一种导弹飞行试验中地下未爆侵彻弹头的定位方法与流程

1.本发明涉及模拟试验技术领域，特别涉及一种导弹飞行试验中地下未爆侵彻弹头的定位方法。


背景技术：

2.配备整体侵彻弹头常规导弹是打击深地下和强防护目标的“杀手锏”武器，在其装备部队前的鉴定定型过程中必然要进行多批次的靶场飞行试验。随着导弹试验批次的不断实施，产生侵入地下的哑弹也就成为大概率事件。为避免哑弹意外爆炸对靶场使用和维护带来的严重人员安全问题和风险，就需要对深地下哑弹进行未爆弹处理。但是，由于靶场靶标区域地下多层不同介质的非均匀分布特性，造成哑弹侵彻轨迹难以预测，侵彻运动终止点难以判断，这样就必然大大增加未爆弹处理的安全风险，造成人员和设备的重大损失。因此，及时搜索、定位和有效地消除哑弹，成为保障导弹试验任务持续顺利进行的重要前提和迫切需求。
3.靶场靶标区未爆弹处理实践表明：鉴于靶标区戈壁滩地域地质构成的复杂性，地质雷达、磁力仪等试验后未爆弹探测定位的多种现有方法经试验难以达成定位目的，国内尚没有可以完成对应深度未爆弹探测的相应方法，因此哑弹搜索定位作为靶场哑弹处理的一个技术难点，需要结合新的探测原理提出新的定位方法。


技术实现要素：

4.本发明提供一种导弹飞行试验中地下未爆侵彻弹头的定位方法，能够在地质结构复杂的靶场靶标区确定侵入靶标区地下的弹头的状态(爆炸或未爆哑弹)，以及确定侵入靶标区地下的弹头的位置和深度。
5.根据本公开的一方面，提出了一种导弹飞行试验中地下未爆侵彻弹头的定位方法，所述方法包括：
6.根据导弹飞行试验中靶标区域地质结构特征构建导弹弹头飞行侵彻模型；
7.根据所述导弹命中精度和所述导弹弹头着靶速度确定所述导弹弹头飞行侵彻模型的三维监测范围；
8.根据所述导弹弹头飞行侵彻模型的三维监测范围布置所述导弹飞行试验中靶标区域的多个声波探头；
9.利用多个探头接收所述导弹弹头飞行试验中在撞击点产生的撞击声波，并将所述撞击声波传输到三维声波监测定位系统；
10.根据所述三维声波监测定位系统的撞击点声波监测门限值确定所述导弹弹头撞击点的真实声波；
11.根据所述导弹弹头撞击点的真实声波的波形特征，利用所述三维声波监测定位系统解析所述导弹弹头撞击点的真实声波到所述多个声波探头的距离，基于所述导弹弹头撞击点的真实声波到所述多个声波探头的距离实现对所述导弹飞行试验中地下未爆侵彻弹
头进行定位。
12.在一种可能的实现方式中，所述根据所述导弹命中精度和所述导弹弹头着靶速度确定所述导弹弹头飞行侵彻模型的三维监测范围，包括：
13.根据所述导弹命中精度确定所述导弹弹头命中所述导弹飞行试验中靶标区的平面范围；
14.根据所述导弹弹头着靶速度确定所述导弹弹头侵彻所述导弹飞行试验中靶标区的最大深度；
15.结合所述导弹飞行试验中靶标区的平面范围和所述导弹弹头侵彻所述导弹飞行试验中靶标区的最大深度得到所述导弹弹头飞行侵彻模型的三维监测范围。
16.在一种可能的实现方式中，其特征在于，根据所述导弹弹头飞行侵彻模型的三维监测范围布置所述导弹飞行试验中靶标区域的多个声波探头，包括：
17.根据所述导弹弹头飞行侵彻模型的三维监测范围从地面开始向下分层埋设布置所述导弹飞行试验中靶标区域的多个声波探头。
18.在一种可能的实现方式中，所述多个声波探头形成三维分层定位声波探头网格。
19.在一种可能的实现方式中，所述基于所述导弹弹头撞击点的真实声波到所述多个声波探头的距离实现对所述导弹飞行试验中地下未爆侵彻弹头进行定位，包括：
20.针对每一个声波探头，以所述声波探头为圆心，所述导弹弹头撞击点的真实声波到所述声波探头的距离为半径形成一个导弹弹头撞击点声波定位解析圆，则多个导弹弹头撞击点声波定位解析圆的交点为所述导弹飞行试验中地下未爆侵彻弹头的位置，实现对所述导弹飞行试验中地下未爆侵彻弹头进行定位。
