CN117150825B - 一种装甲类目标最大易损方向的获取方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种装甲类目标最大易损方向的获取方法，属于目标易损性分析技术领域，解决了现有技术中装甲类目标易损性评估过程中效率低、精度低和部件简化不贴合实际的问题。包括以下步骤：建立装甲类目标中各目标部件的三维几何模型，并配置各目标部件的配置信息，进而生成完整目标的三维几何模型；其中，配置信息包括部件物理属性、部件性质和毁伤准则模型；根据完整目标的三维几何模型，生成目标八叉树结构；基于单枚破片或弹丸损伤元模型和射击线群组，以及所述目标八叉树结构，得到各射击线群下装甲类目标易损面积，进而得到目标的最大易损方向。

Description

一种装甲类目标最大易损方向的获取方法

技术领域

本发明涉及目标易损性分析技术领域，尤其涉及一种装甲类目标最大易损方向的获取方法。

背景技术

目标易损性是指目标受到毁伤元打击时被毁伤的难易程度。对目标易损性的研究，可指导优化目标设计以及目标打击方案规划。对于装甲类目标，由于冲击波毁伤元能量难以聚焦且冲击波毁伤元在空间传播过程中能量衰减迅速，所以冲击波毁伤元对装甲类目标毁伤能力十分有限。而破片/弹丸类毁伤元以一定速度和质量撞击装甲类目标，可造成目标穿孔、变形、引燃和引爆等毁伤。所以对于装甲类目标易损性评估主要集中在破片/弹丸类毁伤元对其作用影响。

目前已有的基于射击线扫描方法是先建立目标结构模型，然后生成射击线，使用遍历的方法计算射击线与目标每一个部件的相交情况，利用破片/弹丸侵彻模型统计出击穿情况，利用目标毁伤结构树计算得到单枚破片/弹丸打击结果，重复上述过程可得到破片群打击目标结果即目标易损性结果。该方法在目标部件较多、目标部件空间关系复杂的情况下，采用遍历的方法计算射击线和目标部件单元的交点要求每一个目标部件单元都要计算一次，且单次计算线段和单元交点需要多次进行浮点数乘除法运算，这将导致评估过程销毁大量的计算资源和时间，不能满足快速目标易损性评估的需求。因此，对复杂装甲类目标评估方法的研究，具有重要的学术意义和应用价值。

目前解决目标易损性评估中射击线法和目标部件单元计算量过大的问题主要有2种方法：一种是对目标进行简化，通过基本的柱体、台体、球体等基础组件等效复杂的目标部件，通过大量减少目标面元数量提升计算效率；一种是采用结构化网格，提高定位效率减少遍历带来的计算量。但是上面两种方法的局限也很明显：对于第一种，简化后的目标与原始目标差异较大，不适合对精细程度要求高的目标；对于第二种结构化网格，其算法本身就要求目标部件为基本的长方体，复杂部件生成不了满足算法要求的结构化网格。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种装甲类目标最大易损方向的获取方法，用以解决现有装甲类目标易损性评估过程中分析效率低、精度低和部件简化不贴合实际的问题。

本发明实施例提供了一种装甲类目标最大易损方向的获取方法，包括以下步骤：

建立装甲类目标中各目标部件的三维几何模型，并配置各目标部件的配置信息，进而生成完整目标的三维几何模型；其中，配置信息包括部件物理属性、部件性质和毁伤准则模型；

根据完整目标的三维几何模型，生成目标八叉树结构；

基于单枚破片或弹丸损伤元模型和射击线群组，以及所述目标八叉树结构，得到各射击线群下装甲类目标易损面积，进而得到目标的最大易损方向。

进一步地，所述配置信息中部件物理属性包括材料数据和厚度；其中，目标部件由若干单元构成，同一目标部件中各单元的物理属性相同；

部件性质包括目标部件的冗余性和关键性；

毁伤准则模型为目标部件被破片或弹丸击穿下的部件毁伤概率。

进一步地，所述损伤准则模型表示为：

，

式中，表示目标部件的毁伤概率，m表示破片或弹丸质量，v表示破片或弹丸速度，/>表示目标部件的毁伤阈值。

进一步地，以目标包围盒底面中心点为原点，长边方向为X轴，与底面垂直方向为Z轴，由右手定则确定Y轴建立目标坐标系；其中，目标包围盒为包含完整目标且各边平行于坐标轴的最小六面体；

