CN110955953B - 基于结构化网格的多种类侵爆弹对建筑目标毁伤评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的基于结构化网格的多种类侵爆弹对建筑目标毁伤评估方法，属于侵爆战斗部对建筑目标毁伤效果评估领域。本发明将建筑目标划分成用于毁伤评估仿真的结构化网格，在计算炸点时通过撞击点坐标计算得到点所在网格编号，根据射出点坐标得到下一个侵彻发生的网格编号，无需对每个网格进行计算，提高评估效率。本发明不仅考虑中心点是否在毁伤范围内，还考虑网格在毁伤范围内的体积大小，提高评估精度。本发明从炸点逐层向外扩张，直到网格中心点不在毁伤球内，统计出被毁伤的网格数量，无需对每一个网格进行判断，进一步提高评估效率。本发明能够为火力打击提供预期的毁伤结果，能够在作战前为多侵爆战斗部的火力规划提供支撑，优化打击方案。

Description

基于结构化网格的多种类侵爆弹对建筑目标毁伤评估方法

技术领域

本发明属于侵爆战斗部对建筑目标毁伤效果评估领域，涉及一种基于结构化网格的多种类侵爆战斗部对建筑目标毁伤效能评估方法。

背景技术

目前已有的基于网格法的侵爆战斗部对建筑目标毁伤效果计算方法是先建立建筑目标的等效模型，划分网格后，使用遍历的方法，分别求每个网格面与侵爆战斗部末端弹道线的交点，以此来求侵爆战斗部的侵彻层数及炸点。在求毁伤效果时，也是使用遍历的方法来判断网格是否处于侵爆战斗部的毁伤区域内。这种方法在网格数量较多的时候，每个网格都要与末端弹道线求交点，且每个网格都要判断是否处于毁伤区域内，因此毁伤评估过程会耗费大量的时间及计算资源。

发明内容

本发明公开的基于结构化网格的多种类侵爆弹对建筑目标毁伤评估方法要解决的技术问题为：基于结构化网格实现对多种类侵爆弹对建筑目标毁伤效果评估，具有评估效率高和评估精度高的优点。

本发明目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的基于结构化网格的多种类侵爆弹对建筑目标毁伤评估方法，包括以下步骤：

步骤1：建立建筑目标的模型，建立建筑目标坐标系，并将建筑目标划分成用于毁伤评估仿真的结构化网格，对网格按照三维空间位置顺序进行编号，赋予网格“毁伤状态”属性，并对每个网格的面、线、点分别进行编号，并对编号后的面和线分别赋予物理属性。

步骤1.1：建立建筑目标的几何模型。为计算方便，将建筑目标简化为长宽高分别为L,W,H 的等效长方体。

步骤1.2：建立目标坐标系。将坐标系原点定在等效长方体的底面中心点，Y轴垂直于地面，X轴指向等效长方形较长边的方向，若两边长度相等则任取一边作为长边，Z轴通过右手定则获得。

步骤1.3：将建筑目标划分成用于毁伤评估仿真的结构化网格，并将建筑目标划分成用于毁伤评估仿真的结构化网格，对网格按照三维空间位置顺序进行编号，赋予网格“毁伤状态”属性，并对每个网格的面、线、点分别进行编号，并对编号后的面和线分别赋予物理属性。

将地面建筑内部的房间等效为均匀划分的网格，长、宽、高三边划分的网格数量分别为 D_L,D_W,D_H，每个网格的长宽高R_L,R_W,R_H相同。

将每个网格进行编号，沿X轴正方向第i个，Y轴正方向第j个，Z轴正方向第k个长方体网格编号为R(i,j,k)，并得到所述网格的几何中心坐标 CP_R(i,j,k)＝(X_R(i,j,k),Y_R(i,j,k),Z_R(i,j,k))。CP_R(i,j,k)的三个坐标值通过网格的编号R(i,j,k)经下式计算得到：

将目标坐标系的X轴正方向定为右，Y轴正方向定为上,Z轴正方向定为前。

将网格的6个面按右左前后上下分别编号为S₁,S₂,S₃,S₄,S₅和S₆，并按建筑内部结构赋予每个面物理属性。所述物理属性包括“承重墙”或“剪力墙”。

两个面的交线编号为两个面编号，如S₂和S₃的交线为L₂₃，并将垂直于XOZ的交线赋予“柱”属性，平行与XOZ的交线赋予“梁”属性。

三个面的交点编号为三个面编号，如S₁,S₂和S₃的交点为P₁₂₃。

同时，赋予网格“毁伤状态”属性，用DS_R(i,j,k)表示，取值为0或1，其中0代表未被毁伤，1代表被毁伤。

步骤2：建立单枚侵彻战斗部的模型，根据命中精度和末端弹道参数抽样得到末端弹道线方程，根据所述侵彻战斗部的实际参数设定模型的引信计层参数和毁伤半径参数，通过改变命中精度参数、末端弹道参数、引信计层参数和毁伤半径参数，得到不同种类的单枚侵彻战斗部模型。

步骤2.1：根据命中精度和末端弹道参数抽样得到末端弹道线方程，由于侵彻战斗部的末端弹道近似为一条直线，因此根据弹道线方向向量D_Pene＝(D_X,D_Y,D_Z)与线上一点 P_L＝(X_L,Y_L,Z_L)确定目标坐标系下的弹道线方程。

弹道线方向向量D_Pene＝(D_X,D_Y,D_Z)通过弹道入射角α与弹道方位角β计算得到。其中，入射角α是指末端弹道线与XOZ平面的夹角，取值为[0,90°]；方位角β是指末端弹道线在XOZ平面上的投影线与X轴的夹角，取值为[-180°,180°]，逆时针为正。

线上一点P_L＝(X_L,Y_L,Z_L)通过瞄准点P_Aim＝(X_Aim,Y_Aim,Z_Aim)与命中精度参数CEP计算得到。由于侵彻战斗部对地面建筑的瞄准点位于建筑顶部，因此瞄准点的Y坐标，即Y_Aim＝H，为定值。线上一点P_L＝(X_L,Y_L,Z_L)的除Y_L的两个坐标值(X_L,Z_L)满足均值为(X_Aim,Z_Aim)、方差为(σ1，σ2)的二维正态分布。其中σ1，σ2相等，计算公式为：

