[发明专利]自校准枪械估算

说明书

本申请是国际申请日为2005年8月11日，国家申请号为200580035398.1，发明名称为“自校准枪械估算”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及法律实施技术和安全，更具体地说，涉及基于冲击波仅有的信息估算发射超音速射弹的枪械位置的方法和系统。

背景技术

通过测量与射弹产生的冲击波相关联的参数来确定超音速射弹如子弹和炮弹的一般方向和弹道的系统和方法已为人所知。在美国专利No.5,930,202中说明的一个这种系统，使用分布式阵列的声传感器来检测射弹冲击波以及来自枪炮的枪口爆炸的到达时间、振幅和频率特性。冲击波的到达时间(TOA)信息可用来确定射弹的弹道：方位角、仰角以及和系统坐标系中任意平面的相交。用来自枪口爆炸的附加信息，就可确定射弹起点的精确位置以及到射弹起点的方位线。当枪口爆炸被掩蔽、遮盖、消音或有其它失真，至少子弹弹道可仅从冲击波估算出来。

常规系统通常采用具有多个声传感器的天线，这些传感器可相对间隔得很近(例如相隔1米)或分散很开(例如安装在汽车上或在战场上由战士携带)，每个传感器在它们各自的位置上全方向地测量冲击波压力。一种示范天线例如可包括总共7个全方向扩音器，其中6个扩音器分布在一个球体(直径大约为1米)表面，而第7个扩音器位于球体的中心。少于7个扩音器的布置会在传感器阵列的空间灵敏度图案中产生不适宜的波瓣。

传感器位置会随所部署系统的使用寿命而偏移，和/或传感器性能会因各种原因随时间下降。偶尔，一些传感器可能一起停止工作。

因此，需要提供一种系统和方法，它能通过自动或有操作员辅助地校准自己来补偿传感器位置和传感器性能的变化。

发明内容

本发明针对一种基于从已知位置和已知方向发射的一系列射击所处理的冲击和枪口测量来校准传感器位置的方法，以及用于动态适配冲击仅有的枪械估算算法来补偿传感器退化和/或损失的方法。

按照本发明的一个方面，用于校准枪械检测系统中传感器的相对传感器位置的方法包括以下步骤：确定传感器的大致相对位置信息；发射至少两次射击，这两次射击具有不同的已知枪械位置和已知子弹弹道；对每个传感器和每次射击，确定枪口爆炸到达时间和冲击波到达时间之间的时间差，并对所述至少两次射击，确定产生时间差最小残差的相对传感器位置。

本发明的实施例可包括通过最小二乘方搜索来确定相对传感器位置。最小二乘方搜索可以从传感器的以前已知位置或备选地从传感器的大致测量位置开始。任何一个传感器都可被选作参考传感器，并可对每个传感器相对于参考传感器，计算相对枪口爆炸到达时间和冲击波到达时间。

按照本发明的另一方面，用于补偿多传感器枪械检测系统中的传感器退化的方法包括以下步骤：确定在传感器处由入射的射击所产生的冲击波到达时间；对传感器处的冲击波到达时间执行最小二乘方回归以确定时间残差；对多次射击观察每个传感器对时间残差的作用；以及为每个传感器分配一个加权，所述加权与所述传感器对时间残差的作用成反比。

本发明的实施例可包括将对所观察的最大到达时间差的作用归一化。此外，可以计算增强来自具有更高可靠性的传感器的作用的加权冲击波到达时间。用这个方法，枪械位置和子弹弹道就可以从用加权冲击波到达时间计算的时间残差来确定。当传感器已被修复时，由于传感器故障而改变了的任何加权都可进行调节。

本发明的其它特征和优点从以下对优选实施例的说明和权利要求中可显而易见。

附图说明

以下附图示出本发明的某些说明性实施例，图中相同的参考编号指相同的元件。这些图示实施例应理解为是说明本发明而不以任何方式限制。

图1是具有7个全方向声传感器的示范传感器阵列的示意图；

图2是冲击波到达时间(TOA)模型的示意图；以及

图3示出从射弹发出的冲击波压力。

具体实施方式

本发明针对能够对检测来自超音速射弹的冲击波信号以确定射弹弹道的声传感器在位置和性能上的变化进行补偿的系统和方法。具体地说，如果一个或多个传感器改变了它们的相对位置、故障或失效，本文所述的系统和方法可以自动地或有操作员辅助地校准自已。

一般来说，按照本发明用于枪械定位的声系统使用分布广泛的声传感器阵列，这些声传感器检测射弹的冲击波前沿以及来自用于发射射弹的装置例如步枪的枪口爆炸。在传感器处对每个波形类型测量冲击波和枪口爆炸的波到达时间。冲击波和爆炸波的到达时间(TOA)信息可用于确定射弹弹道、到射弹起点的方位线、以及从传感器到枪械的距离。