专利名称:狙击弹道的声学测量方法
技术领域：
本发明涉及一种快速精确测量超音速狙击子弹弹道的声学方法，尤其涉及一种利用狙击弹道激波的声学特性确定狙击弹道的计算方法。
背景技术：
作为现代战争中特种作战需要的狙击步枪，近年来其各种性能得到了长足的发展，它还能够作为警用装备广泛用于和平时期的反恐和维和。
但是，如果狙击步枪被不法分子获得就能用它来进行恐怖破坏活动。魔高一尺，道高一丈，针对狙击步枪特性的各种探测技术研究一直受到各国的重视。目前已有的方法有:红外探测系统、声探测系统、激光探测系统以及超短波雷达探测系统等。红外反狙击手探测系统通过探测枪口闪光和飞行弹丸的红外信号，来确定敌方狙击手的位置；激光反狙击手探测系统利用 的是“猫眼”效应。猫眼在黑暗中发光，是由于猫的视网膜比身体其他部位的反射能力强。同样，狙击手的瞄准望远镜也比周围背景的反射能力强。当不可见光波段的激光束照射到其表面时，就会产生狙击手不易察觉而激光探测系统能够察觉到的较强反光，从而发现狙击手。不同于声探测系统和红外探测系统，激光探测系统是一种主动系统，有可能在狙击手开枪之前就找出他们的位置。狙击手声探测定位系统通过接收并测量狙击步枪的枪口激波和弹丸飞行产生的冲击波来确定狙击手的位置。不安装消声器的单兵武器射击时，膛内的高温高压火药燃气喷出枪口，会突然膨胀并与大气混合，形成以音速向外传播的枪口激波(爆炸声)，而高速飞行的弹头也会在空气中摩擦产生涡流、激波和飞行噪声。当弹头飞行速度接近并超过音速时，这种飞行噪声更为明显。而声探测系统通过布置一系列声传感器，通过精确测定枪口激波和弹丸飞行激波到达每个传感器的时间差，可以精确计算出射击位置以及弹丸飞行弹道、飞行速度和枪械口径。目前，声信号探测是价格最低廉、测定最精确、使用最广泛的狙击手探测系统。
在狙击手声探测定位系统领域国内外已有的专利中，与本发明最接近的是US5，930，202，“声探测反狙击手系统”，但该专利与本发明对弹道线的搜索算法不同。该专利中，各个传声器基阵对应的激波声源点斜距的计算是由每个传声器基阵内各传声器测得激波峰值电压的均值得到的，因而比较粗糙，即这些点的位置有很大的不准确性；在确定直线t时用最小二乘法进行约束，从理论上讲，该方法的传声器基阵数量越多，则直线t越符合真实的弹道线；如果传声器基阵比较少，例如最少两点即可确定一条直线，那么直线t就会与真实的弹道线有较大的偏差；该方法中，把实测激波方向线上的估算声源点向直线t作垂线，垂足被认为是修正后的声源点，但这些修正后的声源点并不在实测的方向线上，这就人为地引入了不必要的误差。
发明内容
本发明目的是提供一种可对狙击手进行快速准确定位的狙击弹道的声学测量方法，其解决了现有声探测方法误差大的技术问题。[0006]本发明的技术解决方案是:
—种狙击弹道的声学测量方法，其特殊之处在于:包括以下步骤:
I
随机布设并固定三个正四面体4元阵构成传声器阵列，且三个正四面体4元阵不在同一直线上；
2
用全站仪测量和标定出三个正四面体4元阵中各传感器的空间坐标；
3
分别确定三个传声器基阵各自激波声源点的方向线Ip I2和I3的方程，并规定从激波声源点指向相应传声器基阵的方向为Ip I2和I3的正向；
4]建立弹道线L的几何模型和搜索准则:
4.1
预先设定弹道线L与方向线I3的距离的阈值d_，预先设定弹道线L与方向线I3夹角的余角β与弹道激波圆锥面半角α之差的绝对值的阈值I β-α |_ ;
4.2
在方向线I1上任取一点M1U1, Y1, Z1),同时令它也在弹道线L上，即M1为I1和L的交点；
在方向线I2上任取一点M2 (x2，y2, ζ2)，同时令它也在弹道线L上，即M2为IjPL的交点；
则过M1的弹道线L与I1的夹角为(90° -α)或(90° +a)，L与I2的夹角(90° -α)或(90° +α)，其中，α为弹道激波的圆锥面半角；
4.3]建立弹道线L的方程为:
权利要求
1.一种狙击弹道的声学测量方法，其特征在于:包括以下步骤: I
随机布设并固定三个正四面体4元阵构成传声器阵列，且三个正四面体4元阵不在同一直线上； 2
用全站仪测量和标定出三个正四面体4元阵中各传感器的空间坐标； 3
分别确定三个正四面体4元阵各自激波声源点的方向线I1U2和I3的方程，并规定从激波声源点指向相应正四面体4元阵的方向为Ip I2和I3的正向； 4