σ1＝σ2＝σ＝CEP/1.1774；

因此，线上一点P_L＝(X_L,Y_L,Z_L)通过二维正态分布抽样得到。

根据弹道线方向D_Pene＝(D_X,D_Y,D_Z)与线上一点P_L＝(X_L,Y_L,Z_L)由下式得到末端弹道线的直线方程：

当方向向量分量D_X,D_Y,D_Z中有1个为0时，则该方向向量分量对应的分子也为0。

步骤2.2：根据所述侵彻战斗部的实际参数设定模型的引信计层参数和毁伤半径参数。将战斗部的引信侵彻计层数记为F_Fuze，爆炸毁伤半径记为R_Damage。

步骤3：根据侵彻战斗部的末端弹道方程和建筑目标的几何模型计算侵彻战斗部与建筑的撞击点。

根据侵彻战斗部末端弹道线与建筑目标六个表面所在平面方程计算交点，并判断交点是否在长方体外表面，并统计交点个数。若交点个数为0或1，则此次战斗部未直接命中建筑，重新进行步骤2.1，抽样新的末端弹道方程进行计算；若交点个数为2，则根据两个交点与P_L的距离判断撞击点或射出点，离P_L近的为撞击点P_Hit＝(X_Hit,Y_Hit,Z_Hit)。

步骤4：根据撞击点P_Hit＝(X_Hit,Y_Hit,Z_Hit)确定侵彻开始时建筑目标的网格编号，根据末端弹道方程计算末端弹道线在所述网格的射出点坐标及所在面编号，根据面编号确定下一个侵彻发生的网格编号，依次迭代，直到达到侵彻战斗部的引信计层数F_Pene或侵彻战斗部的剩余速度为0，得到爆炸发生的网格编号，根据末端弹道线与所述网格的撞击点及引信延迟作用时间计算炸点P_Explosive＝(X_Explosive,Y_Explosive,Z_Explosive)。

步骤4.1：根据撞击点P_Hit＝(X_Hit,Y_Hit,Z_Hit)确定侵彻开始时建筑目标的网格编号R₁(i₁,j₁,k₁)，计算方法为：

i₁＝(X_Hit+L/2)/(L/D_L)+1,向下取整；

j₁＝Y_Hit/(H/DH)+1,向下取整；

k₁＝(Z_Hit+W/2)/(W/D_W)+1,向下取整；

根据计算得到的网格编号，得侵彻开始时建筑目标的网格的几何中心坐标

此时，计数侵彻层数F_C＝1。

根据战斗部的入射速度、角度和入射面的属性、厚度等参数查表获得侵彻后的剩余速度

表格如下。

入射速度

入射角

方位角

入射面属性

入射面材料

入射面厚度

侵彻后速度

步骤4.2：根据末端弹道方程计算末端弹道线在所述网格的射出点坐标及所在面编号，根据面编号确定下一个侵彻发生的网格编号。

利用步骤3计算战斗部在网格R₁(i₁,j₁,k₁)的射出点

计层F_C加一，并判断

所在面序号 S_i(i＝1,2,3,4,5,6)。根据i确定下一个侵彻的房间编号R2(i₂,j2,k2)，确定方法如下：

若i＝1，则下一个侵彻的房间编号R₂(i₂,j₂,k₂)＝(i₁+1,j₁,k₁)；

若i＝2，则下一个侵彻的房间编号R₂(i₂,j₂,k₂)＝(i₁-1,j₁,k₁)；

若i＝3，则下一个侵彻的房间编号R₂(i₂,j₂,k₂)＝(i₁,j₁+1,k₁)；

若i＝4，则下一个侵彻的房间编号R₂(i₂,j₂,k₂)＝(i₁,j₁-1,k₁)；

若i＝5，则下一个侵彻的房间编号R₂(i₂,j₂,k₂)＝(i₁,j₁,k₁+1)；

若i＝6，则下一个侵彻的房间编号R₂(i₂,j₂,k₂)＝(i₁,j₁,k₁-1)；

步骤4.3：依次迭代，直到达到侵彻战斗部的引信计层数F_Pene或侵彻战斗部的剩余速度为 0，得到爆炸发生的网格编号，根据末端弹道线与所述网格的撞击点及引信延迟作用时间计算炸点P_Explosive＝(X_Explosive,Y_Explosive,Z_Explosive)。

根据末端弹道线在爆炸发生的网格的撞击点坐标，即上一个网格的射出点坐标

侵彻战斗部的末端弹道方程，剩余速度

和引信作用时间T_Pene，通过下式，求炸点P_Explosive＝(X_Explosive,Y_Explosive,Z_Explosive)坐标：

步骤5：根据炸点P_Explosive＝(X_Explosive,Y_Explosive,Z_Explosive)和侵彻战斗部的威力参数R_Damage得到毁伤球，统计建筑目标被单枚侵彻战斗部毁伤的网格数量N_SingleDamage。

根据炸点P_Explosive＝(X_Explosive,Y_Explosive,Z_Explosive)和战斗部的威力参数R_Damage得到毁伤球，统计建筑目标被单枚侵彻战斗部毁伤的网格数量N_SingleDamage。判断网格是否被毁伤的标准是：如果一个网格的包括八个顶点和中心点CP_R(i,j,k)在内共9个点中有大于等于5个点在球内，即表示所述网格的中心点CP_R(i,j,k)与炸点间的距离小于毁伤半径R_Damage，且所述网格有超过一半的体积在毁伤球内，则该网格被毁伤，毁伤状态参数DS_R(i,j,k)＝1。统计时，从炸点所在房间开始，逐层向外扩张，直到网格中心点不在毁伤球内，统计出被毁伤的网格数量 N_SingleDamage。

