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专利号: 2018114384537
申请人: 西安工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种近炸破片分布场弹目交汇的目标毁伤评估方法,其特征在于,包括以下步骤:

将第一光场相机和第二光场相机分别对称布置在飞行弹道的两侧,当发射装置发射弹丸时,图像采集单元连续接收并处理所述第一光场相机和所述第二光场相机所采集到的图片,获得破片图像的质心像素坐标;

利用所述质心像素坐标,建立空间几何模型并计算所述破片的空间三维位置坐标参数(Xi,Yi,Zi);

分别建立弹体坐标系(Xm,Ym,Zm)、目标坐标系(Xt,Yt,Zt)、弹体速度坐标系(Xmv,Ymv,Zmv)、目标速度坐标系(Xtv,Ytv,Ztv)、相对速度坐标系(Xr,Yr,Zr)以及地面坐标系(X,Y,Z),获取坐标系之间的转换关系;

利用所述空间三维位置坐标参数(Xi,Yi,Zi),获得t0与ti时刻同一所述破片的空间位置与 对同一所述破片不同时刻的位置坐标进行差值计算,获得每个所述破片的飞行矢量方向ω与速度V0,获得弹丸爆炸瞬间的破片静态分布函数;

建立弹体速度关联模型,将破片所述速度V0与目标速度Vt0转换到相对的所述速度坐标系XrYrZr中,获得所述破片相对地面坐标系(XYZ)的破片密度函数F1(φ)和速度分布函数V1(φ)以及相对目标坐标系(XtYtZt)的破片密度函数F2(r2,φv2,Ω2)和速度分布函数v2(r2,φv2,Ω2);

对所述目标划分成m个易损舱段,并对所述易损舱段进行矩形有限元单元划分,建立基于矩形单元的目标毁伤数学模型;

建立破片场与目标的交汇模型,判断所述破片微元面与所述目标的交汇情况,获得所述破片的位置、速度、方向矢量、破片大小以及形状与所述目标毁伤之间的关联模型G(Xi,Yi,Zi);

根据所述破片的运动轨迹与所述破片场和单一矩形目标面元的交汇情况,判断落于所述目标表面的破片分布密度F(Xi,Yi,Zi),所述破片的落速Vc以及所述破片与所述目标的交汇角ψ,获得所述破片场对所述目标的毁伤概率P以及侵彻厚度Lk。

2.根据权利要求1所述的目标毁伤评估方法,其特征在于,计算所述破片的空间三维位置坐标参数的步骤如下:通过改变位置参数a和所述第一光场相机和所述第二光场相机的焦距f使得空间中的所述破片重新聚焦于新的像平面上形成清晰的像,获得重聚焦后的破片图像的质心像素坐标(xi,yi),表示如下:其中,(ui,vi)是光束进入面阵CCD相机的微透镜阵列的位置坐标,(xi',yi')是空间破片在重聚焦之前的破片图像的质心像素坐标;

以目标在X轴上的投影点作为坐标原点,建立空间直角坐标系,计算空间中各个所述破片与两个光轴的夹角在XY平面的投影角γ1i与γ2i,其中,(x1i,y1i)与(x2i,y2i)分别是所述第一光场相机与所述第二光场相机所获取得破片图像的质心像素坐标,γ1i与γ2i的计算如下:计算所述破片相对于所述目标的所述空间三维位置坐标(Xi,Yi,Zi),表示如下:

其中,H为被毁目标的空间高度,第一光场相机的仰角为θ1,其还是光轴与相机基线的夹角,第二光场相机的仰角为θ2,ε1i与ε2i是破片与两个光轴之间的夹角,d是第一光场相机和第二光场相机之间的距离。

3.根据权利要求1所述的目标毁伤评估方法,其特征在于,所述获得弹丸爆炸瞬间的破片静态分布函数包括:将动态条件下的破片场划分为n个破片微元面,获得弹丸爆炸瞬间每一个所述破片微元面的破片静态分布函数,其中,静态分布函数包括破片密度分布函数与破片的初速分布函数

4.根据权利要求3所述的目标毁伤评估方法,其特征在于,计算所述破片密度分布函数和所述破片的初速分布函数的步骤如下:假设目标以Vt0进行匀速直线运动,则目标到达预定点的时间为T,表示如下:

其中,H为被毁目标的空间高度,ω为破片的飞行方向角,g是重力加速度,根据所述破片的空间三维位置坐标,利用前一时刻的与后一时刻的破片位置做差值得到(ΔXi,ΔYi,ΔZi),而 则每一个所述破片的飞行方向角ω与速度V0表示如下:

