本发明涉及爆炸原点定位，特别涉及一种基于冲击波超压时序信号的爆炸原点定位方法。
背景技术：
1、爆炸原点定位是开展爆炸试验的重要环节，是评估武器装备打击精准性的重要依据，也是发生意外爆炸事故后进行事故分析溯源、开展事故调查的关键。准确分析爆炸发生后周围空间冲击波超压、地震动、声音、光等特征场信号，是实现爆炸原点定位的前提。但是爆炸是一种极为迅速的物理或化学的能量释放过程，在此过程中，空间内的物质以极快的速度把其内部所含有的能量释放出来，各种能量场发展速度极快且存在较强的相互耦合作用。因此，在爆炸发生时对爆炸现场的冲击波超压、地震动、声音、光等信号的准确测量与分析都是极为困难的，这也导致在爆炸试验和爆炸事故发生后均难以准确定位爆炸原点。
2、国内目前已知的爆炸原点定位方法有基于地震波信号的震源定位法、五元十字阵声定位算法、基于空中爆炸冲击波的动态爆心定位法等方法。基于地震波信号的震源定位法是在爆炸前需要在爆炸现场布置至少四个地震动传感器，并将其置于统一时间系统内，基于地震动信号在爆炸后沿不同方向匀速传播的假设，通过测量爆炸地震信号被不同位置的测试节点接收的时间差来实现定位，定位误差依赖于测点布置数量和相互间的时间同步误差。由于该方法是基于爆炸发生后地震波匀速传播的假设，但实际上爆炸瞬间产生的巨大能量会使地面土壤液化造成地震波传播速度改变，使得地震波并不会匀速传播，从而会导致该定位方法的模型近似过大，定位精度低。再者，地震波信号易受环境温度、湿度、地质结构等多方面因素影响，导致其抗环境干扰能力较差。
3、五元十字阵声定位算法需要在爆炸发生前预先在爆点不远处布置5个以上声音传感器，采集记录不同节点的声音信号后，利用延时估计算法，计算爆炸产生的声音信号到达不同声音传感器节点所产生的时间差，并结合阵元间的几何关系，推算最可能的爆炸原点。该方法在计算中以声波匀速传播为基础，但实际上爆炸瞬间产生的巨大能量会使周围空气瞬间温度和气压升高，而声音在空气中传播的速度受温度、气压影响会产生较大改变。因此爆炸发生后声波并不会匀速传播，从而会导致该定位方法的模型近似过大，定位精度低。
4、基于空中爆炸冲击波的动态爆心定位法是在爆炸前需要将数字压力记录仪在爆炸区域组成测试方阵，通过在每个区域选取一个测点的方式得到多组测点，以每组测点的相对坐标和冲击波超压值为原始数据，基于空中静态爆炸自由场冲击波超压峰值传播规律、动态爆炸冲击波超压工程计算公式、壁面反射规律等建立函数方程组，计算爆炸原点。该方法基于自由场冲击波超压峰值的传播规律进行定位，这种仅适用于爆炸原点在空中时的定位，而当爆炸原点在空旷地面上或有防护结构的有限空间中时，其给出的定位精度也无法保证。再者，冲击波在反射、绕射时，传播速度不会发生明显变化而其峰值会显著削减，冲击波传播过程中受温度、湿度、气压等条件影响，也会影响其峰值的传播规律。因而，该方法可能受爆炸范围内结构反射和环境影响，抗干扰能力较差。
5、因此，需要一种定位精度高、抗干扰能力强的爆炸原点定位方法。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本发明提供一种基于冲击波超压时序信号的爆炸原点定位方法。
2、本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种基于冲击波超压时序信号的爆炸原点定位方法，包括以下步骤：
3、s1：根据爆炸试验方案或需监测溯源可能发生爆炸事故的区域，确定需要监测的爆炸区域a，建立空间直角坐标系；
4、s2：在爆炸区域a中设定不少于4个冲击波超压监测点位s1,s2，...sn，测量si点的三维坐标并记为(xi,yi,zi)；
5、s3：在s1,s2，...sn点位布置冲击波超压传感器，监测si点冲击波超压传感器接收的冲击波超压信号pi，并循环储存；
6、s4：当任意点位冲击波超压信号在1ms内跃变超过设定阈值则认为发生爆炸，记该时间点为触发时间t0，触发各监测点位保存触发时间前2s到触发时间后5s之间的冲击波超压信号，形成冲击波超压超压信号-时间曲线；
7、s5：读取各监测点位冲击波超压超压信号-时间曲线中冲击波超压信号在1ms内发生0.5mpa以上跃变的点，记录其对应时间与触发时间t0的差值ti；
