CN109767471B - 一种动态爆心定位方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动态爆心定位方法及系统。该方法包括：获取待定位的爆心的初始坐标；获取地面测点坐标、装药速度以及装药量；根据爆心的初始坐标、地面测点坐标、装药速度以及装药量，计算初始壁面反射超压；判断初始壁面反射超压与实际壁面反射超压的差值是否在预设范围内；若是，确定爆心的初始坐标为爆心坐标；若否，通过莱文‑马夸特方法更新爆心的初始坐标。本发明以测点冲击波超压值作为原始数据，以自由场冲击波传播规律、壁面反射规律等建立求解方程组，计算壁面反射超压，根据动态爆炸试验中测点地面冲击波超压、测点相对位置坐标和爆心三维坐标之间的函数关系，定位爆心坐标，提升了空中动态爆炸在爆心定位过程中的精度和自动化程度。

Description

一种动态爆心定位方法及系统

技术领域

本发明涉及爆心定位领域，特别是涉及一种动态爆心定位方法及系统。

背景技术

在动态爆炸试验中，由于装药本身具有一定的牵连速度，因而实际爆心位置存在不确定性。目前对装药爆炸三维坐标的测试方法主要有：双面阵CCD测试系统，该系统具有可视化好的优点，但是其捕获率低不宜推广使用；声靶，把目标发出的声音作为测量对象，存在测试精度易受环境温度、风速、风向等因素影响的问题；将光电探测器和高速摄影机结合的测量方法，该方法利用了光电探测靶测试准确这一优点，但因高速摄影能覆盖的视场有限和图像的分辨率限制，导致只能测试小的视场范围。

目前，对于地下和水中爆炸的爆心定位已有研究，并已开发出具有一定精度的地下和水中爆心定位方法。在空中自由场爆炸试验中，基于光信号或声信号的时延估计法，存在易受环境干扰、测试误差大的问题；基于GPS/激光水平仪的仪器测量法，存在准备工作复杂、精度低的问题；基于高速摄影的光幕测量法，测试点是爆炸几何中心，而不是威力中心。

发明内容

本发明的目的是提供一种动态爆心定位方法及系统，用以提升空中动态爆炸在爆心定位过程中的定位精度和自动化程度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种动态爆心定位方法，所述方法包括：

