[发明专利]冲击波超压三维时空场重建方法

说明书

本发明涉及一种冲击波超压三维时空场重建方法，利用空中冲击波的速度信息以及冲击波射线到达时间信息相融合重建速度场，并通过速度和超压的线性关系间接计算超压场。与现有插值直接测量方法相比，能够在有限测试点的条件下，提高超压信号特征参数利用率，提高重建分辨率；采用压缩感知原理，将全变差TV最小化和字典学习相结合，实现对重建速度场的约束及优化，从而提高重建过程的稳定性，提升重建精度。

技术领域

本发明属于爆破震动测试技术及重建领域，具体涉及一种冲击波超压三维时空场重建方法，尤其是一种空中爆炸冲击波超压威力场三维重建方法。

背景技术

近些年，随着工业、农业、及军事等相关安全领域的需求导向及学科的快速发展，爆炸冲击波动力学理论、超压测试理论、及冲击波场重建等方面的研究在国防及国民经济中起着至关重要的作用。目前的爆炸效能参数测试技术只能获得有限位置的参数值，不能获取全方位的爆炸信息，如何在有限点数据的基础上，重建出全方位的冲击波场信息，是近年来相关领域的研究者们研究的关键技术。

爆炸威力场分布是利用爆炸效能参数如冲击波超压、应力波能、动能等爆炸物理参量，以反演的方式重建其在爆炸后的强度分布，来表征爆炸后的威力场分布。目前主要有两种方法：(1) “点”测法，如生物实验法、等效罐法和等效靶板法，该方法把某种物品或者生物放到爆炸现场，在试验结束后，观察毁伤程度来评估毁伤威力，该方法虽然能够直观的看到地面上的毁伤效果，但其不能得到爆炸物理参数的具体数值及规律；(2)“场”测法，在不同的爆心距处布设传感器，将传感器阵列布设呈一定的形状(如一字阵、交叉阵等)，利用爆炸场物理参量(如冲击波超压、应力波能等)的衰减规律，通过拟合插值、数值模拟等方法重建爆炸威力场分布。与“点”测法相比，“场”测法通过反演爆炸参数的时空分布，能更全面了解爆炸的毁伤情况，准确评估爆炸的效能和威力，因此，该方法是实现对爆炸场毁伤威力有效评估的主要手段。

但目前“场”测法在针对空中爆炸后的冲击波威力场分布测试存在如下问题：

目前在威力场分布测试中，主要采用基于试验测试的离散点插值拟合法、基于理论分析的数值模拟法重建爆炸效能参数的分布。其中，离散点插值拟合法是利用有限测试节点的数据，以拟合插值方法得到物理参数的衰减变化规律，不能获取全方位爆炸信息；数值模拟法是利用有限元的方式对爆炸场进行数值模拟，虽然该方法能够对爆炸过程进行描述和分析，但在应用过程中，状态方程等参数的不同取值往往对模拟结果产生较大影响，导致研究结果与实际试验误差较大，时空场重建精度不高。

发明内容

本发明提供一种冲击波超压三维时空场重建方法，解决上述缺陷。

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种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、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；