海上风电场对岸基雷达的效能影响

2018年第1期 信息通信
2018
(总第 181 期）
INFORMATION & COMMUNICATIONS (Sum . N o 181)
海上风电场对岸基雷达的效能影响
杨守峰
(博微长安电子有限公司，安徽六安237000)
摘要：海上风电场大规模的建设，对雷达的效能影响评估至关重要;从风机电磁回波、扇叶衰减、遮挡区域三个方面进行
了仿真评估，结果证明风电场电磁回波提高了虚警概率;方位向遮挡与风机的密度和数量有关，对于低高度(300米以下） 雷达影响较大，对于1000米高度以上的雷达影响较小，并提出风电场建设的改进意见。

关键词：雷达威力；遮挡区域;虚警概率;发现概率中图分类号:TN 95 文献标识码:A
文章编号：1673-1131(2018)01-0055-02
〇引言
2遮挡分析
根据国家相关规划，我国的海上风力发电将会得到快速 发展，海上风电场的建设势必会对岸基雷达的效能产生影响， 风电场中风机的分布比较集中，对岸基雷达的影响比较复杂， 研究风电场建设具有非常深远的意义[1]。

风电场具有占地面积广、风电机尺寸大和风叶转速高等 特点，雷达效能影响主要体现在以下几个方面。

一是对雷达 威力的影响，由于风电场的功率衰减使得雷达的作用距离下 2.1菲涅尔原理
根据菲涅尔原理，菲涅尔区域表示为一个椭球: 长轴:a = |+|;短轴:b = V ^I /2;曲率半径
降。

二是回波反射影响，主要指风电机对雷达信号的反射造 成的虚假目标影响。

三是遮挡影响，主要指雷达波束照射到 风电场区域上时，从而会使雷达在探测距离、角度和高度上形 成一定盲区，影响雷达的工作性能。

利用雷达性能参数和雷达绕射理论定量分析风电机对岸 基雷达方位、距离和高度探测的遮挡影响。

计算结果表明，距 离远近和地球曲率是距离遮挡影响的主要因素，雷达部署高 度、风机高度是影响高度遮挡的主要因素，风机密度和电场规 模是影响方位遮挡的主要因素，同时也是影响发现概率、虚警 概率的重要因素气
在视距范围内，曲率半径范围为0~36.5米，方位向绕射与 风机的间距在36.5米以内》d 为雷达与目标的距离，菲涅尔 区域以外的不受绕射影响。

1雷达威力分析
图1雷达威力不意图
通过威力图可以发现，在30公里到50公里处，放置100 米高的风机，对后面的目标会形成遮挡。

在不考虑绕射的情 况下,对海面目标形成完全遮挡;具体的遮挡方位向区域和距 离范围通过功率衰减来计算。

图2菲涅尔区边界示意图
2.2方位遮蔽区计算
图中给出了 OdB 衰减(又称灵敏度降低弧)，3d B 衰减区 和6d B 衰减区的范围，并且3d B 衰减区和6d B 衰减区都包含 在OdB 衰减区内，OdB 衰减区域为遮挡物曲率半径，在遮挡区 在遮挡物曲率半径以内。

O d B
3dB
6d B
图3雷达绕射衰减示意图
[3] 张子敬,焦李成.M 带余弦滤波器组的设计[J ].电子学报. 2001(29)： 84-86
[4]
李忠佳，葛临东.基于DCT -I V 的余弦调制信道化技术[J ].
信息工程大学学报.2009(10): 498-501
[5] Vladimir Britanak . The fast DCT -IV /DST-IV computation
via the MDCT . IEEE Transactions on Signal Processing . 2003,19(6)： 1804-1811P
[6] Shing-Chow Chan , Ka-Leung Ho.Fast Algorithms for Com ­
puting the Discrete Cosine Transform.IEEE Transactions on circuits and systems -II ： Analog Digital Signal Process , 1992,39(3)： 185-190P
[7] Zhao Zhijin , Qian Huisheng . RECIIJRSIVE ALGOR ­
ITHMS FOR DISCRETE COSINE TRANSFROM . Pro ­ceedings of ICSP .1996： 115-118P
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信息通信杨守峰:海上风电场对岸基雷达的效能影响
(1)绕射模型。

电磁波的绕射根据障碍物的不同可以分 为刃峰绕射和圆顶峰绕射。

当障碍物的曲率半径与电磁波相 差不大时，电磁波的绕射为刃峰绕射，而当障碍物尺度较大、曲率半径与电波波长相差较大时则为圆顶峰绕射，具体判断 方法是当障碍物的曲率半径r及电波波长X满足『/；1<2/(10巧3时，电磁波的绕射为刃峰绕射，否则为圆顶峰绕射。

刃峰绕射功率衰减量为：
'6.02+9.0v+1.65v2-0.82^v^0
"、 6.02+9.1 lv-1.27v20<v^2.4
d(v) = -
12.95+lgv v>2.4
0others
其中：
d,+d22K人-
R〇为地球半径。

