基于改进岭回归的气象雷达风力涡轮机杂波抑制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110780264A(43)申请公布日2020.02.11(21)申请号201910966998.3(22)申请日2019.10.12(71)申请人河海大学地址211100江苏省南京市江宁开发区佛城西路8号(72)发明人沈明威吉雨姚旭王晓冬万晓玉(74)专利代理机构南京经纬专利商标代理有限公司32200代理人刘莎(51)Int.Cl.G01S7/02(2006.01)G01S7/41(2006.01)G01S13/95(2006.01)权利要求书3页说明书7页附图6页(54)发明名称基于改进岭回归的气象雷达风力涡轮机杂波抑制方法(57)摘要本发明公开了一种基于改进岭回归的气象雷达风力涡轮机杂波抑制方法，该发明针对回归模型中数据存在较强的共线性时，导致参数估计值不稳定且估计精确度较低的问题，首先引入加权岭回归模型，接着采用广义交叉验证(GCV)获取岭回归模型中的最优回归参数，进而求解被风力涡轮机杂波(WTC)污染的气象信号谱矩信息。本发明在低信噪比条件下估计精度高、运算量小，易于工程实施。CN110780264ACN110780264A权利要求书1/3页1.基于改进岭回归的气象雷达风力涡轮机杂波抑制方法，其特征在于，包括如下具体步骤：步骤一、气象雷达接收端回波信号为：假定气象雷达第i个距离单元Ci接收到风力涡轮机杂波WTC信号，其第k个脉冲下接收信号Ci(k)为：Ci(k)＝si(k)+wi(k)+ni(k),k＝1,...,K其中si(k)、wi(k)、ni(k)分别表示第i个距离单元在第k个脉冲时接收的气象信号、WTC信号和噪声信号，K为雷达相干积累脉冲数；与第i个距离单元相邻的第j个距离单元Cj未接收到WTC信号，其在第k个脉冲下接收信号Cj(k)为：Cj(k)＝sj(k)+nj(k)其中sj(k)、nj(k)分别表示第j个距离单元在第k个脉冲时接收的气象信号、噪声信号；步骤二、相邻距离单元气象信息提取，具体为：在存在WTC污染的第i个距离单元Ci两侧各取10个距离单元，得到相邻距离单元气象信号包含功率、多普勒速度和谱宽在内的谱矩参数；2.1构建拟合矩阵X：其中rl表示第l个距离单元上散射点的斜距，l＝i-10,...,i+10，X的维数为L×M，L为选取的距离单元数，L＝20，M为多项式阶数，M＝3；构建包括受WTC污染的第i个距离单元在内的拟合估计矩阵X*：2.2谱矩参数计算：平均多普勒速度估计为：平均速度谱宽估计为：2CN110780264A权利要求书2/3页平均功率估计为：p＝R0l其中，λ为雷达工作波长，PRF为雷达脉冲重复频率，∠表示取相位角，R0l表示第l个距离单元回波信号序列零延迟自相关参数，R1l表示第l个距离单元的回波信号序列一阶自相关参数；根据上述平均多普勒速度估计、平均速度谱宽估计和平均功率估计公式，计算第i个距离单元内气象信号三个谱矩参数的估计值：第i个距离单元内气象信号的平均多普勒速度估计vi_est、平均速度谱宽估计σi_est、平均功率估计pi_est；步骤三、受WTC污染的气象信号谱矩信息拟合估计，具体为：3.1建立加权岭回归模型加权岭回归模型的代价函数如下：22min{||Xβridge-Y||+kridge||βridge||}加权岭回归模型的岭回归系数如下：T-1Tβridge＝(XWX+kridgeI)XWY其中Y为步骤2.2中计算得到的谱矩参数估计值构成的矩阵，kridge为岭回归参数，W为各个距离单元对应的拟合权重构成的矩阵，第j个距离单元对应的拟合权重Lprox为距离阈值；3.2求解最优岭回归参数假设拟合矩阵X的奇异值分解为：X＝UDVT其中U为L阶正定矩阵，V为M阶正定矩阵，D为L×M维矩阵，其对角线元素为XX特征值λn的平方根，n＝1,2,...M；利用广义交叉验证GCV求解最优岭回归参数即求满足广义交叉验证函数取极小值时对应的参数3.3求解岭回归系数T-1T*3.2中得到的最优岭回归参数代入βridge＝(XWX+kridgeI)XWY，由拟合估计矩阵X得到Y的拟合估计为：由此得到第i个距离单元内气象信号谱矩参数的拟合估计值构成的矩阵即得到第i个距离单元内气象信号的平均多普勒速度拟合估计vi_ridge、平均速度谱宽拟合估计σi_ridge、平均功率拟合估计pi_ridge；进而实现被污染距离单元中气象信号回波信息的高精度恢复，完成WTC的有效抑制。3CN110780264A权利要求书3/3页2.如权利要求1所述的基于改进岭回归的气象雷达风力涡轮机杂波抑制方法，其特征在于，步骤3.2中广义交叉验证验证函数如下：其中4CN110780264A说明书1/7页基于改进岭回归的气象雷达风力涡轮机杂波抑