CN111024011A - 一种无线传感网络确定战斗部爆心位置的测量系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线传感网络确定战斗部爆心位置的测量系统及方法。本发明采用一个或多个网络单元通过无线通信连接中继节点，中继节点通过无线通信连接远程监控交互终端，每一个网络单元包括一个汇聚节点和三个以上传感器节点，通过多跳传输的方式实现信息传输；通过爆压信息根据节点定位计算方法计算得到爆心的位置；本发明兼顾了算法的鲁棒性和容错性，能够降低不准确信号带来的误差，抵御外界环境的干扰；传感器节点只承担着自身定位和信号采集和发送的低复杂度的任务，以降低能耗，延长整个网络的生命周期；汇聚节点高功率发送至远程监控交互终端，求取爆心的准确位置，达到节点算力和供能的合理匹配，精度和耗能的互相平衡。

Description

一种无线传感网络确定战斗部爆心位置的测量系统及方法

技术领域

本发明涉及爆炸爆心的一种定位技术，具体涉及一种无线传感网络确定战斗部爆心位置的测量系统及其测量方法。

背景技术

基于智能网络毁伤战斗部平台，对目标的毁伤评估信息的提取和分析是后续决策的前提。对战斗部的爆心位置的精确测算和战斗部起爆姿态的获取，可以得到爆轰威力场的分布与传播特性，结合目标的位置信息，完成对目标毁伤情况的评估。

目前，在火炸药动态爆炸试验爆心方位角及爆心位置的测量中，主要使用光测法和到达时间差法(TDOA)，光测法是利用拍摄爆炸试验过程的高速摄影计算爆炸位置，该方法受环境光强影响较大，光线不足时须降低采样频率，可能会错失时机；DTOA距离测量技术有一个重大缺陷是由于时间差太小导致距离计算误差较大，尤其是在一些短距离测量应用中。此外，上述方法的应用环境局限于试验条件下，无法运用于实战环境中。

发明内容

针对现有技术存在的不足与缺陷，本发明提出了一种无线传感网络确定战斗部爆心位置的测量系统及其测量方法。

本发明的一个目的在于提出一种无线传感网络确定战斗部爆心位置的测量系统。

本发明的无线传感网络确定战斗部爆心位置的测量系统包括：远程监控交互终端、中继节点和网络单元；其中，一个或多个网络单元通过无线通信连接中继节点；中继节点通过无线通信连接远程监控交互终端；每一个网络单元包括一个汇聚节点和三个以上传感器节点，传感器节点与其相对应的汇聚节点之间通过设定的路由协议连接；在战斗部发射前，传感器节点和汇聚节点上电，均处于低功耗模式，仅具有监测能力，并开始倒计时；所有汇聚节点和传感器节点安装在独立的舱段内，舱段通过连接件搭载在战斗部上，连接件电学连接至战斗部的控制器；到达目标空域上方时，由战斗部的控制器发出控制信号控制连接件断裂，舱段脱离战斗部，随后舱段破裂，抛洒出传感器节点和汇聚节点至目标区域；到达设定时间后，传感器节点按照路由协议建立与其相对应的汇聚节点的连接；每一个传感器节点获取本节点的位置信息；战斗部毁伤作用开始，传感器节点感知爆炸超压信息，并将自身位置信息和爆炸超压信息无线传输至汇聚节点；汇聚节点通过中继节点将传感器节点的位置信息及相应的爆炸超压信息无线传输至远程监控交互终端，从而通过多跳传输的方式实现从传感器节点至远程监控交互终端的信息传输；远程监控交互终端通过爆炸超压信息，得到相应的传感器节点与爆心的距离，并根据三个以上的传感器节点与爆心的距离和相应的传感器节点的位置信息，通过节点定位计算方法计算得到爆心的位置。

