專利名稱:狙擊彈道的聲學(xué)測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種快速精確測量超音速狙擊子彈彈道的聲學(xué)方法，尤其涉及一種利用狙擊彈道激波的聲學(xué)特性確定狙擊彈道的計算方法。
背景技術(shù)：
作為現(xiàn)代戰(zhàn)爭中特種作戰(zhàn)需要的狙擊步槍，近年來其各種性能得到了長足的發(fā)展，它還能夠作為警用裝備廣泛用于和平時期的反恐和維和。
但是，如果狙擊步槍被不法分子獲得就能用它來進行恐怖破壞活動。魔高一尺，道高一丈，針對狙擊步槍特性的各種探測技術(shù)研究一直受到各國的重視。目前已有的方法有:紅外探測系統(tǒng)、聲探測系統(tǒng)、激光探測系統(tǒng)以及超短波雷達探測系統(tǒng)等。紅外反狙擊手探測系統(tǒng)通過探測槍口閃光和飛行彈丸的紅外信號，來確定敵方狙擊手的位置；激光反狙擊手探測系統(tǒng)利用 的是“貓眼”效應(yīng)。貓眼在黑暗中發(fā)光，是由于貓的視網(wǎng)膜比身體其他部位的反射能力強。同樣，狙擊手的瞄準(zhǔn)望遠鏡也比周圍背景的反射能力強。當(dāng)不可見光波段的激光束照射到其表面時，就會產(chǎn)生狙擊手不易察覺而激光探測系統(tǒng)能夠察覺到的較強反光，從而發(fā)現(xiàn)狙擊手。不同于聲探測系統(tǒng)和紅外探測系統(tǒng)，激光探測系統(tǒng)是一種主動系統(tǒng)，有可能在狙擊手開槍之前就找出他們的位置。狙擊手聲探測定位系統(tǒng)通過接收并測量狙擊步槍的槍口激波和彈丸飛行產(chǎn)生的沖擊波來確定狙擊手的位置。不安裝消聲器的單兵武器射擊時，膛內(nèi)的高溫高壓火藥燃氣噴出槍口，會突然膨脹并與大氣混合，形成以音速向外傳播的槍口激波(爆炸聲)，而高速飛行的彈頭也會在空氣中摩擦產(chǎn)生渦流、激波和飛行噪聲。當(dāng)彈頭飛行速度接近并超過音速時，這種飛行噪聲更為明顯。而聲探測系統(tǒng)通過布置一系列聲傳感器，通過精確測定槍口激波和彈丸飛行激波到達每個傳感器的時間差，可以精確計算出射擊位置以及彈丸飛行彈道、飛行速度和槍械口徑。目前，聲信號探測是價格最低廉、測定最精確、使用最廣泛的狙擊手探測系統(tǒng)。
在狙擊手聲探測定位系統(tǒng)領(lǐng)域國內(nèi)外已有的專利中，與本發(fā)明最接近的是US5，930，202，“聲探測反狙擊手系統(tǒng)”，但該專利與本發(fā)明對彈道線的搜索算法不同。該專利中，各個傳聲器基陣對應(yīng)的激波聲源點斜距的計算是由每個傳聲器基陣內(nèi)各傳聲器測得激波峰值電壓的均值得到的，因而比較粗糙，即這些點的位置有很大的不準(zhǔn)確性；在確定直線t時用最小二乘法進行約束，從理論上講，該方法的傳聲器基陣數(shù)量越多，則直線t越符合真實的彈道線；如果傳聲器基陣比較少，例如最少兩點即可確定一條直線，那么直線t就會與真實的彈道線有較大的偏差；該方法中，把實測激波方向線上的估算聲源點向直線t作垂線，垂足被認為是修正后的聲源點，但這些修正后的聲源點并不在實測的方向線上，這就人為地引入了不必要的誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種可對狙擊手進行快速準(zhǔn)確定位的狙擊彈道的聲學(xué)測量方法，其解決了現(xiàn)有聲探測方法誤差大的技術(shù)問題。[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
—種狙擊彈道的聲學(xué)測量方法，其特殊之處在于:包括以下步驟:
I
隨機布設(shè)并固定三個正四面體4元陣構(gòu)成傳聲器陣列，且三個正四面體4元陣不在同一直線上；
2
用全站儀測量和標(biāo)定出三個正四面體4元陣中各傳感器的空間坐標(biāo)；
3
分別確定三個傳聲器基陣各自激波聲源點的方向線Ip I2和I3的方程，并規(guī)定從激波聲源點指向相應(yīng)傳聲器基陣的方向為Ip I2和I3的正向；
4]建立彈道線L的幾何模型和搜索準(zhǔn)則:
4.1
預(yù)先設(shè)定彈道線L與方向線I3的距離的閾值d_，預(yù)先設(shè)定彈道線L與方向線I3夾角的余角β與彈道激波圓錐面半角α之差的絕對值的閾值I β-α |_ ;
4.2
在方向線I1上任取一點M1U1, Y1, Z1),同時令它也在彈道線L上，即M1為I1和L的交點；
在方向線I2上任取一點M2 (x2，y2, ζ2)，同時令它也在彈道線L上，即M2為IjPL的交點；
則過M1的彈道線L與I1的夾角為(90° -α)或(90° +a)，L與I2的夾角(90° -α)或(90° +α)，其中，α為彈道激波的圓錐面半角；
4.3]建立彈道線L的方程為:
權(quán)利要求
1.一種狙擊彈道的聲學(xué)測量方法，其特征在于:包括以下步驟: I
隨機布設(shè)并固定三個正四面體4元陣構(gòu)成傳聲器陣列，且三個正四面體4元陣不在同一直線上； 2
用全站儀測量和標(biāo)定出三個正四面體4元陣中各傳感器的空間坐標(biāo)； 3
