于获取第一数据的方式不尽相同，因此本申请可以就一种可能的获取方式进行说明。
在一种情况下，针对如何获取第一数据。相应的，S101：获取滤波区域内的第一数据，具体可以包括：
获取滤波区域内雷达回波相移相差90度的复信号。
在实际应用中，滤波装置获取的是滤波区域内的I/Q数据，I/Q数据即滤波区域内雷达回波相移相差90度的复信号。
S102：对所述第一数据进行处理得到对应所述滤波区域的距离谱数据。
在实际应用中，天气雷达先获取I/Q数据，然后将I/Q数据进行处理得到基数据，即基于I/Q数据计算出的反射率、速度、谱宽等参量，最后显示在计算机系统中。而基于基数据处理很难分离天气信号和风电杂波，因此本申请对第一数据进行处理，即基于I/Q数据通过频谱处理，在频域实现对风电杂波的分离。具体的，本申请首先将滤波区域内的第一数据，即I/Q数据处理为距离谱数据。
另外，由于获取距离谱数据的方式不尽相同，因此本申请可以就一种可能的获取方式进行说明。
在一种情况下，针对如何获取距离谱数据。相应的，S102：对所述第一数据进行处理得到对应所述滤波区域的距离谱数据，包括：
对所述第一数据进行加窗处理，得到加窗后的所述第一数据；
对加窗后的所述第一数据进行傅里叶变换，得到对应所述滤波区域的距离谱数据。
在实际应用中，为了将滤波区域内的第一数据，即I/Q数据处理为距离谱数据，首先需要对I/Q数据进行加窗处理，表达式如下：
XW（r1，r2）=W*X（r1，r2）
其中W为窗，XW为加窗后的I/Q数据，X代表复I/Q数据，r1为风电杂波的起始范围，r2为风电杂波的终止范围。然后对加窗后的I/Q数据进行傅里叶变换，表达式如下：
RS（r1，r2）=FFT（XW（r1，r2））
其中RS为距离谱，FFT为傅里叶变换。由此便可实现滤波区域内的第一数据，即I/Q数据到距离谱数据的转换。
S103：结合识别算法对所述滤波区域内的距离谱数据进行滤波，实现风电杂波的滤波处理。
在实际应用中，在滤波前需要利用识别算法对滤波区域内，每个距离库是否被风电杂波污染进行识别。然后针对被污染的距离库，对滤波区域内的距离谱数据进行过滤，从而实现风电杂波的滤波处理。
另外，由于对距离谱数据进行滤波的方式不尽相同，因此本申请可以就一种可能的滤波方式进行说明。
在一种情况下，针对如何对距离谱数据进行滤波。相应的，S103：结合识别算法对所述滤波区域内的距离谱数据进行滤波，实现风电杂波的滤波处理，具体可以包括：
结合识别算法确定所述滤波区域内存在风电杂波的第一距离库；
对所述第一距离库内的距离谱数据进行滤波，实现风电杂波的滤波处理。
在实际应用中，假设滤波区域中存在N个距离库，那么识别算法可以表示为：
其中WTCF为识别算法。b为距离库，有1至N个，N为正整数。1表示被污染，0表示未被污染。结合识别算法可以确定滤波区域内被污染的距离库，即存在风电杂波的第一距离库。然后针对存在风电杂波的第一距离库内的距离谱数据进行滤波处理，实现风电杂波的滤波处理。
另外，由于对距离库内的距离谱数据进行滤波的方式不尽相同，因此本申请可以就可能得滤波方式进行说明。
在一种情况下，针对如何对距离库内的距离谱数据进行滤波。相应的，所述对所述第一距离库内的距离谱数据进行滤波，实现风电杂波的滤波处理，具体可以包括：
根据识别算法确定所述第一距离库两边的第二距离库和第三距离库；
所述第二距离库和所述第三距离库为不存在风电杂波的距离库；
将所述第二距离库的距离谱数据和所述第三距离库的距离谱数据合并，得到合并谱数据；
根据所述合并谱数据去除所述第一距离库的距离谱数据中的污染功率，实现风电杂波的滤波处理。
