[发明专利]冲击波超压三维时空场重建方法

权利要求书

1.一种冲击波超压三维时空场重建方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1、将测试区域以炸点为中心设为正方形，并将其划分为多个区域，每个区域均以炸点为中心，并将每个区域划分为若干正方形网格单元；

S2、在划分好的每个区域边界处均布传感器；

S3、根据传感器获取的冲击波信号，提取冲击波超压时空场重建特征参数，包括每个传感器对应的超压峰值、到达时间；

S4、确定真实的冲击波超压峰值随距离的衰减规律模型；

S5、通过上述衰减规律模型计算出二维测试区域内所有网格处的超压峰值，根据超压峰值与冲击波速度以及慢度的关系，将超压场分布转换为慢度场分布，并将其作为走时层析成像反演的初始慢度值；

S6、建立走时层析成像模型；

S7、结合字典学习与TV全变差，解算走时层析成像模型，得到二维慢度值；

S8、超压峰值场重建：将步骤S7中得到的二维慢度值转换为速度场，再转换为超压峰值Pm(x,y)，即得到冲击波超压峰值的空间分布；

S9、利用步骤S8中得到的超压峰值Pm(x,y)，得到具体的超压随时间和空间的关系式，重建冲击波超压时空场。

2.根据权利要求1所述的一种冲击波超压三维时空场重建方法，其特征在于，S1具体为：根据冲击波超压峰值随距离衰减的经验公式中的比例距离的区间，得到炸点到测点的距离r，根据该距离将测试区域划分成对应的3个区域，并将每个区域划分为若干个正方形网格单元，网格划分越密，重建的精度就越高：

其中，Pm为冲击波超压峰值，为比例距离，r为炸点到测点的距离，W为装药重量。

3.根据权利要求1所述的一种冲击波超压三维时空场重建方法，其特征在于，S4中，冲击波超压峰值Pm的计算的计算公式为：其中，a、b、c为待求系数，根据炸点到测点的距离r以及可以推倒出每个传感器对应的将步骤S3中每个传感器对应的冲击波超压峰值Pm和传感器的坐标信息代入上述计算公式，并通过最小二乘法进行拟合，得到参数a、b、c，建立更适合此次试验药量条件下的冲击波超压峰值随距离的衰减规律模型。

4.根据权利要求1所述的一种冲击波超压三维时空场重建方法，其特征在于，S5中，冲击波超压峰值与冲击波速度的关系为：

其中，Pm(x,y)为(x,y)位置处的超压峰值，P₀为环境大气压力，V(x,y)为位置处(x,y)的冲击波速度，C₀为声速，T₀为未扰动的空气初始温度；

冲击波速度V(x,y)与慢度S(x,y)的关系为：

由上式将超压场分布转换为慢度场分布。

5.根据权利要求1所述的一种冲击波超压三维时空场重建方法，其特征在于，S6中，假设爆炸波为连续速度场，爆炸波在传输的过程中，其走时是速度和几何路径的函数：

其中t为走时，即爆炸波传播到传感器节点的时间，v为速度，s为慢度，L为炸点到传感器的射线路径，dr为沿射线路径L的距离增量；

将(5)式离散化，对第i条射线的投影数据有：

式中，t_i为第i条射线的走时，即爆炸波到达第i个传感器的时间；s_j为将二维网格区域中的慢度S(x,y)转换为1维列向量后，对应的第j个网格中的慢度；a_ij为第i条射线穿过第j个网格的射线长度；M为射线数，即传感器个数；N为划分的网格数，其中N是指将二维网格区域转换为1维列向量；

将(6)式写成矩阵形式，得到走时层析成像模型为：

AS＝T

其中A为投影矩阵，S为重建图像，T为投影数据；T＝(t₁,t₂,…,t_M)'，即M维走时向量；S＝(S₁,S₂,…S_N)'，即N维慢度向量；A＝(a_ij)，即M×N阶射线矩阵。