兵器试验场弹着点实时定位方法技术

本发明专利技术提供一种弹着点实时定位方法，包括：在试验场内边缘位置间隔埋设若干检波器台站，各台站连续记录的信号定义为i；采用能量极值法，在各检波器台站连续记录的信号i中进行靶击事件的识别；完成识别后，通过计算靶击波形峰度和偏斜度来提取靶击信号到时信息；用频率域的信号互相关(交差谱法)计算得到不同检波器台站记录的靶击事件的时间差；根据计算得到的靶击事件时间差反演靶击位置，确定各靶基事件弹着点。本发明专利技术的方法能够更加精确地获得靶基位置，即弹着点，其中本发明专利技术方法计算得出的时差精度比信号记录的数字化率还要高，因此可以为广阔的试验场内弹头的回收提供精准的定位，大大节省了人力和时间成本。

Real time positioning method of bullet point in weapon test field

The present invention provides a real-time positioning method for the point of point, which includes a number of geophone stations in the edge position interval in the test field, the signal of the stations recorded continuously at each station is defined as I; the target event recognition is carried out in the signal I which is continuously recorded at each geophone station by the energy extreme value method; after the recognition is completed, the target is calculated by the target. When the wave kurtosis and skewness are struck to extract the arrival time information of the target signal, the time difference between the target events recorded at different geophone stations is calculated with the signal cross correlation (cross spectrum method) in the frequency domain, and the target location of the target base is determined according to the time difference of the target event time calculated. The method of the invention can get the position of the target more accurately, that is, the point of the bullet, in which the time difference accuracy calculated by the method is higher than the digital rate of the signal record, so it can provide a precise location for the recovery of the warhead in the wide test field and greatly save the manpower and time cost.

