[发明专利]爆炸冲击波超压时空场重建方法

说明书

技术领域

本发明属于阵列信号处理与重建领域，具体涉及一种爆炸冲击波超压时空场重建方法。

背景技术

随着社会和科技的进步，以及国民经济发展的需要，爆炸技术越来越多地应用于交通、水利水电设施建设、移山填海过程等各个领域。在爆炸技术广泛应用的同时，爆炸作业对周围环境和建筑设施所带来的影响及其危害成为人们关注的重点。如何评估爆炸的威力、控制爆炸的危害，减少爆炸作业对周围环境的影响，是爆炸安全技术研究的重要内容。

装药在空气中爆炸时,形成高温高压气体,该气体猛烈地推动周围静止的空气，同时产生一系列压缩波向四周传播,最终形成空气冲击波。空气冲击波波阵面峰值压力超过空气常压的数量，称为冲击波超压。冲击波到达瞬间，空气压力由初始压力突跃上升到峰值超压，随后由于爆轰产物膨胀逐渐变慢，高压气体运动速度减小，使冲击波突跃上升的压力不断衰减，以至超压降低到零后又出现了低于周围气体的压力。冲击波超压是产生杀伤和破坏作用的主要因素，是毁伤目标能量的重要组成部分。冲击波对目标的毁伤是冲击波超压场在空间和时间上共同作用的结果。只要知道冲击波超压随空间位置及时间的衰减规律，就能确定不同位置不同时间冲击波的破坏效果。冲击波超压是衡量冲击波对人、物损伤的重要特征量，对于从事生产、使用弹药的人员来说，必须充分考虑冲击波的这种破坏作用，尤其是在利用爆炸冲击波进行作业、销毁大量弹药时必须充分估计冲击波超压大小，以确定不发生危险的安全距离。目前对于爆炸未遂案件，检察院往往要求公安机关对爆炸产生的威力和破坏作用作出鉴定以作为对犯罪嫌疑人量刑的依据。因此，有必要对爆炸冲击波超压时空场进行重建，即得到超压场分布及冲击波超压随空间和时间的衰减规律，以满足安全生产和使用的需要。

目前，国内外相关学者虽然总结了一些计算冲击波超压的公式，但这些公式都是一些经验公式，由于在进行实际试验研究时，测试环境、测试条件，装药形状和测试数据结果并不完全相同，因此，给直接利用这些资料和研究成果带来了困难。

炸药爆炸是在极短的时间内完成的，产生的冲击波向四面八方传播，对称炸药如球形炸药，爆炸产生的空气冲击波以球面波的形式向外传播，而对于非对称炸药爆炸后冲击波分布是不规律的，因此要评估冲击波毁伤情况就需要对冲击波超压传输规律及其分布进行研究。试验测试所使用的传感器数目是有限的，而且传感器布设的空间位置也是有限的，静爆时，若传感器距离炸点位置很近，会使传感器损坏；动爆时，由于炸点位置未知，传感器布设也受到一定的限制；所以只能测得空间有限位置的冲击波参数，这些测量值对于评估冲击波毁伤情况以及分析弹药性能是远远不够的。

发明内容

本发明的目的是针对现有局部布点测试和强度测试不能全面了解冲击波传播过程的不足，提供一种爆炸冲击波超压时空场重建方法，该方法利用基于层析技术的不完全数据重建技术得到一定区域内爆炸冲击波峰值超压场的分布以及冲击波超压随距离和时间的衰减规律，实现了爆炸冲击波超压的时空场重建，并将爆炸产生的冲击波超压随时间和空间变化过程通过图像清晰显示出来，实现了冲击波超压时空场的可视化。

本发明的技术方案为：

一种爆炸冲击波超压时空场重建方法，采用冲击波测试系统实现爆炸冲击波超压时空场的重建，冲击波测试系统由冲击波超压传感器阵列、信号调理模块、同步A/D转换模块、高速数据传输模块、数据预处理模块、冲击波超压时空场重建模块以及计算机组成，其中，冲击波超压传感器阵列将冲击波超压信号转换为电信号，通过信号调理模块和同步A/D转换模块调理成标准电压信号并转换为数字信号，然后再将数字信号通过高速数据传输模块传输到计算机，数据预处理模块和超压时空场重建模块安装在计算机上，经过A/D转换后的冲击波超压信号输入数据预处理模块，经数据预处理后输入冲击波超压时空场重建模块，由冲击波超压时空场重建模块完成对爆炸冲击波超压时空场的重建；其特征在于，该时空场重建方法为：首先对测试区域进行网格划分，并布设传感器阵元；其次采用被动定位算法中时差法并结合迭代算法对炸点进行定位，再基于走时与射线路径的关系和冲击波速度与峰值超压的关系进行冲击波峰值超压场重建；然后研究空间固定位置冲击波超压随时间衰减规律和特点，结合该点冲击波峰值超压，对“修正的弗里德兰德方程”各参数进行求取，得到冲击波超压时空数据；最后，将重建数据转化成图像文件，显示在计算机的显示器上，实现冲击波超压时空场的可视化；其中：所述的冲击波峰值超压场重建由速度场重建和峰值超压场重建两部分组成。