一种用于爆破式扫雷测试作业的效能数据采集系统-j9九游会真人

1.本发明涉及扫雷技术领域，更具体地说，本发明涉及一种用于爆破式扫雷测试作业的效能数据采集系统。


背景技术：

2.地雷，是一种爆炸性障碍武器，通常设置于地表或地面以下，通过压力、拉力等机械应力或者磁、声音、震动等信号来触发，用以攻击步兵和坦克装甲车辆，割裂敌人进攻阵型，迟滞、阻碍敌人的进攻速度，阻挡敌人退方向。目前地雷场扫雷和开辟通路有多种手段，机械手段多采用扫雷链、扫雷磙、扫雷犁等纯机械结构的扫雷机具，运用锤击、碾压、推铲等方式，对地雷进行力学上、结构上的破坏，以扫清道路中的地雷。爆破式扫雷手段，多采用火箭拖带爆炸带，直列装药等爆破手段，利用爆炸的冲击波、高温和超压来引爆或破坏地雷，从而开辟雷场通路。其中，爆破式扫雷是目前多采用的一种在敌人火力下强行开辟通路的通用方式。目前的主要形式多采用火箭拖带爆炸带，飞入到地雷场地中，延时起爆，以爆轰波来摧毁或者引爆反坦克地雷或反步兵地雷。
3.对于爆破式扫雷具的扫雷效果，目前缺乏有效的测试手段来判定道路地雷清排的效果。
4.为了解决上述问题，现提供一种技术方案。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种用于爆破式扫雷测试作业的效能数据采集系统，是通过配合以专用模拟测试地雷，适用于爆破式扫雷具开辟通路的效果测试，并对爆破扫雷器的扫雷效能进行验证，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种用于爆破式扫雷测试作业的效能数据采集系统，包括仿真模拟测试雷、数据采集模块、无线采集终端以及第一上位计算机，仿真模拟测试雷与数据采集模块相连，数据采集模块与无线采集终端相连，无线采集终端与第一上位计算机相连，第一上位计算机包括扫雷效能测试模块，扫雷效能测试模块连接有扫雷效能分析模块，其中：
8.仿真模拟测试雷为非耐压爆压发式防坦克地雷模拟雷，安装有压发引信和触发电路，通过接线端子，以有线方式与数据采集模块通信；
9.数据采集模块接收来自仿真模拟测试雷的触发信号，通过lora信号存储、发送触发仿真模拟测试雷的信息到无线采集终端；
10.无线采集终端作为lora网络的信息转发路由，收集全系统各仿真模拟测试雷的触发信息，传送至第一上位计算机进行处理；
11.第一上位计算机通过扫雷效能测试模块，收集处理雷场信息，再将雷场信息传输给扫雷效能分析模块计算扫雷率，存储扫雷效能数据，自动生成扫雷效果概略图。
12.作为本发明进一步的方案，扫雷效能测试模块包括地雷节点录入模块和初始条件
设置模块，地雷节点录入模块和初始条件设置模块均连接有布雷测试模块，地雷节点录入模块通过建立并打开txt文本文件，使用扫码枪读取仿真模拟测试雷的id，自动将仿真模拟测试雷的id通过lora节点批量录入到txt文件中并进行文件存储，初始条件设置模块用于设置爆破式扫雷测试作业的地形、时间以及气候信息。
13.作为本发明进一步的方案，布雷测试模块将埋设到场地的仿真模拟测试雷按id读入顺序进行编号，按需设置雷场纵深和正面宽，扫雷车进入雷场进行扫雷作业，发射火箭爆破带，火箭爆破带落地展直后起爆，压力作用于仿真模拟测试雷上盖，扫雷车从左向右行间扫雷，记录扫雷的序号、仿真模拟测试雷的id、扫除情况以及地雷的实际位置信息，并根据实际仿真模拟测试雷的位置信息进行坐标变换，描绘出地雷布设模拟界面。
14.作为本发明进一步的方案，扫雷效能分析模块包括冲击波压力采集显示子系统，冲击波压力采集显示子系统连接有扫雷作业效能计算模块。
15.作为本发明进一步的方案，冲击波压力采集显示子系统包括冲击波压力传感器、用于将冲击波压力传感器固定用的冲击波压力传感器工装、毁伤效应测试仪、无线组网服务器、测控模块和第二上位计算机。
16.毁伤效应测试仪内置的gps实现微秒级统一时标授时，该授时信息将自动写入测试数据文件，通过读取文件数据，比较各个设备之间的时序关系，达到无线同步触发的目的，无线同步时差1μs。此外，还采用有线触发方式，通过同步触发器实现多台毁伤效应测试仪同步触发；实验时，断靶线联接同步触发器的输入端，另一端绑在试验弹上。试验弹起爆时炸断断靶线，同步触发器输出多路触发信号给多台毁伤效应测试仪，最终实现多台毁伤效应测试仪同时触发采集。