【技术实现步骤摘要】
兵器试验场弹着点实时定位方法
本专利技术涉及一种定位方法，具体涉及一种兵器试验场弹着点实时定位方法。
技术介绍
枪弹的研究性试射或检验需要在占地广阔的兵器试验场进行，尤其是炮弹类兵器，其试验场地往往占地方圆几公里甚至十几公里。兵器试验场上，炮弹性能信息一般装载在弹头上，为了检测这些性能，寻找弹着点位置就成为试验中必要的一个环节。目前在我国实验靶场，大多采用人工排查法寻找弹头，而在广阔的靶场，由于地形较复杂，人工排查费时费力。基于这种情况，有必要研发一种在兵器试验场内实时定位弹着点的方法，有效解决上述现有的问题，显著提高科研和训练工作的效率，降低人力和时间的浪费。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：提供一种在兵器试验场内实时定位弹着点的方法，能够同时精准定位多个弹着点，使试验场内发射的弹体能够快速回收，大大节省人力和时间成本。本专利技术的上述目的是通过以下技术方案实现的：提供一种弹着点实时定位方法，包括：1.在试验场内边缘位置间隔埋设若干检波器台站，各台站连续记录的信号定义为i；2.采用能量极值法，在各检波器台站连续记录的信号i中进行靶击事件的识别；3.完成步骤2的识别后，通过计算靶击波形峰度和偏斜度来提取靶击信号到时信息；4.用频率域的信号互相关(交差谱法)计算得到不同检波器台站记录的靶击事件的时间差；5.根据步骤4计算得到的靶击事件时间差反演靶击位置，确定各靶基事件弹着点。本专利技术方案中，检波器信号记录在靶击发生前后具有明显的差异。在靶击发生之前，记录的信号主要是系统噪声，信号的振幅和能量保持相对平稳的状态；当靶击信号到达时，信号的振幅和能量比出现突增。因此本专利技术优选的方案中，步骤2所述的采用能量极值法进行靶击事件识别，是通过对检波器台站接收信号i的振幅和能量比的突增量差值进行判断，识别出靶击事件。本专利技术进一步优选的方案中，针对所述的突增量差值判断设置临界值，并建立信号能量变化曲线Ratio(i)，通过寻找信号能量变化曲线上大于所述临界值的极值点，确定所述极值点信号即为靶击信号iba。所述的信号能量变化曲线Ratio(i)优选如以下式(I)所示：对于一通道信号X(i)，式(I)中的M为前后时窗长度，2M代表总时窗长度，r为稳定因子，其定义如下式(II)所示：其中len为信号通道的长度。本专利技术优选的方案中，步骤3所述的计算靶击波形峰度和偏斜度方法具体如下：定义一个有限长度的离散实数序列为{xi}，其偏斜度S的定义如下式(III)所示，其峰度K的定义如下式(IV)所示：其中为序列平均值，σx为其标准差。本专利技术进一步优选的方案中，所述的提取靶击信号到时信息的方法是，判断所述的峰度曲线K和所述的偏斜度曲线S的极值点，以极值点前曲线斜率最大的位置作为靶击信号iba到时的位置。本专利技术优选的方案中，步骤4所述的频率域的信号互相关(交差谱法)计算包括以下过程：4.1将相邻两个检波器台站记录的靶击信号函数定义为A1(t)和A2(t)，其交差谱定义如下式(V)所示：其中A1(f)、A2(f)分别为A1(t)、A2(t)的傅里叶变换，为A1(f)的复共轭。4.2通过平滑后的A1(f)和A2(f)计算两信号的相关性C(f)，计算公式如式(VI)所示：4.3直接由复数形式的S(f)得到交差谱的相位φ(f)；而相位与时差δ的关系如式(VII)所示：φ(f)＝2πδf(VII)4.4利用一组φ(f)，f采用最小二乘法拟合直线的方法求得两信号的时差δ，具体是选取一个时窗，并平移时窗，各个时窗的时差求和取平均值；拟合直线时，每个相位点用C(f)/(1-C2(f))进行加权。本专利技术优选的方案中，步骤5所述的反演靶击位置具体方法如下：靶击信号iba从靶击位置P(x,y,z)传播到台站Sk(xk,yk,zk)的到时T根据射线理论表达为式(VIII)其中τ是靶击信号i发生的起始时刻，u是信号传播的慢度，ds是传播路径的积分因子。假设靶击信号从靶击位置到台站之间的传播速度恒定为v＝1/u，靶击信号通过地表直达波转播到记录台站。靶击位置P(x,y,z)到台站Sk(xk,yk,zk)之间的距离计算公式如下式(IX)所示：其中tk为靶击位置到台站之间的信号走时。信号时差组数为其中M为台站数量。最终根据获得的位置到台站之间的距离、信号时差组数及步骤3计算得到的每组信号时差反演出靶击位置。本专利技术另一种优选的方案中，步骤5所述的反演靶击位置所采用的台站间信号时差还可以通过以下式(X)计算：该方程里有四个未知量，传播速度v和靶击位置(x,y,z)，传播速度可以通过试验获得，并且可以在持续的实验中更新，使之越来越精确。将所有台站两两之间的时差方程联立，靶击位置就可以通过至少四个台站计算获得。与现有技术相比，本专利技术的方法能够更加精确地获得靶基位置，即弹着点，其中本专利技术方法计算得出的时差精度比信号记录的数字化率还要高。因此可以为广阔的试验场内弹头的回收提供精准的定位，大大节省了人力和时间成本。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。实施例1一种弹着点实时定位方法，包括：1.在试验场内边缘位置间隔埋设M个检波器台站，开始试验后，各台站连续记录的信号定义为i；2.采用能量极值法，在各检波器台站连续记录的信号i中进行靶击事件的识别；具体是通过对检波器台站接收信号i的振幅和能量比的突增量差值进行判断，识别出靶击事件。针对所述的突增量差值判断设置临界值，并建立信号能量变化曲线Ratio(i)，通过寻找信号能量变化曲线上大于所述临界值的极值点，确定所述极值点信号即为靶击信号iba。所述的信号能量变化曲线Ratio(i)优选如以下式(I)所示：对于一通道信号X(i)，式(I)中的M为前后时窗长度，2M代表总时窗长度，r为稳定因子，其定义如下式(II)所示：其中len为信号通道的长度。3.完成步骤2的识别后，通过计算靶击波形峰度和偏斜度来提取靶击信号到时信息；计算靶击波形峰度和偏斜度方法具体如下：定义一个有限长度的离散实数序列为{xi}，其偏斜度S的定义如下式(III)所示，其峰度K的定义如下式(IV)所示：其中为序列平均值，σx为其标准差。本专利技术进一步优选的方案中，所述的提取靶击信号到时信息的方法是，判断所述的峰度曲线K和所述的偏斜度曲线S的极值点，以极值点前曲线斜率最大的位置作为靶击信号iba到时的位置。4.用频率域的信号互相关(交差谱法)计算得到不同检波器台站记录的靶击事件的时间差；频率域的信号互相关(交差谱法)计算包括以下过程：4.1将相邻两个检波器台站记录的靶击信号函数定义为A1(t)和A2(t)，其交差谱定义如下式(V)所示：其中A1(f)、A2(f)分别为A1(t)、A2(t)的傅里叶变换，为A1(f)的复共轭。4.2通过平滑后的A1(f)和A2(f)计算两信号的相关性C(f)，计算公式如式(VI)所示：4.3直接由复数形式的S(f)得到交差谱的相位φ(f)；而相位与时差δ的关系如式(VII)所示：φ(f本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种弹着点实时定位方法，包括：1)在试验场内边缘位置间隔埋设若干检波器台站，各台站连续记录的信号定义为i；2)采用能量极值法，在各检波器台站连续记录的信号i中进行靶击事件的识别；3)完成步骤2)的识别后，通过计算靶击波形峰度和偏斜度来提取靶击信号到时信息；4)用频率域的信号互相关(交差谱法)计算得到不同检波器台站记录的靶击事件的时间差；5)根据步骤4)计算得到的靶击事件时间差反演靶击位置，确定各靶基事件弹着点。