舱段包括：上端板、侧壁、下端板、内支撑、外支撑、推板、中心药管、延时起爆电路和电雷管；其中，侧壁为圆筒形，在侧壁的上下两端分别安装上端板和下端板，上端板和下端板分别具有外螺纹，与侧壁的内螺纹连接，起密闭作用；舱段内具有形状为圆柱体的空腔，侧壁的外壁与战斗部的外壁形状一致；中心药管位于舱段内的中心轴上，中心药管包括共轴且连接为一体的轴部药管和底部药管，轴部药管位于底部药管上，底部药管的直径大于轴部药管；推板为圆环形，套在轴部药管的底部，下表面抵在底部药管的上表面，推板的下表面与下端板之间形成爆炸膨胀空间；延时起爆电路和电雷管位于中心药管的底部空腔内，延时起爆电路连接至电雷管，电雷管连接至中心药管；在舱段内且位于推板上沿与中心轴平行的方向设置多个传感器节点和汇聚节点，关于中心轴呈中心对称分布，形成圆环形；推板的内径小于底部药管且大于轴部药管，外径大于传感器节点和汇聚节点形成的圆环的直径且小于侧壁的内径；在传感器节点和汇聚节点形成的圆环内的空腔填充内支撑，在传感器节点和汇聚节点形成的圆环外与内侧壁之间填充外支撑；舱段安装在战斗部的尾部，与战斗部之间通过连接件连接，舱段的中心轴与战斗部的弹轴重合；延时起爆电路电学连接至战斗部的控制器。当到达目标区域上空时，战斗部的控制器同时向连接件和延时起爆电路发出控制信号，连接件沿应力槽剪断，实现战斗部与舱段的分离，同时延时起爆电路进行倒计时；当延时起爆电路达到预定的延期时长，延时起爆电路向电雷管输出起爆信号，电雷管起爆，向中心药管提供爆轰能量点燃中心药管，底部药管的爆炸推动推板，并通过推板，将装药燃气压力转化为多个传感器节点和汇聚节点的前向动力，轴部药管的爆炸使得舱段破裂，并为多个传感器节点和汇聚节点提供径向动力，多个传感器节点和汇聚节点抛出。

中心药管包括管壳和装药，管壳为筒形，在管壳内填充装药，管壳包括共轴且连接为一体的筒形的轴部管壳和筒形的底部管壳，相应的装药也包括两部分，轴部装药和底部装药，形成倒T形装药结构，底部装药直径大于轴部装药直径，直径比为2:1～4:1，底部装药提供发射能量，轴部装药提供分离能量。在舱段的底部预留出了底部装药的爆炸膨胀空间，底部装药的爆炸推动推板。中心药管与下端板采用螺纹连接。

推板的材料选用调质钢，厚度6～10mm。内支撑和外支撑的材料采用聚氨酯材料，以缓解中心管爆燃过程中对多个传感器节点和汇聚节点的冲击过载并起较好的填充固定作用。舱段的侧壁采用薄壁筒菱形预制技术，在侧壁内预制与中心轴成45°角的菱形槽。延时起爆电路采用RC延时起爆电路，通过改变电阻R或电容C的大小调整延期时长；延期时长为1～2秒。

中心药管的管壳材料选择硬铝，管壳的壁厚t由材料力学米赛斯屈服准则，根据中心管的直径、管壳材料的许用应力和火药燃气压力计算获得。

连接件采用爆炸螺栓，内装有炸药，通过控制炸药的剂量，使得爆炸时只能使爆炸螺栓本身切断，而不会毁伤周围结构。

传感器节点包括压力传感器、模数转换单元ADC、GPS定位单元、微控制器、通信单元和传感器节点供电单元；其中，压力传感器、模数转换单元、GPS定位单元、微控制器和通信单元分别连接至传感器节点供电单元；压力传感器连接至模数转换单元，模数转换单元和GPS定位单元连接至微控制器；微控制器连接至通信单元；GPS定位单元获取本传感器节点的准确位置信息，由模数转换单元转换为数字信号，传输至微控制器；压力传感器采集爆点的爆炸超压信息，传输至微控制器；微控制器将位置信息和爆炸超压信息通过通信单元无线传输至汇聚节点。由于通信距离越远，所需要消耗的能量越大，因此一般情况下，传感器节点的通信覆盖距离设置为一百米范围内，以保证通信单元的低耗能；传感器节点供电单元负责为整个传感器节点的正常运行提供能量，采用微型锂电池供电。在发射前，微控制器的内部时钟定时器倒计时，传感器节点上电，处于低功耗模式仅具有监测能力，即压力传感器监测爆炸超压信息，但通信单元不工作，传感器节点供电单元为压力传感器、模数转换单元ADC、GPS定位单元、微控制器和通信单元供电；发射后当战斗部到达目标区域上空时抛洒出传感器节点，达到设定时间后，微控制器控制通信单元开始工作；在微功耗模式下完成数据采集——数据简单处理——数据上传，从而实现低功耗和微型化的主要目的。