8、s6：根据爆炸区域a的气压、温度、湿度情况，确定声速c0、空气密度ρ0、等熵指数κ；
9、s7：根据硬质地面冲击波超压传播规律得出不同距离到达时间的理论表达式：
10、
11、式中：τ为到达时间；r为测点距离爆心距离；r0为积分起点，取0.01m；m为爆炸当量；c0为声速；ρ0为空气密度；κ为等熵指数；
12、s8：基于约束性优化内点算法和非线性最小二乘法在区域a中求解一组坐标(x,y,z)以及在[0,+∞]区间内的爆炸当量m，
13、
14、求解取得x、y、z、m的最小值，(x,y,z)坐标即为爆炸发生原点的坐标，爆炸当量m为实际爆炸当量；
15、s9：计算爆炸原点坐标的定位误差。
16、通过采用上述技术方案，在可能发生爆炸事故的区域内设置不少于4个冲击波超压监测点位，根据不同点位冲击波超压峰值到达时间的时序信号，基于爆炸过程冲击波超压峰值的传播速度模型，利用约束性优化内点算法和非线性最小二乘法在三维空间中计算出最有可能的爆炸发生原点坐标。由于冲击波遇到障碍物后可继续绕射传播，虽其超压峰值会受到削减，但传播速度几乎不受影响，传播速度快，不易受到其他信号影响，从而使得上述方法的定位精度高、抗干扰能力强。
17、进一步的，所述爆炸区域a为长方体区域，以该长方体区域的底面一顶点为原点，以与该顶点相交的三条棱长分别为x轴、y轴、z轴建立空间直角坐标系。
18、通过采用上述技术方案，将爆炸区域a设定为长方体区域，有利于空间直角坐标系的建立。
19、进一步的，所述冲击波超压监测点位至少包括爆炸区域a顶面的四个顶点位置。
20、通过采用上述技术方案，设置至少包括爆炸区域a顶面的四个顶点位置的冲击波超压监测点位，使得点位布置更加合理。
21、进一步的，所述步骤s9包括：
22、s9.1：取步骤s8中的最小值带入公式(2)中计算该函数f的取值，记为优化残差f0；
23、s9.2：计算平均时间测量误差σt＝f0/n；其中，n为监测点位数量；
24、s9.3：计算x、y,、z处数值求解对函数f的导数，
25、
26、其中，δ为正小量，取10-12；
27、s9.4：根据导数和平均时间测量误差计算定位误差，
28、δx＝σt×x′，δy＝σt×y′，δz＝σt×z′。
29、通过采用上述技术方案，根据函数f最小值剩余的优化残差f0计算计算平均时间测量误差，再根据定位坐标计算结果x,y,z对各点到达时间信号的偏导数，进而计算定位结果的误差，进一步验证定位结果的准确性。
30、综上所述，本发明具有以下有益效果：本技术中，通过在可能发生爆炸事故的区域内设置不少于4个冲击波超压监测点位，根据不同点位冲击波超压峰值到达时间的时序信号，基于爆炸过程冲击波超压峰值的传播速度模型，利用约束性优化内点算法和非线性最小二乘法在三维空间中计算出最有可能的爆炸发生原点坐标及误差。利用冲击波超压信号传播速度规律进行爆炸发生原点定位，一是由于冲击波遇到障碍物后可继续绕射传播，虽其超压峰值会受到削减，但传播速度几乎不受影响，因而不会影响定位的准确性；二是爆炸发生后，除光信号外冲击波超压信号传播最快，且其在空气中的传播速度高于其他介质中，因而各监测点位可第一时间接收到爆炸原点产生并沿空气传播的冲击波超压信号，不会受沿地面、墙体等结构中传播的冲击波信号干扰，抗干扰能力强；三是利用冲击波传播规律物理模型，考虑了冲击波传播过程中锋面超压对传播速度的影响，以及不同tnt当量对冲击波传播速度的影响，从而保证爆炸原点定位结果的精度。
1.一种基于冲击波超压时序信号的爆炸原点定位方法，其特征是：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于冲击波超压时序信号的爆炸原点定位方法，其特征是：所述爆炸区域a为长方体区域，以该长方体区域的底面一顶点为原点，以与该顶点相交的三条棱长分别为x轴、y轴、z轴建立空间直角坐标系。
3.根据权利要求2所述的一种基于冲击波超压时序信号的爆炸原点定位方法，其特征是：所述冲击波超压监测点位至少包括爆炸区域a顶面的四个顶点位置。
4.根据权利要求1所述的一种基于冲击波超压时序信号的爆炸原点定位方法，其特征是：所述步骤s9包括：
