[发明专利]一种基于PO算法的风电机塔架RCS快速求解方法

说明书

一种基于PO算法的风电机塔架RCS快速求解方法，目的在于减少求解占用的计算资源，该快速求解算法将风电机RCS求解分为两个部分：仍采用PO法计算叶片RCS；但采用近似法快速求解塔架RCS。计算时，将风电机塔架分割为一系列小的圆柱段，分别求解各独立圆柱段RCS，最后将各部分RCS进行叠加即可获得整个塔架RCS的计算公式。本发明可以对工作在GHz频率下的电大尺寸风电机雷达散射截面进行快速求解，减少计算时所占用的内存，解决风电机整体精确建模引起的计算量过大问题，实现工程应用中的风电机RCS快速求解。

技术领域

本发明涉及一种基于PO算法的风电机塔架RCS快速求解方法，属于风电场与雷达系统的电磁兼容领域。

背景技术

风电机对雷达信号的阻挡及散射现象将导致风电场区域附近的雷达性能退化，这种影响随着风电场建设规模的不断扩大而日趋显著。现有研究通常采用风电机雷达散射截面评估风电场对雷达台站的电磁干扰，因此，风电机RCS的准确快速求解成为干扰评估研究中的关键问题。

为准确求解风电机RCS，现有部分学者采用矩量法进行计算。从理论上看，采用矩量法能够得到较精确的数值解，但由于风电机属于电大尺寸复杂散射体，造成现有研究频率仅为20MHz，且只建立了简单的单片风电机叶片模型。为解决风电机RCS求解计算量过大的问题，现有研究通常采用物理光学法进行求解。随着研究的深入，用于求解RCS的风电机几何模型越来越精确。最初是将风电机叶片看作三角形金属平板，随后又将风电机叶片等效成圆柱体。近几年的研究按照风电机实际几何形状，提出了更加精确复杂的建模。上述风电机模型的不断精细化使求解精度越来越高，但同时导致计算量越来越庞大，乃至现有计算机硬件水平无法求解。并且，目前尚无基于PO算法的风电机塔架RCS快速求解方法的相关专利。所以，需要针对性的提出一种新的方法，解决风电机整体精确建模引起的计算量过大问题，实现工程应用中的风电机RCS快速求解。

发明内容

本发明提供一种基于PO算法的风电机塔架RCS快速求解方法，可以对工作在GHz频率下的电大尺寸风电机雷达散射截面进行快速求解，减少计算时所占用的内存，解决风电机整体精确建模引起的计算量过大问题，实现工程应用中的风电机RCS快速求解。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于PO算法的风电机塔架RCS快速求解方法，基于PO算法推导塔架RCS的近似求解公式，从而采取解析计算的方法替代塔架的精确建模仿真计算，来实现工程应用中的风电机RCS快速求解。

一种基于PO算法的风电机塔架RCS快速求解方法，包括以下步骤：

步骤一：将塔架分割为N个等高圆台散射体，当N足够大时，每个圆台可近似看作独立的圆柱体。

塔架总高度为L，将其分割为N个等高的独立圆柱段，各圆柱段长度用l表示，在建模分析之前，需要进行下列2条假设：

1)忽略大地对雷达电磁波的散射作用。

2)由于各分段圆柱体直径比雷达信号波长大得多，故在求解塔架各分段圆柱体的相位时，其相位基准点位于各圆柱段中心。

步骤二：利用任意散射体的RCS平方根物理光学表达式在柱面坐标系中推导独立圆柱体RCS的方程式，用以求解步骤一中的分段圆柱体RCS。

首先将表面面元表达式与表面位置矢量表达式代入任意散射体的RCS平方根物理光学表达式中，得到该表达式在柱面坐标系中的表达形式。然后再用轴向积分变量和圆周方向积分变量表达RCS平方根物理光学表达式，用以推导圆柱体RCS的求解方程式。为了简化方程，采用驻定相位法计算沿圆周方向的积分变量，近似代替圆周方向积分变量的精确表达式。同时由于研究对象是单站雷达，雷达回波沿入射方向返回，散射方向的角度可由入射方向的角度翻转180°得到。最后将方程式两端取平方，得到独立圆柱体RCS的方程式。