基于DDD-GMB的低空风切变风速估计方法.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CN110554391A(43)申请公布日2019.12.10(21)申请号201910855928.0(22)申请日2019.09.11(71)申请人中国民航大学地址300300天津市东丽区津北公路2898号(72)发明人李海刘志鑫王杰范懿(74)专利代理机构天津才智专利商标代理有限公司12108代理人庞学欣(51)Int.Cl.G01S13/95(2006.01)G01S7/36(2006.01)G01S7/41(2006.01)权利要求书5页说明书12页附图4页(54)发明名称基于DDD-GMB的低空风切变风速估计方法(57)摘要一种基于DDD-GMB的低空风切变风速估计方法。其包括获取先验信息；利用先验信息进行载机运动速度补偿；对待检测距离单元进行低空风切变信号消除和滑窗处理估计得到杂波协方差矩阵；组合空域相邻多波束与时域相邻多普勒通道计算GMB降维矩阵；利用GMB降维矩阵对杂波协方差矩阵进行降维处理，构造GMB空时自适应处理器，求解得到GMB空时自适应处理器的最优权矢量；利用最优权矢量构造代价函数，从而估计出待检测距离单元风速等步骤。本发明在非均匀杂波环境下，直接对待检测距离单元进行杂波协方差矩阵估计，并构造空时联合自适应降维处理器，计算最优权矢量，实现杂波抑制与风切变信号匹配，进而获得有效的风速估计结果。CN110554391ACN110554391A权利要求书1/5页1.一种基于DDD-GMB的低空风切变风速估计方法，其特征在于：所述的风切变风速估计方法包括按顺序进行的下列步骤：1)从飞机设备中获取飞机飞行的状态参数及雷达参数作为先验信息；2)利用上述先验信息对第l个距离单元的雷达回波数据进行载机运动速度补偿，以消除载机运动速度所带来的多普勒频移；3)假设经载机速度补偿后的第l个距离单元的雷达回波数据为待检测距离单元的雷达回波数据，直接对待检测距离单元进行低空风切变信号消除和滑窗处理估计得到杂波协方差矩阵；4)组合空域相邻多波束与时域相邻多普勒通道计算GMB降维矩阵；5)利用步骤4)获得的GMB降维矩阵对步骤3)中获得的待测距离单元的杂波协方差矩阵进行降维处理，同时利用降维后的杂波协方差矩阵构造GMB空时自适应处理器，并求解得到GMB空时自适应处理器的最优权矢量，以实现杂波抑制和低空风切变信号匹配；6)利用步骤5)得到的GMB空时自适应处理器的最优权矢量构造代价函数，从而估计出待检测距离单元的风速；7)重复步骤3)-6)，依序处理其他距离单元的雷达回波数据，得到风速随距离变化的曲线。2.根据权利要求1所述的基于DDD-GMB的低空风切变风速估计方法，其特征在于：在步骤1)中，所述的飞机飞行的状态参数及雷达参数包括：载机速度V、载机平台高度H、雷达波长λ、脉冲重复频率fr和雷达天线扫描的主瓣俯仰角与方位角θ0。3.根据权利要求1所述的基于DDD-GMB的低空风切变风速估计方法，其特征在于：在步骤2)中，所述的利用上述先验信息对第l个距离单元的雷达回波数据进行载机运动速度补-jΩ偿，以消除载机运动速度所带来的多普勒频移的方法：所采用的公式为：Xl＝X′le，其中Xl为经载机速度补偿后的第l个距离单元的雷达回波数据，X′l为第l个距离单元的原始雷达回波数据，4.根据权利要求1所述的基于DDD-GMB的低空风切变风速估计方法，其特征在于：在步骤3)中，所述的假设经载机速度补偿后的第l个距离单元的雷达回波数据为待检测距离单元的雷达回波数据，直接对待检测距离单元进行低空风切变信号消除和滑窗处理估计得到杂波协方差矩阵的方法是：首先需要对待检测距离单元进行低空风切变信号消除；经载机速度补偿后的雷达回波数据Xl可表示为：其中，Xl(n,k)表示第n个阵元第k个脉冲下的雷达回波数据；假设低空风切变信号方位已知，fl为待检测距离单元内低空风切变信号的归一化多普勒频率，其取值范围为[-11]，2CN110554391A权利要求书2/5页此时相邻脉冲之间的相位差为相邻阵元间的相位差为采用下式分别从空域、时域和空时域进行低空风切变信号消除：式(2)为在空域进行两阵元信号相消后的数据式(3)为在时域进行两脉冲信号相3CN110554391A权利要求书3/5页消后的数据式(4)为在空时域进行两脉冲两阵元信号相消后的数据数据与分别代表数据和为待检测距离单元内低空风切变信号的归一化多普勒频率fl的函数；其次需要利用窗口大小合适的滑窗数据来获取训练样本去估计杂波协方差矩阵，对数据和以Nt×Kt大小的固定窗口进行滑窗处理，然后将每一个窗口的数据矢量化，可表示为：其中τ∈[1N-Nt]，ε∈[1K-Kt+1]，τ0∈[1N-Nt+1]，ε0∈[1K-Kt]，τ1∈[1N-Nt]，ε