梁瑊輝，王志成，邵志豪，王 杰，李 蓉,2，張 珂,2

(1.西安機(jī)電信息技術(shù)研究所，陜西 西安 710065；2.機(jī)電動(dòng)態(tài)控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710065)

隨著地下工事、彈藥庫、機(jī)庫等高價(jià)值軍事目標(biāo)的防護(hù)能力越來越強(qiáng)[1]，防護(hù)結(jié)構(gòu)由單介質(zhì)厚目標(biāo)發(fā)展為復(fù)合目標(biāo)。復(fù)合目標(biāo)是采用夯土、巖石、沙石、混凝土多種介質(zhì)層緊密貼合組成的厚目標(biāo)結(jié)構(gòu)，利用相鄰介質(zhì)間的界面效應(yīng)提高抗彈能力，同時(shí)因不同介質(zhì)的強(qiáng)度不同，干擾侵徹鉆地武器引信對(duì)主強(qiáng)度目標(biāo)的判斷，從而降低侵徹彈藥的毀傷效果，達(dá)到掩體等目標(biāo)防護(hù)性能的目的[2]。侵徹鉆地武器要求對(duì)具有復(fù)雜目標(biāo)防護(hù)的軍事目標(biāo)具有精準(zhǔn)打擊能力[3]。侵徹鉆地武器常采用空穴起爆方法對(duì)地下目標(biāo)實(shí)現(xiàn)打擊，常規(guī)的空穴起爆方法是依據(jù)單介質(zhì)目標(biāo)過載特征規(guī)律，采用閾值比較法[4]，在識(shí)別到完整的侵入、侵出特征的基礎(chǔ)上判斷彈丸侵徹完整目標(biāo)[5]，計(jì)算侵出速度，設(shè)定起爆時(shí)間。基于過載斜率灰色關(guān)聯(lián)度的復(fù)合目標(biāo)識(shí)別方法是采用過載斜率灰色關(guān)聯(lián)度方法預(yù)測(cè)彈丸的侵徹狀態(tài)，判斷侵徹狀態(tài)變化點(diǎn)，結(jié)合過載斜率值符號(hào)，確定彈丸侵入高強(qiáng)度目標(biāo)，在此基礎(chǔ)上采用空穴起爆方法，進(jìn)行起爆決策。提出的方法比常規(guī)的閾值比較法更適用于過載特征部分疊加和不完整的復(fù)合目標(biāo)識(shí)別。

常規(guī)空穴起爆方法采用閾值比較法識(shí)別目標(biāo)，將實(shí)時(shí)采集的彈丸侵徹過載和設(shè)定的侵入、侵出目標(biāo)閾值相比較，當(dāng)判斷過載值符合閾值條件，且侵入、侵出的順序正確時(shí)，確定彈丸侵徹完整的目標(biāo)層，在此基礎(chǔ)上根據(jù)彈丸侵出目標(biāo)的速度結(jié)合起爆距離，設(shè)定延時(shí)起爆時(shí)間，實(shí)現(xiàn)起爆決策[6]。該方法前提是彈丸侵徹目標(biāo)具有完整的侵徹入、侵出過載特征，對(duì)于復(fù)合目標(biāo)，彈丸侵徹不同介質(zhì)層界面時(shí)過載特征重疊、不完整，容易對(duì)高強(qiáng)度目標(biāo)出現(xiàn)漏判、錯(cuò)判的情況[7]，從而影響彈丸的毀傷效果。提出的基于斜率灰色關(guān)聯(lián)度的復(fù)合目標(biāo)識(shí)別方法，根據(jù)相鄰兩個(gè)時(shí)間窗的過載斜率灰色關(guān)聯(lián)度符號(hào)函數(shù)預(yù)測(cè)彈丸的侵徹狀態(tài)，并結(jié)合斜率值符號(hào)判斷彈丸由低強(qiáng)度目標(biāo)進(jìn)入高強(qiáng)度目標(biāo)，解決了侵徹特征不完整的狀態(tài)下準(zhǔn)確識(shí)別高強(qiáng)度目標(biāo)的問題。

