一种侵彻复杂厚目标状态估计和自适应炸点控制方法与流程

本发明涉及侵彻引信炸点识别，更具体的说，涉及一种基于专家系统的侵彻复杂厚目标引信状态估计和自适应炸点控制方法。

背景技术：

1、硬目标侵彻弹药作为反硬目标武器，主要用于攻击桥梁、弹药库、机库、地下指挥中心等坚固防护高价值目标，在现代战场中发挥着重要的作用。引信作为硬目标侵彻弹药的核心部件，可以根据侵彻目标过程中获得的加速度过载信号实时识别弹体碰撞目标、侵彻目标、穿透目标的全过程，并控制战斗部在穿透目标后一定空间内爆炸。综上，具有状态估计和自适应炸点控制能力的引信可以实现对加固或深埋目标的精确打击，并充分发挥硬目标侵彻弹药的作战效能，研究其侵彻复杂厚目标时的状态估计及自适应炸点控制方法具有重要价值。

2、然而现代战场中对抗形势不断升级，侵彻环境愈发复杂，高价值坚固目标的隐蔽性和抗毁性能不断提高，引信探测获得的冲击过载信号中叠加了复杂弹引结构响应产生的高频振荡信号和其他干扰信号，使得过载信号模态混叠、目标特性不明，因而准确识别判断弹体出靶时刻和判断延时起爆时间对空穴识别起爆控制方法来说是一个极大的挑战。

3、传统空穴识别起爆控制方法多延用层数为1的计层起爆控制模式，根据实时低频滤波信号，按设定的普适性过载阈值来识别弹体侵入、侵出状态，采用固定的延时时间来控制侵彻弹药起爆位置。然而，在不同侵彻环境、不同侵彻目标下的过载加速度信号具有不同的统计性质，该类方法难以适应不同的侵彻工况和打击目标，且难以准确判断弹体出靶时刻和确定延时起爆时间，易造成炸点位置的误判，进而削弱硬目标侵彻弹药的毁伤效能。此外，该方法的识别性能依赖于过载信号的质量，当过载信号存在测量偏差或异常干扰时，无法减少或消除未知信号对识别结果的干扰，难以保证目标识别的可靠性。因此，建立不同侵彻环境下，空间域动态侵彻历程与时间域过程信号之间匹配关系，研究引信在变壁厚、变强度环境下自适应精准起爆的控制方法已成为本领域亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明针对现有引信侵彻复杂厚目标状态估计方法的不足之处，提出一种基于专家系统的侵彻复杂厚目标状态估计和自适应炸点控制方法，本发明仅以侵彻坚固厚目标过程中引信部位加速度过载信号作为弹体状态估计指标。首先建立着-出靶位姿与时间、速度及其修正量的关系表，形成弹体关于强度靶侵彻历程的专家知识系统；根据该知识系统设计基于过载特征的弹丸行为动态识别策略，同时根据加速度信号实时解算弹丸出靶余速；将专家经验决策结果与余速推算结果进行融合处理，可以更准确地识别弹丸碰撞目标、侵彻目标、穿透目标、钻出目标一系列历程，更准确地判别引信起爆延迟时间，从而有效提高引信炸点控制的抗扰动能力、自适应能力和精度。

2、为实现上述发明目的，本发明提出的一种基于专家系统的侵彻复杂厚目标状态估计和自适应炸点控制方法，包括以下步骤：

3、步骤1：选用引信部位加速度过载信号作为弹体状态估计指标，采用不同侵彻工况、不同靶厚度下的试验过载数据和动力学仿真模型数据，结合领域专家经验知识，构建弹体关于强度靶侵彻历程的专家知识系统；

4、步骤2：结合专家系统提供的引信先验侵彻行为信息和滑动时间窗内的实时过载信号包络特征，设计时空域下侵彻行为与过载特征相匹配的引信状态动态识别策略，准确判断弹体侵入目标、侵出靶板时刻，进而推断弹尾出靶余速；

5、步骤3：同步根据动态滑动窗口内的过载信号，采用四阶龙格库塔法实时计算弹体的侵彻速度，并根据步骤2识别到的侵出时刻，推算弹体侵出目标存速；

6、步骤4：融合处理步骤2中先验余速信息和步骤3种实算余速信息，根据战斗部长度和炸点控制要求，自适应确定引信延时起爆时间。

7、更进一步的是，所述一种基于专家系统的侵彻复杂厚目标状态估计和自适应炸点控制方法，其特征在于：步骤1中构建的弹体关于强度靶侵彻历程专家知识系统，具体实现过程如下：

8、步骤1.1：搭建动力学模型：构建典型战斗部侵彻典型强度靶的仿真模型，获得弹体及引信以不同速度在变壁厚、变强度环境下的侵彻过载数据，形成仿真数据集。

9、步骤1.2：校正动力学模型：对比步骤1.1获取的仿真数据和靶场回收的试验数据，并结合试验过程中的高速录像，校正动力学模型参数，降低仿真结果和试验数据之间的误差。

10、步骤1.3：制作模型-数据驱动的多工况侵彻数据集：利用步骤1.2中优化的动力学仿真模型扩充侵彻过载数据集，同时纳入实测侵彻信号，构建弹体侵彻强度靶的过载数据集。

11、步骤1.4：数据-知识融合的引信侵彻行为研究：利用步骤1.2的动力学模型和步骤1.3的过载数据集，结合相关领域专业人员的实践经验，形成不同工况下侵彻状态的先验知识集。