步骤6：重复迭代步骤2至步骤5，根据实际情况的不同种类的侵彻战斗部数量确定迭代次数，每次迭代得到对应的单枚战斗部毁伤网格数量，将被毁伤的网格的毁伤状态参数 DS_R(i,j,k)＝1。迭代完成后统计多枚侵彻战斗部毁伤后建筑目标的被毁伤网格数，统计方法为统计毁伤状态DS_R(i,j,k)＝1的网格。用被多枚侵彻战斗部毁伤后建筑目标的被毁伤网格数量N_Damage与网格总数N_Toltal之比表征毁伤效果E，即：

所述的毁伤效果E即为多种类侵爆战斗部对建筑目标毁伤效果评估结果。

还包括步骤7：根据步骤6得到的多种类侵爆战斗部对建筑目标毁伤效果评估结果，能够为作战时的火力打击提供预期的毁伤结果，为后续的作战方案提供支持。另外，设置不同的初始参数，利用每次仿真得到的毁伤效能评估结果，能够在作战前为多侵爆战斗部的火力规划提供支撑，优化打击方案。

有益效果：

1、本发明公开的基于结构化网格的多种类侵爆弹对建筑目标毁伤评估方法，将建筑目标划分成用于毁伤评估仿真的结构化网格，对网格按照三维空间位置顺序进行编号，赋予网格“毁伤状态”属性，并对每个网格的面、线、点分别进行编号，并对编号后的面和线分别赋予物理属性。在计算炸点时通过撞击点坐标计算得到所述点所在的网格编号，并根据射出点坐标计算得到下一个侵彻发生的网格编号，无需对每个网格进行计算，节省计算资源，进而提高评估效率。

2、与传统的只对网格的中心点坐标进行判断相比，本发明公开的基于结构化网格的多种类侵爆弹对建筑目标毁伤评估方法，统计建筑目标被单枚侵彻战斗部毁伤的网格数量。判断网格是否被毁伤的标准是：如果一个网格的包括八个顶点和中心点在内共9个点中有大于等于5个点在球内，即表示所述网格的中心点与炸点间的距离小于毁伤半径，且所述网格有超过一半的体积在毁伤球内，则该网格被毁伤，由于本发明不仅考虑中心点是否在毁伤范围内，还考虑网格在毁伤范围内的体积大小，因此本发明能够提高毁伤评估精度。

3、本发明公开的基于结构化网格的多种类侵爆弹对建筑目标毁伤评估方法，统计在毁伤范围内的网格数量时，从炸点所在房间开始，逐层向外扩张，直到网格中心点不在毁伤球内，统计出被毁伤的网格数量，无需对每一个网格进行判断，节省计算资源，进一步提高评估效率。

4、本发明公开的基于结构化网格的多种类侵爆弹对建筑目标毁伤评估方法，能够为作战时的火力打击提供一个预期的毁伤结果，为后续的作战方案提供支持。另外，设置不同的初始参数，利用每次仿真得到的毁伤效能评估结果，能够在作战前为多侵爆战斗部的火力规划提供支撑，优化打击方案。

附图说明

图1是本发明公开的基于结构化网格的多种类侵爆弹对建筑目标毁伤评估方法流程图。

图2是结构化网格划分及编号示意图。

图3是战斗部与建筑目标撞击点计算流程图。

图4是爆炸产生的毁伤球以及网格毁伤状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实例对此发明进行进一步的说明。

实施例1

本实施例公开的基于结构化网格的多种类侵爆弹对建筑目标毁伤评估方法，具体实现步骤如下：

步骤1：建立建筑目标的模型，建立建筑目标坐标系，并将建筑目标划分成用于毁伤评估仿真的结构化网格，对网格按照三维空间位置顺序进行编号，赋予网格“毁伤状态”属性，并对每个网格的面、线、点分别进行编号，并对编号后的面和线分别赋予物理属性。

步骤1.1：建立建筑目标的几何模型。为计算方便，将建筑目标简化为长宽高分别为 L＝40,W＝20,H＝18的等效长方体。

步骤1.2：建立目标坐标系，将坐标系原点定在等效长方体的底面中心点，Y轴垂直于地面，X轴指向等效长方形较长边的方向，若两边长度相等则任取一边作为长边，Z轴通过右手定则获得。

步骤1.3：将建筑目标划分成用于毁伤评估仿真的结构化网格，并将建筑目标划分成用于毁伤评估仿真的结构化网格，对网格按照三维空间位置顺序进行编号，赋予网格“毁伤状态”属性，并对每个网格的面、线、点分别进行编号，并对编号后的面和线分别赋予物理属性。

将地面建筑内部的房间等效为均匀划分的网格，长、宽、高三边划分的网格数量分别为 D_L＝5,D_W＝4,D_H＝6，每个网格的长宽高R_L,R_W,R_H相同，为R_L＝8,R_W＝5,R_H＝3。

将每个网格进行编号，沿X轴正方向第i个，Y轴正方向第j个，Z轴正方向第k个长方体网格编号为R(i,j,k)，并得到所述网格的几何中心坐标 CP_R(i,j,k)＝(X_R(i,j,k),Y_R(i,j,k),Z_R(i,j,k))。CP_R(i,j,k)的三个坐标值通过网格的编号R(i,j,k)经下式计算得到：

将目标坐标系的X轴正方向定为右，Y轴正方向定为上,Z轴正方向定为前。

将网格的6个面按右左前后上下分别编号为S₁,S₂,S₃,S₄,S₅和S₆，并按建筑内部结构赋予每个面物理属性。所述物理属性包括“承重墙”或“剪力墙”。

两个面的交线编号为两个面编号，如S₂和S₃的交线为L₂₃，并将垂直于XOZ的交线赋予“柱”属性，平行与XOZ的交线赋予“梁”属性。

三个面的交点编号为三个面编号，如S₁,S₂和S₃的交点为P₁₂₃。

同时，赋予网格“毁伤状态”属性，用DS_R(i,j,k)表示，取值为0或1，其中0代表未被毁伤，1代表被毁伤，初始状态全部设为0。

步骤2：建立单枚侵彻战斗部的模型，根据命中精度和末端弹道参数抽样得到末端弹道线方程，根据所述侵彻战斗部的实际参数设定模型的引信计层参数和毁伤半径参数，通过改变命中精度参数、末端弹道参数、引信计层参数和毁伤半径参数，得到不同种类的单枚侵彻战斗部模型。