获取待定位的爆心的初始坐标；

获取地面测点坐标、装药速度以及装药量；

根据所述爆心的初始坐标、所述地面测点坐标、所述装药速度以及所述装药量，计算初始壁面反射超压；

判断所述初始壁面反射超压与实际壁面反射超压的差值是否在预设范围内；

若是，确定所述爆心的初始坐标为爆心坐标；

若否，通过莱文-马夸特方法更新所述爆心的初始坐标。

可选的，所述获取待定位的爆心的初始坐标，具体包括：

采集爆炸现场的图像；

对所述图像进行处理，确定爆心的初始坐标。

可选的，所述根据所述爆心的初始坐标、所述地面测点坐标、所述装药速度以及所述装药量，计算初始壁面反射超压，具体包括：

根据所述地面测点坐标以及所述爆心的初始坐标，计算超压入射角；

根据所述爆心的初始坐标以及所述装药量，计算马赫反射临界角；

通过比较所述超压入射角以及所述马赫反射临界角的大小，判断发生的是正规斜反射还是马赫反射；

当判断结果表示发生的是正规斜反射时，根据所述装药速度以及装药量计算初始正规斜反射超压；

当判断结果表示发生的是马赫反射时，根据所述装药速度以及装药量计算初始马赫反射超压。

可选的，所述通过比较所述超压入射角以及所述马赫反射临界角的大小，判断发生的是正规斜反射还是马赫反射，具体包括：

当所述超压入射角大于所述马赫反射临界角时，判断发生的是马赫反射；

当所述超压入射角小于所述马赫反射临界角时，判断发生的是正规斜反射。

可选的，所述当判断结果表示发生的是正规斜反射时，根据所述装药速度以及装药量计算初始正规斜反射超压，具体包括：

所述当判断结果表示发生的是正规斜反射时，获取爆心与地面测点的距离；

根据所述装药量、所述爆心与地面测点的距离计算无限大空中静态爆炸自由场冲击波超压峰值；

根据所述无限大空中静态爆炸自由场冲击波超压峰值以及所述装药速度计算无限大空中动态爆炸自由场冲击波超压峰值；

获取当地大气压；

根据所述当地大气压以及所述无限大空中动态爆炸自由场冲击波超压峰值，计算初始正规斜反射超压。

可选的，所述当判断结果表示发生的是马赫反射时，根据所述装药速度以及装药量计算初始马赫反射超压，具体包括：

所述当判断结果表示发生的是马赫反射时，获取爆心与地面测点的距离；

根据所述装药量、所述爆心与地面测点的距离计算近土壤地面空中静态爆炸自由场冲击波超压峰值；

根据所述近土壤地面空中静态爆炸自由场冲击波超压峰值以及所述装药速度计算近土壤地面空中动态爆炸自由场冲击波超压峰值；

获取当地大气压；

根据所述当地大气压以及所述近土壤地面空中动态爆炸自由场冲击波超压峰值，计算初始马赫反射超压。

本发明还提供了一种动态爆心定位系统，所述系统包括：

第一获取模块，用于获取待定位的爆心的初始坐标；

第二获取模块，用于获取地面测点坐标、装药速度以及装药量；

初始壁面反射超压计算模块，用于根据所述爆心的初始坐标、所述地面测点坐标、所述装药速度以及所述装药量，计算初始壁面反射超压；

判断模块，用于判断所述初始壁面反射超压与实际壁面反射超压的差值是否在预设范围内；

结果确定模块，用于当所述初始壁面反射超压与实际壁面反射超压相同时，确定所述爆心的初始坐标为爆心坐标；

更新模块，用于当所述初始壁面反射超压与实际壁面反射超压不相同时，通过莱文-马夸特方法更新所述爆心的初始坐标。

可选的，所述第一获取模块，具体包括：

采集单元，用于采集爆炸现场的图像；

初始坐标确定单元，用于对所述图像进行处理，确定爆心的初始坐标。

可选的，所述初始壁面反射超压计算模块，具体包括：

超压入射角计算单元，用于根据所述地面测点坐标以及所述爆心的初始坐标，计算超压入射角；

马赫反射临界角计算单元，用于根据所述爆心的初始坐标以及所述装药量，计算马赫反射临界角；

判断单元，用于通过比较所述超压入射角以及所述马赫反射临界角的大小，判断发生的是正规斜反射还是马赫反射；

初始正规斜反射超压计算单元，用于当判断结果表示发生的是正规斜反射时，根据所述装药速度以及装药量计算初始正规斜反射超压；

初始马赫反射超压计算单元，用于当判断结果表示发生的是马赫反射时，根据所述装药速度以及装药量计算初始马赫反射超压。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：本发明根据所述爆心的初始坐标、所述地面测点坐标、所述装药速度以及所述装药量，计算初始壁面反射超压；判断所述初始壁面反射超压与实际壁面反射超压的差值是否在预设范围内；若是，确定所述爆心的初始坐标为爆心坐标；若否，通过莱文-马夸特方法更新所述爆心的初始坐标。本发明以测点冲击波超压值作为原始数据，以自由场冲击波传播规律、壁面反射规律等建立求解方程组，计算壁面反射超压，根据动态爆炸试验中测点地面冲击波超压、测点相对位置坐标和爆心三维坐标之间的函数关系，定位爆心坐标。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例动态爆心定位方法的流程图；

图2为本发明实施马赫反射临界角与装药高度药量的关系曲线图；

图3为本发明实施例动态爆心定位系统的结构框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种动态爆心定位方法及系统，用以提升空中动态爆炸在爆心定位过程中的定位精度和自动化程度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，一种动态爆心定位方法包括以下步骤：

