基于结构化网格的多种类侵爆弹对建筑目标毁伤评估方法技术

本发明专利技术公开的基于结构化网格的多种类侵爆弹对建筑目标毁伤评估方法，属于侵爆战斗部对建筑目标毁伤效果评估领域。本发明专利技术将建筑目标划分成用于毁伤评估仿真的结构化网格，在计算炸点时通过撞击点坐标计算得到点所在网格编号，根据射出点坐标得到下一个侵彻发生的网格编号，无需对每个网格进行计算，提高评估效率。本发明专利技术不仅考虑中心点是否在毁伤范围内，还考虑网格在毁伤范围内的体积大小，提高评估精度。本发明专利技术从炸点逐层向外扩张，直到网格中心点不在毁伤球内，统计出被毁伤的网格数量，无需对每一个网格进行判断，进一步提高评估效率。本发明专利技术能够为火力打击提供预期的毁伤结果，能够在作战前为多侵爆战斗部的火力规划提供支撑，优化打击方案。

Damage assessment method of multiple kinds of penetrators to building targets based on structured grid

【技术实现步骤摘要】
基于结构化网格的多种类侵爆弹对建筑目标毁伤评估方法
本专利技术属于侵爆战斗部对建筑目标毁伤效果评估领域，涉及一种基于结构化网格的多种类侵爆战斗部对建筑目标毁伤效能评估方法。
技术介绍
目前已有的基于网格法的侵爆战斗部对建筑目标毁伤效果计算方法是先建立建筑目标的等效模型，划分网格后，使用遍历的方法，分别求每个网格面与侵爆战斗部末端弹道线的交点，以此来求侵爆战斗部的侵彻层数及炸点。在求毁伤效果时，也是使用遍历的方法来判断网格是否处于侵爆战斗部的毁伤区域内。这种方法在网格数量较多的时候，每个网格都要与末端弹道线求交点，且每个网格都要判断是否处于毁伤区域内，因此毁伤评估过程会耗费大量的时间及计算资源。
技术实现思路
本专利技术公开的基于结构化网格的多种类侵爆弹对建筑目标毁伤评估方法要解决的技术问题为：基于结构化网格实现对多种类侵爆弹对建筑目标毁伤效果评估，具有评估效率高和评估精度高的优点。本专利技术目的是通过下述技术方案实现的。本专利技术公开的基于结构化网格的多种类侵爆弹对建筑目标毁伤评估方法，包括以下步骤：步骤1：建立建筑目标的模型，建立建筑目标坐标系，并将建筑目标划分成用于毁伤评估仿真的结构化网格，对网格按照三维空间位置顺序进行编号，赋予网格“毁伤状态”属性，并对每个网格的面、线、点分别进行编号，并对编号后的面和线分别赋予物理属性。步骤1.1：建立建筑目标的几何模型。为计算方便，将建筑目标简化为长宽高分别为L,W,H的等效长方体。步骤1.2：建立目标坐标系。将坐标系原点定在等效长方体的底面中心点，Y轴垂直于地面，X轴指向等效长方形较长边的方向，若两边长度相等则任取一边作为长边，Z轴通过右手定则获得。步骤1.3：将建筑目标划分成用于毁伤评估仿真的结构化网格，并将建筑目标划分成用于毁伤评估仿真的结构化网格，对网格按照三维空间位置顺序进行编号，赋予网格“毁伤状态”属性，并对每个网格的面、线、点分别进行编号，并对编号后的面和线分别赋予物理属性。将地面建筑内部的房间等效为均匀划分的网格，长、宽、高三边划分的网格数量分别为DL,DW,DH，每个网格的长宽高RL,RW,RH相同。将每个网格进行编号，沿X轴正方向第i个，Y轴正方向第j个，Z轴正方向第k个长方体网格编号为R(i,j,k)，并得到所述网格的几何中心坐标CPR(i,j,k)＝(XR(i,j,k),YR(i,j,k),ZR(i,j,k))。CPR(i,j,k)的三个坐标值通过网格的编号R(i,j,k)经下式计算得到：将目标坐标系的X轴正方向定为右，Y轴正方向定为上,Z轴正方向定为前。将网格的6个面按右左前后上下分别编号为S1,S2,S3,S4,S5和S6，并按建筑内部结构赋予每个面物理属性。所述物理属性包括“承重墙”或“剪力墙”。两个面的交线编号为两个面编号，如S2和S3的交线为L23，并将垂直于XOZ的交线赋予“柱”属性，平行与XOZ的交线赋予“梁”属性。三个面的交点编号为三个面编号，如S1,S2和S3的交点为P123。同时，赋予网格“毁伤状态”属性，用DSR(i,j,k)表示，取值为0或1，其中0代表未被毁伤，1代表被毁伤。步骤2：建立单枚侵彻战斗部的模型，根据命中精度和末端弹道参数抽样得到末端弹道线方程，根据所述侵彻战斗部的实际参数设定模型的引信计层参数和毁伤半径参数，通过改变命中精度参数、末端弹道参数、引信计层参数和毁伤半径参数，得到不同种类的单枚侵彻战斗部模型。步骤2.1：根据命中精度和末端弹道参数抽样得到末端弹道线方程，由于侵彻战斗部的末端弹道近似为一条直线，因此根据弹道线方向向量DPene＝(DX,DY,DZ)与线上一点PL＝(XL,YL,ZL)确定目标坐标系下的弹道线方程。