汇聚节点包括控制单元、高功率无线收发装置和汇聚节点供电单元；其中，控制单元和高功率无线收发装置连接至汇聚节点供电单元；控制单元连接至高功率无线收发装置；高功率无线收发装置接收传感器节点的信息，并传输至控制单元；控制单元汇总传感器节点发来的数据信息，完成数据存储，并通过高功率无线收发装置将数据远程广播。汇聚节点供电单元采用微型锂电池供电。将复杂定位算法在远程定位中端执行，能够实现精准的爆心定位。在发射前，控制单元的内部时钟定时器倒计时，汇聚节点上电，处于低功耗模式仅具有监测能力，即汇聚节点供电单元为控制单元和高功率无线收发装置供电，但高功率无线收发装置不工作，高功率无线收发装置等待控制器控制信号启动；发射后当战斗部到达目标区域上空时抛洒出汇聚节点至目标区域，控制单元的内部时钟定时器到达设定时间后，控制单元控制高功率无线收发装置，高功率无线收发装置开始工作。

中继节点采用移动通信网络、卫星或无人机收集信息。

本发明的另一个目的在于提出一种无线传感网络确定战斗部爆心位置的测量系统的测量方法，包括一个网络单元或者多个网络单元的测量方法。

本发明的无线传感网络确定战斗部爆心位置的测量系统的测量方法，包括以下步骤：

1)发射前，设定传感器节点与其相对应的汇聚节点之间的路由协议；传感器节点的微控制器的内部时钟定时器倒计时，汇聚节点的控制单元的内部时钟定时器倒计时，全部传感器节点和汇聚节点上电，所有传感器节点和汇聚节点处于低功耗模式，即通讯单元和高功率无线收发装置不工作；

2)所有汇聚节点和传感器节点安装在独立的舱段内，舱段通过连接件搭载在战斗部上，连接件电学连接至战斗部的控制器；

3)到达目标空域上方时，由战斗部的控制器发出控制信号控制连接件断裂，舱段脱离战斗部，随后舱段破裂，抛洒出传感器节点和汇聚节点至目标区域；

4)当到达设定时间后，进入初始化阶段，微控制器对通信单元输出控制信号，通信单元开始工作，控制单元控制高功率无线收发装置开始工作，汇聚节点的无线收发装置检测传感器节点的无线电射频信号；

5)传感器节点通过路由协议建立与其相对应的汇聚节点的连接，三个以上传感器节点连接至一个与其相应的汇聚节点，构成网络单元；形成一个或多个网络单元；

6)每一个传感器节点获取本节点的准确位置信息；

7)战斗部毁伤作用开始，传感器节点感知爆炸超压信息，并将自身位置信息和爆炸超压信息无线传输至汇聚节点；

8)汇聚节点通过中继节点将传感器节点的位置信息及相应的爆炸超压信息无线传输至远程监控交互终端，从而通过多跳传输的方式实现从传感器节点至远程监控交互终端的信息传输；

9)远程监控交互终端通过爆炸超压信息，得到相应的传感器节点与爆心的距离；

10)根据三个以上的传感器节点与爆心的距离和相应的传感器节点的位置信息，通过节点定位计算方法计算得到爆心的位置：对于一个网络单元的爆心位置计算采用三边测量法或极大似然估计法；对于多个网络单元的爆心位置计算采用凸规划定位法。

其中，在步骤3)中，当到达目标区域上空时，战斗部的控制器同时向连接件和延时起爆电路发出控制信号，连接件沿应力槽剪断，实现战斗部与舱段的分离，同时延时起爆电路进行倒计时；当延时起爆电路达到预定的延期时长，延时起爆电路向电雷管输出起爆信号，电雷管起爆，向中心药管提供爆轰能量点燃中心药管，底部药管的爆炸推动推板，并通过推板，将装药燃气压力转化为多个传感器节点和汇聚节点的前向动力，轴部药管的爆炸使得舱段破裂，并为多个传感器节点和汇聚节点提供径向动力，多个传感器节点和汇聚节点抛出。

