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近海风电场障碍下海事雷达图像模拟研究
| 论文题名： | 近海风电场障碍下海事雷达图像模拟研究 |
| 关键词： | 近海风电场;海事雷达;图像模拟;风机绕射;环境损耗 |
| 摘要： | 近年来，海上风电发展迅速，风机作为一种海上大型障碍物，其对附近海事雷达的影响一直受到人们的关注。由于雷达是利用电磁波探测障碍物，生成雷达图像供船舶驾驶员确定障碍物方位和距离，用来避免船舶发生碰撞事故。因此，在研究风电场对海事雷达影响的基础上，建立风机对附近雷达的影响模型，并基于模型构建近海风电场环境下的海事雷达图像模拟系统，对风电场选址、布局，以及研究风电场对海事雷达的影响，具有重要的现实意义。 本文在研究分析了环境和风机对雷达影响机理的基础上，分别建立了环境和风机损耗模型；运用基于特征的雷达图像模拟方法，结合所建立的模型以及雷达工作原理，构建了风电场障碍下海事雷达图像模拟系统；运用所建立的雷达图像模拟系统，模拟了东海大桥近海风电场障碍下雷达图像，并与实测雷达图像对比，验证了模拟系统的模拟效果。本文的主要工作以及研究成果如下： 1、基于雷达的基本工作原理，分析了雷达测方位和测距离原理，研究了雷达距离方程，以及雷达截面积（RCS）对雷达目标探测的意义。同时，研究了雷达的目标检测以及成像原理，并分析了两种经典图像模拟方法的基本原理和应用场景。 2、通过分析环境对雷达的影响机理，研究了环境传播损耗和多径因子模型与计算方法。以风机结构为出发点，分析了风机对雷达的影响机理，提出了基于矩形绕射损耗模型的风机绕射损耗计算方法，并以上海东海大桥近海风电场为例，分析计算了风机对雷达波损耗大小与分布。 3、构建了近海风电场环境下海事雷达图像模拟系统架构，并逐步阐述了模拟系统的实现过程，包括：电子海图解析，海图、雷达位置、风机位置、船舶位置投影等数据预处理；运用本文构建的环境与风机损耗模型，生成RCS地图、风机损耗地图以及环境损耗地图；并基于雷达工作原理，模拟生成雷达图像。 4、以上海东海大桥近海风电场为研究对象，设计实验并采集了四处雷达风电场障碍下雷达图像，根据实测雷达的设置以及环境、风机参数，设定模拟系统参数，模拟了对应采集点的雷达图像，最终，将模拟雷达图像与实测雷达图像对比，验证了模拟系统的模拟效果。 |
| 作者： | 王树武 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 谢磊 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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