步骤2.1：根据命中精度和末端弹道参数抽样得到末端弹道线方程，由于侵彻战斗部的末端弹道近似为一条直线，因此根据弹道线方向向量D_Pene＝(D_X,D_Y,D_Z)与线上一点 P_L＝(X_L,Y_L,Z_L)确定目标坐标系下的弹道线方程。

弹道线方向向量D_Pene＝(D_X,D_Y,D_Z)通过弹道入射角α与弹道方位角β计算得到。其中，入射角α是指末端弹道线与XOZ平面的夹角，取值为[0,90°]；方位角β是指末端弹道线在XOZ平面上的投影线与X轴的夹角，取值为[-180°,180°]，逆时针为正。此实例中将入射角α设为α＝80°，方位角β设为β＝30°。则

线上一点P_L＝(X_L,Y_L,Z_L)通过瞄准点P_Aim＝(X_Aim,Y_Aim,Z_Aim)与命中精度参数CEP计算得到。由于侵彻战斗部对地面建筑的瞄准点位于建筑顶部，因此瞄准点的Y坐标，即Y_Aim＝H，为定值。线上一点P_L＝(X_L,Y_L,Z_L)的除Y_L的两个坐标值(X_L,Z_L)满足均值为(X_Aim,Z_Aim)，方差为(σ1，σ2)的二维正态分布。其中σ1，σ2相等计算公式为：

σ1＝σ2＝σ＝CEP/1.1774；。

此实例中将瞄准点设为P_Aim＝(0,18,0)，命中精度参数设为CEP＝5。

因此，线上一点P_L＝(X_L,Y_L,Z_L)通过二维正态分布抽样得到，为P_L＝(2.3,18,3.7)。

根据弹道线方向D_Pene＝(0.0868,-0.985,0.15)与线上一点P_L＝(2.3,18,3.7)由下式得到末端弹道线的直线方程：

步骤2.2：根据所述侵彻战斗部的实际参数设定模型的引信计层参数和毁伤半径参数。将战斗部的引信侵彻计层数记为F_Fuze，爆炸毁伤半径记为R_Damage。此实例中将参数设为 F_Fuze＝3，R_Damage＝15。

步骤3：根据侵彻战斗部的末端弹道方程和建筑目标的几何模型计算侵彻战斗部与建筑的撞击点。

根据侵彻战斗部末端弹道线与建筑目标六个表面所在平面方程计算交点，并判断交点是否在长方体外表面，并统计交点个数。若交点个数为0或1，则此次战斗部未直接命中建筑，重新进行步骤2.1，抽样新的末端弹道方程进行计算；若交点个数为2，则根据两个交点与P_L的距离判断撞击点与射出点，离P_L近的为撞击点P_Hit＝(X_Hit,Y_Hit,Z_Hit)。

此实例中计算得到的交点个数为2，撞击点P_Hit＝(2.3,18,3.7)。

步骤4：根据撞击点P_Hit＝(X_Hit,Y_Hit,Z_Hit)确定侵彻开始时建筑目标的网格编号，根据末端弹道方程计算末端弹道线在所述网格的射出点坐标及所在面编号，根据面编号确定下一个侵彻发生的网格编号，依次迭代，直到达到侵彻战斗部的引信计层数F_Pene或侵彻战斗部的剩余速度为0，得到爆炸发生的网格编号，根据末端弹道线与所述网格的撞击点及引信延迟作用时间计算炸点P_Explosive＝(X_Explosive,Y_Explosive,Z_Explosive)。

步骤4.1：根据撞击点P_Hit＝(X_Hit,Y_Hit,Z_Hit)确定侵彻开始时建筑目标的网格编号R₁(i₁,j₁,k₁)，计算方法为：

i₁＝(X_Hit+L/2)/(L/D_L)+1,向下取整；

j₁＝Y_Hit/(H/DH)+1,向下取整；

k₁＝(Z_Hit+W/2)/(W/D_W)+1,向下取整；

此实例中计算得到侵彻开始的网格编号为R₁(3,6,3)。

根据计算得到的网格编号，得侵彻开始时建筑目标的网格的几何中心坐标

此时，计数侵彻层数F_C＝1。

根据战斗部的入射速度、角度和入射面的属性、厚度等参数查表获得侵彻后的剩余速度

表格如下，此处表格内数据为测试数据。

入射速度

入射角

方位角

入射面属性

入射面材料

入射面厚度

侵彻后速度

500

80

0

剪力墙

钢筋混凝土

0.2m

300

300

70

0

承重墙

钢筋混凝土

0.3m

30

步骤4.2：根据末端弹道方程计算末端弹道线在所述网格的射出点坐标及所在面编号，根据面编号确定下一个侵彻发生的网格编号。

利用步骤3计算战斗部在网格R₁(i₁,j₁,k₁)的射出点

计层F_C加一，并判断

所在面序号 S_i(i＝1,2,3,4,5,6)。根据i确定下一个侵彻的房间编号R₂(i₂,j₂,k₂)，确定方法如下：

若i＝1，则下一个侵彻的房间编号R₂(i₂,j₂,k₂)＝(i₁+1,j₁,k₁)；

若i＝2，则下一个侵彻的房间编号R₂(i₂,j₂,k₂)＝(i₁-1,j₁,k₁)；

若i＝3，则下一个侵彻的房间编号R₂(i₂,j₂,k₂)＝(i₁,j₁+1,k₁)；

若i＝4，则下一个侵彻的房间编号R₂(i₂,j₂,k₂)＝(i₁,j₁-1,k₁)；

若i＝5，则下一个侵彻的房间编号R₂(i₂,j₂,k₂)＝(i₁,j₁,k₁+1)；

若i＝6，则下一个侵彻的房间编号R₂(i₂,j₂,k₂)＝(i₁,j₁,k₁-1)；

此实例中，战斗部在网格R₁(3,6,3)中的射出点所在面编号为S6,则下一个侵彻的房间编号为R₂(3,6,2)。

步骤4.3：依次迭代，直到达到侵彻战斗部的引信计层数F_Pene或侵彻战斗部的剩余速度为 0，得到爆炸发生的网格编号，根据末端弹道线与所述网格的撞击点及引信延迟作用时间计算炸点P_Explosive＝(X_Explosive,Y_Explosive,Z_Explosive)。

