风力发电场对航管监视雷达的影响评估与干扰抑制技术研究

As a source of clean energy wind power has attracted great interests around the world. Recent research reveals that wind farms have serious impacts on Air Traffic Control (ATC) radars, which may threaten flight safety in aviation. In recent years the capacity of installed wind farms in China has increased exponentially and in 2010 the total capacity leaped to the first place in the world. Consequently, wind farms tend to be a larger threat for flight safety in China. In the present work we study on the evaluation of the wind farms impacts on ATC radars on one hand. In particular, models for qualitative and quantitative evaluation will be constructed and correspondingly an evaluation software is to be developed. On the other hand, problems in mitigating the interference induced by wind farms will be solved. This is the focus of the work. Within this framework the simulation of radar echo signals of wind farms and signature extraction of electromagnetic field scattered by wind farms will be performed. Algorithm for mitigating the interference created by wind farms is to be developed. Our work will fill the blanks of related field in China. The results can be used for site selection of potential wind farms and ATC radars. From this aspect the work is valuable for the flight safety guarantee in civil aviation as well as in military aviation.

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。国外研究表明，风力发电场对于航管监视雷达有严重影响，进而可能威胁民航飞行安全。近年来我国风力发电装机容量呈指数增长，总装机容量2010年已跃居世界第一位，风力发电场威胁民航安全的可能性正不断增大。本项目一方面研究如何评估风力发电场对航管监视雷达的影响，主要研究内容包括：建立定性与定量影响评估模型，研制影响评估软件系统；另一方面重点研究航管监视雷达抑制风力发电场干扰所面临的特殊技术难题，主要研究内容包括：风电场雷达回波信号高保真仿真，风电场散射电磁信号特征提取，航管监视雷达风电场干扰抑制算法。本项研究将填补我国在相关研究领域的空白，对于指导未来风力发电场和航管监视雷达的选址，保障民航飞行安全将发挥重要作用。有关成果也可应用于军航飞行的安全保障。

世界及我国风力发电累计装机容量近十多年来一直呈指数飞速增长。研究表明风力发电场可能对航管监视雷达等民航空管设备产生显著影响。我国风力发电累计装机容量到2014年世界占比达到31%，我国风力发电场威胁民航安全的可能性正不断增大。. 本项目的主要研究内容包括：风电场对航管监视雷达影响评估模型、风电场对航管监视雷达影响评估系统、风电场雷达回波信号高保真仿真、风电场散射电磁信号特征提取、航管监视雷达风电场干扰抑制算法。. 风电场对航管监视雷达影响评估模型方面，设计给出了包含风电场限制区评估、风轮机可见性评估、简单工程评估、详细工程评估四个步骤的影响评估框架，在此框架下提出了五种具体的风电场对航管监视雷达的影响评估方法。拓展研究并提出了风电场对民航无线电导航设备的影响评估框架和具体评估方法。提出了《风电场附近空中交通管制雷达站和航空无线电导航台选址要求》标准建议。提出了一种风电场附近航路二次雷达的选址方法。该方面研究成果已应用于我国山东和重庆两个实际案例的评估实践中。. 风电场对航管监视雷达影响评估系统方面，开发了两套评估软件系统并获得软件著作权。. 风电场雷达回波信号高保真仿真方面，建立了单台风轮机的电磁散射模型。在此基础上建立了散射点叠加仿真模型和散射点叠加与雷达散射截面积计算相结合的混合仿真模型，仿真了单频脉冲和线性调频脉冲两种波形、凝视和扫描两种模式的单台风轮机一次雷达回波信号。之后在多径散射模型的基础上建立了风电场雷达回波信号仿真模型。. 风电场散射电磁信号特征提取方面，提取了风电场杂波的时频谱特征和距离多普勒谱特征，并提出了一种基于奇异值分解的风电场回波信号的微多普勒特征提取方法。. 航管监视雷达风电场干扰抑制算法方面，提出了风电场杂波与飞机目标在不同距离方位单元时的干扰抑制算法，提出了一种扫描模式风电场雷达回波数据的重构方法来解决扫描模式下难于提取风电场杂波随时间变化特征的问题，在重构回波数据和超分辨率分析的基础上提出了风电场杂波与飞机目标在相同距离方位单元时的干扰抑制算法。. 本项目共发表学术论文32篇，录用学术论文1篇，其中SCI检索1篇，EI检索13篇，申请国家发明专利3项，授权国家软件著作权2项，提出标准建议1套。获国外国际学术会议优秀论文奖2项，获国内学术会议优秀论文奖1项。