扫描模式航管监视雷达风电场杂波检测与抑制

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1、航空学报ActaAeronauticaetAslronaulicaSinicaApr．252016V01．37No41316-1326ISSN1000—6893CN11．1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．caDOI：10．7527／$1000—6893．2015．0232扫描模式航管监视雷达风电场杂波检测与抑制何炜琨*，窄秋苹，王晓亮，吴仁彪中国民航大学天津市智能信号与图像处理重点实验室，天津300300摘要：近年来，全球风力发电装机容量呈指数增长。研究表明，风轮机对其附近的航管(ATC)监视雷达会产生严重影响。风轮机杂波的有效检测及抑

2、制，对于保证空中交通安全具有重要意义。首先提出了基于回波谱宽特征的航管监视雷达的风轮机杂波检测方法。针对扫描模式下航管监视雷达频谱分辨率较低的问题，将基于自回归(AR)模型的超分辨率方法和质量中心的概念应用于雷达回波的快速谱宽和谱中心估计算法中，提高谱宽估计的精度。其次针对扫描模式下的风轮机回波数据不是一个完整周期数据的问题，基于缺省数据幅度和相位估计(GAPES)算法实现了扫描模式下风轮机雷达回波缺省数据的估计，而后利用风轮机杂波的周期性抑制风轮机杂波。该算法实现了风轮机杂波的有效检测和抑制，并且其不受限于风轮机与飞机目标在同一个距离单元的情况。仿真结果验证了所提方法的有效性。关键词：

3、航管监视雷达；风轮机杂波；谱宽；GAPES；杂波抑制中图分类号：V443+．2文献标识码：A文章编号：1000—6893(2016)04—1316—11为应对全球气候变暖，世界各国对清洁能源产生了巨大需求。作为清洁能源的一种形式，风力发电目前在全世界受到了高度关注，近年来，全球风力发电装机容量呈指数增长[1]。研究表明[2巧]，风轮机作为高大运动的障碍物，会对其附近的航管(ATC)监视雷达等电子设备产生不利影响。风轮机回波中由叶片旋转引起的非零频成分可能导致航管监视雷达虚警率上升[6。9]，且现有的动目标检测(MovingTargetDetector，MTD)技术无法抑制具有非零频成分的

4、风电场杂波。因此，研究扫描模式下航管监视雷达的风轮机杂波的检测及其抑制技术，对于保证空中交通安全具有重要的意义。近年来许多学者关注航管监视雷达的风电场杂波的检测与抑制技术。在风电场杂波检测方面，Gallardo等口叩提出了利用回波功率谱来估计叶片的转速，判断其是否在先验的风轮机转速范围，以此来检测风轮机杂波；该方法能够实现聚束模式下的风电场杂波检测。Perry和Biss[111提出的基于交互式多模型的智能化的点迹和航迹滤波技术，可用于实现风电场杂波的检测和抑制；但该算法在进行杂波检测的同时，会存在少量的错误跟踪。吴仁彪等口胡利用单元平均选小恒虚警率(SO—CFAR)检测技术检测风轮机杂波

5、，该方法受限于飞机和风轮机回波在同一个距离单元情况。Gallardo等[131利用风电场杂波与气象目标谱宽的不同实现了风电场杂波的检测，然而，谱宽的估计性能受制于相干脉冲的个数。在风轮机杂波抑制方面，Nai等口43提出的距离多普勒回归(RDR)算法实现了气象雷达的风电场杂波抑制，该算法在抑制杂波的同时却损失了分辨率，并且该算法不能处理目标和风轮机在同一个距离单元的情收稿Et期：2015-04-29；退修日期：2015—07—28；录用日期：2015—08—18；网络出版时间：2015．09．0108：31网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／111929V．20

6、1509010831004．htmI基金项目：国家自然科学基金(U1233109，61172112，U1533110)；中央高校基本科研业务费专项资金(3122013C008，3122015D005)*通讯作者Tel：022—24092437E．mail：hwkcauc@126com；

7、角格式

8、侮炜琨．窄秋苹．I晓亮．等．扫描模式航管监视雷达风电场杂渡检莉与抑瓤!JI．航空学报．2016．37(4)：1316．1326。HEwK。ZHAIoP．WANGXL．et。a1．WindturbineclutterdetectionandmitigationinscanningATOsurveil

9、lanceradarrJ]．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica．2016．37(4)：1316—1326．何炜琨，等：扫描模式航管监视雷达风电场杂波检测与抑制况。Naqvi和Ling[153提出利用匹配追踪算法来抑制风轮机杂波，该算法原理是基于风轮机回波特性并经过反复迭代以移除风轮机杂波，计算量比较大。Gallardo等[16]基于Radon变换实现了雷达聚束模式下的风电场杂波抑制，但该方法局限于