【技术特征摘要】
1.一种弹着点实时定位方法，包括：1)在试验场内边缘位置间隔埋设若干检波器台站，各台站连续记录的信号定义为i；2)采用能量极值法，在各检波器台站连续记录的信号i中进行靶击事件的识别；3)完成步骤2)的识别后，通过计算靶击波形峰度和偏斜度来提取靶击信号到时信息；4)用频率域的信号互相关(交差谱法)计算得到不同检波器台站记录的靶击事件的时间差；5)根据步骤4)计算得到的靶击事件时间差反演靶击位置，确定各靶基事件弹着点。2.权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2)所述的采用能量极值法进行靶击事件识别，是通过对检波器台站接收信号i的振幅和能量比的突增量差值进行判断，识别出靶击事件。3.权利要求2所述的方法，其特征在于：针对所述的突增量差值判断设置临界值，并建立信号能量变化曲线Ratio(i)，通过寻找信号能量变化曲线上大于所述临界值的极值点，确定所述极值点信号即为靶击信号iba；所述的信号能量变化曲线Ratio(i)优选如以下式(I)所示：对于一通道信号X(i)，式(I)中的M为前后时窗长度，2M代表总时窗长度，r为稳定因子，其定义如下式(II)所示：其中len为信号通道的长度。4.权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤3)所述的计算靶击波形峰度和偏斜度方法具体如下：定义一个有限长度的离散实数序列为{xi}，其偏斜度S的定义如下式(III)所示，其峰度K的定义如下式(IV)所示：其中为序列平均值，σx为其标准差。5.权利要求4所述的方法，其特征在于：所述的提取靶击信号到时信息的方法是，判断所述的峰度曲线K和所述的偏斜度曲线S的极值点，以极值点前曲线斜率最大的位置作为靶击信号iba到时的位置。6.权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤4)所述的频率域的信号互相关(交差谱法)计算包括以下过程：4.1)将相邻两个检波器台...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐敏，梁杰，刘毅，张鹏程，
申请(专利权)人：陕西中科启航科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61