弹道线方向向量DPene＝(DX,DY,DZ)通过弹道入射角α与弹道方位角β计算得到。其中，入射角α是指末端弹道线与XOZ平面的夹角，取值为[0,90°]；方位角β是指末端弹道线在XOZ平面上的投影线与X轴的夹角，取值为[-180°,180°]，逆时针为正。线上一点PL＝(XL,YL,ZL)通过瞄准点PAim＝(XAim,YAim,ZAim)与命中精度参数CEP计算得到。由于侵彻战斗部对地面建筑的瞄准点位于建筑顶部，因此瞄准点的Y坐标，即YAim＝H，为定值。线上一点PL＝(XL,YL,ZL)的除YL的两个坐标值(XL,ZL)满足均值为(XAim,ZAim)、方差为(σ1，σ2)的二维正态分布。其中σ1，σ2相等，计算公式为：σ1＝σ2＝σ＝CEP/1.1774；因此，线上一点PL＝(XL,YL,ZL)通过二维正态分布抽样得到。根据弹道线方向DPene＝(DX,DY,DZ)与线上一点PL＝(XL,YL,ZL)由下式得到末端弹道线的直线方程：当方向向量分量DX,DY,DZ中有1个为0时，则该方向向量分量对应的分子也为0。步骤2.2：根据所述侵彻战斗部的实际参数设定模型的引信计层参数和毁伤半径参数。将战斗部的引信侵彻计层数记为FFuze，爆炸毁伤半径记为RDamage。步骤3：根据侵彻战斗部的末端弹道方程和建筑目标的几何模型计算侵彻战斗部与建筑的撞击点。根据侵彻战斗部末端弹道线与建筑目标六个表面所在平面方程计算交点，并判断交点是否在长方体外表面，并统计交点个数。若交点个数为0或1，则此次战斗部未直接命中建筑，重新进行步骤2.1，抽样新的末端弹道方程进行计算；若交点个数为2，则根据两个交点与PL的距离判断撞击点或射出点，离PL近的为撞击点PHit＝(XHit,YHit,ZHit)。步骤4：根据撞击点PHit＝(XHit,YHit,ZHit)确定侵彻开始时建筑目标的网格编号，根据末端弹道方程计算末端弹道线在所述网格的射出点坐标及所在面编号，根据面编号确定下一个侵彻发生的网格编号，依次迭代，直到达到侵彻战斗部的引信计层数FPene或侵彻战斗部的剩余速度为0，得到爆炸发生的网格编号，根据末端弹道线与所述网格的撞击点及引信延迟作用时间计算炸点PExplosive＝(XExplosive,YExplosive,ZExplosive)。步骤4.1：根据撞击点PHit＝(XHit,YHit,ZHit)确定侵彻开始时建筑目标的网格编号R1(i1,j1,k1)，计算方法为：i1＝(XHit+L/2)/(L/DL)+1,向下取整；j1＝YHit/(H/DH)+1,向下取整；k1＝(ZHit+W/2)/(W/DW)+1,向下取整；根据计算得到的网格编号，得侵彻开始时建筑目标的网格的几何中心坐标此时，计数侵彻层数FC＝1。根据战斗部的入射速度、角度和入射面的属性、厚度等参数查表获得侵彻后的剩余速度表格如下。入射速度入射角方位角入射面属性入射面材料入射面厚度侵彻后速度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于结构化网格的多种类侵爆弹对建筑目标毁伤评估方法，其特征在于：包括以下步骤，/n步骤1：建立建筑目标的模型，建立建筑目标坐标系，并将建筑目标划分成用于毁伤评估仿真的结构化网格，对网格按照三维空间位置顺序进行编号，赋予网格“毁伤状态”属性，并对每个网格的面、线、点分别进行编号，并对编号后的面和线分别赋予物理属性；/n步骤2：建立单枚侵彻战斗部的模型，根据命中精度和末端弹道参数抽样得到末端弹道线方程，根据所述侵彻战斗部的实际参数设定模型的引信计层参数和毁伤半径参数，通过改变命中精度参数、末端弹道参数、引信计层参数和毁伤半径参数，得到不同种类的单枚侵彻战斗部模型；/n步骤3：根据侵彻战斗部的末端弹道方程和建筑目标的几何模型计算侵彻战斗部与建筑的撞击点；/n步骤4：根据撞击点确定侵彻开始时建筑目标的网格编号，根据末端弹道方程计算末端弹道线在所述网格的射出点坐标及所在面编号，根据面编号确定下一个侵彻发生的网格编号，依次迭代，直到达到侵彻战斗部的引信计层数或侵彻战斗部的剩余速度为0，得到爆炸发生的网格编号，根据末端弹道线与所述网格的撞击点及引信延迟作用时间计算炸点；/n步骤5：根据炸点和侵彻战斗部的威力参数得到毁伤球，统计建筑目标被单枚侵彻战斗部毁伤的网格数量；/n步骤6：重复迭代步骤2至步骤5，根据实际情况的不同种类的侵彻战斗部数量确定迭代次数，每次迭代得到对应的单枚战斗部毁伤网格数量，将被毁伤的网格的毁伤状态参数DS...