通过以下方式生成目标八叉树结构：

为完整目标中的每一目标部件中的每一单元进行连续编号，记录每一目标部件的编号范围，并得到整体单元集合；

基于各目标部件确定目标包围盒在目标坐标系各轴上的范围；

基于目标包围盒，将整体单元集合沿各坐标轴方向进行划分，生成目标八叉树结构。

进一步地，通过执行以下步骤将整体单元集合沿各坐标轴方向进行划分生成目标八叉树结构：

S231、将目标包围盒包含的整体单元集合作为待划分单元集合组的初始单元集合，同时，所述整体单元集合作为目标八叉树结构的根节点；

S232、判断待划分单元集合组中是否存在单元数量大于Nmin的单元集合；其中，Nmin表示包围盒最少需包含的单元数量；

若存在，则

S2321、将上述单元集合对应的包围盒分别在各坐标轴方向上二等分，得到8个子包围盒，并将上述单元集合中的单元按照包含关系划分到各子包围盒中；

S2322、根据各子包围盒单元数量在父包围盒中单元数量的比例，确定是否存在最需优化包围盒；若是，则调整各子包围盒的大小，更新各子包围盒中的单元数量，直至不存在最需优化包围盒；否则，将此时的各子包围盒中的单元集合依次添加至待划分单元集合组中，同时，各子包围盒中的单元集合作为目标八叉树结构中的下一层子节点；返回步骤S232；

否则，划分完毕，将此时每个分支的最后一层子节点作为目标八叉树结构的叶子节点。

进一步地，通过以下方式将当前单元集合中的单元按照包含关系划分到各子包围盒中：

若单元完全包含在子包围盒中，则将该单元划分至该子包围盒；

若同一单元跨越2个及以上子包围盒，则将该单元划分至包含该单元节点最多的子包围盒；其中，若包含该单元节点最多的子包围盒存在2个及以上，则将该单元划分至其中任意一个包围盒；

其中，单元节点指单元的顶点。

进一步地，通过以下方式确定是否存在最需优化包围盒：

根据各子包围盒单元数量在父包围盒中单元数量的比例，确定比例最大的子包围盒，若该比例大于设定的比例阈值，则该子包围盒为最需优化包围盒。

进一步地，通过以下方式得到目标的最大易损方向：

S321、依次求取射击线群组中各射击线群的易损面积：

S3211、基于当前射击线群与目标八叉树结构，得到当前射击线群中各射击线与目标的相交单元编号、射击线与单元平面法线夹角和相交点位置，进而得到各射击线侵彻目标部件的顺序；

S3212、基于各射击线侵彻目标部件的顺序和单枚破片或弹丸损伤元模型，得到各射击线对目标的毁伤概率，进而得到当前射击线群的易损面积；

S322、基于射击线群组中的各射击线群的易损面积，确定易损面积最大值，并将易损面积最大值对应的射击线群的生成方向作为目标的最大易损方向；其中，射击线群的生成方向由方位角和俯仰角确定。