建立弹道线L的几何模型和搜索准则: .4.1
预先设定弹道线L与方向线I3的距离的阈值d_，预先设定弹道线L与方向线I3夹角的余角P与弹道激波圆锥面半角a之差的绝对值的阈值I 0-a |_; .4.2
在方向线I1上任取一点M1 (Xl, Y1, Z1)，同时令它也在弹道线L上，即M1为I1和L的交点； 在方向线I2上任取一点M2(x2，y2, z2)，同时令它也在弹道线L上，即M2为I2和L的交占.则过M1的弹道线L与I1的夹角为(90° -a)或(90° + a )，L与I2的夹角(90° -a)或(90° +a )，其中，a为弹道激波的圆锥面半角； .4.3
建立弹道线L的方程为:
2.根据权利要求
1所述的狙击弹道的声学测量方法，其特征在于:所述分别确定三个正四面体4元阵各自激波声源点的方向线Ip I2和I3的步骤如下: .3.1
记录每一个正四面体4元阵最先收到激波信号的时刻； .3.2
记录每一个正四面体4元阵另外三个传感器收到激波信号的时刻； .3.3
用该三个传感器收到激波信号的时刻分别减去最先收到激波信号的时刻，得到3个时间差值，列出3个独立的非线性方程: .3.4
用牛顿法求解非线性方程组可以分别得到方向线1:、I2和I3的方程，规定从激波声源点指向相应正四面体4元阵的方向为1:、12和I3的正向。
3.—种狙击弹道的声学测量方法，其特征在于:包括以下步骤: I
随机布设并固定三个正四棱锥体5元阵构成传声器阵列，且三个正四棱锥体5元阵不在同一直线上； 2
用全站仪测量和标定出三个正四棱锥体5元阵中各传感器的空间坐标； 3
分别确定三个正四棱锥体5元阵各自激波声源点的方向线I1U2和I3的方程，并规定从激波声源点指向相应正四棱锥体5元阵的方向为Ip I2和I3的正向； 4
建立弹道线L的几何模型和搜索准则: .4.1
预先设定弹道线L与方向线I3的距离的阈值d_，预先设定弹道线L与方向线I3夹角的余角P与弹道激波圆锥面半角a之差的绝对值的阈值I 0-a |_; .4.2
在方向线I1上任取一点M1 (Xl, Y1, Z1)，同时令它也在弹道线L上，即M1为I1和L的交点； 在方向线I2上任取一点M2(x2，y2, z2)，同时令它也在弹道线L上，即M2为I2和L的交占.则过M1的弹道线L与I1的夹角为(90° -a)或(90° + a )，L与I2的夹角(90° -a)或(90° +a )，其中，a为弹道激波的圆锥面半角； .4.3
建立弹道线L的方程为:
4.根据权利要求
3所述的狙击弹道的声学测量方法，其特征在于:所述分别确定三个正四棱锥体5元阵各自激波声源点的方向线Ip I2和I3的步骤如下: .3.1
记录每一个正四棱锥体5元阵最先收到激波信号的时刻；` 3.2
记录每一个正四棱锥体5元阵另外四个传感器收到激波信号的时刻； ` 3.3
用该四个传感器收到激波信号的时刻分别减去最先收到激波信号的时刻，得到4个时间差值，任意列出3个独立的非线性方程: `3.4
用牛顿法求解非线性方程组可以分别得到方向线1:、I2和I3的方程，规定从激波声源点指向相应正四棱锥体5元阵的方`向为1:、12和I3的正向。
专利摘要
本发明涉及狙击弹道的声学测量方法，包括以下步骤1)随机布设并固定三个正四面体4元阵构成传声器阵列，且三个正四面体4元阵不在同一直线上；2)用全站仪测量和标定出三个正四面体4元阵中各传感器的空间坐标；3)分别确定三个传声器基阵各自激波声源点的方向线l1、l2和l3的方程，并规定从激波声源点指向相应传声器基阵的方向为l1、l2和l3的正向；4)建立弹道线L的几何模型和搜索准则5)剔除其中一条不合理的弹道线，确定唯一弹道线L；本发明解决了现有声探测方法误差大的技术问题，本发明可快速精确计算出狙击弹道的轨迹和方向，为重点区域的安全保卫工作提供了一种廉价、实用的技术方法，对于反恐、维和具有重要的现实意义。
文档编号F42B35/00GKCN102243041 B发布类型授权 专利申请号CN 201110194046
公开日2013年8月14日 申请日期2011年7月12日
发明者张彤, 李家武, 董明荣, 张敏, 许学忠, 郭艳, 吴娜 申请人:西北核技术研究所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan专利引用 (4),