本研究的數(shù)學(xué)理論基于灰色關(guān)聯(lián)度分析法，該方法是表征兩個(gè)系統(tǒng)之間的因素隨時(shí)間或不同對(duì)象而變化的關(guān)聯(lián)性。若兩個(gè)因素變化的趨勢(shì)具有一致性，則二者關(guān)聯(lián)程度較高；反之，則較低。發(fā)展趨勢(shì)可以用一階或二階斜率來度量，因此可以利用斜率差(速度、加速度)來表示關(guān)聯(lián)度，這是目前許多關(guān)聯(lián)度模型的基本思路[8]。

提出的基于過載斜率灰色關(guān)聯(lián)度的復(fù)合目標(biāo)識(shí)別方法，在灰色關(guān)聯(lián)度分析法基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，以同一曲線相鄰兩個(gè)時(shí)間窗過載斜率灰色關(guān)聯(lián)度的符號(hào)函數(shù)判斷彈丸是否處于同一種侵徹狀態(tài)，確定彈丸從一種侵徹狀態(tài)進(jìn)入到另一種侵徹狀態(tài)，隨后結(jié)合相鄰時(shí)間窗過載斜率的符號(hào)變換，判斷彈丸由弱強(qiáng)度介質(zhì)目標(biāo)進(jìn)入高強(qiáng)度介質(zhì)目標(biāo)，在此基礎(chǔ)上根據(jù)彈丸侵出目標(biāo)的速度設(shè)定延時(shí)起爆時(shí)間，為復(fù)合目標(biāo)的空穴起爆算法的準(zhǔn)確度提供了技術(shù)支撐。

1 單一介質(zhì)目標(biāo)過載特征分析

圖1為一般典型的單一介質(zhì)目標(biāo)侵徹過載曲線，圖2為相應(yīng)的侵徹速度曲線。侵徹過程大致可分為3個(gè)階段：第1階段，t1～t2時(shí)刻，為彈頭與目標(biāo)接觸、進(jìn)入目標(biāo)內(nèi)部過程，此時(shí)彈-目接觸面積最大，彈頭所受阻力最大，過載信號(hào)最大；第2階段，t2～t3時(shí)刻，為彈丸穩(wěn)定侵徹階段，該階段彈丸在目標(biāo)內(nèi)形成穩(wěn)定的侵徹通道，所受阻力變化小，表現(xiàn)為侵徹過載信號(hào)較為平緩；第3階段：t3～t4時(shí)刻，為彈丸侵出目標(biāo)階段，彈頭開始出靶，彈-目接觸面積最小，彈丸所受阻力減小，表現(xiàn)為侵徹過載不斷減小，直至彈頭完全出靶，彈體不受目標(biāo)的阻力作用，彈丸侵徹過載消失[9]。

圖1 單一介質(zhì)目標(biāo)過載特征

圖2 單一介質(zhì)侵徹速度曲線

引信使用加速度傳感器采集彈丸侵徹目標(biāo)全過程的過載信息，通常采用閾值比較法，判斷到過載值大于侵入閾值或小于侵出閾值時(shí)，標(biāo)記彈丸的侵徹狀態(tài)，當(dāng)判斷到完整且正確順序的的侵入、侵出標(biāo)記，則確定彈丸侵徹完整的目標(biāo)層。識(shí)別彈丸侵徹完整的目標(biāo)層是引信實(shí)施起爆算法的關(guān)鍵基礎(chǔ)[10]。

