CN111045081A - 武器毁伤效能多参量预处理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种武器毁伤效能多参量预处理系统及方法，所述系统采集武器毁伤后产生的地震波、振动加速度、瞬态高温气体温度、应变式、气压、辐射和湿度，对采集的多种参量值对应的模拟信号进行放大和转换为数字信号，预处理地震波数字信号得到爆炸目标当量级和爆炸目标的具体定位；修正瞬态高温气体温度信号，得到被测气流真实的温度；并传输处理后的数据和多种参量值；所述系统可以对采集到的地震波信号进行预处理，减少了后端处理数据的时间，后端直接能得到爆炸目标的当量级数和爆炸方位，改善了热电偶温度测量可测的上限温度，提高了测量温度的准确性，且使用无线传输增加了测量节点，解决了有线传输对测量节点和传输距离的限制。
Description
技术领域
本发明涉及军用武器参量处理技术领域，具体涉及一种武器毁伤效能多参量预处理系统及方法。
背景技术
武器毁伤产生的爆炸会在一定程度上对爆炸目标周围的环境产生影响，如爆炸产生的地震程度、辐射、以及高温等参量都会对环境造成污染或破坏等影响，因此需要通过多个不同的测量节点的不同参量进行测量，并对这些参量在后端进行一个综合性的损伤评估，就目前已有的武器毁伤效能参量处理系统多是只有单一的传感器对某一种爆炸产生的参量进行传感测量，且得到的参量值经过处理控制单元(ARM、DSP等)处理，从而得到需要的各种评估武器毁伤效能参数，最后将得到的参数通过有线方式(光缆和交换机)把效能参数传输给后端，在后端进行参数的处理得到最终的评估结果。
现有的武器毁伤效能参量处理系统多是对一种参量进行采集，在同一个系统中没有对武器毁伤爆炸产生的地震波、振动加速度、瞬态高温气体温度、应变式、气压、辐射和湿度等多种参量进行采集和处理，且多是在后端进行参量数据的处理导致数据处理时间较长，而在前端采集处理过程中没有对采集的信号进行预处理操作，比如没有对武器爆炸所产生的地震波进行采集和预处理，且有的爆炸产生的目标参量都为瞬态参量，而现有的系统都是对相对静态的参量进行采集，无法对瞬态参量进行相对及时同步的采集从而得到相对准确的瞬态参量，且现有的有线传输方式使得测量节点数目和传输距离受到限制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有的系统采集参量种类单一，在前端信号采集的过程中没有预处理操作，增加了后端数据处理时间，现有系统对瞬态参数的同步采集精度不高以及测量节点数目和传输距离受到限制的问题，目的在于提供一种武器毁伤效能多参量预处理系统，解决上述问题。
本发明通过下述技术方案实现：
武器毁伤效能多参量预处理系统，包括传感器电路模块、调理电路模块、电压转换电路模块、处理控制模块和无线模块；
所述传感器电路模块包括多个传感器，所述多个传感器采集爆炸目标进行武器毁伤后产生的多种参量值；
所述多种参量值包括地震波、振动加速度、瞬态高温气体温度、应变式、气压、辐射和湿度，并将所述多种参量值对应的模拟信号传输给所述调理电路模块；
所述调理电路模块对所述传感器电路模块传输的多种参量值对应的模拟信号进行放大，并将放大后的多种参量值对应的模拟信号传输给所述电压转换电路模块；
所述电压转换电路模块将所述放大后的多种参量值对应的模拟信号转化为多种参量值对应的数字信号，并将所述多种参量值对应的数字信号传输给所述处理控制模块；
所述处理控制模块接收所述多种参量值对应的数字信号；
所述处理控制模块对地震波数字信号进行预处理得到爆炸目标当量级和爆炸目标的具体定位；
所述处理控制模块对瞬态高温气体温度信号进行温度修正，得到被测气流真实的温度；
所述处理控制模块将所述爆炸目标当量级、爆炸目标的具体定位、被测气流真实的温度和多种参量值通过无线传输链路传输给所述无线模块；
所述无线模块将接收所述爆炸目标当量级、爆炸目标的具体定位、被测气流真实的温度和多种参量值。