进一步地，通过以下方式得到当前射击线群中各射击线与目标的相交单元编号、射击线与单元平面法线夹角和相交点位置：

SA1、依次遍历射击线群中的射击线，采用自顶向下进行计算：

SA11、判断当前射击线与目标八叉树结构根节点的包围盒是否相交，若是，则依据目标八叉树结构逐层确定与当前射击线相交的子节点的包围盒，直至相交的包围盒为叶子节点；

SA12、依次遍历叶子节点中所有单元，确定与当前射击线相交的单元，进而得到相交单元的编号、当前射击线与单元平面法线夹角和相交点位置。

进一步地，通过以下方式得到各射击线对目标的毁伤概率：

基于各射击线侵彻目标部件的顺序和单枚破片或弹丸损伤元模型，得到各射击线侵彻目标部件的数量；

根据各射击线侵彻各目标部件的部件性质，基于损伤准则模型，得到各射击线侵彻各非冗余关键目标部件的毁伤概率，进而得到各射击线对目标的毁伤概率。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：通过将装甲类目标部件单元统一编号合并为一个整体单元集合，通过八叉树结构组织管理整体单元集合；在进行射击线和部件单元求交计算时无需遍历每一个单元，大大节省了计算资源，提高了计算效率；对目标部件无需进行等效简化处理，提高了计算精度；能够满足做战实时评估需求，利用计算得到的最大易损方向结果可直接服务武器使用，可为快速火力规划提供数据支撑，可为装甲类目标防护设计提供数据支撑，精度高；提供了一种高效的目标部件单元数据组织方式，当目标部件被删除或者失效时只需要增加相应标志位，当目标部件增加单元或者减少单元时只需要调整相应包围盒大小，即可完成对调整后数据的八叉树结构调整，更加快速简便。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件；

图1为本发明实施例提供的一种装甲类目标最大易损方向的获取方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的三维几何模型中长方体中的单元示意图；

图3为本发明实施例提供的三维几何模型中圆柱体中的单元示意图；

图4为本发明实施例提供的装甲类步兵战车的组成示意图；

图5为本发明实施例提供的装甲类步兵战车的目标包围盒的示意图；

图6为本发明实施例提供的装甲类步兵战车的目标部件的包围盒的示意图；

图7为本发明实施例提供的装甲类步兵战车的三维几何模型示意图；

图8为本发明实施例提供的装甲类步兵战车初步划分的八叉树示意图；

图9为本发明实施例提供的投影矩阵区域的示意图；

图10为本发明实施例提供的投影矩阵点的示意图；

图11为本发明实施例提供的射击线群的示意图；

图12为本发明实施例提供的八叉树叶子节点对应单元的示意图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

本发明的一个具体实施例，公开了一种装甲类目标最大易损方向的获取方法，如图1所示，包括如下步骤：

S1、建立装甲类目标中各目标部件的三维几何模型，并配置各目标部件的配置信息，进而生成完整目标的三维几何模型；其中，配置信息包括部件物理属性、部件性质和毁伤准则模型。可以理解的是，通过各目标部件可以构成完整的装甲类目标。

实施时，所述配置信息中部件物理属性包括材料数据和厚度；其中，目标部件由若干单元构成，同一目标部件中各单元的物理属性相同。

具体地，根据实际目标情况赋予物理属性，示例性地，若目标为步兵战车，则物理属性设置为装甲板厚度6mm、装甲板材质为装甲刚。

具体地，三维几何模型是由若干三角形小面片组成的，将该小面片设为单元，部件不同、精度不同单元数量会不同；示例性地，长方体中的单元如图2所示，圆柱体中的单元如图3所示。

所述配置信息中部件性质包括目标部件的冗余性和关键性。

具体地，将对目标整体功能影响大的部件为关键部件，其中无余度设计的部件为非冗余部件，有余度设计的部件为冗余部件组部件。其中，余度指的是有没有冗余，以步兵战车为例，其包括4个油箱，其中一个被损害，其他油箱还能供油，步兵战车还能正常行驶，则油箱就有余度；发动机仅一台，若损害则不能正常行驶，则发动机就无余度。

所述毁伤准则模型为目标部件被破片或弹丸击穿下的部件毁伤概率。

具体地，所述损伤准则模型表示为：

，

式中，表示目标部件的毁伤概率，m表示破片或弹丸质量，v表示破片或弹丸速度，/>表示目标部件的毁伤阈值，根据实验确定，示例性的，/>=7200。

本实施例中以目标为装甲类步兵战车为例，如图4所示，在步骤S1中，通过下述步骤生成完整目标的三维几何模型：

S11、建立目标坐标系。

具体地，以目标包围盒底面中心点为原点，长边方向为X轴，与底面垂直方向为Z轴，由右手定则确定Y轴建立目标坐标系；其中，目标包围盒为包含完整目标且各边平行于坐标轴的最小六面体，如图5所示。可以理解的是，包围盒为包含一个物体且各边平行于坐标轴的最小六面体，该物体可以是完整目标，也可以是目标部件（如图6）等。