圖1為10 kg彈丸，以680 m/s速度侵徹強(qiáng)度C30混凝土目標(biāo)的實(shí)測(cè)過載曲線。彈丸侵徹單介質(zhì)目標(biāo)過載規(guī)律相同，過載特征和目標(biāo)強(qiáng)度、彈丸質(zhì)量、侵徹初速等多個(gè)因素相關(guān)，閾值比較法根據(jù)具體的彈丸和目標(biāo)的工況而設(shè)定[11]。

2 復(fù)合目標(biāo)過載特征分析

復(fù)合目標(biāo)常規(guī)設(shè)計(jì)上層為偽裝層，中間設(shè)有松軟層，最后一層為混凝土防御層，要求彈丸在復(fù)合目標(biāo)后的一定范圍內(nèi)起爆，實(shí)現(xiàn)對(duì)重要軍事設(shè)備的最佳毀傷效果[7]，引信需準(zhǔn)確識(shí)別到復(fù)合目標(biāo)中的高強(qiáng)度目標(biāo)，即混凝土層目標(biāo)實(shí)施空穴起爆決策，確定最佳的起爆時(shí)機(jī)。

針對(duì)典型復(fù)合目標(biāo)開展動(dòng)力學(xué)數(shù)值仿真研究。仿真工況為：彈丸長(zhǎng)度2500 mm，直徑370 mm，初速700 m/s，靶標(biāo)幅面4 m×4 m，第1層靶為土石層，厚度0.8 m，第2層靶為塊石層，厚度4.5 m，第3層靶為砂層，厚度1 m，第4層靶為鋼筋混凝土層，厚度2.5 m。戰(zhàn)斗部、引信建模時(shí)，在不影響計(jì)算結(jié)果的前提下進(jìn)行幾何簡(jiǎn)化處理，去掉了內(nèi)部螺紋結(jié)構(gòu)、倒角等細(xì)節(jié)[12]?？紤]幾何模型的對(duì)稱性，建立二分之一模型，在不影響計(jì)算結(jié)果的前提下減少計(jì)算時(shí)間。數(shù)值仿真計(jì)算使用ANSYS/LS-DYNA 14.0有限元分析軟件，計(jì)算采用Largrange坐標(biāo)描述增量算法，采用八節(jié)點(diǎn)六面體SOLID 164單元建模[13]。彈體有限元模型如圖3所示，復(fù)合目標(biāo)有限元模型如圖4所示。

圖3 彈體有限元模型

圖4 復(fù)合目標(biāo)有限元模型

動(dòng)力學(xué)數(shù)值仿真本構(gòu)模型彈體材料選用G50鋼，選用JOHNSON-COOK材料模型；鎢頭材料為鎢合金，選用JOHNSON-COOK材料模型；裝藥選用雙線性隨動(dòng)塑性材料模型[12]；引信殼體材料為鈦合金，選用JOHNSON-COOK材料模型；引信機(jī)芯材料為超硬鋁合金，選用JOHNSON-COOK材料模型；土石層、砂層選用SOIL_AND_FOAM本構(gòu)模型；塊石層、混凝土層選用經(jīng)典HJC損傷本構(gòu)模型。材料本構(gòu)模型如表1所示。

表1 材料本構(gòu)模型

整個(gè)建模過程采用cm-g-μs單位制，采樣率4 μs，仿真計(jì)算時(shí)間為43 ms，每25 μs輸出一次計(jì)算結(jié)果文件。

彈丸侵徹復(fù)合目標(biāo)數(shù)值仿真過載曲線如圖5所示，彈丸侵徹復(fù)合目標(biāo)速曲線如圖6所示。由圖6可知，彈體侵徹過程中，初速度700 m/s,穿出靶標(biāo)后速度降為190 m/s。對(duì)數(shù)值仿真結(jié)果進(jìn)行分析，結(jié)果如表2所示。