在实际应用中，当利用识别算法确定出被污染的第一距离库后，再结合识别算法针对第一距离库向两边搜索未被污染的第二距离库和第三距离库，即不存在风电杂波的第二距离库和第三距离库。然后将第二距离库和第三距离库中的距离谱数据合并得到合并谱数据，可表示为RSc（b）。第一距离库中的距离谱数据可以表示为RS（b）。根据RSc（b）和RS（b）计算污染功率差，并从第一距离库中的距离谱数据中删除污染功率即可实现风电杂波的滤波处理。
另外，由于去除污染功率的方式不尽相同，因此本申请可以就可能的去除方式进行说明。
在一种情况下，针对如何去除距离谱数据中的污染功率。相应的，所述根据所述合并谱数据去除所述第一距离库的距离谱数据中的污染功率，实现风电杂波的滤波处理，具体可以包括：
将所述合并谱数据和所述第一距离库的距离谱数据以所述合并谱数据为主键进行排序，并使所述合并谱数据是递增顺序且所述合并谱数据与所述第一距离库的距离谱数据中相同脉冲在相同索引；
将所述合并谱数据中的脉冲回波功率与相同位置所述第一距离库的距离谱数据中的脉冲回波功率作差，得到风电污染功率；
滤除所述第一距离库的距离谱数据中的所述风电污染功率，实现风电杂波的滤波处理。
在实际应用中，合并谱数据表示为RSc（b），第一距离库中的距离谱数据表示为RS（b）。得到第二距离库和第三距离库的合并谱数据后，对RS（b）和RSc（b）以RSc（b）为主键进行排序，并保证RSc（b）是递增的。举例来说，RSc（b）中存在5个脉冲，其中第1个脉冲RSc（b，1）的大小为2，第2个脉冲RSc（b，2）的大小为4，第3个脉冲RSc（b，3）的大小为1，第4个脉冲RSc（b，4）的大小为3，第5个脉冲RSc（b，5）的大小为10，那么RSc（b）的排序应为RSc（b，5），RSc（b，2），RSc（b，4），RSc（b，1），RSc（b，3）。需要注意的是RS（b）与RSc（b）的相同脉冲在相同索引，即RSc（b，1）与RS（b）的第1个脉冲RS（b，1）对应。然后取RSc（b）中最低10%至50%的脉冲回波计算功率，功率可表示为Prsc。然后取相同位置的RS（b）中的脉冲回波计算功率，功率可表示为Prs。利用Prs减去Prsc即可得到风电污染功率Pd。然后利用RS（b）减去Pd即可得到滤波后的第一距离库中的距离谱数据，可以表示为Rsf（b），实现风电杂波的滤波处理。最后可以利用求和函数处理Rsf（b）并替换原始回波功率，从而在计算机系统中显示出准确的天气雷达回波信号。
另外，由于滤波区域的确定方式不尽相同，因此本申请可以就可能的确定方式进行说明。
在一种情况下，针对如何确定滤波区域。相应的，所述获取滤波区域内的第一数据之前，具体还包括：
获取实地调查数据；
将所述实地调查数据转换为雷达坐标下的方位和距离，从而实现对滤波区域的确定。
在实际应用中，滤波装置在进行风电杂波处理前需要预先定义风电杂波的范围，这个可以通过实地调查得到。具体的，技术人员可以通过实地调查确定存在风电塔和扇叶的区域并存储在系统中。滤波装置在进行风电杂波处理时可以直接调取该数据，然后通过转换得到雷达坐标下的方位和距离，从而实现对滤波区域的确定。需要注意的是滤波装置只在这个区域进行风电杂波处理，在滤波区域以外的地方无需进行风电杂波的过滤。
综上所述，本申请首先获取滤波区域内的第一数据。然后对第一数据进行处理得到对应滤波区域的距离谱数据。最后结合识别算法对滤波区域内的距离谱数据进行滤波，实现风电杂波的滤波处理。由此，基于第一数据进行滤波，通过频谱处理，在频域实现对风电杂波的过滤，从而解决了基于基数据处理方法很难分离天气信号和风电杂波的问题，提高了天气雷达回波信号的准确性。
基于上述实施例提供的一种风电杂波的滤波方法，本申请还提供了一种风电杂波的滤波装置。下面分别结合实施例和附图，对该风电杂波的滤波装置进行描述。
图2为本申请实施例提供的一种风电杂波的滤波装置的结构示意图。结合图2所示，本申请实施例提供的滤波装置200，包括：
获取模块201，用于获取滤波区域内的第一数据；