21.在一种可能的实现方式中，所述靶标区域地质结构特征包括天然块体密度、单轴抗压强度和弹性模量。
22.本发明的导弹飞行试验中地下未爆侵彻弹头的定位方法，根据导弹飞行试验中靶标区域地质结构特征构建导弹弹头飞行侵彻模型；根据所述导弹命中精度和所述导弹弹头着靶速度确定所述导弹弹头飞行侵彻模型的三维监测范围；根据所述导弹弹头飞行侵彻模型的三维监测范围布置所述导弹飞行试验中靶标区域的多个声波探头；利用多个探头接收所述导弹弹头飞行试验中在撞击点产生的撞击声波，并将所述撞击声波传输到三维声波监测定位系统；根据所述三维声波监测定位系统的撞击点声波监测门限值确定所述导弹弹头撞击点的真实声波；根据所述导弹弹头撞击点的真实声波的波形特征，利用所述三维声波监测定位系统解析所述导弹弹头撞击点的真实声波到所述多个声波探头的距离，基于所述导弹弹头撞击点的真实声波到所述多个声波探头的距离实现对所述导弹飞行试验中地下未爆侵彻弹头进行定位。能够在地质结构复杂的靶场靶标区确定侵入靶标区地下的弹头的状态(爆炸或未爆哑弹)，以及确定侵入靶标区地下的弹头的位置和深度。
附图说明
23.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
24.图1示出了根据本公开一实施例的导弹飞行试验中地下未爆侵彻弹头的定位方法流程图；
25.图2示出了根据本公开一实施例的导弹飞行试验中弹头撞击点发射模型示意图；
26.图3示出了根据本公开一实施例的导弹飞行试验中弹头撞击点发射信号示意图；
27.图4示出了根据本公开一实施例的导弹飞行试验中弹头与地质结构作用点监测定位原理示意图；
28.图5示出了根据本公开一实施例的导弹飞行试验中弹头撞击点和声波探头的布局示意图；
29.图6示出了根据本公开一实施例的声波探头撞击波示意图；
30.图7示出了根据本公开一实施例的撞击点声波接近声波探头1的示意图；
31.图8示出了根据本公开一实施例的撞击点声波接近声波探头1的声波解析圆的示意图；
32.图9示出了根据本公开一实施例的撞击点声波接近声波探头2的示意图；
33.图10示出了根据本公开一实施例的撞击点声波接近声波探头2的声波解析圆的示意图；
34.图11示出了根据本公开一实施例的撞击点声波接近声波探头3的示意图；
35.图12示出了根据本公开一实施例的撞击点声波接近声波探头3的声波解析圆的示意图。
具体实施方式
36.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
37.本公开的导弹飞行试验中地下未爆侵彻弹头的定位方法，基于弹头与靶标建设区域地质结构相作用产生瞬态弹性波的声发射原理，由三维声波监测定位系统(包括信号接收、信号传输、信号处理及显示系统等，可以以模拟方式利用模拟弹头撞击地面、炸药爆炸产生的声波为参考，校正三维声波监测定位系统的信号处理软件，完成三维声波监测定位系统的信号处理及显示软件系统的研发)对临近三维空间中弹头与地质相作用产生的声波进行定位，对弹头爆炸与否进行判断，从而确定弹头钻入靶标地面下爆炸与否和弹头侵彻停止点的位置。最后根据导弹命中精度和可能侵彻深度的关系，在合理的弹头落点区域范围内布设一定数量的信号接收探头，完成三维监测定位系统的硬件布设，在导弹飞行试验过程中全程监测弹头落地与侵彻过程(如爆炸，就包括爆炸过程)，就可以判断出弹头爆炸点或未爆弹头的终点位置。
38.图1示出了根据本公开一实施例的导弹飞行试验中地下未爆侵彻弹头的定位方法流程图。如图1所示，该方法可以包括：
39.步骤s1：根据导弹飞行试验中靶标区域地质结构特征构建导弹弹头飞行侵彻模型。
40.图2和图3分别示出了根据本公开一实施例的导弹飞行试验中弹头撞击点发射模型和撞击点发射声信号的示意图。
