枪声定距与弹丸测速方法

	枪声定距与弹丸测速方法
	党存禄; 于光祖
	2020-02-07
专利权人	兰州理工大学
公开日期	2020-02-07
授权国家	中国
专利类型	授权发明
摘要	随着声测定位技术的发展，枪声定位系统的运用愈发成熟，在军用、警用领域都取得了不错的效果，运用场景也更加多变，在定点执勤、维稳、巡逻、运兵、战斗行动等都有应用，对提升侦查探测的准确性和提高战场士兵的安全性都有积极的作用。本发明提供一种能够精确测量声源点距离和弹丸速度的方法，通过建立阵列模型的数学方法，解决了现有方法中不能准确定距和测量弹丸速度的技术问题，能有效提升定位信息的准确性和丰富性。
申请日期	2016-05-11
优先权日	2016-05-11
预估到期日	2036-05-11
语种	中文
专利状态	未缴年费
申请号	CN201610312806.3
公开（公告）号	CN106019266B
IPC 分类号	G01S11/14
专利代理人	谈杰
代理机构	北京轻创知识产权代理有限公司
CPC分类号	G01S11/14
权利要求	1.一种枪声定距与弹丸测速方法，该方法包括： S1：布设并固定至少三个正棱锥麦克风阵列，选取其中两阵列作为主模型阵列，其余阵列备用，建立坐标系； S2：记录膛口波和弹丸激波到达各麦克风传感器的时刻； S3：测量海拔与温度，根据海拔、温度对声音在空气中传播的影响公式计算声速； S4：建立求解模型，将通过麦克风阵列的膛口波与弹丸激波波峰面视为平面，求解通过麦克风阵列的膛口波与弹丸激波波峰面的单位方向向量； S5：确定枪响时刻和声源点距离及声源点坐标； S6：计算弹丸速度；其中，步骤S1中，当出现特殊声源点的情况，即当主模型中所选取两阵列所检测到的膛口波方向向量的差向量与两阵列间连线垂直时，改变其中一个主模型阵列，选取一个备用阵列建立坐标系；步骤S4主要步骤为： S4.1、选取独立麦克风阵列中任意一个麦克风传感器为基准麦克风，根据坐标关系分别计算出该阵列中剩余麦克风传感器指向基准麦克风的指向性向量，以每个向量作为矩阵的一行构成矩阵Qi×3； S4.2、分别计算出该阵列中剩余麦克风传感器接收到声波的时刻与基准麦克风接收到该声波的时刻之间差值，将每一个差值作为矩阵的一行构成矩阵Ti×1； S4.3、将所测声波的方向向量写为列矩阵K3×1，并根据声达时间差、声达距离差和上述矩阵间的关系，有如下等式成立： Qi×3·K3×1＝c·Ti×1； S4.4、根据麦克风阵列的传感器分布关系，矩阵Qi×3必然可逆，可计算出矩阵K3×1的表达式： K3×1＝c·(Qi×3)-1·Ti×1；其中c为声速； S4.5、将矩阵K3×1写为向量形式然后将其进行单位化运算，即可求得声波通过该麦克风阵列的单位方向向量 2.根据权利要求1所述的一种枪声定距与弹丸测速方法，其特征在于：步骤S5主要步骤为： S5.1、将枪响的时刻记为t，根据所建立坐标系中坐标和向量关系，将两麦克风阵列的坐标P1、P2与声源点坐标P之间的关系表示为： S5.2、两个麦克风阵列间的指向性向量即由一个阵列坐标点指向另一个阵列坐标点的向量为其自身表达式以及与两麦克风阵列之间距离D的关系可表示为：其中为一个麦克风阵列检测到膛口波的单位方向向量，t1t为膛口波到达该麦克风阵列的时间，为另一个麦克风阵列检测到膛口波的单位方向向量，t2t为膛口波到达另一个麦克风阵列的时间； S5.3、将S5.1和S5.2中坐标及向量关系总结为如下形式： S5.4、推导并计算枪响初始时刻t： S5.5在声速c已测量的情况下，根据枪响时刻即膛口波的发生时刻以及阵列检测到膛口波的时刻，计算声源点的距离S和声源点坐标P：。 3.根据权利要求1所述的一种枪声定距与弹丸测速方法，其特征在于：步骤S6主要步骤为： S6.1、规定弹道上与阵列坐标P1、P2对应的弹丸激波声源点的坐标分别为PA、PB，与阵列坐标P1、P2相对应的通过该阵列的马赫锥线分别为L1、L2，在PA与L2组成的平面内，过PA向L2做垂线段，垂足坐标为P22，该点定义为阵列点P2关于弹丸激波的镜像点，在PB与L1组成的平面内，过PB向L1做垂线段，垂足坐标为P11，该点定义为阵列点P1关于弹丸激波的镜像点；根据镜像点的定义方式，阵列点P1的镜像点P11在马赫锥的同一条马赫线上，弹丸激波到达这两点的时间同为td1，阵列点P2的镜像点P22也同样在马赫锥的同一条马赫线上，弹丸激波到达这两点的时间同为td2； S6.2、根据所建立的坐标系的坐标及向量及位置关系，麦克风阵列坐标、弹丸激波声源点坐标和麦克风阵列关于弹丸激波的镜像点坐标以及弹头到达弹丸激波声源点的时刻tA、tB有如下关系：其中为一个麦克风阵列检测到弹丸激波的单位方向向量，为另一个麦克风阵列检测到弹丸激波的单位方向向量； S6.3、根据位置关系，一个麦克风阵列与该麦克风阵列关于弹丸激波的镜像点间连线所构成的向量与通过该麦克风阵列的弹丸激波方向向量垂直，基于此： S6.4、根据坐标和向量关系可将上式简化为： S6.5、求得弹头到达弹丸激波声源点的时间tA、tB：根据坐标关系求得两麦克风阵列所测得的弹丸激波的声源点坐标PA、PB，再根据求得的枪响时刻t，计算弹丸的速度v：其中P为声源点坐标
引用专利	CN102243041A;CN103852746A;CN202329420U;CN2773610Y;DE2528648C1;US5930202A
被引用专利数量	0
简单法律状态	失效
文献类型	专利
条目标识符	https://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/109135
专题	电气工程与信息工程学院
推荐引用方式 GB/T 7714	党存禄,于光祖. 枪声定距与弹丸测速方法[P]. 2020-02-07.