在步骤8)中，三边测量法包括以下步骤：

i.远程监控交互终端得到三个传感器节点的坐标，分别为(x_a，y_a)、(x_b，y_b)和(x_c，y_c)，以及这三个传感器节点与爆心之间的距离分别为d_a、d_b和d_c；

ii.爆心的坐标为(x，y)，则满足下式：

iii.通过三个传感器节点的坐标以及距离爆心的距离，得到爆心的位置：

在步骤8)中，极大似然估计法包括以下步骤：

i.远程监控交互终端得到n个传感器节点的坐标，分别为(x₁，_y1)、(x₂，y₂)、(x₃，y₃)……(x_n，y_n)，以及这n个传感器节点与爆心之间的距离分别为d₁、d₂、d₃……d_n，n≥3且不大于传感器节点的总数；

ii.爆心的坐标为(x，y)，则满足下式：

iii.在步骤ii)中的n个方程中，对于前n-1个方程，从第一个方程开始分别减去最后一个方程，得：

iv.上式的线性方程表示方式为：AX＝b，其中：

v.使用标准的最小均方差可得到爆心的坐标为：

在步骤8)中，凸规划定位法包括以下步骤：

i.在一个网络单元中，具有N个传感器节点，第k个传感器节点的坐标为(x_k，y_k)，与爆点的距离为d_k，N为≥3的整数；

ii.以第k个传感器节点为圆心并以至爆心的距离为半径画圆得到一个圆周D_k，N个传感器节点产生N个圆周，并且之间交叉；

iii.爆心的坐标(x,y)必落在N个圆周的交叉区域P中，交叉区域进一步表示成：

iv.多个汇聚节点网络得到多个这样的交叉区域，将多个交叉区域叠加之后得到共有的叠加区域，叠加区域的质心即视为爆心的位置。

本发明的优点：

由于无线信号在传输的过程中受环境影响很大，接受信号强度等信息一般存在误差，这样在利用存在误差的信息进行位置估算的时候难免会造成定位误差。良好的定位算法一般可以自适应的来获取最优的数据并具有自动纠错的功能。本发明在考虑设计定位算法时，兼顾了算法的鲁棒性和容错性，能够降低不准确信号带来的误差，抵御外界环境的干扰；在处理能力和供电有限的传感器节点上，并未给其赋予过于复杂的定位算法，只承担着自身定位和信号采集和发送的低复杂度的任务，以降低能耗，延长整个网络的生命周期；汇聚节点在获取传感器网络节点数据后，高功率发送至远程监控交互终端，借助终端强大的计算能力，运行高精度高复杂度的算法，求取爆心的准确位置，达到节点算力和供能的合理匹配，精度和耗能的互相平衡。

附图说明

图1为本发明的无线传感网络确定战斗部爆心位置的测量系统的连接框图；

图2为本发明的无线传感网络确定战斗部爆心位置的测量系统的传感器节点的连接框图；

图3为本发明的无线传感网络确定战斗部爆心位置的测量系统的汇聚节点的连接框图；

图4为本发明的无线传感网络确定战斗部爆心位置的测量方法的流程图；

图5为本发明的无线传感网络确定战斗部爆心位置的测量方法的用三边测量法的示意图；

图6为本发明的无线传感网络确定战斗部爆心位置的测量方法的极大似然估计法的示意图；

图7为本发明的无线传感网络确定战斗部爆心位置的测量方法的凸规划定位法的示意图；

图8为本发明的无线传感网络确定战斗部爆心位置的测量系统的一个实施例的舱段的示意图，其中，(a)为轴线剖面图，(b)为垂直轴线的剖面图。

具体实施方式

下面结合附图，通过具体实施例，进一步阐述本发明。

如图1所示，本实施例的无线传感网络确定战斗部爆心位置的测量系统包括：远程监控交互终端、中继节点和网络单元；其中，一个或多个网络单元通过无线通信连接中继节点；中继节点通过无线通信连接远程监控交互终端；每一个网络单元包括一个汇聚节点和三个以上传感器节点，传感器节点与其相对应的汇聚节点之间通过设定的路由协议连接；传感器节点和汇聚节点搭载在战斗部上；在战斗部发射前，传感器节点和汇聚节点上电，均处于低功耗模式，仅具有监测能力，并开始倒计时；当战斗部到达目标区域上空时抛洒出传感器节点和汇聚节点至目标区域。

如图2所示，传感器节点包括：压力传感器、模数转换单元、GPS(全球定位系统)定位单元、微控制器、通信单元和传感器节点供电单元；其中，压力传感器、模数转换单元、GPS定位单元、微控制器和通信单元分别连接至传感器节点供电单元；压力传感器连接至模数转换单元，模数转换单元、通信单元和GPS定位单元微控制器由微控制器控制；微控制器包括处理器和存储器。

