[發明專利]基于激波速度衰減模型的彈著點估計方法及系統

有效

• 申請號: 202010906373.0
• 申請日: 2020-09-01
• 公開（公告）號: CN112161523B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發明（設計）人: 趙兆;馮起;許志勇
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: F41J5/06
• 分類號: F41J5/06;G01S5/30
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱炳斐

本發明公開了一種基于激波速度衰減模型的彈著點估計方法及系統，該方法首先通過依某種陣型布置的麥克風陣列獲得彈道激波到達不同麥克風的時間差，然后列出因變量為時間差，自變量為彈著點坐標、彈丸速度和入射角等彈道參數的非線性方程組，最后通過迭代法解非線性方程組得到彈著點坐標。本發明可以應用于立體七點陣、立式雙三角陣等多種當前常用的麥克風陣型，能夠有效減小彈道激波速度衰減造成的彈著點定位誤差，提高彈著點定位精度，對提高射擊訓練效率和武器性能測試的能力具有重大意義。

技術領域

本發明屬于差分麥克風陣列和聲學外彈道識別技術領域，特別涉及一種基于激波速度衰減模型的彈著點估計方法及系統。

背景技術

在進行射擊訓練時，射擊精準度是衡量受試人員射擊水平的主要因素之一，在武器性能評估時，立靶密集度是評估武器性能的重要指標，因此快速而準確的彈著點定位對于提高射擊訓練和武器性能測試的效率具有重大意義。人工報靶方式無法實時報靶，并存在一定危險性，極大的限制了射擊訓練的效率，因此近年來彈著點自動定位技術的研究受到了越來越高的重視。現有的自動報靶系統根據技術實現原理包括電極埋入方式、光電傳感方式、圖象識別方式和聲學定位方式等，其中聲學定位裝置以其結構簡單、體積小、成本低、架設方便，安全性能好并且不受視線或能見度的影響等優點，被廣泛應用于自動報靶系統中。

傳統的聲學彈著點定位方法利用激波到達時間差法列出非線性方程組，通過迭代法解得彈著點坐標和其他彈道參數。彈道激波是壓力波，其傳播速度會隨傳播距離增大而衰減，然而現有的斜入射彈著點檢測方法認為彈道激波以環境聲速勻速傳播，從而引入了定位誤差。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術存在的問題，提供一種通用于各式麥克風陣列，并能修正激波速度變化造成的誤差的聲學彈著點定位方法及系統。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種基于激波速度衰減模型的彈著點估計方法，所述方法包括以下步驟：

步驟1，在靶面下方布設差分麥克風陣列，并獲取彈道激波到達不同麥克風的時間差；

步驟2，構建關于時間差和彈道參數的非線性方程組；所述彈道參數包括彈著點坐標；

步驟3，解算所述非線性方程組，獲得彈著點坐標。

進一步地，步驟1所述獲取彈道激波到達不同麥克風的時間差，具體過程包括：

步驟1-1，進行射擊訓練時開啟錄音，得到彈道激波到達不同麥克風的時刻：

TOA＝[TOA₁,TOA₂,…,TOA_N]^T

式中，TOA_k表示彈道激波到達第k個麥克風的時刻，N為麥克風的總數；

步驟1-2，對步驟1-1中的時刻進行兩兩做差，得到彈道激波的波達時間差，計算公式為：

式中，TDOA為彈道激波的波達時間差向量，矩陣的列數為N，行數為N*(N-1)/2。

進一步地，步驟2所述構建關于時間差和彈道參數的非線性方程組，具體過程包括：

步驟2-1，利用彈著點坐標、麥克風坐標和入射角表示每個麥克風到彈道線的距離d_k：

式中，(x_p,y_p)為彈著點坐標，(x_k,y_k,z_k)為第k個麥克風的坐標，α為水平入射角，β為俯仰入射角；

步驟2-2，利用兩個麥克風坐標和入射角表示兩個麥克風對應的激波分離點的距離Δl：