12、步骤1.5：构建并完善弹体关于强度靶侵彻历程的专家知识系统：考虑软件引起的计算误差、着靶姿态误差等，根据专家经验知识，优化步骤1.4的知识，形成弹体关于强度靶侵彻历程的专家知识系统。

13、更进一步的是，所述一种基于专家系统的侵彻复杂厚目标状态估计和自适应炸点控制方法，其特征在于：步骤2中设计的时空域下侵彻行为与过载特征相匹配的引信状态动态识别策略，具体实现过程如下：

14、步骤2.1：算法参数初始化：按照起爆控制要求，对空穴起爆模式参数初始化，包括侵彻条件、起爆控制要求等；基于步骤1中构建的专家知识系统，对弹体侵入、侵彻、侵出状态判别的相关参数初始化。

15、步骤2.2：弹体碰靶状态及碰靶时刻识别：从传感器中获取侵彻过载信号，采用动态滑窗方法实时计算窗内信号的均方根(rms)包络值aenvelope(i)，并将包络值与gate1进行比较，如果窗口aenvelope(i)≥gate1的计次数大于最大设定值m，记录当前时刻为引信基于过载信号判别的碰靶时刻tin_a，转至步骤2.3；否则，滑动信号采集窗，重复步骤2.2。

16、步骤2.3：弹体侵入状态识别：实时采集过载信号，计算信号窗lacc内信号的rms包络值，并将采样时间t与闭锁时间tlimit进行比较，若t≥tlimit，转至步骤2.4；否则，当前弹体处于平稳侵入状态，滑动时间窗，重复步骤2.3。

17、步骤2.4：弹体侵出状态及出靶时刻识别：对两个相邻滑动时间窗内的过载包络信号分别累加求和，记为和再利用过载信号的时变趋势对弹体出靶状态判断，若且同时满足窗口内aenvelope(i)≥gate2的计次数大于最大设定值n，记录当前时刻为引信基于过载信号判别的出靶时刻tout_a，转至步骤2.5；否则，当前弹体处于平稳侵入状态，令滑动时间窗，重复步骤2.4。

18、步骤2.5：基于先验信息的弹体侵出余速估计：根据步骤1中构建的弹体关于强度靶侵彻历程专家知识系统，查找出靶时刻tout_a对应的出靶余速范围

19、更进一步的是，所述一种基于专家系统的侵彻复杂厚目标状态估计和自适应炸点控制方法，其特征在于：步骤3中基于加速度信号实时解算弹丸出靶余速，具体实现过程如下：

20、步骤3.1：基于速度解算的碰靶时刻识别：从传感器中获取侵彻过载信号，采用动态滑窗lvelocity方法计算窗内战斗部引信部位的速度，若当前速度vcal(t)衰减量高于设定阈值，记录当前时刻为引信基于速度解算识别的碰靶时刻tin_v，转至步骤3.2；否则，重复步骤3.1。

21、步骤3.2：出靶时刻的弹体余速解算：滑动时间窗lvelocity实时计算弹体速度，判断步骤2.4中tout_a是否为空，如果不为空，采用四阶runge-kutta法计算余速vcal(tout_a)；否则，重复步骤3.2。

22、更进一步的是，所述一种基于专家系统的侵彻复杂厚目标状态估计和自适应炸点控制方法，其特征在于：步骤4中融合先验-实算余速信息自适应确定引信延时起爆时间，具体实现过程如下：

23、步骤4.1：比较步骤2中的先验估计余速范围和步骤3中的实算余速vcal(tout_a)，当两者的偏差小于设定值时，说明传感器获取的量测数据与专家提供的领域知识具有良好的匹配性，跳转至步骤4.2；反之，说明量测数据存在较大误差，传感器存在漂移，跳转至步骤4.3。

24、步骤4.2：精细化延时起爆时间。校正弹体侵出目标余速为设定延时起爆时间为tcontrol＝(l0+s)/(2vre)。

25、步骤4.3：采信专家提供的领域知识，弹体侵出目标余速为vre＝v(tout_a)，设定延时起爆时间为tcontrol＝(l0+s)/(2vre)+|tin_a-tin_v|。

26、与现有技术相比，本发明一种基于专家系统的侵彻复杂厚目标状态估计和自适应炸点控制方法，其有益效果在于：

27、(1)本发明通过构建的专家知识系统揭示空间域动态侵彻物理过程与时间域侵彻过程信号趋势变化匹配关系，同时基于先验知识设计侵彻复杂厚目标状态估计和炸点控制方法，可以自适应不同的侵彻环境，解决了引信在变壁厚、变强度环境下靶后准确起爆的问题。

28、(2)本发明构建的弹体关于强度靶侵彻历程专家知识系统，解决了基于入-出靶阈值的空穴起爆控制方法难以满足工况自匹配的需求，可以适应不同的侵彻目标和速度，提高了引信炸点控制的自适应能力；

29、(3)本发明提出的方法，同时利用传感器获得的过载数据与专家系统提供的领域知识来对弹体侵彻复杂厚目标的状态进行实时估计，解决了数据来源单一，以及传统基于过载阈值识别策略中异常数据、未知干扰、传感器漂移等对识别结果的影响，提高了判别策略的抗干扰能力；

30、(4)本发明提出的方法，同时利用专家系统获得的先验余速信息和基于加速度信号实时解算的结果，可以更准确地判断确定弹体出靶余速、精确延时起爆时间，提高了起爆控制的精度。