17.作为本发明进一步的方案，毁伤效应测试仪和冲击波压力传感器分布式布置在垂直于爆破带间两侧，冲击波压力传感器安装在冲击波压力传感器工装上并埋入测点地下，毁伤效应测试仪内置icp恒流源，每台毁伤效应测试仪直连2只冲击波压力传感器，无线组网服务器对半径为800米范围内的毁伤效应测试仪进行无线组网，并通过网线连接第二上位计算机，通过第二上位计算机远程监控设备状态、设置采集参数。
18.作为本发明进一步的方案，冲击波压力采集显示子系统的工作流程如下：
19.步骤s1，在进行扫雷作业时，爆破带各测点冲击波压力传感器感应爆破冲击波压力信号，毁伤效应测试仪测试自动触发，并将测试数据进行存储；
20.步骤s2，毁伤效应测试仪通过无线通讯将各测点冲击波压力特征值传送至第二上位计算机，显示扫雷作业爆破带空气冲击波压力场在地面的分布情况；
21.步骤s3，第二上位计算机将各测点冲击波压力特征值、扫雷作业时长以及仿真模拟测试雷触发的比例传送至扫雷作业效能计算模块。
22.作为本发明进一步的方案，在步骤s2中，各测点冲击波压力特征值包括挑点压缩波形、超压峰值、正压作用时间以及能流密度。
23.作为本发明进一步的方案，扫雷作业效能计算模块通过各个测点的超压峰值、正压作用时间、能流密度、扫雷作业时长以及仿真模拟测试雷的触发比例对扫雷车的爆破式扫雷作业进行效能分析，扫雷作业效能为各测点超压峰值与正压作用时间、能流密度乘积的均值和仿真模拟测试雷触发比例的乘积，再除以扫雷作业时间，扫雷作业效能的公式为：
[0024][0025]
式中：γ为扫雷作业效能，α为仿真模拟测试雷的触发比例，α等于触发的仿真模拟测试雷的数量和总布雷数的比值，n为触发的仿真模拟测试雷数量，i为触发的仿真模拟测试雷序号，p
max,i
为第i个触发的仿真模拟测试雷相邻测点的超压峰值，t
z,i
为第i个触发的仿真模拟测试雷相邻测点的正压作用时间，正压作为时间为超压作用时间，ρ
e,i
为第i个触发的仿真模拟测试雷相邻测点的能流密度，ts为扫雷作业时间。
[0026]
作为本发明进一步的方案，毁伤效应测试仪的电路包括模拟信号调理单元、数字信号处理单元和中央处理单元，其中：
[0027]
模拟信号调理单元负责模拟信号调理，由icp激励为压力冲击波传感器提供4ma恒流驱动，冲击波压力传感器捕获的模拟信号经缓冲器后由增益控制电路对信号进行放大，icp信号不放大，再由补偿电路对信号的增益控制电路对信号的增益及零点补偿，信号经过抗混叠滤波后进入adc做模数转换成数字信号进入下一单元处理，电源电路负责生成电压值在[-5， 5]v区间内的电源用于模拟电路电源供电，生成的24v电源用于icp传感器的激励源供电，传感器输出的模拟信号经缓冲，校准后再由滤波后松紧采集电路，滤波电路在通频带内的频率响应曲线最大限度平坦，没有起伏，而在阻频带则逐渐下降为零，在振幅的对数对角频率的伯德图上，从预先设定的边界角频率开始，振幅随着角频率的增加而逐渐减少，趋向负无穷大；
[0028]
数字信号处理单元负责对adc转换后的数字信号进行多通道同步采集、触发管理、数据负延迟的操作；
[0029]
中央处理单元负责系统数据存储、数据分析、数据通讯传输以及gps定位。
[0030]
本发明一种用于爆破式扫雷测试作业的效能数据采集系统的技术效果和优点：
[0031]
本发明是通过配合以专用仿真模拟测试雷，进行爆破式扫雷具开辟通路的效果测试，并对爆破扫雷器的扫雷效能进行验证，通过采集的扫雷作业效能数据对扫雷效能进行图文展示和扫雷作业效能分析。
附图说明
[0032]
图1为本发明一种用于爆破式扫雷测试作业的效能数据采集系统结构框图；
[0033]
图2为本发明一种用于爆破式扫雷测试作业的效能数据采集系统的系统测试示意图；
[0034]
图3为毁伤效应测试仪的电路原理示意图。
具体实施方式