根据末端弹道线在爆炸发生的网格的撞击点坐标，即上一个网格的射出点坐标

侵彻战斗部的末端弹道方程，剩余速度

和引信作用时间T_Pene，通过下式，求炸点P_Explosive＝(X_Explosive,Y_Explosive,Z_Explosive)坐标：

此实例中，得到侵爆战斗部的炸点坐标为P_Explosive＝(-0.263208,12.3138,-1.0218)；；

步骤5：根据炸点P_Explosive＝(X_Explosive,Y_Explosive,Z_Explosive)和侵彻战斗部的威力参数R_Damage得到毁伤球，统计建筑目标被单枚侵彻战斗部毁伤的网格数量N_SingleDamage。

根据炸点P_Explosive＝(X_Explosive,Y_Explosive,Z_Explosive)和战斗部的威力参数R_Damage得到毁伤球，统计建筑目标被单枚侵彻战斗部毁伤的网格数量N_SingleDamage。判断网格是否被毁伤的标准是：如果一个网格的包括八个顶点和中心点CP_R(i,j,k)在内共9个点中有大于等于5个点在球内，即表示所述网格的中心点CP_R(i,j,k)与炸点间的距离小于毁伤半径R_Damage，且所述网格有超过一半的体积在毁伤球内，则该网格被毁伤，毁伤状态参数DS_R(i,j,k)＝1。统计时，从炸点所在房间开始，逐层向外扩张，直到网格中心点不在毁伤球内，统计出被毁伤的网格数量 N_SingleDamage。

此实例中，得到被毁伤的网格数量为183个。

步骤6：重复迭代步骤2至步骤5，根据实际情况的不同种类的侵彻战斗部数量确定迭代次数，每次迭代得到对应的单枚战斗部毁伤网格数量，将被毁伤的网格的毁伤状态参数 DS_R(i,j,k)＝1。迭代完成后统计多枚侵彻战斗部毁伤后建筑目标的被毁伤网格数，统计方法为统计毁伤状态DS_R(i,j,k)＝1的网格。用被多枚侵彻战斗部毁伤后建筑目标的被毁伤网格数量N_Damage与网格总数N_Toltal之比表征毁伤效果E，即：

在此实例中，仅计算一枚侵彻战斗部毁伤后建筑目标的毁伤效果：

所述的毁伤效果E＝0.95125即为多种类侵爆战斗部对建筑目标毁伤效果评估结果。

实施例2

本实施例公开的基于结构化网格的多种类侵爆弹对建筑目标毁伤评估方法，具体实现步骤如下：

步骤1：建立建筑目标的模型，建立建筑目标坐标系，并将建筑目标划分成用于毁伤评估仿真的结构化网格，对网格按照三维空间位置顺序进行编号，赋予网格“毁伤状态”属性，并对每个网格的面、线、点分别进行编号，并对编号后的面和线分别赋予物理属性。

步骤1.1：建立建筑目标的几何模型。为计算方便，将建筑目标简化为长宽高分别为 L＝100,W＝40,H＝30的等效长方体。

步骤1.2：建立目标坐标系，将坐标系原点定在等效长方体的底面中心点，Y轴垂直于地面，X轴指向等效长方形较长边的方向，若两边长度相等则任取一边作为长边，Z轴通过右手定则获得。

步骤1.3：将建筑目标划分成用于毁伤评估仿真的结构化网格，并将建筑目标划分成用于毁伤评估仿真的结构化网格，对网格按照三维空间位置顺序进行编号，赋予网格“毁伤状态”属性，并对每个网格的面、线、点分别进行编号，并对编号后的面和线分别赋予物理属性。

将地面建筑内部的房间等效为均匀划分的网格，长、宽、高三边划分的网格数量分别为 D_L＝20,D_W＝8,D_H＝10，每个网格的长宽高R_L,R_W,R_H相同，为R_L＝5,R_W＝5,R_H＝3。

将每个网格进行编号，沿X轴正方向第i个，Y轴正方向第j个，Z轴正方向第k个长方体网格编号为R(i,j,k)，并得到所述网格的几何中心坐标 CP_R(i,j,k)＝(X_R(i,j,k),Y_R(i,j,k),Z_R(i,j,k))。CP_R(i,j,k)的三个坐标值通过网格的编号R(i,j,k)经下式计算得到：

将目标坐标系的X轴正方向定为右，Y轴正方向定为上,Z轴正方向定为前。

将网格的6个面按右左前后上下分别编号为S₁,S₂,S₃,S₄,S₅和S₆，并按建筑内部结构赋予每个面物理属性。所述物理属性包括“承重墙”或“剪力墙”。

两个面的交线编号为两个面编号，如S₂和S₃的交线为L₂₃，并将垂直于XOZ的交线赋予“柱”属性，平行与XOZ的交线赋予“梁”属性。

三个面的交点编号为三个面编号，如S₁,S₂和S₃的交点为P₁₂₃。

同时，赋予网格“毁伤状态”属性，用DS_R(i,j,k)表示，取值为0或1，其中0代表未被毁伤，1代表被毁伤，初始状态全部设为0。

步骤2：建立单枚侵彻战斗部的模型，根据命中精度和末端弹道参数抽样得到末端弹道线方程，根据所述侵彻战斗部的实际参数设定模型的引信计层参数和毁伤半径参数，通过改变命中精度参数、末端弹道参数、引信计层参数和毁伤半径参数，得到不同种类的单枚侵彻战斗部模型。