如图3所示，汇聚节点包括：控制单元、高功率无线收发装置和汇聚节点供电单元；其中，包括处理器和存储器；控制单元和高功率无线收发装置连接至汇聚节点供电单元；控制单元连接至高功率无线收发装置。

实施例一

本实施例中，采用一个网络单元，无线传感网络确定战斗部爆心位置的测量系统的测量方法，如图4所示，包括以下步骤：

1)发射前，设定传感器节点与其相对应的汇聚节点之间的路由协议；传感器节点的微控制器的内部时钟定时器倒计时，汇聚节点的控制单元的内部时钟定时器倒计时，全部传感器节点和汇聚节点上电，所有传感器节点和汇聚节点处于低功耗模式，即通讯单元和高功率无线收发装置不工作，仅具有监测能力；

2)所有汇聚节点和传感器节点安装在独立的舱段内，舱段通过连接件搭载在战斗部上，连接件电学连接至战斗部的控制器；

3)到达目标空域上方时，由战斗部的控制器发出控制信号控制连接件断裂，舱段脱离战斗部，随后舱段破裂，抛洒出传感器节点和汇聚节点至目标区域；

4)当到达设定时间后，进入初始化阶段，微控制器对通信单元输出控制信号，通信单元开始工作，控制单元控制高功率无线收发装置开始工作，汇聚节点的无线收发装置检测传感器节点的无线电射频信号；

5)传感器节点通过路由协议建立与其相对应的汇聚节点的连接，三个以上传感器节点连接至汇聚节点，构成一个网络单元；

6)每一个传感器节点获取本节点的准确位置信息；

7)战斗部毁伤作用开始，传感器节点感知爆炸超压信息，并将自身位置信息和爆炸超压信息无线传输至汇聚节点；

8)汇聚节点通过中继节点将传感器节点的位置信息及相应的爆炸超压信息无线传输至远程监控交互终端，从而通过多跳传输的方式实现从传感器节点至远程监控交互终端的信息传输；

9)远程监控交互终端通过爆炸超压信息，根据国防工程设计规范中的爆炸超压计算公式：

式中，ΔP为爆炸超压，W为炸药质量，单位kg，d为与爆心的距离，单位m，根据上式计算得到相应的传感器节点与爆心的距离；

10)根据三个以上的传感器节点与爆心的距离和相应的传感器节点的位置信息，采用三边测量法或极大似然估计法：

三边测量法包括以下步骤，如图5所示：

i.远程监控交互终端得到三个传感器节点A、B和C的坐标，分别为(x_a，y_a)、(x_b，y_b)和(x_c，y_c)，以及这三个传感器节点与爆心D之间的距离分别为d_a、d_b和d_c；

ii.爆心的坐标为(x，y)，则满足下式：

iii.通过三个传感器节点的坐标以及距离爆心的距离，得到爆心的位置：

极大似然估计法包括以下步骤，如图6所示：

i.远程监控交互终端得到n个传感器节点1,2,……n的坐标，分别为(x₁，_y1)、(x₂，y₂)、(x₃，y₃)……(x_n，y_n)，以及这三个传感器节点与爆心D之间的距离分别为d₁、d₂、d₃……d_n，n≥3且不大于传感器节点的总数；

ii.爆心的坐标为(x，y)，则满足下式：

iii.在步骤ii)中的n个方程中，对于前n-1个方程，从第一个方程开始分别减去最后一个方程，得：

iv.上式的线性方程表示方式为：AX＝b，其中：

vi.使用标准的最小均方差可得到爆心的坐标为：

实施例二

本实施例中，采用多个网络单元，无线传感网络确定战斗部爆心位置的测量系统的测量方法，包括以下步骤：

1)发射前，设定传感器节点与其相对应的汇聚节点之间的路由协议；传感器节点的微控制器的内部时钟定时器倒计时，汇聚节点的控制单元的内部时钟定时器倒计时，全部传感器节点和汇聚节点上电，所有传感器节点和汇聚节点处于低功耗模式，即通讯单元和高功率无线收发装置不工作，仅具有监测能力；

2)所有汇聚节点和传感器节点安装在独立的舱段内，舱段通过连接件搭载在战斗部上，连接件电学连接至战斗部的控制器；

3)到达目标空域上方时，由战斗部的控制器发出控制信号控制连接件断裂，舱段脱离战斗部，随后舱段破裂，抛洒出传感器节点和汇聚节点至目标区域；

4)当到达设定时间后，进入初始化阶段，微控制器对通信单元输出控制信号，通信单元开始工作，控制单元控制高功率无线收发装置开始工作，汇聚节点的无线收发装置检测传感器节点的无线电射频信号；