处理模块202，用于对所述第一数据进行处理得到对应所述滤波区域的距离谱数据；
滤波模块203，用于结合识别算法对所述滤波区域内的距离谱数据进行滤波，实现风电杂波的滤波处理。
作为一种实施方式，针对如何获取滤波区域内的第一数据，上述获取模块201具体用于：
获取滤波区域内雷达回波相移相差90度的复信号。
作为一种实施方式，针对如何对第一数据进行处理得到对应滤波区域的距离谱数据，上述处理模块202具体用于：
对所述第一数据进行加窗处理，得到加窗后的所述第一数据；
对加窗后的所述第一数据进行傅里叶变换，得到对应所述滤波区域的距离谱数据。
作为一种实施方式，针对如何结合识别算法对滤波区域内的距离谱数据进行滤波，实现风电杂波的滤波处理，上述滤波模块203具体包括：识别模块和滤波子模块；
识别模块，用于结合识别算法确定所述滤波区域内存在风电杂波的第一距离库；
滤波子模块，用于对所述第一距离库内的距离谱数据进行滤波，实现风电杂波的滤波处理。
作为一种实施方式，针对如何对第一距离库内的距离谱数据进行滤波，实现风电杂波的滤波处理，上述滤波子模块包括：第一处理子模块、第二处理子模块和第三处理子模块；
第一处理子模块，用于根据识别算法确定所述第一距离库两边的第二距离库和第三距离库；所述第二距离库和所述第三距离库为不存在风电杂波的距离库；
第二处理子模块，用于将所述第二距离库的距离谱数据和所述第三距离库的距离谱数据合并，得到合并谱数据；
第三处理子模块，用于根据所述合并谱数据去除所述第一距离库的距离谱数据中的污染功率，实现风电杂波的滤波处理。
作为一种实施方式，针对如何根据合并谱数据去除第一距离库的距离谱数据中的污染功率，上述第三处理子模块具体用于：
将所述合并谱数据和所述第一距离库的距离谱数据以所述合并谱数据为主键进行排序，并使所述合并谱数据是递增顺序且所述合并谱数据与所述第一距离库的距离谱数据中相同脉冲在相同索引；
将所述合并谱数据中的脉冲回波功率与相同位置所述第一距离库的距离谱数据中的脉冲回波功率作差，得到风电污染功率；
滤除所述第一距离库的距离谱数据中的所述风电污染功率，实现风电杂波的滤波处理。
作为一种实施方式，针对如何确定滤波区域，上述滤波装置200具体还包括：确定模块；
确定模块，用于获取实地调查数据；
将所述实地调查数据转换为雷达坐标下的方位和距离，从而实现对滤波区域的确定。
综上所述，本申请首先获取滤波区域内的第一数据。然后对第一数据进行处理得到对应滤波区域的距离谱数据。最后结合识别算法对滤波区域内的距离谱数据进行滤波，实现风电杂波的滤波处理。由此，基于第一数据进行滤波，通过频谱处理，在频域实现对风电杂波的过滤，从而解决了基于基数据处理方法很难分离天气信号和风电杂波的问题，提高了天气雷达回波信号的准确性。
另外，本申请还提供了一种风电杂波的滤波设备，包括：存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上述任一项所述风电杂波的滤波方法的步骤。
另外，本申请还提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项所述风电杂波的滤波方法的步骤。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (7)
1.一种风电杂波的滤波方法，其特征在于，所述方法包括：
获取滤波区域内的第一数据；
对所述第一数据进行处理得到对应所述滤波区域的距离谱数据；
结合识别算法对所述滤波区域内的距离谱数据进行滤波，实现风电杂波的滤波处理；
所述结合识别算法对所述滤波区域内的距离谱数据进行滤波，实现风电杂波的滤波处理，包括：
结合识别算法确定所述滤波区域内存在风电杂波的第一距离库；
对所述第一距离库内的距离谱数据进行滤波，实现风电杂波的滤波处理；