此实例中建立三枚侵彻战斗部的模型，参数如下表所示。

步骤3：根据侵彻战斗部的末端弹道方程和建筑目标的几何模型计算侵彻战斗部与建筑的撞击点。

根据侵彻战斗部末端弹道线与建筑目标六个表面所在平面方程计算交点，并判断交点是否在长方体外表面，并统计交点个数。若交点个数为0或1，则此次战斗部未直接命中建筑，重新进行步骤2.1，抽样新的末端弹道方程进行计算；若交点个数为2，则根据两个交点与P_L的距离判断撞击点与射出点，离P_L近的为撞击点P_Hit＝(X_Hit,Y_Hit,Z_Hit)。

此实例中得到三枚侵彻战斗部的撞击点分别为

P_Hit1＝(2.3,30,3.7)；

P_Hit2＝(8.3,30,9.9)；

P_Hit3＝(-9.7,30,10.6)；

步骤4：根据撞击点P_Hit＝(X_Hit,Y_Hit,Z_Hit)确定侵彻开始时建筑目标的网格编号，根据末端弹道方程计算末端弹道线在所述网格的射出点坐标及所在面编号，根据面编号确定下一个侵彻发生的网格编号，依次迭代，直到达到侵彻战斗部的引信计层数F_Pene或侵彻战斗部的剩余速度为0，得到爆炸发生的网格编号，根据末端弹道线与所述网格的撞击点及引信延迟作用时间计算炸点P_Explosive＝(X_Explosive,Y_Explosive,Z_Explosive)。

步骤4.1：根据撞击点P_Hit＝(X_Hit,Y_Hit,Z_Hit)确定侵彻开始时建筑目标的网格编号R₁(i₁,j₁,k₁)，计算方法为：

i₁＝(X_Hit+L/2)/(L/D_L)+1,向下取整；

j₁＝Y_Hit/(H/DH)+1,向下取整；

k₁＝(Z_Hit+W/2)/(W/D_W)+1,向下取整；

此实例中计算得到三枚战斗部侵彻开始的网格编号为第一枚：R₁(11,10,5)，第二枚： R₁(12,10,8)第三枚：R₁(8,10,9)

根据计算得到的网格编号，得侵彻开始时建筑目标的网格的几何中心坐标

此时，计数侵彻层数F_C＝1。

根据战斗部的入射速度、角度和入射面的属性、厚度等参数查表获得侵彻后的剩余速度

表格如下，此处表格内数据为测试数据。

入射速度

入射角

方位角

入射面属性

入射面材料

入射面厚度

侵彻后速度

500

80

0

剪力墙

钢筋混凝土

0.2m

300

300

70

0

承重墙

钢筋混凝土

0.3m

30

步骤4.2：根据末端弹道方程计算末端弹道线在所述网格的射出点坐标及所在面编号，根据面编号确定下一个侵彻发生的网格编号。

利用步骤3计算战斗部在网格R₁(i₁,j₁,k₁)的射出点

计层F_C加一，并判断

所在面序号 S_i(i＝1,2,3,4,5,6)。根据i确定下一个侵彻的房间编号R₂(i₂,j₂,k₂)，确定方法如下：

若i＝1，则下一个侵彻的房间编号R₂(i₂,j₂,k₂)＝(i₁+1,j₁,k₁)；

若i＝2，则下一个侵彻的房间编号R₂(i₂,j₂,k₂)＝(i₁-1,j₁,k₁)；

若i＝3，则下一个侵彻的房间编号R₂(i₂,j₂,k₂)＝(i₁,j₁+1,k₁)；

若i＝4，则下一个侵彻的房间编号R₂(i₂,j₂,k₂)＝(i₁,j₁-1,k₁)；

若i＝5，则下一个侵彻的房间编号R₂(i₂,j₂,k₂)＝(i₁,j₁,k₁+1)；

若i＝6，则下一个侵彻的房间编号R₂(i₂,j₂,k₂)＝(i₁,j₁,k₁-1)；

步骤4.3：依次迭代，直到达到侵彻战斗部的引信计层数F_Pene或侵彻战斗部的剩余速度为 0，得到爆炸发生的网格编号，根据末端弹道线与所述网格的撞击点及引信延迟作用时间计算炸点P_Explosive＝(X_Explosive,Y_Explosive,Z_Explosive)。

根据末端弹道线在爆炸发生的网格的撞击点坐标，即上一个网格的射出点坐标

侵彻战斗部的末端弹道方程，剩余速度

和引信作用时间T_Pene，通过下式，求炸点P_Explosive＝(X_Explosive,Y_Explosive,Z_Explosive)坐标：

此实例中，得到三枚侵爆战斗部的炸点坐标分别为

P_Explosive2＝(9.76346，23.1231，9.79658)；

P_Explosive3＝(-9.72639，22.0112，10.21237)；

步骤5：根据炸点P_Explosive＝(X_Explosive,Y_Explosive,Z_Explosive)和侵彻战斗部的威力参数R_Damage得到毁伤球，统计建筑目标被单枚。侵彻战斗部毁伤的网格数量N_SingleDamage。

根据炸点P_Explosive＝(X_Explosive,Y_Explosive,Z_Explosive)和战斗部的威力参数R_Damage得到毁伤球，统计建筑目标被单枚侵彻战斗部毁伤的网格数量N_SingleDamage。判断网格是否被毁伤的标准是：如果一个网格的包括八个顶点和中心点CP_R(i,_j,_k)在内共9个点中有大于等于5个点在球内，即表示所述网格的中心点CP_R(i,_j,_k)与炸点间的距离小于毁伤半径R_Damage，且所述网格有超过一半的体积在毁伤球内，则该网格被毁伤，毁伤状态参数DS_R(i,j,k)＝1。统计时，从炸点所在房间开始，逐层向外扩张，直到网格中心点不在毁伤球内，统计出被毁伤的网格数量 N_SingleDamage。

步骤6：重复迭代步骤2至步骤5，根据实际情况的不同种类的侵彻战斗部数量确定迭代次数，每次迭代得到对应的单枚战斗部毁伤网格数量，将被毁伤的网格的毁伤状态参数 DS_R(i,j,k)＝1。迭代完成后统计多枚侵彻战斗部毁伤后建筑目标的被毁伤网格数，统计方法为统计毁伤状态DS_R(i,j,k)＝1的网格。此实例中被毁伤的网格数为1376。