5)传感器节点通过路由协议建立与其相对应的汇聚节点的连接，三个以上传感器节点连接至与其相应的汇聚节点，构成一个网络单元，形成多个这样的网络单元；

6)每一个传感器节点获取本节点的准确位置信息；

7)战斗部毁伤作用开始，传感器节点感知爆炸超压信息，并将自身位置信息和爆炸超压信息无线传输至汇聚节点；

8)汇聚节点通过中继节点将传感器节点的位置信息及相应的爆炸超压信息无线传输至远程监控交互终端，从而通过多跳传输的方式实现从传感器节点至远程监控交互终端的信息传输；

9)远程监控交互终端通过爆炸超压信息，由爆炸超压与距离的反比例关系得到相应的传感器节点与爆心的距离；

10)根据三个以上的传感器节点与爆心的距离和相应的传感器节点的位置信息，多个网络单元的爆心位置计算采用凸规划定位法，如图7所示：

i.在一个网络单元中，具有N个传感器节点，第k个传感器节点的坐标分别为(x_k，y_k)，与爆点的距离为d_k；

ii.以第k个传感器节点为圆形并以至爆心的距离为半径画圆得到一个圆周D_k，

N个传感器节点产生N个圆周，并且之间交叉；

iii.爆心的坐标必落在N个圆周的交叉区域P中，交叉区域进一步表示成：

iv.多个汇聚节点网络，将多个交叉部分叠加之后得到共有的叠加区域，叠加区域的质心即视为爆心的位置。

如图8所示，舱段包括：上端板41、侧壁42、下端板43、外支撑11，内支撑13、中心药管15、电雷管16、延时起爆电路和推板8；其中，侧壁42为圆筒形，在侧壁42的上下两端分别安装上端板41和下端板43；其中，侧壁42为圆筒形，在侧壁42的上下两端分别安装上端板41和下端板43，上端板41和下端板43分别具有外螺纹，与侧壁42的内螺纹连接，起密闭作用；舱段内具有形状为圆柱体的空腔，侧壁的外壁与战斗部的外壁形状一致；中心药管15位于舱段的中心轴上，中心药管15包括共轴且连接为一体的轴部药管和底部药管，轴部药管位于底部药管上，底部药管的直径大于轴部药管；推板8为圆环形，套在轴部药管的底部，下表面抵在底部药管的上表面，推板8的下表面与下端板43之间形成爆炸膨胀空间；延时起爆电路和电雷管16位于中心药管15的底部空腔内，延时起爆电路连接至电雷管16，电雷管16连接至中心药管15；在舱段内且位于推板8上沿与中心轴平行的方向设置多个传感器节点和汇聚节点12，关于中心轴呈中心对称分布，形成圆环形；推板8的内径小于底部药管且大于轴部药管，外径大于传感器节点和汇聚节点形成的圆环的直径且小于侧壁的内径；在传感器节点和汇聚节点形成的圆环内的空腔填充内支撑13，在传感器节点和汇聚节点形成的圆环外与内侧壁之间填充外支撑11；舱段安装在战斗部的尾部，与战斗部之间通过连接件连接，舱段的中心轴与战斗部的弹轴重合；延时起爆电路电学连接至战斗部的控制器。

最后需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种无线传感网络确定战斗部爆心位置的测量系统，其特征在于，所述测量系统包括：远程监控交互终端、中继节点和网络单元；其中，一个或多个网络单元通过无线通信连接中继节点；中继节点通过无线通信连接远程监控交互终端；每一个网络单元包括一个汇聚节点和三个以上传感器节点，所述传感器节点与其相对应的汇聚节点之间通过设定的路由协议连接；在战斗部发射前，传感器节点和汇聚节点上电，均处于低功耗模式，仅具有监测能力，并开始倒计时；所有汇聚节点和传感器节点安装在独立的舱段内，舱段通过连接件搭载在战斗部上，连接件电学连接至战斗部的控制器；到达目标空域上方时，由战斗部的控制器发出控制信号控制连接件断裂，舱段脱离战斗部，随后舱段破裂，抛洒出传感器节点和汇聚节点至目标区域；到达设定时间后，传感器节点按照路由协议建立与其相对应的汇聚节点的连接；每一个传感器节点获取本节点的位置信息；战斗部毁伤作用开始，传感器节点感知爆炸超压信息，并将自身位置信息和爆炸超压信息无线传输至汇聚节点；汇聚节点通过中继节点将传感器节点的位置信息及相应的爆炸超压信息无线传输至远程监控交互终端，从而通过多跳传输的方式实现从传感器节点至远程监控交互终端的信息传输；远程监控交互终端通过爆炸超压信息，得到相应的传感器节点与爆心的距离，并根据三个以上的传感器节点与爆心的距离和相应的传感器节点的位置信息，通过节点定位计算方法计算得到爆心的位置。