步骤101：获取待定位的爆心的初始坐标。采集爆炸现场的图像，对所述图像进行处理，确定爆心的初始坐标。通过在爆炸试验现场架设高速摄影机采集炸点图像，建立相机、弹体和固定参考物体的空间几何计算模型。基于相机拍摄速度、相机与参考物体的实际位置关系和拍摄图像中的位置关系、弹体与参考物体在拍摄图像中的位置关系，可计算出弹体爆炸爆心初始坐标。

步骤102：获取地面测点坐标、装药速度以及装药量。

步骤103：根据所述爆心的初始坐标、所述地面测点坐标、所述装药速度以及所述装药量，计算初始壁面反射超压。具体包括：

1)根据所述地面测点坐标以及所述爆心的初始坐标，计算超压入射角；

超压入射角

为地面测点(x_i，y_i，0)与爆心(X，Y，H)连线和竖直方向的夹角，超压入射角的正切值

为：

2)根据所述爆心的初始坐标以及所述装药量，计算马赫反射临界角；

图2中曲线表现了不同装药量ω和炸点高度H对应的马赫反射临界角

图中1区对应马赫反射，2区对应正规反射。用多项式拟合马赫反射临界角、装药量和装药高度函数关系如下：

1时，

取40°。

3)通过比较所述超压入射角以及所述马赫反射临界角的大小，判断发生的是正规斜反射还是马赫反射；当所述超压入射角大于所述马赫反射临界角时，判断发生的是马赫反射；当所述超压入射角小于所述马赫反射临界角时，判断发生的是正规斜反射；

4)当判断结果表示发生的是正规斜反射时，根据所述装药速度以及装药量计算初始正规斜反射超压；具体的，获取爆心与地面测点的距离；根据所述装药量、所述爆心与地面测点的距离计算无限大空中静态爆炸自由场冲击波超压峰值；根据所述无限大空中静态爆炸自由场冲击波超压峰值以及所述装药速度计算无限大空中动态爆炸自由场冲击波超压峰值；获取当地大气压；根据所述当地大气压以及所述无限大空中动态爆炸自由场冲击波超压峰值，计算初始正规斜反射超压。

当超压入射角正切值

小于马赫反射临界角正切值

时，发生正反射或正规斜反射，壁面反射超压，即初始正规斜反射超压Δp_r为：

其中，ω为装药量，r为爆心与地面测点的距离，ΔP_sE为无限大空中静态爆炸自由场冲击波超压峰值，ΔP_dE为无限大空中动态爆炸自由场冲击波超压峰值，p₀为当地大气压，c₀为波阵面前空气声速，θ为爆心到测试点间连线与装药速度矢量方向的夹角，R为爆心与地面测点的等效距离。。

5)当判断结果表示发生的是马赫反射时，根据所述装药速度以及装药量计算初始马赫反射超压。具体的，获取爆心与地面测点的距离；根据所述装药量、所述爆心与地面测点的距离计算近土壤地面空中静态爆炸自由场冲击波超压峰值；根据所述近土壤地面空中静态爆炸自由场冲击波超压峰值以及所述装药速度计算近土壤地面空中动态爆炸自由场冲击波超压峰值；获取当地大气压；根据所述当地大气压以及所述近土壤地面空中动态爆炸自由场冲击波超压峰值，计算初始马赫反射超压。

当超压入射角正切值

大于马赫反射临界角正切值

时，发生马赫反射，壁面反射超压，即初始马赫反射超压Δp_m为：

其中，ω为装药量，r为爆心与地面测点的距离，Δp_sG为近土壤地面空中静态爆炸自由场冲击波超压峰值，Δp_dG为近土壤地面空中动态爆炸自由场冲击波超压峰值，p₀为当地大气压，c₀为波阵面前空气声速，θ为爆心到测试点间连线与装药速度矢量方向的夹角，R为爆心与地面测点的等效距离。