本发明中通过不同的传感器对地震波、振动加速度、瞬态高温气体温度、应变式、气压、辐射和湿度等爆炸产生的参量进行测量，但是在测量过程中可能会有部分模拟信号较弱，因此通过调理电路模块将目标参量的模拟信号进行放大处理，然后转化为数字信号方便处理控制模块进行传输和处理，在本发明中处理控制模块将地震波信号进行预处理，得到爆炸目标的当量级和具体定位，直接将爆炸目标的当量级和具体定位传输给后端，减少后端数据处理的时间，以及爆炸产生的瞬时温度高达3300℃，且升温变化大，其变化速率约600000℃/s，时间短，其温度瞬变时间约10ms，且爆炸产生的气流速度快，其气流速度约300m/s，现有的爆炸温度测量都是采用热电偶技术进行测量，但是热电偶传感器的最高耐受温度为2800℃，但是爆炸产生的瞬时温度可能会超过热电偶的最高耐受温度，因此进行修正处理，通过测得的温度曲线得到时间常数，计算需要修正的温度，将真实的温度与通过传感器测得的温度误差小于或等于15℃，提高了测量的精度，本发明的无线模块的授时单元可以使得测量节点间的同步精度更高，从而使得经过系统传输的数据在后端处理后更准确，无线模块的无线传输且提高了系统的测量节点数目和减少数据的传输距离的限制。
进一步的，所述传感器电路模块包括：振动加速度传感器、地震波检测器、辐射传感器、气压传感器、应变式传感器、湿度传感器和接触式瞬态高温气体温度测量传感器。
进一步的，接触式瞬态高温气体温度测量传感器的受感部结构包括：
钨铼热电偶、高温基底、护套、安装座和引线护套；
所述钨铼热电偶上包裹着高温镀膜层；
所述钨铼热电偶设置在所述高温基底上；
所述高温基底镶嵌在所述护套底部；
所述护套贯穿所述安装座与所述引线护套相连。
进一步的，所述接触式瞬态高温气体温度测量传感器将受感部的高温基底插入气流中；
在达到所述钨铼热电偶的温度上限前所述接触式瞬态高温气体温度测量传感器将受感部抽出；
所述处理控制模块根据所述受感部从插入到抽出时间段内的输出的瞬态高温气体温度信号的变化曲线计算所述接触式瞬态高温气体温度测量传感器的受感部的时间常数；
所述处理控制模块根据所述时间常数进行瞬态高温的修正，得到的被测气流真实的温度。
进一步的，所述接触式瞬态高温气体温度测量传感器的修正算法，包括：
其中，Tg是被测气流的真实温度，Tt是热电偶热端的瞬时温度，Tt0是热电偶热端的初始温度；
τ是受感部的时间常数，t是从受感部插入到热电偶热端温度升高Tt所经历的时间。
进一步的，所述处理控制模块使用匹配追踪对采集到的地震波信号进行分解；
对分解出的每一个地震波信号分量进行伪魏格纳变换；
将每一项进行伪魏格纳变换后的结果进行集合，获得时频特性；
对地震波信号使用多道统计法进行子波提取，并利用伪魏格纳变换提取出子波的频率和能量，从而得到爆炸目标的当量级数。
进一步的，所述处理控制模块使用分形维数算法对地震波信号进行分形维数计算，并描绘出相应的分形维数曲线；
使用小波变换算法对分形维数曲线进行离散小波变换，并提取出变化最剧烈的波从而得到初至波；
使用τ-p变换算法提取斯通立波，从x-t域变换到τ-p域，通过设定p值的范围提取出斯通立波；
从第一次接收到初至波开始计时，当有面波到达时停止计时，得到初至波和斯通立波的到达时间差Δt；
使用时间差Δt计算得到武器毁伤效能多参量预处理系统到爆炸目标的距离和角度，通过武器毁伤效能多参量预处理系统的多个测量节点综合得出爆炸目标方位。
进一步的，所述处理控制模块的GPS/BD2授时单元，将授时信息通过无线传输链路进行广播，多个测量节点通过所述授时信息完成同步采集。
进一步的，所述无线模块的无线终端包括GPS/BD2授时单元，所述无线终端可直接通过卫星定位和授时，多个测量节点通过所述授时完成同步采集。
一种武器毁伤效能多参量预处理系统的方法，包括：
采集爆炸目标进行武器毁伤后产生的多种参量值，所述多种参量值包括地震波、振动加速度、瞬态高温气体温度、应变式、气压、辐射和湿度，并传输所述多种参量值对应的模拟信号；
将传输的多种参量值对应的模拟信号进行放大，并将放大后的多种参量值对应的模拟信号进行传输；
将所述放大后的多种参量值对应的模拟信号转化为多种参量值对应的数字信号，并传输所述多种参量值对应的数字信号；
接收所述多种参量值对应的数字信号；
对地震波数字信号进行算法预处理得到爆炸目标当量级和爆炸目标的具体定位；
对瞬态高温气体温度信号进行温度修正算法，得到被测气流真实的温度；
传输所述爆炸目标当量级、爆炸目标的具体定位、被测气流真实的温度和多种参量值；