2.如权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述舱段包括：上端板、侧壁、下端板、内支撑、外支撑、推板、中心药管、延时起爆电路和电雷管；其中，侧壁为圆筒形，在侧壁的上下两端分别安装上端板和下端板，上端板和下端板分别具有外螺纹，与侧壁的内螺纹连接，起密闭作用；舱段内具有形状为圆柱体的空腔，侧壁的外壁与战斗部的外壁形状一致；中心药管位于舱段内的中心轴上，中心药管包括共轴且连接为一体的轴部药管和底部药管，轴部药管位于底部药管上，底部药管的直径大于轴部药管；推板为圆环形，套在轴部药管的底部，下表面抵在底部药管的上表面，推板的下表面与下端板之间形成爆炸膨胀空间；延时起爆电路和电雷管位于中心药管的底部空腔内，延时起爆电路连接至电雷管，电雷管连接至中心药管；在舱段内且位于推板上沿与中心轴平行的方向设置多个传感器节点和汇聚节点，关于中心轴呈中心对称分布，形成圆环形；推板的内径小于底部药管且大于轴部药管，外径大于传感器节点和汇聚节点形成的圆环的直径且小于侧壁的内径；在传感器节点和汇聚节点形成的圆环内的空腔填充内支撑，在传感器节点和汇聚节点形成的圆环外与内侧壁之间填充外支撑；舱段安装在战斗部的尾部，与战斗部之间通过连接件连接，舱段的中心轴与战斗部的弹轴重合；延时起爆电路电学连接至战斗部的控制器。

3.如权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述传感器节点包括压力传感器、模数转换单元、GPS定位单元、微控制器、通信单元和传感器节点供电单元；其中，压力传感器、模数转换单元、GPS定位单元、微控制器和通信单元分别连接至传感器节点供电单元；压力传感器连接至模数转换单元，模数转换单元和GPS定位单元连接至微控制器；微控制器连接至通信单元；GPS定位单元获取本传感器节点的准确位置信息，由模数转换单元转换为数字信号，传输至微控制器；压力传感器采集爆点的爆压信息，传输至微控制器；微控制器将位置信息和爆压信息通过通信单元无线传输至汇聚节点；在发射前，微控制器的内部时钟定时器倒计时，传感器节点上电，处于低功耗模式，压力传感器监测爆压信息，即传感器节点供电单元为压力传感器、模数转换单元、GPS定位单元、微控制器和通信单元供电，但通信单元不工作；发射后当战斗部到达目标区域上空时抛洒出传感器节点，达到设定时间后，微控制器控制通信单元开始工作。

4.如权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述汇聚节点包括控制单元、高功率无线收发装置和汇聚节点供电单元；其中，控制单元和高功率无线收发装置连接至汇聚节点供电单元；控制单元连接至高功率无线收发装置；高功率无线收发装置接收传感器节点的信息，并传输至控制单元；控制单元汇总传感器节点发来的数据信息，完成数据存储，并通过高功率无线收发装置将数据远程广播；在发射前，控制单元的内部时钟定时器倒计时，汇聚节点上电，处于低功耗模式，高功率无线收发装置等待控制器控制信号启动；即汇聚节点供电单元为控制单元和高功率无线收发装置供电，但高功率无线收发装置不工作；发射后当战斗部到达目标区域上空时抛洒出汇聚节点，控制单元的内部时钟定时器到达设定时间后，控制单元控制高功率无线收发装置，高功率无线收发装置开始工作。

5.如权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述继节点采用移动通信网络、卫星或无人机收集信息。

6.一种如权利要求1所述的无线传感网络确定战斗部爆心位置的测量系统的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括以下步骤：

1)发射前，设定传感器节点与其相对应的汇聚节点之间的路由协议；传感器节点的微控制器的内部时钟定时器倒计时，汇聚节点的控制单元的内部时钟定时器倒计时，全部传感器节点和汇聚节点上电，所有传感器节点和汇聚节点处于低功耗模式，即通讯单元和高功率无线收发装置不工作；

