风电场附近航路二次雷达选址方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种雷达选址方法，特别是涉及一种风电场附近航路二次雷达选址 方法。
【背景技术】
[0002] 风能作为一种清洁能源，目前已受到全世界高度关注，因此近十多年来全世界风 电的装机容量呈指数增长。然而，研究表明风电场对于航管监视雷达、气象雷达、无线电导 航设备等民航电子设备可能产生严重影响。
[0003] 航管监视雷达中的二次雷达是目前使用最广泛的民航飞机监视手段，主要用于对 民航飞机的中高空航路飞行过程进行监视。风电场对二次雷达可能产生的影响包括应答信 息错误、应答概率下降、目标位置错误、产生虚假目标等。
[0004] 对于风电场附近二次雷达的选址问题，目前可参考的技术有欧洲航行安全组织 (Eurocontrol)提出的建议文件《如何评估风轮机对监视传感器的潜在影响》，该文件给出 了一系列用于评估风电场对航管一次、二次雷达是否可能产生显著影响的评估方法，但主 要是针对风轮机和雷达位置给定时进行影响评估，并没有给出风电场附近雷达如何选址的 方法，而且对于二次雷达的影响评估方面考虑的因素也有限。另外，虽然给出了雷达与风轮 机的安全距离，但安全距离较大，不利于雷达更有效的选址。
[0005] 随着全世界风电行业的飞速发展，无论在全世界范围内还是在中国范围内，希望 在风电场附近建设二次雷达的案例正不断增多。因此针对在风电场附近建设二次雷达时如 何选址，以及如何做到既避免风电场对二次雷达可能产生的干扰，又尽可能放宽选址限制 的问题，已成为摆在本领域技术人员面前的重要课题。
【发明内容】
[0006] 为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种风电场附近航路二次雷达的选址 方法。
[0007] 为了达到上述目的，本发明提供的风电场附近航路二次雷达选址方法包括按顺序 进行的下列步骤：
[0008] 步骤一：首先选取待分析风电场中任意一台风轮机进行分析，建立一个以二次雷 达拟监视航路的航路中心线为y轴，并使待分析风轮机位于X轴正半轴上的直角坐标系；
[0009] 步骤二：以上述待分析风轮机为中心，沿某一特定的方向，从以下三个方面计算待 分析风轮机不影响二次雷达观测性能时所允许的二次雷达到风轮机的距离：不影响二次雷 达应答机发出的应答信号时所允许的二次雷达到风轮机的距离、不影响二次雷达询问信号 产生应答概率下降的允许距离以及不影响二次雷达产生虚假目标的允许距离；
[0010] 步骤三：重复步骤二，计算待分析风轮机所有方向上不影响二次雷达观测性能时 所允许的二次雷达到风轮机的距离；
[0011] 步骤四：重复步骤二和步骤三，计算出对应于所有风轮机的不宜设置二次雷达的 位置范围并绘图；
[0012] 步骤五：在上述分析得到的不宜设置二次雷达的位置范围外选址。
[0013] 在步骤二中，所述的计算待分析风轮机不影响二次雷达应答信号时所允许的二次 雷达到风轮机的距离的方法为：对于机载二次雷达应答机发出的应答信号，根据风轮机散 射多径信号与直达信号时延不小于应答信号时间长度，计算不影响雷达性能的雷达到风轮 机的距离区间[山，(1 2]，根据风轮机散射多径信号与直达信号的信干比不小于指定阈值，计 算不影响二次雷达性能的二次雷达到风轮机的距离区间[d3,d4]，取两距离区间的并集为不 影响二次雷达应答信号时所允许的二次雷达到风轮机的距离区间。
[0014] 在步骤二中，所述的计算待分析风轮机不影响二次雷达询问信号产生应答概率下 降的允许距离的方法为：对于二次雷达发出的询问信号，根据风轮机散射多径信号与直达 信号时延不使多径信号的P1脉冲和直达信号的P2脉冲重叠，计算不影响二次雷达询问信 号时所允许的二次雷达到风轮机的距离区间。
[0015] 在步骤二中，所述的不影响二次雷达产生虚假目标的允许距离的方法为：对于 二次雷达发出的询问信号，根据风轮机散射多径信号与直达信号时延不大于询问旁瓣抑 制技术抑制应答的时间长度，计算不影响二次雷达性能的二次雷达到风轮机的距离区间 [山，d2]，根据风轮机散射的询问信号的强度不大于机载二次雷达应答机的灵敏度，计算不 影响二次雷达性能的二次雷达到风轮机的距离区间[d3,d4]，取两距离区间的并集为不影响 二次雷达产生虚假目标时所允许的二次雷达到风轮机的距离区间。
