一种声光联合炸点定位系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种炸点定位系统及方法，具体涉及一种声光联合炸点定位系统及方法，解决现有炸点定位方法系统复杂、价格昂贵、通信及电力保障要求高、布设周期长、试验难度大、日常维护困难，以及受天气及环境因素影响大，且难以完成多轮次连发弹药炸点定位的技术问题。该声光联合炸点定位系统，包括声阵列、高速相机、测量装置以及安装架；测量装置包括信息处理模块、与信息处理模块通讯的GNSS授时定位模块、信号采集模块、相机触发模块；声阵列设置于安装架上，且与信号采集模块电连接；高速相机设置于安装架上，且分别与相机触发模块和信息处理模块电连接。本发明专利技术方法能够实现多轮次连发弹药的炸点定位。弹药的炸点定位。弹药的炸点定位。

【技术实现步骤摘要】
一种声光联合炸点定位系统及方法


[0001]本专利技术涉及一种炸点定位系统及方法，具体涉及一种声光联合炸点定位系统及方法。

技术介绍

[0002]靶场试验中，在大区域范围内高精度快速检测出弹药炸点，是评估弹药精度等指标的重要依据，快速、便捷、准确的完成炸点定位具有重要应用价值。
[0003]现有炸点定位方法按照定位原理主要有光学定位和声学定位两种。传统的声学方法完成炸点定位至少需要3个测点，基于交会方式的光学定位则需要两个以上测点，基于光电经纬仪的定位方法测试精度较高，但系统复杂，价格昂贵。其中光学定位方法精度高，但受天气及环境因素影响大，特别是在连发时，由于前爆弹药形成的烟尘影响，难以完成后续弹药炸点的定位，且靶场一般位于野外，采用多个测点定位时，通信及电力保障要求高、布设周期长、日常维护困难，增加了试验的难度。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是解决现有炸点定位方法系统复杂、价格昂贵、通信及电力保障要求高、布设周期长、试验难度大、日常维护困难，以及受天气及环境因素影响大，且难以完成多轮次连发弹药炸点定位的技术问题，而提供一种声光联合炸点定位系统及方法，能够满足快速部署、长时监测的需求。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：
[0006]一种声光联合炸点定位系统，其特殊之处在于：包括声阵列、高速相机、测量装置以及安装架；
[0007]测量装置包括信息处理模块、与信息处理模块通讯的GNSS授时定位模块、信号采集模块、相机触发模块；r/>[0008]声阵列设置于安装架上，且与信号采集模块电连接，声阵列用于监测爆炸时炸点产生的声波，并将声波转换为电信号送入信号采集模块；信号采集模块用于将电信号转换为数字信号传输至信息处理模块；
[0009]高速相机设置于安装架上，且分别与相机触发模块和信息处理模块电连接；相机触发模块用于触发高速相机记录炸点的爆炸图像；
[0010]GNSS授时定位模块用于确定声阵列和高速相机的空间坐标，并对信息处理模块进行授时；
[0011]信息处理模块用于对信号采集模块传输的数字信号进行时延估计，获得炸点的方位角和俯仰角；并对高速相机送入的爆炸图像进行处理，获取炸点方位角和俯仰角。
[0012]进一步地，所述声阵列采用五元十字阵，五元十字阵包括两个水平臂、一个竖直壁与五个传感器；
[0013]两个水平臂相互垂直设置，且高速相机的光轴投影与相邻的两个水平臂成45
°
夹
角；
[0014]一个竖直壁垂直于两个水平臂所在平面设置，其一端与两个水平臂的交叉点处连接；
[0015]五个传感器分别与信号采集模块电连接，其中4个传感器分别设置于两个水平臂的端部，其余一个传感器设置于一个竖直壁的另一端端部。
[0016]进一步地，所述相机触发模块采用火焰触发器。
[0017]同时，本专利技术还提供了一种声光联合炸点定位方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0018]1)搭建上述声光联合炸点定位系统；
[0019]2)通过GNSS授时定位模块获取声阵列和高速相机的空间坐标，并对信息处理模块进行授时；
[0020]3)通过声阵列监测爆炸炸点产生的声波，获取炸点方位角、俯仰角和声波到达时刻，并输送至授时后的信息处理模块；
[0021]4)通过高速相机监测爆炸炸点的火焰，获取炸点方位角、俯仰角和爆炸时刻，并输送至授时后的信息处理模块；
[0022]5)利用授时后信息处理模块融合步骤3)所得的炸点方位角、俯仰角和声波到达时刻与步骤4)所得的炸点方位角、俯仰角和爆炸时刻，完成炸点定位。
[0023]进一步地，步骤3)具体为：
[0024]3.1、利用声阵列上的五个传感器监测爆炸炸点，获得五路声波；
[0025]3.2、利用信息处理模块对五路声波两两组对分别进行时延估计，得到时延估计值序列τ＝[τ
12
，τ
13
，τ
14
，τ
15
，τ
23
，τ
24
，τ
25
，τ
34
，τ
35
，τ
45
]Τ
，其中T为向量转置符号；其中下标分别代表所对应的两个传感器；
[0026]3.3、以声阵列中心o为原点建立坐标系，定义高速相机的光轴方向为z轴，水平方向为x轴，垂直方向为y轴；
[0027]利用信息处理模块对声阵列的五个传感器位置两两组对做差，得到方向向量R＝[r
12
，r
13
，r
14
，r
15
，r
23
，r
24
，r
25
，r
34
，r
35
，r
45
]，其中r
12
为1#传感器指向2#传感器的向量，其余依此类推；