41.对导弹飞行试验中靶标规划区域进行地质勘探得到该区域地基土层的岩性特征，以建立估算弹头钻地深度的地质构造模型。其中，靶标区域地质结构特征可以包括天然块体密度、单轴抗压强度和弹性模量等参数。
42.如附图2所示，以导弹飞行试验中弹头与地面撞击点作用为例，弹头在地层表面发生撞击，将发生声发射，撞击点称为声发射源。如图3所示的发射声信号的特征可知，在撞击点上，由于地层在静止时无任何信号，弹体一旦撞击，则声信号从t0开始迅速增强，达到最大后逐渐衰减，经过一定时间间隔以后衰减为零。
43.步骤s2：根据导弹命中精度和导弹弹头着靶速度确定所述导弹弹头飞行侵彻模型的三维监测范围。
44.通过分析导弹命中精度，能够根据导弹命中精度确定导弹弹头命中导弹飞行试验中靶标区的平面范围；根据导弹弹头着靶速度确定导弹弹头侵彻导弹飞行试验中靶标区的最大深度；结合导弹飞行试验中靶标区的平面范围和导弹弹头侵彻导弹飞行试验中靶标区的最大深度得到导弹弹头飞行侵彻模型的三维监测范围。
45.步骤s3：根据导弹弹头飞行侵彻模型的三维监测范围布置导弹飞行试验中靶标区域的多个声波探头。
46.图4示出了根据本公开一实施例的导弹飞行试验中弹头与地质结构作用点监测定位原理示意图。
47.以平面模型和弹头撞击地面点为例，如图4所示，假设点p位为导弹弹头撞击地面的撞击点，撞击点p发出的声波将向四周传播，假定已布设好声波探头1、声波探头2和声波探头3三个声波探头。当声波传至距离最近的声波探头1时，距声波探头1信息可解析出以声波探头1为圆心的圆，显然，撞击点p必在圆周上一点；当声波传至较近的声波探头2时，可解析出以声波探头2为圆心的圆，这时两个圆出现两个交点，显然，撞击点必在其中一个交点上；当声波传至较远的声波探头3时，又解析出以声波探头3为圆心的大圆，此时，出现了三个圆的唯一交点，该点即为唯一的弹头撞击地面的撞击点p。
48.图5示出了根据本公开一实施例的导弹飞行试验中弹头撞击点和声波探头的布局示意图。
49.依据导弹飞行试验中弹头与地质结构作用点监测定位原理以及导弹弹头飞行侵彻模型的三维监测范围，可以从地面开始向下分层埋设布置导弹飞行试验中靶标区域的多个声波探头。其中，多个声波探头可以是两个、三个、五个、甚至更多个，在此不做限定。如图5所示，当声波探头为三个时，声波探头以撞击点为中心分别布局在撞击点的四周(即声波探头1、声波探头2、声波探头3)。在一示例中，多个声波探头形成三维分层定位声波探头网格，例如，竖直层上下声波探头可间隔5m、水平声波探头间隔可在50m左右，这仅仅是一个示例，在此不做任何限定。
50.步骤s4：利用多个探头接收导弹弹头飞行试验中在撞击点产生的撞击声波，并将撞击声波传输到三维声波监测定位系统。
51.步骤s5：根据三维声波监测定位系统的撞击点声波监测门限值确定导弹弹头撞击点的真实声波。其中，撞击点声波监测门限值可以通过分析撞击点发射的声波信号特征得到，同时还能够得到噪声的门限值。
52.步骤s6：根据所述导弹弹头撞击点的真实声波的波形特征，利用三维声波监测定位系统解析所述导弹弹头撞击点的真实声波到多个声波探头的距离，基于所述导弹弹头撞击点的真实声波到多个声波探头的距离实现对导弹飞行试验中地下未爆侵彻弹头进行定位。
53.在一示例中，基于导弹弹头撞击点的真实声波到多个声波探头的距离实现对导弹飞行试验中地下未爆侵彻弹头进行定位，可以包括：
54.针对每一个声波探头，以声波探头为圆心，导弹弹头撞击点的真实声波到声波探头的距离为半径形成一个导弹弹头撞击点声波定位解析圆，则多个导弹弹头撞击点声波定位解析圆的交点为导弹飞行试验中地下未爆侵彻弹头的位置，实现对导弹飞行试验中地下未爆侵彻弹头进行定位。
55.图6示出了根据本公开一实施例的声波探头撞击波示意图；图7示出了根据本公开一实施例的撞击点声波接近声波探头1的示意图；图8示出了根据本公开一实施例的撞击点声波接近声波探头1的声波解析圆的示意图。