所述对所述第一距离库内的距离谱数据进行滤波，实现风电杂波的滤波处理，包括：
根据识别算法确定所述第一距离库两边的第二距离库和第三距离库；
所述第二距离库和所述第三距离库为不存在风电杂波的距离库；
将所述第二距离库的距离谱数据和所述第三距离库的距离谱数据合并，得到合并谱数据；
根据所述合并谱数据去除所述第一距离库的距离谱数据中的污染功率，实现风电杂波的滤波处理；
所述根据所述合并谱数据去除所述第一距离库的距离谱数据中的污染功率，实现风电杂波的滤波处理，包括：
将所述合并谱数据和所述第一距离库的距离谱数据以所述合并谱数据为主键进行排序，并使所述合并谱数据是递增顺序且所述合并谱数据与所述第一距离库的距离谱数据中相同脉冲在相同索引；
将所述合并谱数据中的脉冲回波功率与相同位置所述第一距离库的距离谱数据中的脉冲回波功率作差，得到风电污染功率；
滤除所述第一距离库的距离谱数据中的所述风电污染功率，实现风电杂波的滤波处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述第一数据进行处理得到对应所述滤波区域的距离谱数据，包括：
对所述第一数据进行加窗处理，得到加窗后的所述第一数据；
对加窗后的所述第一数据进行傅里叶变换，得到对应所述滤波区域的距离谱数据。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取滤波区域内的第一数据，包括：
获取滤波区域内雷达回波相移相差90度的复信号。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取滤波区域内的第一数据之前，还包括：
获取实地调查数据；
将所述实地调查数据转换为雷达坐标下的方位和距离，从而实现对滤波区域的确定。
5.一种风电杂波的滤波装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取滤波区域内的第一数据；
处理模块，用于对所述第一数据进行处理得到对应所述滤波区域的距离谱数据；
滤波模块，用于结合识别算法对所述滤波区域内的距离谱数据进行滤波，实现风电杂波的滤波处理；
滤波模块具体包括：识别模块和滤波子模块；
所述识别模块，用于结合识别算法确定所述滤波区域内存在风电杂波的第一距离库；
所述滤波子模块，用于对所述第一距离库内的距离谱数据进行滤波，实现风电杂波的滤波处理；
所述滤波子模块包括：第一处理子模块、第二处理子模块和第三处理子模块；
第一处理子模块，用于根据识别算法确定所述第一距离库两边的第二距离库和第三距离库；所述第二距离库和所述第三距离库为不存在风电杂波的距离库；
第二处理子模块，用于将所述第二距离库的距离谱数据和所述第三距离库的距离谱数据合并，得到合并谱数据；
第三处理子模块，用于根据所述合并谱数据去除所述第一距离库的距离谱数据中的污染功率，实现风电杂波的滤波处理；
所述第三处理子模块具体用于：
将所述合并谱数据和所述第一距离库的距离谱数据以所述合并谱数据为主键进行排序，并使所述合并谱数据是递增顺序且所述合并谱数据与所述第一距离库的距离谱数据中相同脉冲在相同索引；
将所述合并谱数据中的脉冲回波功率与相同位置所述第一距离库的距离谱数据中的脉冲回波功率作差，得到风电污染功率；
滤除所述第一距离库的距离谱数据中的所述风电污染功率，实现风电杂波的滤波处理。
6.一种风电杂波的滤波设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至4任一项所述风电杂波的滤波方法的步骤。
7.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述风电杂波的滤波方法的步骤。
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