[0035]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0036]
实施例1
[0037]
如图1所示，本发明所述的一种用于爆破式扫雷测试作业的效能数据采集系统，包
括仿真模拟测试雷、数据采集模块、无线采集终端以及第一上位计算机，仿真模拟测试雷与数据采集模块相连，数据采集模块与无线采集终端相连，无线采集终端与第一上位计算机相连，第一上位计算机包括扫雷效能测试模块，扫雷效能测试模块连接有扫雷效能分析模块，其中：
[0038]
仿真模拟测试雷为非耐压爆压发式防坦克地雷模拟雷，安装有压发引信和触发电路，通过接线端子，以有线方式与数据采集模块通信；
[0039]
数据采集模块接收来自仿真模拟测试雷的触发信号，通过lora信号存储、发送触发仿真模拟测试雷的信息到无线采集终端；
[0040]
数据采集模块由外壳、无线发射电路、电池、接线柱组成。使用时可半埋于土中，只露出天线。与地雷通过2芯护套线连接，确保信号传递通畅。为保证数据传输安全，信号线外套铁管以防止爆轰波干扰。
[0041]
无线采集终端作为lora网络的信息转发路由，收集全系统各仿真模拟测试雷的触发信息，传送至第一上位计算机进行处理；
[0042]
第一上位计算机通过扫雷效能测试模块，收集处理雷场信息，再将雷场信息传输给扫雷效能分析模块计算扫雷率，存储扫雷效能数据，自动生成扫雷效果概略图。
[0043]
本发明一种用于爆破式扫雷测试作业的效能数据采集系统的技术效果和优点：本发明是通过配合以专用仿真模拟测试雷，进行爆破式扫雷具开辟通路的效果测试，并对爆破扫雷器的扫雷效能进行验证，通过采集的扫雷作业效能数据对扫雷效能进行图文展示和扫雷作业效能分析。
[0044]
扫雷效能测试模块包括地雷节点录入模块和初始条件设置模块，地雷节点录入模块和初始条件设置模块均连接有布雷测试模块，地雷节点录入模块通过建立并打开txt文本文件，使用扫码枪读取仿真模拟测试雷的id，自动将仿真模拟测试雷的id通过lora节点批量录入到txt文件中并进行文件存储，初始条件设置模块用于设置爆破式扫雷测试作业的地形、时间以及气候信息。
[0045]
布雷测试模块将埋设到场地的仿真模拟测试雷按id读入顺序进行编号，按需设置雷场纵深和正面宽，扫雷车进入雷场进行扫雷作业，发射火箭爆破带，火箭爆破带落地展直后起爆，压力作用于仿真模拟测试雷上盖，扫雷车从左向右行间扫雷，记录扫雷的序号、仿真模拟测试雷的id、扫除情况以及地雷的实际位置信息，并根据实际仿真模拟测试雷的位置信息进行坐标变换，描绘出地雷布设模拟界面。
[0046]
扫雷效能分析模块包括冲击波压力采集显示子系统，冲击波压力采集显示子系统连接有扫雷作业效能计算模块。
[0047]
冲击波压力采集显示系统针对爆炸现场冲击波压力测试需求，提出了“分布式测量、存储式记录、无线式传输”的硬件方案，以及“远程状态监测、无线遥控测量”的软件思路和功能，扫雷作业时能够分多点分布式同步测量爆炸带扫雷时冲击波压力信号，通过lora无线通讯方式将冲击波压力场在地面的分布情况。
[0048]
实施例2
[0049]
冲击波压力采集显示子系统包括冲击波压力传感器、用于将冲击波压力传感器固定用的冲击波压力传感器工装、毁伤效应测试仪、无线组网服务器、测控模块和第二上位计算机。
[0050]
毁伤效应测试仪内置的gps实现微秒级统一时标授时，该授时信息将自动写入测试数据文件，通过读取文件数据，比较各个设备之间的时序关系，达到无线同步触发的目的，无线同步时差1μs。此外，还采用有线触发方式，通过同步触发器实现多台毁伤效应测试仪同步触发；实验时，断靶线联接同步触发器的输入端，另一端绑在试验弹上。试验弹起爆时炸断断靶线，同步触发器输出多路触发信号给多台毁伤效应测试仪，最终实现多台毁伤效应测试仪同时触发采集。
[0051]
毁伤效应测试仪和冲击波压力传感器分布式布置在垂直于爆破带间两侧，冲击波压力传感器安装在冲击波压力传感器工装上并埋入测点地下，毁伤效应测试仪内置icp恒流源，每台毁伤效应测试仪直连2只冲击波压力传感器，无线组网服务器对半径为800米范围内的毁伤效应测试仪进行无线组网，并通过网线连接第二上位计算机，通过第二上位计算机远程监控设备状态、设置采集参数。