【技术特征摘要】
1.基于结构化网格的多种类侵爆弹对建筑目标毁伤评估方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤1：建立建筑目标的模型，建立建筑目标坐标系，并将建筑目标划分成用于毁伤评估仿真的结构化网格，对网格按照三维空间位置顺序进行编号，赋予网格“毁伤状态”属性，并对每个网格的面、线、点分别进行编号，并对编号后的面和线分别赋予物理属性；
步骤2：建立单枚侵彻战斗部的模型，根据命中精度和末端弹道参数抽样得到末端弹道线方程，根据所述侵彻战斗部的实际参数设定模型的引信计层参数和毁伤半径参数，通过改变命中精度参数、末端弹道参数、引信计层参数和毁伤半径参数，得到不同种类的单枚侵彻战斗部模型；
步骤3：根据侵彻战斗部的末端弹道方程和建筑目标的几何模型计算侵彻战斗部与建筑的撞击点；
步骤4：根据撞击点确定侵彻开始时建筑目标的网格编号，根据末端弹道方程计算末端弹道线在所述网格的射出点坐标及所在面编号，根据面编号确定下一个侵彻发生的网格编号，依次迭代，直到达到侵彻战斗部的引信计层数或侵彻战斗部的剩余速度为0，得到爆炸发生的网格编号，根据末端弹道线与所述网格的撞击点及引信延迟作用时间计算炸点；
步骤5：根据炸点和侵彻战斗部的威力参数得到毁伤球，统计建筑目标被单枚侵彻战斗部毁伤的网格数量；
步骤6：重复迭代步骤2至步骤5，根据实际情况的不同种类的侵彻战斗部数量确定迭代次数，每次迭代得到对应的单枚战斗部毁伤网格数量，将被毁伤的网格的毁伤状态参数DSR(i,j,k)＝1；迭代完成后统计多枚侵彻战斗部毁伤后建筑目标的被毁伤网格数，统计方法为统计毁伤状态DSR(i,j,k)＝1的网格；用被多枚侵彻战斗部毁伤后建筑目标的被毁伤网格数量NDamage与网格总数NToltal之比表征毁伤效果E，即：