2)所有汇聚节点和传感器节点安装在独立的舱段内，舱段通过连接件搭载在战斗部上，连接件电学连接至战斗部的控制器；

3)到达目标空域上方时，由战斗部的控制器发出控制信号控制连接件断裂，舱段脱离战斗部，随后舱段破裂，抛洒出传感器节点和汇聚节点至目标区域；

4)当到达设定时间后，进入初始化阶段，微控制器对通信单元输出控制信号，通信单元开始工作，控制单元控制高功率无线收发装置开始工作，汇聚节点的无线收发装置检测传感器节点的无线电射频信号；

5)传感器节点通过路由协议建立与其相对应的汇聚节点的连接，三个以上传感器节点连接至一个与其相应的汇聚节点，构成网络单元；形成一个或多个网络单元；

6)每一个传感器节点获取本节点的准确位置信息；

7)战斗部毁伤作用开始，传感器节点感知爆炸超压信息，并将自身位置信息和爆炸超压信息无线传输至汇聚节点；

8)汇聚节点通过中继节点将传感器节点的位置信息及相应的爆炸超压信息无线传输至远程监控交互终端，从而通过多跳传输的方式实现从传感器节点至远程监控交互终端的信息传输；

9)远程监控交互终端通过爆炸超压信息，得到相应的传感器节点与爆心的距离；

10)根据三个以上的传感器节点与爆心的距离和相应的传感器节点的位置信息，通过节点定位计算方法计算得到爆心的位置：对于一个网络单元的爆心位置计算采用三边测量法或极大似然估计法；对于多个网络单元的爆心位置计算采用凸规划定位法。

7.如权利要求6所述的测量方法，其特征在于，在步骤3)中，当到达目标区域上空时，战斗部的控制器同时向连接件和延时起爆电路发出控制信号，连接件沿应力槽剪断，实现战斗部与舱段的分离，同时延时起爆电路进行倒计时；当延时起爆电路达到预定的延期时长，延时起爆电路向电雷管输出起爆信号，电雷管起爆，向中心药管提供爆轰能量点燃中心药管，底部药管的爆炸推动推板，并通过推板，将装药燃气压力转化为多个传感器节点和汇聚节点的前向动力，轴部药管的爆炸使得舱段破裂，并为多个传感器节点和汇聚节点提供径向动力，多个传感器节点和汇聚节点均匀抛出。

8.如权利要求6所述的测量方法，其特征在于，在步骤8)中，三边测量法包括以下步骤：

i.远程监控交互终端得到三个传感器节点的坐标，分别为(x_a，y_a)、(x_b，y_b)和(x_c，y_c)，以及这三个传感器节点与爆心之间的距离分别为d_a、d_b和d_c；

ii.爆心的坐标为(x，y)，则满足下式：

iii.通过三个传感器节点的坐标以及距离爆心的距离，得到爆心的位置：

9.如权利要求6所述的测量方法，其特征在于，在步骤8)中，极大似然估计法包括以下步骤：

i.远程监控交互终端得到n个传感器节点的坐标，分别为(x₁，_y1)、(x₂，y₂)、(x₃，y₃)……(x_n，y_n)，以及这n个传感器节点与爆心之间的距离分别为d₁、d₂、d₃……d_n，n≥3且不大于传感器节点的总数；

ii.爆心的坐标为(x，y)，则满足下式：

iii.在步骤ii)中的n个方程中，对于前n-1个方程，从第一个方程开始分别减去最后一个方程，得：

iv.上式的线性方程表示方式为：AX＝b，其中：

v.使用标准的最小均方差得到爆心的坐标为：

10.如权利要求6所述的测量方法，其特征在于，在步骤8)中，凸规划定位法包括以下步骤：

i.在一个网络单元中，具有N个传感器节点，第k个传感器节点的坐标为(x_k，y_k)，与爆点的距离为d_k，N为≥3的整数；

ii.以第k个传感器节点为圆心并以至爆心的距离为半径画圆得到一个圆周D_k，N个传感器节点产生N个圆周，并且之间交叉；

iii.爆心的坐标(x,y)必落在N个圆周的交叉区域P中，交叉区域进一步表示成：

iv.多个汇聚节点网络得到多个这样的交叉区域，将多个交叉区域叠加之后得到共有的叠加区域，叠加区域的质心即视为爆心的位置。

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