[0052]
毁伤效应测试仪采用存储测试技术、无线同步技术和嵌入式系统技术，将信号调理单元、a/d转换器、大容量存储器、可充电锂电池、soc单元及lora无线通信单元等集成一体，能够脱离计算机独立工作，直接接驳冲击波压力传感器，用于冲击波超压信号同步测量，设备可自由放置于测点附近，自动采集并存储冲击波压力数据，减少了试验现场布线的工作量，降低了传输线缆受到损坏和干扰的程度，并解决了传统设备因信号线缆过长造成高频信号畸变及其他因线缆造成的问题。
[0053]
冲击波压力传感器使用m10
×
1螺纹安装，冲击波压力测量范围为10kpa～10mpa。谐振频率≥200khz，上升时间2μs，爆炸场测试时，正常使用、未受到破片打击情况下可重复使用，重复使用次数不少于10次，完全满足扫雷作业爆破空气冲击波压力信号的测试要求；冲击波压力传感器工装采用普通碳素钢材料，用于安装固定冲击波压力传感器，并埋入垂直于爆破带间各测点。
[0054]
如图2所示，冲击波压力采集显示子系统的工作流程如下：
[0055]
步骤s1，在进行扫雷作业时，爆破带各测点冲击波压力传感器感应爆破冲击波压力信号，毁伤效应测试仪测试自动触发，并将测试数据进行存储；
[0056]
步骤s2，毁伤效应测试仪通过无线通讯将各测点冲击波压力特征值传送至第二上位计算机，显示扫雷作业爆破带空气冲击波压力场在地面的分布情况；
[0057]
步骤s3，第二上位计算机将各测点冲击波压力特征值、扫雷作业时长以及仿真模拟测试雷触发的比例传送至扫雷作业效能计算模块。
[0058]
需要说明的是，在步骤s2中，各测点冲击波压力特征值包括挑点压缩波形、超压峰值、正压作用时间以及能流密度。
[0059]
扫雷作业效能计算模块通过各个测点的超压峰值、正压作用时间、能流密度、扫雷作业时长以及仿真模拟测试雷的触发比例对扫雷车的爆破式扫雷作业进行效能分析，扫雷作业效能为各测点超压峰值与正压作用时间、能流密度乘积的均值和仿真模拟测试雷触发比例的乘积，再除以扫雷作业时间，扫雷作业效能的公式为：
[0060][0061]
式中：γ为扫雷作业效能，α为仿真模拟测试雷的触发比例，α等于触发的仿真模拟测试雷的数量和总布雷数的比值，n为触发的仿真模拟测试雷数量，i为触发的仿真模拟测
试雷序号，p
max,i
为第i个触发的仿真模拟测试雷相邻测点的超压峰值，t
z,i
为第i个触发的仿真模拟测试雷相邻测点的正压作用时间，正压作为时间为超压作用时间，ρ
e,i
为第i个触发的仿真模拟测试雷相邻测点的能流密度，ts为扫雷作业时间。
[0062]
实施例3
[0063]
如图3所示，毁伤效应测试仪的电路包括模拟信号调理单元、数字信号处理单元和中央处理单元，其中：
[0064]
模拟信号调理单元负责模拟信号调理，由icp激励为压力冲击波传感器提供4ma恒流驱动，冲击波压力传感器捕获的模拟信号经缓冲器后由增益控制电路对信号进行放大，icp信号不放大，再由补偿电路对信号的增益控制电路对信号的增益及零点补偿，信号经过抗混叠滤波后进入adc做模数转换成数字信号进入下一单元处理，电源电路负责生成电压值在[-5， 5]v区间内的电源用于模拟电路电源供电，生成的24v电源用于icp传感器的激励源供电，传感器输出的模拟信号经缓冲，校准后再由滤波后松紧采集电路，滤波电路在通频带内的频率响应曲线最大限度平坦，没有起伏，而在阻频带则逐渐下降为零，在振幅的对数对角频率的伯德图上，从预先设定的边界角频率开始，振幅随着角频率的增加而逐渐减少，趋向负无穷大；
[0065]
数字信号处理单元负责对adc转换后的数字信号进行多通道同步采集、触发管理、数据负延迟的操作；
[0066]
中央处理单元负责系统数据存储、数据分析、数据通讯传输以及gps定位，中央处理单元通过uart接口，与gps功能对应的硬件连接。
[0067]
为保障数据长时间稳定传输，系统在硬件和软件上具备以下特点：