给定所述破片的平均形状、平均质量mf和破片总数量N,假设所述破片的飞散方向角为φc和飞散角Δφ,φ是某一枚所述破片的飞散角,σφ为φc的数学期望,V0为破片飞行的初速度,V0介于所述破片的最大速度Vmax与破片最小速度Vmin之间,所述破片的分布密度呈平缓的正态分布,考虑破片初速沿飞散角的变化,则有破片的静态密度分布函数F0(φ)与破片的速度分布函数V0(φ)如下式所示:V0(φ)=V0cos{[2arccos(Vmin/Vmax)/Δφ]·(φ-φc)}。

5.根据权利要求1所述的目标毁伤评估方法,其特征在于,所述获得所述破片相对地面坐标系(XYZ)的动态破片密度函数F1(r1,φv1,Ω1)和速度分布函数v1(r1,φv1,Ω1)以及相对目标坐标系(XtYtZt)的动态破片密度函数F2(r2,φv2,Ω2)和速度分布函数v2(r2,φv2,Ω2)包括:将所述破片的速度参数V0与所述目标的速度参数Vt0转换到所述相对速度坐标系中,计算破片的动态分布参数,步骤如下:相对所述地面坐标系而言,假设所述破片的动态飞散角φv1,周相角为Ω1,所述破片的空间位置到目标的距离为r1, -KH为速度衰减系数,vmx是破片速度在x轴上的分量,则所述破片的空间密度函数F1(r1,φv1,Ω1)和破片的速度分布v1(r1,φv1,Ω1)表示如下:v1(r1,φv1,Ω1)=v01(r1,φv1)exp(-KH·r1)

v01(r1,φv1)=vmx+v0(φ)cos(φ)

在相对目标速度坐标系中,vt是被毁目标的速度,v1和v2分别是破片前一时刻的速度与后一时刻的速度,则所述破片的空间密度函数F2(r2,φv2,Ω2)和破片的速度分布函数v2(r2,φv2,Ω2)表示如下:v2(r2,φv2,Ω2)=v1(r1,φv,Ω1)-vt。

6.根据权利要求1所述的目标毁伤评估方法,其特征在于,所述获得所述破片的位置、速度、方向矢量、破片大小以及形状与所述目标毁伤之间的关联模型G(Xi,Yi,Zi)包括:破片微元面与目标易损区方体单元格交汇,获得两者交汇面的面积以及交汇面上的破片数量Nf以及分布密度函数F(Xi,Yi,Zi),当目标坐标系(XtYtZt)和弹体坐标系(XmYmZm)平行或者两个坐标之间的夹角为90°时,破片微元面与目标易损区方体单元格的交汇面为矩形,若目标坐标系和弹体坐标系夹角为锐角时,空间交汇面不唯一;

计算破片微元面与目标易损区交汇面的面积Si,即为目标的毁伤面积;

在弹丸爆炸瞬间,即t0=0时刻,破片所在位置为 经过ti时间后,破片的

飞行轨迹与矩形交汇面ABCD所在平面交于点Pi,利用轨迹线法求出破片运动轨迹与交汇面的交点坐标(XP,YP,ZP),并求出破片的落角ψ,建立破片的空间位置坐标与目标毁伤的关联模型G(Xi,Yi,Zi);

通过破片和目标的速度方向矢量,将目标与破片的速度叠加到相对坐标系中,利用破片速度的衰减系数Kk,计算破片毁伤目标的动能E和破片与目标面元交点的偏移量。

7.根据权利要求1所述的目标毁伤评估方法,其特征在于,所述获得所述破片场对所述目标的毁伤概率P以及侵彻厚度Lk包括:当目标的飞行角度发生变化时,假设vr为破片与目标的相对速度,则作用在目标单一面元的破片散布与目标之间的关联模型G(Xi,Yi,Zi)如下:设G(Xi,Yi,Zi)为破片坐标对于被毁目标的毁伤规律,G(Xi,Yi,Zi)表示破片在相对于目标的特定空间点(Xi,Yi,Zi)对该目标造成的毁伤概率;F(Xi,Yi,Zi)为破片落于目标的密度,利用弹丸破片对目标易损性舱段和单一目标面元贡献的毁伤面积Si,则可以得到基于破片散布的多维角度目标毁伤概率函数P:根据破片与目标的相对速度和破片毁伤目标的动能E,考虑目标对于破片的阻力系数Kk,基于动量守恒定律,求出破片散布对弹丸造成的侵彻厚度Lk;

式中,Vc是破片的落速,ψ为破片的落角,λ是与破片形状有关的系数,Di为不同形状破片的直径大小,Kk是阻力系数。