[0016] 本发明提供的风电场附近航路二次雷达的选址方法细致分析了风电场可能对二 次雷达产生的各种影响，计算得到允许的选址范围。该方法对于降低二次雷达选址要求，有 效避免风电场对二次雷达的干扰，保障民航飞行安全具有重要意义。
【附图说明】
[0017] 图1本发明提供的风电场附近航路二次雷达的选址方法流程图。
[0018] 图2为用于分析单台风轮机所建立的坐标系示意图。
[0019] 图3为二次雷达处于A区时对应于待分析风轮机可能的二次雷达选址区域示意 图。
[0020] 图4为二次雷达处于B区时对应于待分析风轮机可能的二次雷达选址区域示意 图。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合附图和具体实施例对本发明提供的风电场附近航路二次雷达的选址方 法进行详细说明。
[0022] 如图1所示，本发明提供的风电场附近航路二次雷达的选址方法包括按顺序进行 的下列步骤：
[0023] 步骤一：首先选取待分析风电场中任意一台风轮机F进行分析，建立如图2所示的 直角坐标系，图2中，直角坐标系的y轴为二次雷达拟监视航路的航路中心线C，位于X轴正 半轴上的待分析风轮机F到原点0的距离为1 (1多0)，航路边界D到航路中心线C的距离 为w，w的取值视具体航路而定，一般取10km，也可以选取包含一定保护距离的数值。1可能 大于、等于或小于W。
[0024] 步骤二：以上述待分析风轮机F为中心，沿某一特定的方向，计算该方向上风轮机 F不影响二次雷达观测性能时所允许的二次雷达到风轮机F的距离；
[0025] 因为顶空盲区问题，二次雷达不能位于航路正下方，另外风轮机F在二次雷达监 视方向的背后时不会对二次雷达产生影响，因此风电场可能影响二次雷达时该雷达的位置 应位于图3中阴影所示的A区和B区。如图3和图4所示，设二次雷达L与风轮机F的连 线与X轴的夹角为Θ(〇<Θ<ji/2)，二次雷达L到风轮机F的水平距离为d。
[0026] 在二次雷达L到风轮机F连线的方向上，若二次雷达L位于A区，如图3所示，航 路不在二次雷达L和风轮机F之间，则航路边界D到二次雷达L的最近和最远距离分别为：
[0027]
[0028]
[0029] 若二次雷达L位于B区，如图4所示，航路位于二次雷达L和风轮机F之间，则航 路边界D到二次雷达L的最近和最远距离分别为：
[0030]
[0031]
[0032] 无论1与w的大小关系如何，上述结果均成立。
[0033] 1、计算不影响二次雷达应答机发出的应答信号时所允许的二次雷达到风轮机的 距离。
[0034] 产生该影响的条件为：
[0035] 路程差条件（时延条件）：
[0036] Drw+Dwa_Dra〈Lth (5)
[0037] 和信干比条件：
[0038]
(6)
[0039] 式中D"、Dra、Dwa分别为二次雷达L到风轮机F、二次雷达L到飞机、风轮 机F到飞机的斜距，Lth为路程差阈值，为二次雷达L应答信号长度20.95μs(即 20. 3μs+0. 1μs+0. 45μs+0. 1μs)对应的路程差6285m，σ为风轮机F的雷达散射截面积 (RCS)，因为风轮机F的RCS随观测方向变化，可以取不同方向RCS的最大值，Rth为信干比 阈值，取50dB。
[0040] 设飞机相对二次雷达L的高度为h，由于风轮机F相对二次雷达L的高度差与h相 比较小，因此可忽略风轮机F相对二次雷达L的高度差。设飞机到二次雷达L的水平距离 为r，而前述已设二次雷达L到风轮机F的水平距离为d。则式（5)、式（6)可变为：
[0041 ]
[0042]
[0043] 式（7)左侧对于r的一阶导数恒小于0,故为r的减函数，因此由式（7)得到的影 响区到二次雷达L的最远距离匕3：!为无穷大，最近距离r_由式（7)左侧等于右侧推得。因 为式（7)左侧对于d的一阶导数恒大于0,故为d的增函数，因此d越大，相应地由取等号推 得的r_也越大。当d增大到一定程度时，可使rs_，此时航路完全在影响区外，刚好 使航路在影响区外的(1_可由下式
[0044]
[0045] 求解d得到，该d_为使式（7)不成立的最小d。
[0046] 式（9)中，当S_> |S_-d|时，即航路边界到二次雷达L的最远距离大于该边界到 风轮机的距离时，式（9)左侧为关于h的增函数，h越小，相应的d越大。该条件在二次雷达 L位于A区时恒成立，二次雷达L位于B区时不满足该条件，式（9)无解。因此，式（9)中h 取航路允许的最低高度相对于二次雷达L的高度。
[0047] 式⑶中，令々，则由式⑶可推得影响区的最近和最远