[0028]3.4、根据步骤3.2所得的时延估计值序列τ和步骤3.3所得的方向向量R，计算声波到达的波矢
[0029][0030]式中，波矢的方向为波达方向，v为声波速度；
[0031]3.5、定义波达方向op在xoy平面内投影op
′
与x轴的夹角为方位角θ
L
，与z轴的夹角为俯仰角由可得波矢将波矢代入下式，可得方位角θ
L
和俯仰角
[0032]θ
L
＝atan2(k
y
,k
x
)
[0033][0034]3.6、将声阵列的五个传感器接收到声波时间的平均值作为测点的声波到达时刻T1；
[0035]3.7、将步骤3.5获得的方位角θ
L
和俯仰角与步骤3.6获得的声波到达时刻T1输送至信息处理模块。
[0036]进一步地，步骤4)具体为：
[0037]4.1、标定高速相机，获得高速相机的俯仰角θ0、偏转角和单像素角度ε；
[0038]4.2、以高速相机中心o
′
为原点建立高速相机坐标系，定义高速相机的光轴方向为z
′
轴，水平方向为x
′
轴，垂直方向为y
′
轴，x
′
o
′
y
′
为高速相机的成像平面；
[0039]4.3、建立高速相机的图像坐标系，以高速相机光轴上图像中心o
″
为原点，高速相机光轴方向为z
″
轴，水平方向为x
″
轴，垂直方向为y
″
轴，p
″
为炸点，p
′
为炸点p
″
在步骤4.2中所得的成像平面x
′
o
′
y
′
内本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种声光联合炸点定位系统，其特征在于：包括声阵列(1)、高速相机(2)、测量装置(3)以及安装架(4)；所述测量装置(3)包括信息处理模块(304)、与信息处理模块(304)通讯的GNSS授时定位模块(301)、信号采集模块(302)、相机触发模块(303)；所述声阵列(1)设置于安装架(4)上，且与信号采集模块(302)电连接，声阵列(1)用于监测爆炸时炸点产生的声波，并将声波转换为电信号送入信号采集模块(302)；信号采集模块(302)用于将电信号转换为数字信号传输至信息处理模块(304)；所述高速相机(2)设置于安装架(4)上，且分别与相机触发模块(303)和信息处理模块(304)电连接；相机触发模块(303)用于触发高速相机(2)记录炸点的爆炸图像；所述GNSS授时定位模块(301)用于确定声阵列(1)和高速相机(2)的空间坐标，并对信息处理模块(304)进行授时；所述信息处理模块(304)用于对信号采集模块(302)传输的数字信号进行时延估计，获得炸点的方位角和俯仰角；并对高速相机(2)送入的爆炸图像进行处理，获取炸点方位角和俯仰角。2.根据权利要求1所述的一种声光联合炸点定位系统，其特征在于：所述声阵列(1)采用五元十字阵，五元十字阵包括两个水平臂(11)、一个竖直壁(12)与五个传感器(13)；所述两个水平臂(11)相互垂直设置，且高速相机(2)的光轴投影与相邻的两个水平臂(11)成45
°
夹角；所述一个竖直壁(12)垂直于两个水平臂(11)所在平面设置，其一端与两个水平臂(11)的交叉点处连接；所述五个传感器(13)分别与信号采集模块(302)电连接，其中4个传感器(13)分别设置于两个水平臂(11)的端部，其余一个传感器(13)设置于一个竖直壁(12)的另一端端部。3.根据权利要求1或2所述的一种声光联合炸点定位系统，其特征在于：所述相机触发模块(303)采用火焰触发器。4.一种声光联合炸点定位方法，其特征在于，包括以下步骤：1)搭建权利要求1或2或3任一所述的声光联合炸点定位系统；2)通过GNSS授时定位模块(301)获取声阵列(1)和高速相机(2)的空间坐标，并对信息处理模块(304)进行授时；3)通过声阵列(1)监测爆炸炸点产生的声波，获取炸点方位角、俯仰角和声波到达时刻，并输送至授时后的信息处理模块(304)；4)通过高速相机(2)监测爆炸炸点的火焰，获取炸点方位角、俯仰角和爆炸时刻，并输送至授时后的信息处理模块(304)；5)利用授时后信息处理模块(304)融合步骤3)所得的炸点方位角、俯仰角和声波到达时刻与步骤4)所得的炸点方位角、俯仰角和爆炸时刻，完成炸点定位。5.根据权利要求4所述的一种声光联合炸点定位方法，其特征在于，步骤3)具体为：3.1、利用声阵列(1)上的五个传感器(13)监测爆炸炸点，获得五路声波；3.2、利用信息处理模块(304)对五路声波两两组对分别进行时延估计，得到时延估计值序列τ＝[τ
12
，τ
13
，τ
14
，τ
15
，τ
23
，τ
24
，τ
25
，τ
34
，τ
35
，τ
45
]
Τ
，其中T为向量转置符号；其中下标分别
代表所对应的两个传感器(13)；3.3、以声阵列(1)中心o为原点建立坐标系，定义高速相机(2)的光轴方向为z轴，水平方向为x轴，垂直方向为y轴；利用信息处理模块(304)对声阵列(1)的五个传感器(13)位置两两组对做差，得到方向向量R＝[r
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，r
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，r
14
，r
15
，r
23
，r
24
，r
25
，r
34
，r
35
，r
45
]，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宝国，梁旭斌，李进，孙迪峰，张芳，李国亮，张洋，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：