圖5 復(fù)合目標(biāo)數(shù)值仿真過載曲線

圖6 彈體速度曲線

結(jié)合圖5和表2對(duì)彈體侵徹復(fù)合目標(biāo)進(jìn)行分析。0～0.9 ms為彈體侵徹土層的過程，因土層強(qiáng)度低，土層厚度小，彈體侵入土層中行進(jìn)極短時(shí)間后立刻侵入強(qiáng)度較高的礫石層，過載曲線中顯示無土層侵出特征。0.9～8.1 ms為彈丸侵徹礫石層過程，侵徹最大過載為2.3×104g，礫石層因礫石大小不均勻，彈體在侵徹過程中，受阻力不均勻，過載具有震蕩現(xiàn)象，但過載曲線依然能顯示侵入目標(biāo)、在目標(biāo)中行進(jìn)和侵出目標(biāo)的過載趨勢(shì)特征。8.1～10.17 ms為彈丸侵徹沙石層過程，沙石層為疏松層，對(duì)彈體侵徹過程的阻力較小，彈體由較強(qiáng)介質(zhì)進(jìn)入沙石層，侵徹過程顯示侵出礫石層特征，無彈丸在沙石層侵入特征，且沙石層阻力小，彈丸在沙石介質(zhì)內(nèi)行進(jìn)過載值較低。10.17～20.00 ms為彈丸侵徹混凝土目標(biāo)過程，彈丸由低強(qiáng)度介質(zhì)進(jìn)入高強(qiáng)度介質(zhì)層，侵入目標(biāo)、在高強(qiáng)度目標(biāo)中行進(jìn)和侵出目標(biāo)過載特征明顯，同時(shí)因混凝土層為均勻介質(zhì)，過載曲線顯示完整清晰的侵徹過程。

表2 復(fù)合目標(biāo)過載特性分析

彈丸侵徹復(fù)合目標(biāo)時(shí)侵出、侵入相鄰兩個(gè)介質(zhì)過程，前一層的出靶特征和后一層的入靶特征重疊，致使前、后層介質(zhì)目標(biāo)的侵出、侵入過載特征不清晰。采用閾值比較法對(duì)目標(biāo)識(shí)別的基礎(chǔ)是判斷到完成的彈丸侵入目標(biāo)和侵出目標(biāo)信號(hào)，若彈丸侵入、侵出目標(biāo)信號(hào)復(fù)雜難辨，無法識(shí)別完整的侵徹階段，即無法確定高強(qiáng)度目標(biāo)層，無法為起爆決策提供可靠、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3 基于過載斜率灰色關(guān)聯(lián)度的復(fù)合目標(biāo)識(shí)別方法

3.1 基于過載斜率灰色關(guān)聯(lián)度的復(fù)合目標(biāo)識(shí)別方法框架

提出了一種基于過載斜率灰色關(guān)聯(lián)度的復(fù)合目標(biāo)識(shí)別方法，如圖7所示，以同一曲線相鄰時(shí)間窗過載斜率灰色關(guān)聯(lián)度的符號(hào)函數(shù)，判斷彈丸行程是否為同一侵徹狀態(tài)，當(dāng)識(shí)別彈丸到相鄰時(shí)間窗的侵徹狀態(tài)不同時(shí)，進(jìn)一步計(jì)算過載斜率的符號(hào)是否符合由“負(fù)”轉(zhuǎn)為“正”的規(guī)律，確定彈丸由弱強(qiáng)度介質(zhì)進(jìn)入高強(qiáng)度介質(zhì)，以此為基礎(chǔ)實(shí)施空穴起爆算法。該方法可在有限數(shù)據(jù)量狀態(tài)下，快速判斷過載曲線的發(fā)展趨勢(shì)，識(shí)別彈丸的侵徹狀態(tài)，確定彈丸可靠侵入高強(qiáng)度目標(biāo)。

