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专利号: 2025114630160
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-25
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于三参数动态代价函数的风廓线雷达谱峰估计方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1,距离与多普勒谱数据预处理:通过寻找最接近零频的局部极大值点确定地物杂波位置,利用差分运算分析信号变化趋势,将地杂波影响区域置零并进行平滑处理;采用卡尔曼滤波对每个距离库的谱线进行去噪,动态设置过程噪声和测量噪声参数;最后进行三点滑动平均平滑处理;

步骤2,进行基于统计量 的噪声电平估计:对每个距离库的功率谱进行排序,计算不同长度噪声样本的均值 和方差 ,通过 的统计量寻找最接近1的值,对应的样本长度为噪声电平的最优估计点数,基于最优估计点数确定各距离库的噪声基底;

步骤3,进行基于空间多普勒窗口平滑的候选谱峰选择;

步骤4,进行基于协方差矩阵特征值分解的动态权重计算;

步骤5,构建距离谱峰值RSP功率项、连续性项、谱宽一致性项的三参数代价函数,并进行优化:基于信噪比的指数衰减函数量化谱峰功率强度构建RSP功率项 ,结合风切变约束和平滑性约束,构建连续性项 ,通过局地二阶矩计算当前峰值谱宽,与历史和邻近距离库的参考谱宽进行高斯相似度比较,构建谱宽一致性项 ;采用动态权重对RSP功率项 、连续性项 和谱宽一致性项 进行自适应加权求和,选择代价值最大的候选峰值作为距离库的最优谱峰;

步骤6,输出最优谱峰轨迹:用分组处理策略,组大小为N1个距离库,从第一个距离库开始逐一处理,利用前一距离库选定的速度作为连续性项的参考,通过三参数代价函数优化选择每个距离库的最优谱峰,形成完整的风速廓线轨迹;

步骤3包括:计算多普勒速度窗 ,对应的速度格差值 ;

其中RR为雷达距离分辨率,vres为速度分辨率;

步骤3还包括:对每个距离库设定空间窗口,提取空间窗口内所有谱线数据,计算空间平均功率谱;在平均功率谱中选择前N1个峰值作为候选谱峰,使峰值间距离大于速度格差值 ,记录候选谱峰的功率值和索引位置。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤4包括:对每一个距离门的功率谱数据进行逆变换,构造协方差矩阵 :,

其中, 表示第r个距离门在第k个时间窗下的信号矢量,K为时间窗数, 表示共轭转置。

3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,步骤4还包括:通过对协方差矩阵 进行特征值分解,得到降序排列的特征值集合:,

其中,下标N为协方差矩阵的维度, 为最大特征值,对应信号主分量能量; 是第N个特征值;

通过分析相邻特征值间隔,利用相对间隙阈值 自动划分信号和噪声子空间,确定噪声子空间阶数p:,

其中 为第k个特征值,取值范围是1到N,关于k的最大值点 表示在变量k的取值范围内找到能使后续表达式 成立且达到最大值时对应的k的具体值;

基于特征值分布估计噪声功率 :

其中,i的取值范围是1到N;

进一步计算线性信噪比 :

并转换为分贝形式信噪比 :

4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,步骤4还包括:根据所有距离门的 分布,统计分位点作为动态中心值 ,以 为输入,通过型函数映射实现动态权重分配:,

其中, 表示功率项权重, 和 分别为约束边界的上界和下界,t为调节陡峭度系数;exp是自然指数函数, 表示第r个距离门的信噪比;

由互补关系确定其余权重:

其中 为连续性项和谱宽一致性项的总和;所述其余权重在连续性项与谱宽一致性项之间的分配比例,在保证谱峰连续性平滑性的同时,实现谱宽一致性和信号稳定性的综合优化,通过对多组实验数据进行验证确定为:,

其中, 、 、 分别表示功率项 、连续性项 和谱宽一致性项的权重。

5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,步骤5包括:RSP功率项 计算公式为:

其中, 为当前候选谱峰的功率 与当前距离库噪声功率底 的比值,计算公式为:

计算风切变项 :

其中,和 分别是当前距离库的风速和前一个距离库的风速;

计算平滑性项 :

其中, 是第i‑2个距离库的风速;

连续性项 为风切变项和平滑性项的加权和:,

谱宽一致性项 计算公式为:

其中, 是当前峰值的谱宽, 是参考的谱宽, 是谱宽的容差参数,  ,其中j为比例系数。

6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,步骤5还包括:将功率项、连续性项和谱宽一致性项进行加权求和,得到总的代价函数TotalCost:,

通过选择代价值最大的候选峰值,确定最优的谱峰位置。

7.一种电子设备,其特征在于,包括处理器和存储器,所述存储器存储有程序代码,当所述程序代码被所述处理器执行时,使得所述处理器执行如权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。

8.一种存储介质,其特征在于,存储有计算机程序或指令,当所述计算机程序或指令在计算机上运行时,执行如权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。