(2)仿真计算。

风机所在方位向的功率衰减值随方位角度 变化，下面对衰减区进行仿真计算。

仿真参数:海面目标为10米高，等效风机高度135米，风 机与雷达的距离分别为30km、35km、40km、45km，风机直径5 米，雷达方位向波束宽度1.2度,俯仰波束宽度3度。

6dB遮蔽区大约为0.008度;随风机与雷达的距离远至近 逐步减小，方位向遮蔽角逐步变大；电场都处于雷达远场，方 位向遮蔽区域变化不大，根据雷达的性能参数,认为单机遮蔽 角为0.008度，也就是单程衰减3dB(—半）时,认为雷达不能有效地发现和跟踪目标。

单个风机的遮蔽区域有限，所以风机的密度、规模和风机 的排列是影响遮蔽区域的重要因素，下面来分析整个风力发 电厂的风机坐标和相对位置对遮蔽区的影响。

(3)风电场遮蔽区分析。

按照目前的布阵,经过计算和仿 真，得到每个波束范围内（1.2度）出现的最多风机个数、风机 的相对雷达方位角度、风机与雷达的距离如下表所示。

假设风电站的布阵接近于标准的矩形排列，东西间距大 约1.2公里，南北间距大约0.8公里，在30到45公里有四个 风电场，每个电场100台风机。

给出一组假设数据，在一个波束内出现的风机个数为 20个，并且在方位向均匀分布，形成20个0.008度的方位 盲区，对应100米的距离，影响中小型军舰的发现概率，对 发现概率的影响与军舰和电场的距离有关，距离电场越远，影响越小。

2.3距离遮挡计算
在方位遮蔽区内，雷达与四个风电厂间距30公里到50公 里，对于10米的海面目标，在0.008度的方位范围内，形成衰 减量为110d B到6dB;按照距离衰减示意图所示。

在方位遮 蔽区内，视距范围内,很难发现海面目标。

2.4高度遮挡计算
根据绕射遮挡系数计算绕射高度，在距离风机较近的目 标，受风机的遮挡，随着与风机距离的增大，地球曲率是影响 遮挡的主要因素，通过绕射高度计算，可以发现对60米以下的目标形成高度遮挡。

2.5海面遮挡区分析
通过以上计算和分析，每个风机的遮挡角按0.008度计
算,不考虑风机相对位置（目前风机布阵没有考虑雷达相对位
置)和多径效应，400台风机，形成大约3.2度的方位遮挡;视
距按80公里计算，形成4.4公里的不连续遮挡区;考虑多径效
应，单个波束内可能出现多个风机，影响的方位向阴影区会适
当增大。

通过以上分析，可以发现风电场的建设规模和密度是影
响发现概率和虚警概率的重要因素，如何减少方位的遮挡是
雷达和电场建设重点需要考虑的问题。

3回波与扇叶功率衰减分析
多普勒频率的变化造成虚假目标，影响目标的探测、跟踪，
并提高了虚警率；多径的影响，产生虚假目标，并且单个波束
内、单个距离们内可能出现多个风机，增大了遮蔽区域。

按介电常数4.3,扇叶厚度按500nnn计算，假设50%扇叶
正对雷达，风电场功率平均衰减为l.l~1.2dB,对雷达作用距离
的影响，经过衰减后作用距离大约77公里，作用距离相对减
小大约为5公里，假如四个风电场在同一方向，则衰减功率可
达4 d B以上,作用距离减少10公里左右。

4改进的建议
(1) 雷达距离向的影响基本无法规避，对方位向的遮挡与 波束内风机的数量(密度)和风机的位置有关。

(2) 所有风机按照雷达相对位置进行配置，在距离向的间 距可以灵活掌握，影响的方位向遮挡区大幅减少，初步估计影
响的方位向遮挡区能够减少3-5倍；
(3) 提高雷达的高度,高度在1000米时，雷达距离向遮蔽 区可控制在5k m以内；
(4) 进行有关风电场风机杂波的信号处理研究，提高雷达 的学习能力，减小虚警概率。

5结语
本文主要分析了风电场的遮蔽区域，对方位遮挡、距离遮
挡、高度遮挡进行了仿真计算，对发现概率和虚警概率进行了
简单分析，雷达的高度是一个重要指标,风机的密度和建设规
模是对雷达影响的重要因素。

对风机多径和绕射的计算和建模与实际情况相比，关于
多次绕射、折射等影响因素还需要更详细的建模分析,需要对
海上风力发电场进行更多的实验和数据测量，对发电场引起
的三维电磁场变化进行专业的仿真计算，并对多径引起的虚
警进行专门的仿真分析。

参考文献：
[1]张玉琳,蒋里强，王纯.无源干扰对目标搜索雷达侦察效
能影响的计算分析[J].火力与指挥控制，2016,41(3):76-79.
[2]王卫远，陈显，张洪生，等.莱州湾海上风电场工程对局部
潮流场的影响分析[J].科技通报,2017, 33(3):57-61.
作者简介:杨守峰(1978-),男,湖北黄R人，本科，工程师，研究
方向:雷达信号处理、雷达总体设计。

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