分別確定三個正四面體4元陣各自激波聲源點的方向線I1U2和I3的方程，并規(guī)定從激波聲源點指向相應(yīng)正四面體4元陣的方向為Ip I2和I3的正向； 4
建立彈道線L的幾何模型和搜索準(zhǔn)則: .4.1
預(yù)先設(shè)定彈道線L與方向線I3的距離的閾值d_，預(yù)先設(shè)定彈道線L與方向線I3夾角的余角P與彈道激波圓錐面半角a之差的絕對值的閾值I 0-a |_; .4.2
在方向線I1上任取一點M1 (Xl, Y1, Z1)，同時令它也在彈道線L上，即M1為I1和L的交點； 在方向線I2上任取一點M2(x2，y2, z2)，同時令它也在彈道線L上，即M2為I2和L的交占.則過M1的彈道線L與I1的夾角為(90° -a)或(90° + a )，L與I2的夾角(90° -a)或(90° +a )，其中，a為彈道激波的圓錐面半角； .4.3
建立彈道線L的方程為:
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的狙擊彈道的聲學(xué)測量方法，其特征在于:所述分別確定三個正四面體4元陣各自激波聲源點的方向線Ip I2和I3的步驟如下: .3.1
記錄每一個正四面體4元陣最先收到激波信號的時刻； .3.2
記錄每一個正四面體4元陣另外三個傳感器收到激波信號的時刻； .3.3
用該三個傳感器收到激波信號的時刻分別減去最先收到激波信號的時刻，得到3個時間差值，列出3個獨立的非線性方程: .3.4
用牛頓法求解非線性方程組可以分別得到方向線1:、I2和I3的方程，規(guī)定從激波聲源點指向相應(yīng)正四面體4元陣的方向為1:、12和I3的正向。
3.—種狙擊彈道的聲學(xué)測量方法，其特征在于:包括以下步驟: I
隨機布設(shè)并固定三個正四棱錐體5元陣構(gòu)成傳聲器陣列，且三個正四棱錐體5元陣不在同一直線上； 2
用全站儀測量和標(biāo)定出三個正四棱錐體5元陣中各傳感器的空間坐標(biāo)； 3
分別確定三個正四棱錐體5元陣各自激波聲源點的方向線I1U2和I3的方程，并規(guī)定從激波聲源點指向相應(yīng)正四棱錐體5元陣的方向為Ip I2和I3的正向； 4
建立彈道線L的幾何模型和搜索準(zhǔn)則: .4.1
預(yù)先設(shè)定彈道線L與方向線I3的距離的閾值d_，預(yù)先設(shè)定彈道線L與方向線I3夾角的余角P與彈道激波圓錐面半角a之差的絕對值的閾值I 0-a |_; .4.2
在方向線I1上任取一點M1 (Xl, Y1, Z1)，同時令它也在彈道線L上，即M1為I1和L的交點； 在方向線I2上任取一點M2(x2，y2, z2)，同時令它也在彈道線L上，即M2為I2和L的交占.則過M1的彈道線L與I1的夾角為(90° -a)或(90° + a )，L與I2的夾角(90° -a)或(90° +a )，其中，a為彈道激波的圓錐面半角； .4.3
建立彈道線L的方程為:
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的狙擊彈道的聲學(xué)測量方法，其特征在于:所述分別確定三個正四棱錐體5元陣各自激波聲源點的方向線Ip I2和I3的步驟如下: .3.1
記錄每一個正四棱錐體5元陣最先收到激波信號的時刻；` 3.2
記錄每一個正四棱錐體5元陣另外四個傳感器收到激波信號的時刻； ` 3.3
用該四個傳感器收到激波信號的時刻分別減去最先收到激波信號的時刻，得到4個時間差值，任意列出3個獨立的非線性方程: `3.4
用牛頓法求解非線性方程組可以分別得到方向線1:、I2和I3的方程，規(guī)定從激波聲源點指向相應(yīng)正四棱錐體5元陣的方`向為1:、12和I3的正向。
專利摘要
本發(fā)明涉及狙擊彈道的聲學(xué)測量方法，包括以下步驟1)隨機布設(shè)并固定三個正四面體4元陣構(gòu)成傳聲器陣列，且三個正四面體4元陣不在同一直線上；2)用全站儀測量和標(biāo)定出三個正四面體4元陣中各傳感器的空間坐標(biāo)；3)分別確定三個傳聲器基陣各自激波聲源點的方向線l1、l2和l3的方程，并規(guī)定從激波聲源點指向相應(yīng)傳聲器基陣的方向為l1、l2和l3的正向；4)建立彈道線L的幾何模型和搜索準(zhǔn)則5)剔除其中一條不合理的彈道線，確定唯一彈道線L；本發(fā)明解決了現(xiàn)有聲探測方法誤差大的技術(shù)問題，本發(fā)明可快速精確計算出狙擊彈道的軌跡和方向，為重點區(qū)域的安全保衛(wèi)工作提供了一種廉價、實用的技術(shù)方法，對于反恐、維和具有重要的現(xiàn)實意義。
文檔編號F42B35/00GKCN102243041 B發(fā)布類型授權(quán) 專利申請?zhí)朇N 201110194046
公開日2013年8月14日 申請日期2011年7月12日
發(fā)明者張彤, 李家武, 董明榮, 張敏, 許學(xué)忠, 郭艷, 吳娜 申請人:西北核技術(shù)研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (4),