接收所述爆炸目标当量级、爆炸目标的具体定位、被测气流真实的温度和多种参量值。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明武器毁伤效能多参量预处理系统，所述系统使用无线传输方式扩展了多参量预处理系统与后端的传输距离，增加了测量节点的数目；
2、本发明武器毁伤效能多参量预处理系统，所述系统利用瞬态高温气体温度测量修正方法改善了热电偶温度测量可测的上限温度，提高了测量温度的准确性；
3、本发明武器毁伤效能多参量预处理系统，所述系统的无线模块和数据处理中心设计了GPS/DSP授时模块，可以对不同测量节点的瞬态参量进行同步测量，且同步精度可做到10us以内；
4、本发明武器毁伤效能多参量预处理系统，所述系统可以对采集到的地震波信号进行预处理，减少了后端处理数据的时间，后端直接能得到爆炸目标的当量级数和爆炸方位。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明武器毁伤效能多参量预处理系统框图；
图2为本发明瞬态超高温气流温度测量受感部结构示意图；
图3为本发明瞬态高温气体温度测量传感器的内部传感流程图；
图4为本发明爆炸目标定位流程图；
图5为本发明爆炸目标当量级别流程图。
附图中的附图标记及其名称如下：
1-钨铼热电偶，2-高温基底，3-护套，4-安装座，5-引线护套。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
武器毁伤效能多参量预处理系统，包括传感器电路模块、调理电路模块、电压转换电路模块、处理控制模块和无线模块；
所述传感器电路模块包括多个传感器，所述多个传感器采集爆炸目标进行武器毁伤后产生的多种参量值；
所述多种参量值包括地震波、振动加速度、瞬态高温气体温度、应变式、气压、辐射和湿度，并将所述多种参量值对应的模拟信号传输给所述调理电路模块；
所述调理电路模块对所述传感器电路模块传输的多种参量值对应的模拟信号进行放大，并将放大后的多种参量值对应的模拟信号传输给所述电压转换电路模块；
所述电压转换电路模块将所述放大后的多种参量值对应的模拟信号转化为多种参量值对应的数字信号，并将所述多种参量值对应的数字信号传输给所述处理控制模块；
所述处理控制模块接收所述多种参量值对应的数字信号；
所述处理控制模块对地震波数字信号进行预处理得到爆炸目标当量级和爆炸目标的具体定位；
所述处理控制模块对瞬态高温气体温度信号进行温度修正，得到被测气流真实的温度；
所述处理控制模块将所述爆炸目标当量级、爆炸目标的具体定位、被测气流真实的温度和多种参量值通过无线传输链路传输给所述无线模块；
所述无线模块将接收所述爆炸目标当量级、爆炸目标的具体定位、被测气流真实的温度和多种参量值。
所述处理控制模块采用龙芯2K1000进行处理，龙芯2K1000包括不同的算法，通过所述算法可以对瞬态高温气体温度进行修正，提高参量的准确度，可以进行地震波的预处理，通过预处理得到爆炸目标的当量级数和具体定位。
所述传感器电路模块包括：振动加速度传感器、地震波检测器、辐射传感器、气压传感器、应变式传感器、湿度传感器和接触式瞬态高温气体温度测量传感器。
接触式瞬态高温气体温度测量传感器的受感部结构包括：
钨铼热电偶1、高温基底2、护套3、安装座4和引线护套5；
所述钨铼热电偶1上包裹着高温镀膜层；
所述钨铼热电偶1设置在所述高温基底2上；
所述高温基底2镶嵌在所述护套3底部；
所述护套3贯穿所述安装座4与所述引线护套5相连。
所述接触式瞬态高温气体温度测量传感器将受感部的高温基底插入气流中；
在达到所述钨铼热电偶的温度上限前所述接触式瞬态高温气体温度测量传感器将受感部抽出；
所述处理控制模块根据所述受感部从插入到抽出时间段内的输出的瞬态高温气体温度信号的变化曲线计算所述接触式瞬态高温气体温度测量传感器的受感部的时间常数；
通过理论仿真和试验的方法获取受感部的时间常数τ，在测试时进行动态修正，得到的被测气流真实的温度。
所述接触式瞬态高温气体温度测量传感器的修正算法，包括：
其中，Tg是被测气流的真实温度，Tt是热电偶热端的瞬时温度，Tt0是热电偶热端的初始温度；
τ是受感部的时间常数，t是从受感部插入到热电偶热端温度升高Tt所经历的时间。