用被多枚侵彻战斗部毁伤后建筑目标的被毁伤网格数量N_Damage与网格总数N_Toltal之比表征毁伤效果E，即：

在此实例中，仅三枚枚侵彻战斗部毁伤后建筑目标的毁伤效果：

所述的毁伤效果E＝0.86即为多种类侵爆战斗部对建筑目标毁伤效果评估结果。

以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.基于结构化网格的多种类侵爆弹对建筑目标毁伤评估方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤1：建立建筑目标的模型，建立建筑目标坐标系，并将建筑目标划分成用于毁伤评估仿真的结构化网格，对网格按照三维空间位置顺序进行编号，赋予网格“毁伤状态”属性，并对每个网格的面、线、点分别进行编号，并对编号后的面和线分别赋予物理属性；

步骤2：建立单枚侵彻战斗部的模型，根据命中精度和末端弹道参数抽样得到末端弹道线方程，根据所述侵彻战斗部的实际参数设定模型的引信计层参数和毁伤半径参数，通过改变命中精度参数、末端弹道参数、引信计层参数和毁伤半径参数，得到不同种类的单枚侵彻战斗部模型；

步骤3：根据侵彻战斗部的末端弹道方程和建筑目标的几何模型计算侵彻战斗部与建筑的撞击点；

步骤4：根据撞击点确定侵彻开始时建筑目标的网格编号，根据末端弹道方程计算末端弹道线在所述网格的射出点坐标及所在面编号，根据面编号确定下一个侵彻发生的网格编号，依次迭代，直到达到侵彻战斗部的引信计层数或侵彻战斗部的剩余速度为0，得到爆炸发生的网格编号，根据末端弹道线与所述网格的撞击点及引信延迟作用时间计算炸点；

步骤5：根据炸点和侵彻战斗部的威力参数得到毁伤球，统计建筑目标被单枚侵彻战斗部毁伤的网格数量；

步骤6：重复迭代步骤2至步骤5，根据实际情况的不同种类的侵彻战斗部数量确定迭代次数，每次迭代得到对应的单枚战斗部毁伤网格数量，将被毁伤的网格的毁伤状态参数DS_R(i,j,k)＝1；迭代完成后统计多枚侵彻战斗部毁伤后建筑目标的被毁伤网格数，统计方法为统计毁伤状态DS_R(i,j,k)＝1的网格；用被多枚侵彻战斗部毁伤后建筑目标的被毁伤网格数量N_Damage与网格总数N_Total之比表征毁伤效果E，即：

所述的毁伤效果E即为多种类侵爆战斗部对建筑目标毁伤效果评估结果。

2.如权利要求1所述的基于结构化网格的多种类侵爆弹对建筑目标毁伤评估方法，其特征在于：还包括步骤7，根据步骤6得到的多种类侵爆战斗部对建筑目标毁伤效果评估结果，能够为作战时的火力打击提供预期的毁伤结果，为后续的作战方案提供支持；另外，设置不同的初始参数，利用每次仿真得到的毁伤效能评估结果，能够在作战前为多侵爆战斗部的火力规划提供支撑，优化打击方案。

3.如权利要求1或2所述的基于结构化网格的多种类侵爆弹对建筑目标毁伤评估方法，其特征在于：步骤1实现方法为，

步骤1.1：建立建筑目标的几何模型；为计算方便，将建筑目标简化为长宽高分别为L,W,H的等效长方体；

步骤1.2：建立目标坐标系；将坐标系原点定在等效长方体的底面中心点，Y轴垂直于地面，X轴指向等效长方形较长边的方向，若两边长度相等则任取一边作为长边，Z轴通过右手定则获得；

步骤1.3：将建筑目标划分成用于毁伤评估仿真的结构化网格，并将建筑目标划分成用于毁伤评估仿真的结构化网格，对网格按照三维空间位置顺序进行编号，赋予网格“毁伤状态”属性，并对每个网格的面、线、点分别进行编号，并对编号后的面和线分别赋予物理属性；

将地面建筑内部的房间等效为均匀划分的网格，长、宽、高三边划分的网格数量分别为D_L,D_W,D_H，每个网格的长宽高R_L,R_W,R_H相同；

将每个网格进行编号，沿X轴正方向第i个，Y轴正方向第j个，Z轴正方向第k个长方体网格编号为R(i,j,k)，并得到所述网格的几何中心坐标CP_R(i,j,k)＝(X_R(i,j,k),Y_R(i,j,k),Z_R(i,j,k))；CP_R(i,j,k)的三个坐标值通过网格的编号R(i,j,k)经下式计算得到：

将目标坐标系的X轴正方向定为右，Y轴正方向定为上,Z轴正方向定为前；

将网格的6个面按右左前后上下分别编号为S₁,S₂,S₃,S₄,S₅和S₆，并按建筑内部结构赋予每个面物理属性；所述物理属性包括“承重墙”或“剪力墙”；

两个面的交线编号为两个面编号，如S₂和S₃的交线为L₂₃，并将垂直于XOZ的交线赋予“柱”属性，平行于XOZ的交线赋予“梁”属性；

三个面的交点编号为三个面编号，如S₁,S₂和S₃的交点为P₁₂₃；

同时，赋予网格“毁伤状态”属性，用DS_R(i,j,k)表示，取值为0或1，其中0代表未被毁伤，1代表被毁伤。

4.如权利要求3所述的基于结构化网格的多种类侵爆弹对建筑目标毁伤评估方法，其特征在于：步骤2实现方法为，

步骤2.1：根据命中精度和末端弹道参数抽样得到末端弹道线方程，由于侵彻战斗部的末端弹道近似为一条直线，因此根据弹道线方向向量D_Pene＝(D_X,D_Y,D_Z)与线上一点P_L＝(X_L,Y_L,Z_L)确定目标坐标系下的弹道线方程；