步骤104：判断所述初始壁面反射超压与实际壁面反射超压的差值是否在预设范围内。

步骤105：若是，确定所述爆心的初始坐标为爆心坐标。

步骤106：若否，通过莱文-马夸特方法更新所述爆心的初始坐标。

fsolve迭代函数的返回值F为理论计算反射超压△P_r/△P_m与测试反射超压△P的差值，如果F的绝对值小于等于终止条件Tolfun，则将初值输出为结果，反之根据莱文-马夸特方法迭代得到一组新的初值重新进行计算，直到满足终止条件Tolfun。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明根据所述爆心的初始坐标、所述地面测点坐标、所述装药速度以及所述装药量，计算初始壁面反射超压；判断所述初始壁面反射超压与实际壁面反射超压的差值是否在预设范围内；若是，确定所述爆心的初始坐标为爆心坐标；若否，通过莱文-马夸特方法更新所述爆心的初始坐标。本发明以测点冲击波超压值作为原始数据，以自由场冲击波传播规律、壁面反射规律等建立求解方程组，计算壁面反射超压，根据动态爆炸试验中测点地面冲击波超压、测点相对位置坐标和爆心三维坐标之间的函数关系，定位爆心坐标。

如图3所示，本发明还提供了一种动态爆心定位系统，所述系统包括：

第一获取模块301，用于获取待定位的爆心的初始坐标。

所述第一获取模块301，具体包括：

采集单元，用于采集爆炸现场的图像；

初始坐标确定单元，用于对所述图像进行处理，确定爆心的初始坐标。

第二获取模块302，用于获取地面测点坐标、装药速度以及装药量。

初始壁面反射超压计算模块303，用于根据所述爆心的初始坐标、所述地面测点坐标、所述装药速度以及所述装药量，计算初始壁面反射超压。

所述初始壁面反射超压计算模块303，具体包括：

超压入射角计算单元，用于根据所述地面测点坐标以及所述爆心的初始坐标，计算超压入射角；

马赫反射临界角计算单元，用于根据所述爆心的初始坐标以及所述装药量，计算马赫反射临界角；

判断单元，用于通过比较所述超压入射角以及所述马赫反射临界角的大小，判断发生的是正规斜反射还是马赫反射；

初始正规斜反射超压计算单元，用于当判断结果表示发生的是正规斜反射时，根据所述装药速度以及装药量计算初始正规斜反射超压；

初始马赫反射超压计算单元，用于当判断结果表示发生的是马赫反射时，根据所述装药速度以及装药量计算初始马赫反射超压。

判断模块304，用于判断所述初始壁面反射超压与实际壁面反射超压的差值是否在预设范围内。

结果确定模块305，用于当所述初始壁面反射超压与实际壁面反射超压相同时，确定所述爆心的初始坐标为爆心坐标。

更新模块306，用于当所述初始壁面反射超压与实际壁面反射超压不相同时，通过莱文-马夸特方法更新所述爆心的初始坐标。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种动态爆心定位方法，其特征在于，所述方法包括：

获取待定位的爆心的初始坐标；

获取地面测点坐标、装药速度以及装药量；

根据所述爆心的初始坐标、所述地面测点坐标、所述装药速度以及所述装药量，计算初始壁面反射超压；具体包括：根据所述地面测点坐标以及所述爆心的初始坐标，计算超压入射角；根据所述爆心的初始坐标以及所述装药量，计算马赫反射临界角；通过比较所述超压入射角以及所述马赫反射临界角的大小，判断发生的是正规斜反射还是马赫反射；当所述超压入射角大于所述马赫反射临界角时，判断发生的是马赫反射；当所述超压入射角小于所述马赫反射临界角时，判断发生的是正规斜反射；当判断结果表示发生的是正规斜反射时，根据所述装药速度以及装药量计算初始正规斜反射超压；当判断结果表示发生的是马赫反射时，根据所述装药速度以及装药量计算初始马赫反射超压；