56.以导弹弹头撞击地面的撞击点为例，当导弹弹头撞击地面时，撞击点发出的声波探头撞击波如图6所示。三个声波探头(监测探头)监测定位为例进行说明，如图7所示，当撞击点发出的声波传递到声波探头1时，形成一个如图8所示的以声波探头1为圆心，声波探头1到撞击点的距离为半径的导弹弹头撞击点声波定位解析圆。
57.图9示出了根据本公开一实施例的撞击点声波接近声波探头2的示意图；
58.图10示出了根据本公开一实施例的撞击点声波接近声波探头2的声波解析圆的示意图。
59.当撞击点发出的声波继续向远处传递时，如图9所示，当撞击点发出的声波传递到声波探头2时，形成一个如图10所示的以声波探头2为圆心，声波探头2到撞击点的距离为半径的导弹弹头撞击点声波定位解析圆。如图10所示，以声波探头1形成的导弹弹头撞击点声波定位解析圆和以声波探头2形成的导弹弹头撞击点声波定位解析圆相交于撞击点。
60.图11示出了根据本公开一实施例的撞击点声波接近声波探头3的示意图；
61.图12示出了根据本公开一实施例的撞击点声波接近声波探头3的声波解析圆的示意图。
62.当撞击点发出的声波继续向远处传递时，如图11所示，当撞击点发出的声波传递到声波探头3时，形成一个如图12所示的以声波探头3为圆心，声波探头3到撞击点的距离为半径的导弹弹头撞击点声波定位解析圆。如图12所示，以声波探头1形成的导弹弹头撞击点声波定位解析圆、以声波探头2形成的导弹弹头撞击点声波定位解析圆和以声波探头3形成的导弹弹头撞击点声波定位解析圆相交于撞击点。
63.由以上过程可知，由三个声波探头将探测到的声波信号传递到三维声波监测定位系统中便可实现导弹飞行试验中地下未爆侵彻弹头的定位，同理，当声波探头为多个时，依然能够实现导弹飞行试验中地下未爆侵彻弹头的定位。当然该方法还可以用于导弹飞行试验中地下侵彻弹头爆炸的位置和侵彻终止位置。
64.此外，参照国内外岩块试验过程监测、矿山岩爆监测到滑坡体监测等类似声波监测定位系统的应用，可以直接获得硬件和软件的支持；再根据靶标区地质结构、弹头的构造和作用原理等，通过先期模拟试验，通过多次导弹飞行模拟试验验证和修正三维声波监测定位系统，展开三维声波监测定位系统信号处理及显示的软件系统的二次开发，可以较好地完成整体钻地弹弹体的监测定位任务。
65.例如，导弹弹头撞击地面点试验，该实验可以分为两类：采用模拟弹头(如石块等)落入地面产生声波进行初步分析和以真实导弹飞行试验作为试验事例，获取、分析弹头撞
击地面后产生的波形。通过该试验，能够分析撞击点声波的波形特征，确定真实声波与噪声的门限值；解析弹头撞击点波形与声波探头距离以试验验证定位分析的准确性并修正。
66.导弹弹头侵彻终止点或爆炸试验。该实验可以参考弹头撞击地面点试验，也分两类进行：采用模拟炸药在地下一定深度爆炸产生声波，进行爆炸声波获取及定位初步分析，和以真实导弹飞行试验作为试验事例，获取、分析弹头在地下侵彻至终止点产生的波形。该试验通过分析侵彻终止点和爆炸声波的波形特征，确定侵彻终止点和爆炸声波的真实声波与噪声的门限值；解析弹头侵彻终止点和爆炸点波形与声波探头距离，以试验验证定位分析的准确性并修正。
67.在上述试验研究的基础上，完善声波监测门限值等弹头与地质结构作用的三维声波监测定位系统，即可用于导弹飞行试验中地下未爆整体侵彻弹头的定位确定。
68.本发明的导弹飞行试验中地下未爆侵彻弹头的定位方法，具有如下有益效果：能够确定导弹飞行实验中侵入靶标区地下的弹头是爆炸还是成为未爆哑弹；能够确定侵入地下弹头的爆炸位置与深度以及侵入地下未爆弹头的侵彻深度与位置。
69.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。