[发明专利]基于低秩矩阵稀疏恢复的气象雷达风电场杂波抑制方法

摘要

本发明公开了一种基于低秩矩阵稀疏恢复的气象雷达风电场杂波抑制方法，该方法利用气象信号的空间相关性，首先将同时包含气象信号和风力涡轮机杂波的距离单元置零，并在该距离单元两侧对称取40个距离单元，然后逐脉冲将距离向量重构为满足零元素随机分布的低秩快拍矩阵，最后利用非精确增广拉格朗日乘子法(IALM)最小化核范数有效恢复气象数据。仿真实验结果表明，本发明能有效抑制风力涡轮机杂波(WTC)和噪声，提高气象信号输出信噪比，适合工程应用。

主权项

1.基于低秩矩阵稀疏恢复的气象雷达风电场杂波抑制方法，其特征在于，该方法的具体步骤如下：步骤1，输入气象雷达回波信号，其中，第i个距离单元第m个脉冲下输入信号为：x_i(m)＝s_i(m)+c_i(m)+w_i(m)+n_i(m)式中，i＝1,...,L，L为距离单元数，m＝1,...,M，M为相干积累脉冲数，s_i(m)、c_i(m)、w_i(m)和n_i(m)分别为第i个距离单元第m个脉冲下的气象信号、地杂波信号、风力涡轮机杂波WTC信号和噪声信号；步骤2，随机采样的低秩快拍矩阵构建，具体为：在第i个距离单元两侧各取40个距离单元，并将第i个距离单元中的回波信号[x_i(1),x_i(2),..,x_i(M)]置零，得到观测矩阵X_L×M：由X_L×M构建随机采样的低秩快拍矩阵，其构建准则为：逐次将观测矩阵X_L×M第m个脉冲下的向量[x₁(m),x₂(m),...,x_L(m)]^T构建成快拍矩阵其中，m₁和m₂分别表示快拍矩阵的行数和列数，m₁×m₂＝L，m₁＝m₂，快拍矩阵的第p行、第q列的元素回波信号x_i(m)构建的低秩快拍矩阵X为：由X定义气象信号s_i(m)第i个距离单元置零后构建的低秩快拍矩阵S为：由X定义地杂波信号c_i(m)在第i个距离单元置零后构建的低秩快拍矩阵C为：由X定义噪声信号n_i(m)在第i个距离单元置零后构建的低秩快拍矩阵N为：WTC信号w_i(m)构建的低秩快拍矩阵W为零矩阵；步骤3，通过矩阵补全模型恢复抑制WTC后的气象信号：其中，min(·)表示最小化处理，||·||_*表示核范数，P_Ω表示投影到仅在指标集Ω非零的稀疏矩阵子空间上的映射，它使得矩阵在Ω中的元不变，Ω以外的元置零，步骤4，利用非精确增广拉格朗日乘子法IALM求解矩阵补全模型，输出抑制WTC后的信号。