S12、建立目标部件的三维几何模型。

具体地，使用通用建模软件构建各目标部件的三维几何模型，导出STL、OBJ等通用三维数据格式。其中，三维几何模型为一个空间立体结构。

更具体地，建模软件包括SolidWorks、UG、CATIA；通用三维数据格式包括STL、OBJ、STEP。

更具体地，各目标部件分别为炮塔、炮管、车体、左前轮、右前轮、左中轮、右中轮、左后轮和右后轮。

S13、为每一目标部件配置物理属性、材料性质和毁伤准则模型，将目标部件的三维几何模型组合为完整目标的三维几何模型，如图7所示。

具体地，各目标部件单元的物理属性均设置为装甲钢且厚度均为6毫米。

具体地，设定目标部件中炮塔、炮管和车体为非冗余部件，左前轮和右前轮为一组冗余部件组，左中轮和右中轮为一组冗余部件组，左后轮和右后轮为一组冗余部件组。其中，根据目标特性对目标部件分组，以步兵战车为例，其存在4个油箱，全部损坏发动机才不能供油，步兵战车才不能运动，则4个油箱就是一个冗余部件组；分组是为后续计算提供方便，只有当一个冗余部件组中的部件全部损坏，打击才有效。

S2、根据完整目标的三维几何模型，生成目标八叉树结构。

实施时，步骤S2中，通过以下方式生成目标八叉树结构：

S21、为完整目标中的每一目标部件中的每一单元进行连续编号，记录每一目标部件的编号范围，并得到整体单元集合。

示例性地，炮塔、炮管、车体、左前轮、右前轮、左中轮、右中轮、左后轮和右后轮的编号范围分别为[1-148]，[149-260]，[261-536]，[537-684]，[685-832]，[833-980]，[981-1128]，[1129-1276]，[1277-1424]。

具体地，建立整体单元集合容器，遍历添加每一目标部件的每一单元的编号。

S22、基于各目标部件确定目标包围盒在目标坐标系各轴上的范围。

具体地，目标包围盒包含整体单元集合，在整体单元集合容器，遍历添加每一目标部件的每一单元的编号的同时计算得到目标包围盒的在目标坐标系各轴上的范围。

更具体地，在目标坐标系中建立各目标部件的三维几何模型，各目标部件中单元在坐标系均有具体坐标，在遍历单元时，获取单元的各节点坐标，通过选取其中X轴方向上最小值，X轴方向上最大值，Y轴方向上最小值，Y轴方向上最大值，Z轴方向上最小值，Z轴方向上最大值，即可得到目标包围盒的在目标坐标系各轴上的范围。应当注意的是，目标坐标系以目标包围盒底面中心点为原点，因此，X、Y轴上的最小值为负值，X、Y轴上的最大值为正值，Z轴最小值为0，最大值为正值。

示例性地，目标包围盒为[-4000, 4000, -1800, 1800, 0, 3500]。

S23、基于目标包围盒，将整体单元集合沿各坐标轴方向进行划分，生成目标八叉树结构。

具体实施时，步骤S23中，通过执行以下步骤将整体单元集合沿各坐标轴方向进行划分生成目标八叉树结构：

S231、将目标包围盒包含的整体单元集合作为待划分单元集合组的初始单元集合，同时，所述整体单元集合作为目标八叉树结构的根节点；

S232、判断待划分单元集合组中是否存在单元数量大于Nmin的单元集合；其中，Nmin表示包围盒最少需包含的单元数量；

若存在，则

S2321、将上述单元集合对应的包围盒分别在各坐标轴方向上二等分，得到8个子包围盒，并将上述单元集合中的单元按照包含关系划分到各子包围盒中；

S2322、根据各子包围盒单元数量在父包围盒中单元数量的比例，确定是否存在最需优化包围盒；若是，则调整各子包围盒的大小，更新各子包围盒中的单元数量，直至不存在最需优化包围盒；否则，将此时的各子包围盒中的单元集合依次添加至待划分单元集合组中，同时，各子包围盒中的单元集合作为目标八叉树结构中的下一层子节点；返回步骤S232；

否则，划分完毕，将此时每个分支的最后一层子节点作为目标八叉树结构的叶子节点。

示例性地，如图8所示为单次划分形成的目标八叉树结构。

可以理解的是，目标八叉树结构中每一个节点都有一个包围盒，包围盒中保存有划分到其中的目标部件中的单元，其根节点包含目标所有部件的单元。

具体地，通过以下方式将当前单元集合中的单元按照包含关系划分到各子包围盒中：

若单元完全包含在子包围盒中，则将该单元划分至该子包围盒；

若同一单元跨越2个及以上子包围盒，则将该单元划分至包含该单元节点最多的子包围盒；其中，若包含该单元节点最多的子包围盒存在2个及以上，则将该单元划分至其中任意一个包围盒；