圖7 方法框圖

3.2 改進(jìn)斜率灰色關(guān)聯(lián)度法

從數(shù)學(xué)意義上來講，關(guān)聯(lián)度是指函數(shù)相似的程度。物理意義上來講，一個(gè)事物隨時(shí)間發(fā)展可用曲線來表示，曲線的變化趨勢(shì)可以用該曲線的斜率變化來描述。將斜率和關(guān)聯(lián)度兩個(gè)概念進(jìn)行結(jié)合，建立基于斜率灰色關(guān)聯(lián)度法可衡量曲線發(fā)展趨勢(shì)，即事物發(fā)展的趨勢(shì)。

基于斜率灰色關(guān)聯(lián)度法對(duì)兩條曲線發(fā)展趨勢(shì)的同異性進(jìn)行判斷，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，由對(duì)兩條曲線的變化趨勢(shì)分析，轉(zhuǎn)換為對(duì)一條曲線不同時(shí)間窗的變化趨勢(shì)分析，即通過斜率灰色關(guān)聯(lián)度分析一條曲線相鄰時(shí)間窗的變化趨勢(shì)的同異性。

本文改進(jìn)的模型結(jié)合肖新平[14]提出的灰色關(guān)聯(lián)度模型的優(yōu)點(diǎn)，并利用同序列平均相對(duì)變化率的構(gòu)成差與構(gòu)成比來定義關(guān)聯(lián)系數(shù)，建立斜率灰色關(guān)聯(lián)度符號(hào)函數(shù)模型[15]，當(dāng)一段曲線兩時(shí)間窗數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)時(shí)序點(diǎn)平均相對(duì)變化率相等或者方向一致時(shí)，關(guān)聯(lián)系數(shù)為正，說明兩個(gè)時(shí)間窗數(shù)據(jù)的走向趨勢(shì)一致，當(dāng)平均相對(duì)變化率方向相反時(shí)，關(guān)聯(lián)系數(shù)為負(fù)，說明兩個(gè)時(shí)間窗數(shù)據(jù)的走向趨勢(shì)相反。

改進(jìn)模型計(jì)算方法如下。

設(shè)定時(shí)間窗為固定值。y(k),k=1,…，n:為曲線前一個(gè)時(shí)間窗函數(shù)序列；xi(k+n),i=1,…，n:為曲線后一個(gè)時(shí)間窗函數(shù)序列。

(1)

=xi(k+n)-xi(k+n-1)

(2)

則計(jì)算y(k)與xi(k+n)在時(shí)刻點(diǎn)t1到tn時(shí)間窗與tn到t2n時(shí)間窗對(duì)應(yīng)的同序號(hào)時(shí)間點(diǎn)的關(guān)聯(lián)系數(shù)為

(3)

x0與xi分別為時(shí)刻點(diǎn)t1～tn時(shí)間窗與tn～t2n時(shí)間窗對(duì)應(yīng)的各時(shí)刻點(diǎn)的灰色斜率關(guān)聯(lián)系數(shù)，其中,

(4)

式中：sgn(Δy(k)·Δxi(k+n))為斜率關(guān)聯(lián)系數(shù)εi(tk)的符號(hào)函數(shù)；sgn函數(shù)的正負(fù)值反映了前一個(gè)時(shí)間窗和后一個(gè)時(shí)間窗兩個(gè)序列間的正負(fù)相關(guān)性，即兩個(gè)時(shí)間窗數(shù)據(jù)走向趨勢(shì)是否一致或相反。當(dāng)Δy(k)·Δxi(k+n)≥0時(shí)，關(guān)聯(lián)系數(shù)εi(tk)>0，表示y(k)與xi(k+n)在1～n時(shí)刻點(diǎn)和(n+1)～2n時(shí)刻點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的同序號(hào)時(shí)間點(diǎn)是同方向變化的，此時(shí)sgn函數(shù)值為1，即正關(guān)聯(lián)；當(dāng)Δy(k)·Δxi(k+n)<0時(shí)，關(guān)聯(lián)系數(shù)εi(tk)<0，表示y(k)與xi(k+n)在1～n時(shí)刻點(diǎn)和(n+1)～2n時(shí)刻點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的同序號(hào)時(shí)間點(diǎn)是反方向變化的，此時(shí)sgn函數(shù)值為-1，即負(fù)關(guān)聯(lián)。