所述处理控制模块使用匹配追踪对采集到的地震波信号进行分解；
对分解出的每一个地震波信号分量进行伪魏格纳变换；
将每一项进行伪魏格纳变换后的结果进行集合，获得时频特性；
对地震波信号使用多道统计法进行子波提取，并利用伪魏格纳变换提取出子波的频率和能量，从而得到爆炸目标的当量级数。
所述处理控制模块使用分形维数算法对地震波信号进行分形维数计算，并描绘出相应的分形维数曲线；
使用小波变换算法对分形维数曲线进行离散小波变换，并提取出变化最剧烈的波从而得到初至波；
使用τ-p变换算法提取斯通立波，从x-t域变换到τ-p域，通过设定p值的范围提取出斯通立波；
从第一次接收到初至波开始计时，当有面波到达时停止计时，得到初至波和斯通立波的到达时间差Δt；
使用时间差Δt计算得到武器毁伤效能多参量预处理系统到爆炸目标的距离和角度，通过武器毁伤效能多参量预处理系统的多个测量节点综合得出爆炸目标方位。
本发明是动态测量系统，相比与传统静态测量系统而言，测量的物理参量均属于瞬态过程，因此不同测量节点间同步精度相比于静态测量系统的ms级，需要提高至us级的同步精度。
所述处理控制模块的GPS/BD2授时单元，将授时信息通过无线传输链路进行广播，多个测量节点通过所述授时信息完成同步采集。
同时所述处理控制模块的本地时钟源选择高稳定度的恒温晶振，当GPS/BD信号丢失后，依靠恒温晶振的短稳特性，所述处理控制模块的广播授时精度仍可在测量时间内保持在10us的范围以内。
所述无线模块的无线终端包括GPS/BD2授时单元，所述无线终端可直接通过卫星定位和授时，多个测量节点通过所述授时完成同步采集，通过卫星定位和授时的测量同步精度可做到40ns。
一种武器毁伤效能多参量预处理系统的方法，包括：
采集爆炸目标进行武器毁伤后产生的多种参量值，所述多种参量值包括地震波、振动加速度、瞬态高温气体温度、应变式、气压、辐射和湿度，并传输所述多种参量值对应的模拟信号；
将传输的多种参量值对应的模拟信号进行放大，并将放大后的多种参量值对应的模拟信号进行传输；
将所述放大后的多种参量值对应的模拟信号转化为多种参量值对应的数字信号，并传输所述多种参量值对应的数字信号；
接收所述多种参量值对应的数字信号；
对地震波数字信号进行算法预处理得到爆炸目标当量级和爆炸目标的具体定位；
对瞬态高温气体温度信号进行温度修正算法，得到被测气流真实的温度；
传输所述爆炸目标当量级、爆炸目标的具体定位、被测气流真实的温度和多种参量值；
接收所述爆炸目标当量级、爆炸目标的具体定位、被测气流真实的温度和多种参量值。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、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方式而已，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 (10)
1.武器毁伤效能多参量预处理系统，其特征在于，包括传感器电路模块、调理电路模块、电压转换电路模块、处理控制模块和无线模块；
所述传感器电路模块包括多个传感器，所述多个传感器采集爆炸目标进行武器毁伤后产生的多种参量值；
所述多种参量值包括地震波、振动加速度、瞬态高温气体温度、应变式、气压、辐射和湿度，并将所述多种参量值对应的模拟信号传输给所述调理电路模块；
所述调理电路模块对所述传感器电路模块传输的多种参量值对应的模拟信号进行放大，并将放大后的多种参量值对应的模拟信号传输给所述电压转换电路模块；
所述电压转换电路模块将所述放大后的多种参量值对应的模拟信号转化为多种参量值对应的数字信号，并将所述多种参量值对应的数字信号传输给所述处理控制模块；
所述处理控制模块接收所述多种参量值对应的数字信号；
所述处理控制模块对地震波数字信号进行预处理得到爆炸目标当量级和爆炸目标的具体定位；
所述处理控制模块对瞬态高温气体温度信号进行温度修正，得到被测气流真实的温度；
所述处理控制模块将所述爆炸目标当量级、爆炸目标的具体定位、被测气流真实的温度和多种参量值通过无线传输链路传输给所述无线模块；
所述无线模块将接收所述爆炸目标当量级、爆炸目标的具体定位、被测气流真实的温度和多种参量值。