其中，单元节点指单元的顶点。

具体地，通过以下方式确定是否存在最需优化包围盒：

根据各子包围盒单元数量在父包围盒中单元数量的比例，确定比例最大的子包围盒，若该比例大于设定的比例阈值，则该子包围盒为最需优化包围盒。

更具体地，若比例最大的子包围盒不唯一，则任选其一与比例阈值进行比较，若该比例大于设定的比例阈值，则该子包围盒为最需优化包围盒。示例性地，各子包围盒单元数量在父包围盒中单元数量的比例分别为0.2、0.2、0.1、0.1、0.1、0.1、0.1、0.1，则比例最大值为0.2，此时对应的子包围盒存在两个，此时任选其一与比例阈值进行比较，若该比例大于设定的比例阈值，则该子包围盒为最需优化包围盒。

具体地，调整各子包围盒的大小为通过缩小最需优化包围盒的大小，减少该包围盒中单元的数量，降低占父包围盒的占比。应该注意的是，在缩小最需优化包围盒的大小的同时，增大单元数量占父包围盒单元数量的占比最低的子包围盒的大小，以保证各子包围盒总体大小不变。

优选地，设定调整各子包围盒的大小的次数阈值，调整次数超过设定的次数阈值，仍存在最需优化包围盒，则认为此时不存在最需优化包围盒，停止调整包围盒大小。

S3、基于单枚破片或弹丸损伤元模型和射击线群组，以及所述目标八叉树结构，得到各射击线群下装甲类目标易损面积，进而得到目标的最大易损方向。

实施时，通过以下方式得到射击线群组：

S301、根据分析任务设定射线起始方位角Ds、终止方位角De、起始俯仰角Ps、终止俯仰角Pe、方位角步长Dd和俯仰角步长Pd。

S302、由Ds、De、Ps、Pe、Dd、Pd排列组合出所有的方位角和俯仰角组合。示例性地，Ds=0，De=315，Ps=-90，Pe=90，Dd=45，Pd=15，得到的组合如表1所示。

表1 方位角与俯仰角组合

S303、计算每一种方位角和俯仰角组合下目标的投影矩阵，每一投影矩阵点生成一个射击线群，进而得到射击线群组。 具体如下：

设定方位角Fw度和俯仰角Fy度，将目标绕自身坐标系Z轴旋转Fw度，再绕自身坐标系X轴旋转Fy度；遍历旋转后目标的所有部件的所有单元的节点坐标；统计得到所有单元的节点X轴坐标的最小值Xmin和最大值Xmax，以及节点Y坐标的最小值Ymin和最大值Ymax；得到投影矩阵左下角坐标（Xmin，Ymin）和右上角坐标（Xmax，Ymax）。

设定投影矩阵在X轴方向上的增量步长Dx和Y轴方向上的增量步长Dy；计算确定投影矩阵在X轴上的投影点坐标值，且Xn<=Xmax；计算确定投影矩阵在Y轴上的投影点坐标值/>，且Yn<=Ymax；将Xi和Yj两两组合得到投影矩阵中所有坐标数据。

将每一投影矩阵点的Z坐标均设置为一个较大的值，得到相应每一投影矩阵点射击线的起点坐标，即得到射击线群起点坐标；将每一投影矩阵点的Z坐标均设置为一个较小的值，得到相应每一投影矩阵点射击线的终点坐标，即得到射击线群终点坐标，起点坐标和终点坐标组合得到射击线群坐标；遍历所有方位角和俯仰角组合，即可得到射击线群组。

应当注意的是，Z坐标的取值能够使射击线完全贯穿目标即可。

示例性地，以方位角45度和俯仰角45度计算得到射击线群为例，计算得到投影矩阵区域如图9所示，其中P1点坐标为（-4101，-2408，0），P2点坐标为（4101，4667，0），则Xmin=-4101，Xmax=4101，Ymin=-2408，Ymax=4667。