判断所述初始壁面反射超压与实际壁面反射超压的差值是否在预设范围内；

若是，确定所述爆心的初始坐标为爆心坐标；

若否，通过莱文-马夸特方法更新所述爆心的初始坐标。

2.根据权利要求1所述的动态爆心定位方法，其特征在于，所述获取待定位的爆心的初始坐标，具体包括：

采集爆炸现场的图像；

对所述图像进行处理，确定爆心的初始坐标。

3.根据权利要求1所述的动态爆心定位方法，其特征在于，所述当判断结果表示发生的是正规斜反射时，根据所述装药速度以及装药量计算初始正规斜反射超压，具体包括：

所述当判断结果表示发生的是正规斜反射时，获取爆心与地面测点的距离；

根据所述装药量、所述爆心与地面测点的距离计算无限大空中静态爆炸自由场冲击波超压峰值；

根据所述无限大空中静态爆炸自由场冲击波超压峰值以及所述装药速度计算无限大空中动态爆炸自由场冲击波超压峰值；

获取当地大气压；

根据所述当地大气压以及所述无限大空中动态爆炸自由场冲击波超压峰值，计算初始正规斜反射超压。

4.根据权利要求1所述的动态爆心定位方法，其特征在于，所述当判断结果表示发生的是马赫反射时，根据所述装药速度以及装药量计算初始马赫反射超压，具体包括：

所述当判断结果表示发生的是马赫反射时，获取爆心与地面测点的距离；

根据所述装药量、所述爆心与地面测点的距离计算近土壤地面空中静态爆炸自由场冲击波超压峰值；

根据所述近土壤地面空中静态爆炸自由场冲击波超压峰值以及所述装药速度计算近土壤地面空中动态爆炸自由场冲击波超压峰值；

获取当地大气压；

根据所述当地大气压以及所述近土壤地面空中动态爆炸自由场冲击波超压峰值，计算初始马赫反射超压。

5.一种动态爆心定位系统，其特征在于，所述系统包括：

第一获取模块，用于获取待定位的爆心的初始坐标；

第二获取模块，用于获取地面测点坐标、装药速度以及装药量；

初始壁面反射超压计算模块，用于根据所述爆心的初始坐标、所述地面测点坐标、所述装药速度以及所述装药量，计算初始壁面反射超压；

判断模块，用于判断所述初始壁面反射超压与实际壁面反射超压的差值是否在预设范围内；

结果确定模块，用于当所述初始壁面反射超压与实际壁面反射超压相同时，确定所述爆心的初始坐标为爆心坐标；

更新模块，用于当所述初始壁面反射超压与实际壁面反射超压不相同时，通过莱文-马夸特方法更新所述爆心的初始坐标。

6.根据权利要求5所述的动态爆心定位系统，其特征在于，所述第一获取模块，具体包括：

采集单元，用于采集爆炸现场的图像；

初始坐标确定单元，用于对所述图像进行处理，确定爆心的初始坐标。

7.根据权利要求5所述的动态爆心定位系统，其特征在于，所述初始壁面反射超压计算模块，具体包括：

超压入射角计算单元，用于根据所述地面测点坐标以及所述爆心的初始坐标，计算超压入射角；

马赫反射临界角计算单元，用于根据所述爆心的初始坐标以及所述装药量，计算马赫反射临界角；

判断单元，用于通过比较所述超压入射角以及所述马赫反射临界角的大小，判断发生的是正规斜反射还是马赫反射；

初始正规斜反射超压计算单元，用于当判断结果表示发生的是正规斜反射时，根据所述装药速度以及装药量计算初始正规斜反射超压；

初始马赫反射超压计算单元，用于当判断结果表示发生的是马赫反射时，根据所述装药速度以及装药量计算初始马赫反射超压。

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