[0068]
硬件上，所有物料、芯片均采用宽温版本，设备上所有时钟源均采用高精度有源振荡器，采用金属外壳设计，以进一步提高散热效率；
[0069]
软件上，发送的数据包的二进制相加然后取反，目的是检测数据在传输过程中的任何变化。如果收到段的检验和有差错，将丢弃这个报文段和不确认收到此报文段，给发送的每一个包进行编号，接收方对数据包进行排序，把有序数据传送给应用层，当发出一个段后，它启动一个定时器，等待目的端确认收到这个报文段。如果不能及时收到一个确认，将重发这个报文段，连接的每一方都有固定大小的缓冲空间，接收端时只允许发送端发送接收端缓冲区能接纳的数据。当接收方来不及处理发送方的数据，能提示发送方降低发送的速率，防止包丢失。
[0070]
为保障信号完整，系统对pcb信号完整性要求上，存在以下特征：
[0071]
(1)介质：印刷电路板(pcb)绝缘材料的控制，直接决定了i/o信号快速切换所产生的噪音和串扰的强度。pcb介质材料可以分配给一个介电常数εr，介电常数直接影响传输线的阻抗。介质材料的介电常数越低，信号传播的速度就越快。选择适当的介质材料会使pcb的介电损耗减少，因为信号频率在1ghz以上时相比于导体损耗，介电损耗占主导地位。对于一个给定的介质材料，介电损耗是由损耗率和耗散因数决定的，较小的损耗率变量将使告诉信号的高频衰减更低。对于高速信号采用standard fr4板材。
[0072]
(2)叠层：先获取以下四个信息：单板总层数，包括信号层、电源层、底层各自的数目；单板厚度；单端信号和差分信号的目标阻抗；pcb介电常数。其次按照以下原则进行叠层：信号层应该和地层相邻；系统的高速信号线尽量在电路板的内层和两个地层之间；多个
地层可以减少共模电磁干扰和减少pcb板的阻抗；信号层与地层紧密耦合，即两层之间的介质厚度很小；电源层应该与地层紧密耦合。
[0073]
(3)布局：pcb布局应遵循以下原则：数字部分和模拟部分分开布局；以主要功能器件为核心，按信号流向进行布局，且使高速信号之间连线尽量短；电源去耦电容和高速信号耦合电容尽量靠近接收端放置；布局还应该考虑散热、抗震等问题。
[0074]
(4)走线：走线最主要的是遵循阻抗匹配的原则。高速信号走在内层而不是表层，选择带状线而不是微带线，选择带状线的优点是带状线隐蔽性能好，而且一对对称的边缘耦合带状线结构可以确保阻抗环境的恒定。高速信号不在表层做长距离走线，一般从器件引脚做短距离扇出，一旦扇出后，就立刻通过过孔进入阻抗控制较好的内层，再继续走线。差分走线阻抗控制为100欧姆，通过si9000/si6000计算走线宽度。差分信号两条信号线走线误差不得超过5miles。在输入到接收端之间，通道到通道的偏移不能超过11ns。相邻层差分信号之间不能平行走线，通过正交走线来避免串扰。d》3s。d：两相邻差分对之间的距离；s：一对差分对两线之间的距离。s》3h。h：线到参考平面之间的距离。
[0075]
(5)过孔：对于高速信号线的过孔，尽量不要有stub；无法避免时，可以使用背钻工艺；推荐使用盲/埋孔；去除无用焊盘；增大反焊盘直径；靠近每个信号孔添加接地孔，以提供更好的ac返回路径；电容管脚和过孔之间使用短而粗的线连接。
[0076]
(6)电源、地平面：电源地处理要注意载流能力、电流通道。
[0077]
(7)信号完整性仿真和测试：高速pcb设计完成以后，必须对其进行仿真，通过仿真软件cadence allegro si对高速缠粉信号质量进行观察，通过看眼图的“开眼”大小来判断信号好坏。信号完整性测试的方法有很多，主要的手段有波形测试，即使用示波器测试波形的幅度、边沿和毛刺等，通过测试信号的参数，可以看出幅度、边沿时间是否满足器件接口电平要求，有没有存在信号毛刺等。
[0078]
以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
[0079]
最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。