取Dx=2734，Dy=2359，如图10所示，计算得到投影矩阵点坐标值为（坐标Z值全部为0）：(-1367,2308)、(1367,2308)、(-1367,-51)、(1367,-51)。

将投影矩阵点的Z坐标设置为一个较大的值，例如INT_MAX（2147483647）得到射击线群起点坐标，将投影矩阵点的Z坐标设置为一个较小的值，例如INT_MIN（-2147483648）得到射击线群终点坐标。起点坐标和终点坐标组合得到射击线群坐标，如下表所示：

表2 射击线群坐标

由此，可得到目标在方位角45度和俯仰角45度下的生成的射击线群，如图11所示。

实施时，通过下述方式建立单枚破片或弹丸损伤元模型：

S311、设定破片或弹丸的质量Fm、速度Fv、材料数据Fmat和形状参数Fs。

具体地，根据使用的武器参数来确定具体数值，比如使用杀爆弹打击步兵战车，则根据杀爆弹的参数设定平均破片质量、平均破片速度、具体的材料数据和破片形状数据。

示例性地，设定Fm=6.5g，Fv=1100m/s，Fmat=均质装甲钢，Fs=1。

S312、设定破片或弹丸的侵彻模型，侵彻模型包括破片或弹丸打击目标部件后的剩余速度模型和剩余质量模型；其中，

剩余速度模型，用于根据破片或弹丸直径、靶板厚度及材料特性计算破片或弹丸剩余速度，表示为：

，

式中，为剩余速度，/>为破片或弹丸侵彻速度，h为靶板厚度，A为破片或弹丸平均入射面积，/>为破片或弹丸质量，/>为破片或弹丸速度方向与靶板法线的夹角，、/>、/>、/>、/>为系数。

剩余质量模型，用于根据破片或弹丸直径、靶板厚度及材料特性计算破片或弹丸剩余质量，表示为：

，

式中，为剩余速度，/>为破片或弹丸侵彻速度，h为靶板厚度，A为破片或弹丸平均入射面积，/>为破片或弹丸质量，/>为破片或弹丸速度方向与靶板法线的夹角，、/>、/>、/>、/>为系数。

具体地，本实施例中选取均质装甲钢材料，=4.356，/>=0. 674，/>=-0.791，/>=0.989，/>=0.434，/>=1.195，/>=0.234，/>=0.744，/>=0.469，/>=0.483。

实施时，步骤S3中，通过以下方式得到目标的最大易损方向：

S321、依次求取射击线群组中各射击线群的易损面积：

S3211、基于当前射击线群与目标八叉树结构，得到当前射击线群中各射击线与目标的相交单元编号、射击线与单元平面法线夹角和相交点位置，进而得到各射击线侵彻目标部件的顺序；

S3212、基于各射击线侵彻目标部件的顺序和单枚破片或弹丸损伤元模型，得到各射击线对目标的毁伤概率，进而得到当前射击线群的易损面积；

S322、基于射击线群组中的各射击线群的易损面积，确定易损面积最大值，并将易损面积最大值对应的射击线群的生成方向作为目标的最大易损方向；其中，射击线群的生成方向由方位角和俯仰角确定。

