[發(fā)明專利]基于高速攝影系統(tǒng)的沖擊波超壓場測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110722396.0
• 申請日: 2021-06-29
• 公開（公告）號: CN113514182B
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張穎;劉曉宇;楊建宏;常慶;王正軍;康怡然;趙繼紅;熊云
• 申請（專利權(quán)）人: 西安航天動力測控技術(shù)研究所
• 主分類號: G01L5/00
• 分類號: G01L5/00;G06F17/16;G06T7/13;G06T7/62;G06T7/90
• 代理公司: 西安匠星互智知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 61291
• 代理人: 陳星

1.一種基于高速攝影系統(tǒng)的沖擊波超壓場測量方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：拍攝沖擊波超壓測試視頻，獲取完整的沖擊波傳播畫面，獲取的圖像中，圖像坐標(biāo)系的橫坐標(biāo)平行于地平線，縱坐標(biāo)為高度方向；

步驟2：提取沖擊波波陣面：

步驟2.1：在高速攝像系統(tǒng)采集到的沖擊波傳播圖像中，選擇沖擊波波陣面與爆炸所產(chǎn)生的火球煙霧完全分離的圖像作為處理圖像；

步驟2.2：將所述處理圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖像；

步驟2.3：采用邊緣檢測方法對灰度圖像進行邊緣檢測提取，得到邊緣圖像；

步驟2.4：通過采用后一幀邊緣圖像減去前一幀邊緣圖像的方式消除背景邊緣信息；

步驟2.5：根據(jù)沖擊波波陣面邊緣在外側(cè)，火球及煙霧邊緣在內(nèi)側(cè)的原理，對經(jīng)過步驟2.4處理后的邊緣圖像進行有效邊緣提取，得到?jīng)_擊波有效波陣面邊緣曲線；有效波陣面邊緣曲線在該圖像的圖像矩陣中數(shù)據(jù)值為1，圖像矩陣中的其他像素點數(shù)據(jù)值置0；

步驟3：確定沖擊波波陣面時間-距離序列：

選取沖擊波傳播方向線：利用圖像中已知的爆心坐標(biāo)(x₀,y₀)，并根據(jù)邊緣檢測結(jié)果中沖擊波波陣面?zhèn)鞑ペ厔荩x定遠(yuǎn)端像素坐標(biāo)(x_n,y_n)，該點坐標(biāo)選定滿足條件：連接爆心與該點所確定的直線，與沖擊波傳播過程中的波陣面均相交；

該直線方程表達式為：

表示為：Ax+By+C＝0

其中：

B＝-1

對于該圖像所對應(yīng)的經(jīng)過步驟2處理得到的圖像矩陣，提取該矩陣中所有數(shù)值為1的像素坐標(biāo)，形成沖擊波波陣面序列(x′_i,y′_i)，并計算沖擊波波陣面序列中各像素點到?jīng)_擊波傳播方向線的距離：

得到該圖像中，沖擊波波陣面與沖擊波傳播方向線相交像素點坐標(biāo)為min(d_i)對應(yīng)的坐標(biāo)(x′_I,y′_I)；

進一步得到該圖像中，沖擊波波陣面與沖擊波傳播方向線相交像素點同爆心的實際距離為

對含有沖擊波波陣面的圖像均進行上述處理，其中選擇的遠(yuǎn)端像素坐標(biāo)(x_n,y_n)是相同的，得到時間-距離序列[(t_j,l_j)|j＝1,2…]；

對時間-距離序列逐個進行判斷，當(dāng)滿足條件l_j＜l_j+1，則認(rèn)為第j個點是沖擊波波陣面上的有效點，直至不滿足條件l_j＜l_j+1，則得到之前的有效的時間-距離序列為：[(t_j,l_j)|j＝1...K]，其中K表示有效圖片數(shù)量，t_j為對應(yīng)圖片j的相對時間，l_j為圖片j中沖擊波波陣面與爆心的實際距離；

步驟4：確定沖擊波波陣面距離-速度序列：

對步驟3得到的有效的時間-距離序列進行差分計算可得到?jīng)_擊波的速度序列，進而得到對應(yīng)的沖擊波波陣面距離-速度序列；

步驟5：確定沖擊波波陣面距離-超壓值序列：

根據(jù)波陣面壓力變化公式

得到?jīng)_擊波波陣面速度-超壓值序列，進而得到?jīng)_擊波波陣面距離-超壓值序列，其中M_S表示沖擊波相對于波前氣流運動的馬赫數(shù)，根據(jù)公式確定，P為峰前超壓值，k為波前和波后空氣比熱比，D為波前介質(zhì)本身速度，v為沖擊波波陣面運動速度，c為測試環(huán)境溫度下的空氣中的聲速，P₀為測試環(huán)境大氣壓；

步驟6、確定沖擊波超壓場特性：

將得到的沖擊波波陣面距離-超壓值序列代入薩道夫斯基經(jīng)驗公式，解算薩道夫斯基經(jīng)驗公式系數(shù)，從而得到?jīng)_擊波超壓場特性公式。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于高速攝影系統(tǒng)的沖擊波超壓場測量方法，其特征在于：在進行沖擊波超壓測試前，根據(jù)產(chǎn)品裝藥量，通過薩道夫斯基經(jīng)驗公式和火球經(jīng)驗公式，計算沖擊波傳播范圍以及火球直徑；依據(jù)計算結(jié)果，將高速攝影系統(tǒng)架設(shè)在距離產(chǎn)品一定距離處，并調(diào)整高速攝影系統(tǒng)水平及視野，確保高速攝影系統(tǒng)可以獲取完整的沖擊波傳播畫面。