所述的毁伤效果E即为多种类侵爆战斗部对建筑目标毁伤效果评估结果。


2.如权利要求1所述的基于结构化网格的多种类侵爆弹对建筑目标毁伤评估方法，其特征在于：还包括步骤7，根据步骤6得到的多种类侵爆战斗部对建筑目标毁伤效果评估结果，能够为作战时的火力打击提供预期的毁伤结果，为后续的作战方案提供支持；另外，设置不同的初始参数，利用每次仿真得到的毁伤效能评估结果，能够在作战前为多侵爆战斗部的火力规划提供支撑，优化打击方案。


3.如权利要求1或2所述的基于结构化网格的多种类侵爆弹对建筑目标毁伤评估方法，其特征在于：步骤1实现方法为，
步骤1.1：建立建筑目标的几何模型；为计算方便，将建筑目标简化为长宽高分别为L,W,H的等效长方体；
步骤1.2：建立目标坐标系；将坐标系原点定在等效长方体的底面中心点，Y轴垂直于地面，X轴指向等效长方形较长边的方向，若两边长度相等则任取一边作为长边，Z轴通过右手定则获得；
步骤1.3：将建筑目标划分成用于毁伤评估仿真的结构化网格，并将建筑目标划分成用于毁伤评估仿真的结构化网格，对网格按照三维空间位置顺序进行编号，赋予网格“毁伤状态”属性，并对每个网格的面、线、点分别进行编号，并对编号后的面和线分别赋予物理属性；
将地面建筑内部的房间等效为均匀划分的网格，长、宽、高三边划分的网格数量分别为DL,DW,DH，每个网格的长宽高RL,RW,RH相同；
将每个网格进行编号，沿X轴正方向第i个，Y轴正方向第j个，Z轴正方向第k个长方体网格编号为R(i,j,k)，并得到所述网格的几何中心坐标CPR(i,j,k)＝(XR(i,j,k),YR(i,j,k),ZR(i,j,k))；CPR(i,j,k)的三个坐标值通过网格的编号R(i,j,k)经下式计算得到：



将目标坐标系的X轴正方向定为右，Y轴正方向定为上,Z轴正方向定为前；
将网格的6个面按右左前后上下分别编号为S1,S2,S3,S4,S5和S6，并按建筑内部结构赋予每个面物理属性；所述物理属性包括“承重墙”或“剪力墙”；
两个面的交线编号为两个面编号，如S2和S3的交线为L23，并将垂直于XOZ的交线赋予“柱”属性，平行与XOZ的交线赋予“梁”属性；
三个面的交点编号为三个面编号，如S1,S2和S3的交点为P123；
同时，赋予网格“毁伤状态”属性，用DSR(i,j,k)表示，取值为0或1，其中0代表未被毁伤，1代表被毁伤。


4.如权利要求3所述的基于结构化网格的多种类侵爆弹对建筑目标毁伤评估方法，其特征在于：步骤2实现方法为，
步骤2.1：根据命中精度和末端弹道参数抽样得到末端弹道线方程，由于侵彻战斗部的末端弹道近似为一条直线，因此根据弹道线方向向量DPene＝(DX,DY,DZ)与线上一点PL＝(XL,YL,ZL)确定目标坐标系下的弹道线方程；
弹道线方向向量DPene＝(DX,DY,DZ)通过弹道入射角α与弹道方位角β计算得到；其中，入射角α是指末端弹道线与XOZ平面的夹角，取值为[0,90°]；方位角β是指末端弹道线在XOZ平面上的投影线与X轴的夹角，取值为[-180°,180°]，逆时针为正；
线上一点PL＝(XL,YL,ZL)通过瞄准点PAim＝(XAim,YAim,ZAim)与命中精度参数CEP计算得到；由于侵彻战斗部对地面建筑的瞄准...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐豫新，蔡子雷，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11