弹道线方向向量D_Pene＝(D_X,D_Y,D_Z)通过弹道入射角α与弹道方位角β计算得到；其中，入射角α是指末端弹道线与XOZ平面的夹角，取值为[0,90°]；方位角β是指末端弹道线在XOZ平面上的投影线与X轴的夹角，取值为[-180°,180°]，逆时针为正；

线上一点P_L＝(X_L,Y_L,Z_L)通过瞄准点P_Aim＝(X_Aim,Y_Aim,Z_Aim)与命中精度参数CEP计算得到；由于侵彻战斗部对地面建筑的瞄准点位于建筑顶部，因此瞄准点的Y坐标，即Y_Aim＝H，为定值；线上一点P_L＝(X_L,Y_L,Z_L)的除Y_L的两个坐标值(X_L,Z_L)满足均值为(X_Aim,Z_Aim)、方差为(σ1，σ2)的二维正态分布；其中σ1，σ2相等，计算公式为：

σ1＝σ2＝σ＝CEP/1.1774；

因此，线上一点P_L＝(X_L,Y_L,Z_L)通过二维正态分布抽样得到；

根据弹道线方向D_Pene＝(D_X,D_Y,D_Z)与线上一点P_L＝(X_L,Y_L,Z_L)由下式得到末端弹道线的直线方程：

当方向向量分量D_X,D_Y,D_Z中有1个为0时，则该方向向量分量对应的分子也为0；

步骤2.2：根据所述侵彻战斗部的实际参数设定模型的引信计层参数和毁伤半径参数；将战斗部的引信侵彻计层数记为F_Fuze，爆炸毁伤半径记为R_Damage。

5.如权利要求4所述的基于结构化网格的多种类侵爆弹对建筑目标毁伤评估方法，其特征在于：步骤3实现方法为，

根据侵彻战斗部末端弹道线与建筑目标六个表面所在平面方程计算交点，并判断交点是否在长方体外表面，并统计交点个数；若交点个数为0或1，则此次战斗部未直接命中建筑，重新进行步骤2.1，抽样新的末端弹道方程进行计算；若交点个数为2，则根据两个交点与P_L的距离判断撞击点或射出点，离P_L近的为撞击点P_Hit＝(X_Hit,Y_Hit,Z_Hit)。

6.如权利要求5所述的基于结构化网格的多种类侵爆弹对建筑目标毁伤评估方法，其特征在于：步骤4实现方法为，

步骤4.1：根据撞击点P_Hit＝(X_Hit,Y_Hit,Z_Hit)确定侵彻开始时建筑目标的网格编号R₁(i₁,j₁,k₁)，计算方法为：

i₁＝(X_Hit+L/2)/(L/D_L)+1,向下取整；

j₁＝Y_Hit/(H/D_H)+1,向下取整；

k₁＝(Z_Hit+W/2)/(W/D_W)+1,向下取整；

根据计算得到的网格编号，得侵彻开始时建筑目标的网格的几何中心坐标

此时，计数侵彻层数F_C＝1；

根据战斗部的入射速度、角度和入射面的属性、厚度参数查表获得侵彻后的剩余速度

表格如下；

入射速度 入射角 方位角 入射面属性 入射面材料 入射面厚度 侵彻后速度 500 80 0 剪力墙 钢筋混凝土 0.2m 300 300 70 0 承重墙 钢筋混凝土 0.3m 30

步骤4.2：根据末端弹道方程计算末端弹道线在所述网格的射出点坐标及所在面编号，根据面编号确定下一个侵彻发生的网格编号；

利用步骤3计算战斗部在网格R₁(i₁,j₁,k₁)的射出点

计层F_C加一，并判断

所在面序号S_i，i＝1,2,3,4,5,6；根据i确定下一个侵彻的房间编号R₂(i₂,j₂,k₂)，确定方法如下：

若i＝1，则下一个侵彻的房间编号R₂(i₂,j₂,k₂)＝(i₁+1,j₁,k₁)；

若i＝2，则下一个侵彻的房间编号R₂(i₂,j₂,k₂)＝(i₁-1,j₁,k₁)；

若i＝3，则下一个侵彻的房间编号R₂(i₂,j₂,k₂)＝(i₁,j₁+1,k₁)；

若i＝4，则下一个侵彻的房间编号R₂(i₂,j₂,k₂)＝(i₁,j₁-1,k₁)；

若i＝5，则下一个侵彻的房间编号R₂(i₂,j₂,k₂)＝(i₁,j₁,k₁+1)；

若i＝6，则下一个侵彻的房间编号R₂(i₂,j₂,k₂)＝(i₁,j₁,k₁-1)；

步骤4.3：依次迭代，直到达到侵彻战斗部的引信计层数F_Pene或侵彻战斗部的剩余速度为0，得到爆炸发生的网格编号，根据末端弹道线与所述网格的撞击点及引信延迟作用时间计算炸点P_Explosive＝(X_Explosive,Y_Explosive,Z_Explosive)；

根据末端弹道线在爆炸发生的网格的撞击点坐标，即上一个网格的射出点坐标

侵彻战斗部的末端弹道方程，剩余速度

和引信作用时间T_Pene，通过下式，求炸点P_Explosive＝(X_Explosive,Y_Explosive,Z_Explosive)坐标：

7.如权利要求6所述的基于结构化网格的多种类侵爆弹对建筑目标毁伤评估方法，其特征在于：步骤5实现方法为，

根据炸点P_Explosive＝(X_Explosive,Y_Explosive,Z_Explosive)和战斗部的威力参数R_Damage得到毁伤球，统计建筑目标被单枚侵彻战斗部毁伤的网格数量N_SingleDamage；判断网格是否被毁伤的标准是：如果一个网格的包括八个顶点和中心点CP_R(i,j,k)在内共9个点中有大于等于5个点在球内，即表示所述网格的中心点CP_R(i,j,k)与炸点间的距离小于毁伤半径R_Damage，且所述网格有超过一半的体积在毁伤球内，则该网格被毁伤，毁伤状态参数DS_R(i,j,k)＝1；统计时，从炸点所在房间开始，逐层向外扩张，直到网格中心点不在毁伤球内，统计出被毁伤的网格数量N_SingleDamage。

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