2.根据权利要求1所述的武器毁伤效能多参量预处理系统，其特征在于，所述传感器电路模块包括：振动加速度传感器、地震波检测器、辐射传感器、气压传感器、应变式传感器、湿度传感器和接触式瞬态高温气体温度测量传感器。
3.根据权利要求2所述的武器毁伤效能多参量预处理系统，其特征在于，接触式瞬态高温气体温度测量传感器的受感部结构包括：
钨铼热电偶(1)、高温基底(2)、护套(3)、安装座(4)和引线护套(5)；
所述钨铼热电偶(1)上包裹着高温镀膜层；
所述钨铼热电偶(1)设置在所述高温基底(2)上；
所述高温基底(2)镶嵌在所述护套(3)底部；
所述护套(3)贯穿所述安装座(4)与所述引线护套(5)相连。
4.根据权利要求1所述的武器毁伤效能多参量预处理系统，其特征在于，所述接触式瞬态高温气体温度测量传感器将受感部的高温基底插入气流中；
在达到所述钨铼热电偶的温度上限前所述接触式瞬态高温气体温度测量传感器将受感部抽出；
所述处理控制模块根据所述受感部从插入到抽出时间段内的输出的瞬态高温气体温度信号的变化曲线计算所述接触式瞬态高温气体温度测量传感器的受感部的时间常数；
所述处理控制模块根据所述时间常数进行瞬态高温的修正，得到的被测气流真实的温度。
5.根据权利要求4所述的武器毁伤效能多参量预处理系统，其特征在于，所述接触式瞬态高温气体温度测量传感器的修正算法，包括：
其中，Tg是被测气流的真实温度，Tt是热电偶热端的瞬时温度，Tt0是热电偶热端的初始温度；
τ是受感部的时间常数，t是从受感部插入到热电偶热端温度升高Tt所经历的时间。
6.根据权利要求1所述的武器毁伤效能多参量预处理系统，其特征在于，所述处理控制模块使用匹配追踪对采集到的地震波信号进行分解；
对分解出的每一个地震波信号分量进行伪魏格纳变换；
将每一项进行伪魏格纳变换后的结果进行集合，获得时频特性；
对地震波信号使用多道统计法进行子波提取，并利用伪魏格纳变换提取出子波的频率和能量，从而得到爆炸目标的当量级数。
7.根据权利要求1所述的武器毁伤效能多参量预处理系统，其特征在于，所述处理控制模块使用分形维数算法对地震波信号进行分形维数计算，并描绘出相应的分形维数曲线；
使用小波变换算法对分形维数曲线进行离散小波变换，并提取出变化最剧烈的波从而得到初至波；
使用τ-p变换算法提取斯通立波，从x-t域变换到τ-p域，通过设定p值的范围提取出斯通立波；
从第一次接收到初至波开始计时，当有面波到达时停止计时，得到初至波和斯通立波的到达时间差Δt；
使用时间差Δt计算得到武器毁伤效能多参量预处理系统到爆炸目标的距离和角度，通过武器毁伤效能多参量预处理系统的多个测量节点综合得出爆炸目标方位。
8.根据权利要求1所述的一种武器毁伤效能多参量预处理系统的方法，其特征在于，所述处理控制模块的GPS/BD2授时单元，将授时信息通过无线传输链路进行广播，多个测量节点通过所述授时信息完成同步采集。
9.根据权利要求1所述的一种武器毁伤效能多参量预处理系统的方法，其特征在于，所述无线模块的无线终端包括GPS/BD2授时单元，所述无线终端可直接通过卫星定位和授时，多个测量节点通过所述授时完成同步采集。
10.一种武器毁伤效能多参量预处理系统的方法，其特征在于，包括：
采集爆炸目标进行武器毁伤后产生的多种参量值，所述多种参量值包括地震波、振动加速度、瞬态高温气体温度、应变式、气压、辐射和湿度，并传输所述多种参量值对应的模拟信号；
将传输的多种参量值对应的模拟信号进行放大，并将放大后的多种参量值对应的模拟信号进行传输；
将所述放大后的多种参量值对应的模拟信号转化为多种参量值对应的数字信号，并传输所述多种参量值对应的数字信号；
接收所述多种参量值对应的数字信号；
对地震波数字信号进行算法预处理得到爆炸目标当量级和爆炸目标的具体定位；
对瞬态高温气体温度信号进行温度修正算法，得到被测气流真实的温度；
传输所述爆炸目标当量级、爆炸目标的具体定位、被测气流真实的温度和多种参量值；
接收所述爆炸目标当量级、爆炸目标的具体定位、被测气流真实的温度和多种参量值。
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2019
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