具体实施时，步骤S3211中，通过以下方式得到当前射击线群中各射击线与目标的相交单元编号、射击线与单元平面法线夹角和相交点位置：

SA1、依次遍历射击线群中的射击线，采用自顶向下进行计算：

SA11、判断当前射击线与目标八叉树结构根节点的包围盒是否相交，若是，则依据目标八叉树结构逐层确定与当前射击线相交的子节点的包围盒，直至相交的包围盒为叶子节点；

SA12、依次遍历该叶子节点中所有单元，确定与当前射击线相交的单元，进而得到相交单元的编号、当前射击线与单元平面法线夹角和相交点位置。

示例性地，如图12所示，假定叶子节点中包含2个单元，射击线分别计算与2个单元的交点坐标以及射击线与单元法线的夹角，其中，单元的法线为垂直于单元平面的直线。

具体实施时，步骤S3211中，通过以下方式得到各射击线侵彻目标部件的顺序：

统计每一条射击线与目标相交点和单元编号，将相交点与射击线起点的距离按照从小到大排序，即可获得各射击线侵彻目标部件的顺序。

具体实施时，步骤S3212中，通过以下方式得到各射击线对目标的毁伤概率：

基于各射击线侵彻目标部件的顺序和单枚破片或弹丸损伤元模型，得到各射击线侵彻目标部件的数量；其中，是否能够侵彻目标通过计算剩余速度得到，若剩余速度大于零则表示击穿。可以理解的是，已知各射击线侵彻目标部件的顺序，例如射击线1先与目标部件A相交再与目标部件B相交，这种相交计算不考虑破片侵彻；而真实情况下射击线1有可能只能够击穿部件A没有能力击穿部件B，因此通过单枚破片或弹丸损伤元模型中的侵彻模型才能知道射击线实际击穿的目标部件；其中，击中部件没有击穿部件认为对目标部件没有造成伤害，射击线实际击穿的部件数量就是射击线侵彻部件的数量。

根据各射击线侵彻各目标部件的部件性质，基于损伤准则模型，得到各射击线侵彻各非冗余关键目标部件的毁伤概率，进而得到各射击线对目标的毁伤概率，表示为：

，

式中，为第z条射击线造成的目标毁伤概率，/>为击穿的第k个非冗余关键目标部件毁伤概率，根据损伤准则模型得到；K表示击穿的非冗余关键目标部件数量。

应当注意的是，如果破片或弹丸击穿了一组冗余关键目标部件，则将其等效为一个非冗余关键目标部件，若该组中的部件没有全部击穿，则认为没有毁伤，此时的毁伤概率是0。

具体实施时，步骤S322中，将射击线群中的每一条射击线对目标的毁伤概率值乘以投影矩阵单元格面积再累加得到易损面积S。其中，投影矩阵单元格面积为X轴方向上的增量步长和Y轴方向上的增量步长的乘积。

示例性地，投影矩阵单元格面积=Dx×Dy=2734×2359=6449506（mm2），4条射击线对目标造成的毁伤概率如表3。

表3 射击线对目标造成的毁伤概率

。

与现有技术相比，本实施例提供了一种装甲类目标最大易损方向的获取方法，通过将装甲类目标部件单元统一编号合并为一个整体单元集合，通过八叉树结构组织管理整体单元集合，在进行射击线和部件单元求交计算时无需遍历每一个单元，大大节省了计算资源，提高了计算效率。对目标部件无需进行等效简化处理，提高了计算精度；能够满足做战实时评估需求，利用计算得到的最大易损方向结果可直接服务武器使用，可为快速火力规划提供数据支撑，可为装甲类目标防护设计提供数据支撑；提供了一种高效的目标部件单元数据组织方式，当目标部件被删除或者失效时只需要增加相应标志位，当目标部件增加单元或者减少单元时只需要调整相应包围盒大小，即可完成对调整后数据的八叉树结构调整。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种装甲类目标最大易损方向的获取方法，其特征在于，包括以下步骤：

建立装甲类目标中各目标部件的三维几何模型，并配置各目标部件的配置信息，进而生成完整目标的三维几何模型；其中，所述配置信息包括部件物理属性、部件性质和毁伤准则模型；

根据所述完整目标的三维几何模型，生成目标八叉树结构；具体地，目标部件由若干单元构成；以目标包围盒底面中心点为原点，长边方向为X轴，与底面垂直方向为Z轴，由右手定则确定Y轴建立目标坐标系；其中，目标包围盒为包含完整目标且各边平行于坐标轴的最小六面体；通过以下方式生成目标八叉树结构：

为完整目标中的每一目标部件中的每一单元进行连续编号，记录每一目标部件的编号范围，并得到整体单元集合；

基于各目标部件确定目标包围盒在目标坐标系各轴上的范围；

基于目标包围盒，将整体单元集合沿各坐标轴方向进行划分，生成目标八叉树结构；其中，

通过执行以下步骤将整体单元集合沿各坐标轴方向进行划分生成目标八叉树结构：

S231、将目标包围盒包含的整体单元集合作为待划分单元集合组的初始单元集合，同时，所述整体单元集合作为目标八叉树结构的根节点；

S232、判断待划分单元集合组中是否存在单元数量大于Nmin的单元集合；其中，Nmin表示包围盒最少需包含的单元数量；

若存在，则

S2321、将上述单元集合对应的包围盒分别在各坐标轴方向上二等分，得到8个子包围盒，并将上述单元集合中的单元按照包含关系划分到各子包围盒中；

S2322、根据各子包围盒单元数量在父包围盒中单元数量的比例，确定是否存在最需优化包围盒；若是，则调整各子包围盒的大小，更新各子包围盒中的单元数量，直至不存在最需优化包围盒；否则，将此时的各子包围盒中的单元集合依次添加至待划分单元集合组中，同时，各子包围盒中的单元集合作为目标八叉树结构中的下一层子节点；返回步骤S232；

