[發(fā)明專利]一種基于多尺度網(wǎng)格的爆炸沖擊波超壓場分區(qū)重建方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110516042.0
• 申請日: 2021-05-12
• 公開（公告）號: CN113094962A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發(fā)明（設計）人: 郭亞麗;張曉麗;張運良;劉林茂
• 申請（專利權）人: 郭亞麗
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F17/16;G06F119/14
• 代理公司: 武漢誠儒知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 42265
• 代理人: 劉天鈺;邱琳

1.一種基于多尺度網(wǎng)格的爆炸沖擊波超壓場分區(qū)重建方法，其特征在于包括以下步驟：

S1、獲取爆炸沖擊波超壓場中超壓傳感器采集的沖擊波信號，對爆炸點進行定位，計算得到爆心；

S2、采用分區(qū)多尺度網(wǎng)格劃分方式，以爆炸點為中心，由內(nèi)至外將測試區(qū)域劃分為2層以上子區(qū)域，每個子區(qū)域內(nèi)部分別再進行網(wǎng)格劃分，得到重建網(wǎng)格區(qū)域；

S3、在重建網(wǎng)格區(qū)域中各個子區(qū)域的邊界增設虛擬傳感器，對虛擬傳感器的分布位置進行優(yōu)化；

S4、采用加權廣義逆正則化方法進行分區(qū)域重建。

2.根據(jù)權利要求1所述的基于多尺度網(wǎng)格的爆炸沖擊波超壓場分區(qū)重建方法，其特征在于：步驟S1具體包括以下過程：首先通過對沖擊波信號進行分析及特征提取，得到?jīng)_擊波到達時間，即走時；然后利用走時信息采用時差法計算爆炸點位置，即爆心。

3.根據(jù)權利要求1所述的基于多尺度網(wǎng)格的爆炸沖擊波超壓場分區(qū)重建方法，其特征在于：步驟S2中，每個子區(qū)域的邊界采用以爆炸點為中心的長方形或正方形，距離爆炸點越遠的子區(qū)域內(nèi)部所劃分的網(wǎng)格，其尺寸越大且越稀疏。

4.根據(jù)權利要求1所述的基于多尺度網(wǎng)格的爆炸沖擊波超壓場分區(qū)重建方法，其特征在于：步驟S3具體包括以下過程：

S3.1、根據(jù)子區(qū)域的網(wǎng)格數(shù)目和網(wǎng)格邊界增設虛擬傳感器，使從爆心向虛擬傳感器發(fā)射的射線以及爆心向超壓傳感器方向發(fā)射的射線覆蓋重建子區(qū)域的全部網(wǎng)格；

S3.2、計算當前網(wǎng)格和傳感器布局方式下的矩陣D以及矩陣D的秩，矩陣D為M×N階稀疏矩陣，其元素為d_ij，即第i條射線穿過第j個網(wǎng)格的射線長度，M為虛擬傳感器和超壓傳感器數(shù)目的總和，N為網(wǎng)格的數(shù)目；

S3.3、如果矩陣D的所有列向量都不為零向量并且矩陣D是滿秩的，則將該組布局方式作為優(yōu)化布局的一個初始模型，否則返回步驟S3.1；

S3.4、當初始模型達到設定數(shù)量L時，將目標函數(shù)E作為目標函數(shù)進行優(yōu)化，完成傳感器優(yōu)化布局，目標函數(shù)E為：

E＝E₁+E₂+E₃

E₂＝cond(D)

其中，λ₁為D^TD的最大特征值；trace(D^TD)為D^TD的跡；rank(D)為矩陣D的秩；cond(D)為矩陣D的條件數(shù)；ρ_j表示第j個網(wǎng)格中的射線密度；O_j表示第j個網(wǎng)格中的射線正交性；k₁的取值范圍為100～200，k₂的取值范圍為10～20。(取值依據(jù)在說明書具體實施方式中解釋即可)

5.根據(jù)權利要求1所述的基于多尺度網(wǎng)格的爆炸沖擊波超壓場分區(qū)重建方法，其特征在于：步驟S4中，按照距離爆心的距離，由近到遠依次對各個子區(qū)域進行重建；對當前子區(qū)域進行重建時，將距離爆心更近的所有子區(qū)域的重建結果作為正則化約束項進行重建。

6.根據(jù)權利要求5所述的基于多尺度網(wǎng)格的爆炸沖擊波超壓場分區(qū)重建方法，其特征在于：步驟S5中，分區(qū)域重建具體包括以下過程：

S5.1、設P和Q分別為數(shù)據(jù)加權矩陣和模型加權矩陣，其對角線元素分別為：

diag{P}＝T_p^-1

diag{Q}＝K

其中，矩陣T_p的元素為當前的初始模型的各射線的走時，即i＝1,…,M；矩陣K為各射線在第j個網(wǎng)格上的總貢獻，其元素為射線穿越網(wǎng)格單元的長度和與相應單元速度乘積，即j＝1,…,N，矩陣T_p和矩陣K均為對角矩陣,對稱正定，加權廣義逆層析成像方法寫為：

S＝Q^-1(PDQ^-1)⁺P·T

S5.2、通過以下兩種正則化方式，采用加權廣義逆正則化算法進行求解：(1)第一類正則化方式：

對爆炸場進行分區(qū)重建時，將近場區(qū)重建結果作為正則化約束項，利用廣義逆正則化重建算法對次近場區(qū)進行重建，即，對次近場區(qū)進行重建時，在走時層析成像原理方程DS＝T的基礎上增加約束方程W₁S＝S′₁進行求解，其中T＝(t₁,t₂…t_M)'為各條射線走時的M維列向量；S＝(s₁,s₂…s_N)'為待求離散單元慢度值，為N維未知的列向量；

式中，W₁為r₁×N維矩陣，r₁為被緊約束的參數(shù)個數(shù)；矩陣W₁中的元素w_1i＝[000…10]，i＝1,…,r₁，其中被約束參數(shù)的位置為1，其他參數(shù)的位置為0；S′₁為比當前子區(qū)域距離爆心更近的所有子區(qū)域相應網(wǎng)格的重建結果；

(2)第二類正則化方式：

如果模型參數(shù)在空間上是平坦的，則在第一類正則化的基礎上增加平滑方程組：

W₂S＝S′₂

式中，W₂為r₂×N的一階差分矩陣，即

S'₂為需要平滑位置的網(wǎng)格速度之差；矩陣W₂中的元素w_2i＝[000…-10…10]，i＝1,…,r₂，其中，需要平滑的相鄰兩網(wǎng)格位置參數(shù)為1和-1，其余為0，r₂為需要平滑的位置數(shù)；

根據(jù)走時層析成像原理DS＝T得到：

式中，D₀和T₀分別為不考慮正則化信息的距離矩陣和走時矩陣，將改寫為DS＝T的形式，其中將D和T代入S＝Q^-1(PDQ^-1)⁺P·T中進行求解。