否则，划分完毕，将此时每个分支的最后一层子节点作为目标八叉树结构的叶子节点；

基于单枚破片或弹丸损伤元模型和射击线群组，以及所述目标八叉树结构，得到各射击线群下装甲类目标易损面积，进而得到目标的最大易损方向；

其中，通过以下方式得到目标的最大易损方向：

S321、依次求取射击线群组中各射击线群的易损面积：

S3211、基于当前射击线群与目标八叉树结构，得到当前射击线群中各射击线与目标的相交单元编号、射击线与单元平面法线夹角和相交点位置，进而得到各射击线侵彻目标部件的顺序；

S3212、基于各射击线侵彻目标部件的顺序和单枚破片或弹丸损伤元模型，得到各射击线对目标的毁伤概率，进而得到当前射击线群的易损面积；

S322、基于射击线群组中的各射击线群的易损面积，确定易损面积最大值，并将易损面积最大值对应的射击线群的生成方向作为目标的最大易损方向；其中，射击线群的生成方向由方位角和俯仰角确定。

2.根据权利要求1所述的装甲类目标最大易损方向的获取方法，其特征在于，所述配置信息中部件物理属性包括材料数据和厚度；其中，同一目标部件中各单元的物理属性相同；

部件性质包括目标部件的冗余性和关键性；

毁伤准则模型为目标部件被破片或弹丸击穿下的部件毁伤概率。

3.根据权利要求2所述的装甲类目标最大易损方向的获取方法，其特征在于，所述毁伤准则模型表示为：

，

式中，表示目标部件的毁伤概率，m表示破片或弹丸质量，v表示破片或弹丸速度，表示目标部件的毁伤阈值。

4.根据权利要求1所述的装甲类目标最大易损方向的获取方法，其特征在于，通过以下方式将当前单元集合中的单元按照包含关系划分到各子包围盒中：

若单元完全包含在子包围盒中，则将该单元划分至该子包围盒；

若同一单元跨越2个及以上子包围盒，则将该单元划分至包含该单元节点最多的子包围盒；其中，若包含该单元节点最多的子包围盒存在2个及以上，则将该单元划分至其中任意一个包围盒；

其中，单元节点指单元的顶点。

5.根据权利要求1所述的装甲类目标最大易损方向的获取方法，其特征在于，通过以下方式确定是否存在最需优化包围盒：

根据各子包围盒单元数量在父包围盒中单元数量的比例，确定比例最大的子包围盒，若该比例大于设定的比例阈值，则该子包围盒为最需优化包围盒。

6.根据权利要求1所述的装甲类目标最大易损方向的获取方法，其特征在于，通过以下方式得到当前射击线群中各射击线与目标的相交单元编号、射击线与单元平面法线夹角和相交点位置：

SA1、依次遍历射击线群中的射击线，采用自顶向下进行计算：

SA11、判断当前射击线与目标八叉树结构根节点的包围盒是否相交，若是，则依据目标八叉树结构逐层确定与当前射击线相交的子节点的包围盒，直至相交的包围盒为叶子节点；

SA12、依次遍历叶子节点中所有单元，确定与当前射击线相交的单元，进而得到相交单元的编号、当前射击线与单元平面法线夹角和相交点位置。

7.根据权利要求1所述的装甲类目标最大易损方向的获取方法，其特征在于，通过以下方式得到各射击线对目标的毁伤概率：

基于各射击线侵彻目标部件的顺序和单枚破片或弹丸损伤元模型，得到各射击线侵彻目标部件的数量；

根据各射击线侵彻各目标部件的部件性质，基于毁伤准则模型，得到各射击线侵彻各非冗余关键目标部件的毁伤概率，进而得到各射击线对目标的毁伤概率。