3.3 基于過載斜率灰色關(guān)聯(lián)度復(fù)合目標(biāo)識(shí)別方法

在改進(jìn)斜率灰色關(guān)聯(lián)度的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)一條過載曲線關(guān)注在兩個(gè)相鄰時(shí)間窗的曲線趨勢(shì)，曲線趨勢(shì)可由斜率關(guān)聯(lián)度符號(hào)函數(shù)獲取。因引信采用傳感器感應(yīng)過載，過載不是光滑曲線，故采用多點(diǎn)均值結(jié)合固定時(shí)間窗的方法，計(jì)算過載斜率灰色關(guān)聯(lián)度符號(hào)函數(shù)。

設(shè)β為時(shí)間窗的固定點(diǎn)數(shù)，每個(gè)時(shí)間窗起點(diǎn)和終點(diǎn)計(jì)算平均過載值采集點(diǎn)為ω，則

y(n)(n=1,2,…，n)為單個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的過載值。

(5)

(6)

(7)

式中：δ為過載斜率的符號(hào)。

計(jì)算相鄰兩個(gè)時(shí)間窗的過載斜率灰色關(guān)聯(lián)度的符號(hào)函數(shù)為

(8)

當(dāng)過載斜率灰色關(guān)聯(lián)度符號(hào)函數(shù)為1時(shí)，說明彈丸在(k-1)和k相鄰兩個(gè)時(shí)間窗處于同一種侵徹狀態(tài)，舍棄(k-1)時(shí)間窗數(shù)據(jù)，繼續(xù)滑窗計(jì)算后續(xù)一個(gè)時(shí)間窗計(jì)算(k+1)和k的過載斜率灰色關(guān)聯(lián)度符號(hào)函數(shù)。

當(dāng)過載斜率灰色關(guān)聯(lián)符號(hào)函數(shù)為-1時(shí)，說明彈丸在(k-1)和k相鄰兩個(gè)時(shí)間窗處于不同的侵徹狀態(tài)，保留(k-1)時(shí)間窗數(shù)據(jù)，繼續(xù)滑窗計(jì)算(k+1)和k的過載斜率灰色關(guān)聯(lián)度符號(hào)函數(shù)，若為1，則說明彈丸由一種侵徹狀態(tài)進(jìn)入另一種侵徹狀態(tài)，且已穩(wěn)定進(jìn)入后一種侵徹狀態(tài)，此時(shí)進(jìn)一步進(jìn)行判斷。

當(dāng)連續(xù)3個(gè)時(shí)間窗的過載斜率符號(hào)滿足以下狀態(tài)時(shí)，表示彈體已由弱強(qiáng)度介質(zhì)進(jìn)入高強(qiáng)度介質(zhì)目標(biāo)內(nèi)，可在此基礎(chǔ)上實(shí)施空穴起爆算法。

(9)

每個(gè)時(shí)間窗采集的過載點(diǎn)數(shù)β若設(shè)置過小，會(huì)增加計(jì)算量；若設(shè)置過大，則無法較為詳細(xì)地描述侵徹狀態(tài)。常規(guī)侵徹彈丸過載的采樣率為7～10 μs，因侵徹過程中，侵入目標(biāo)過程極短，一般設(shè)置采集20個(gè)點(diǎn)的過載值進(jìn)行侵入階段的閾值判斷。結(jié)合常規(guī)侵入目標(biāo)識(shí)別采集點(diǎn)，基于過載斜率灰色關(guān)聯(lián)度復(fù)合目標(biāo)識(shí)別方法中時(shí)間窗的固定點(diǎn)數(shù)β設(shè)置為5，侵入階段可由4個(gè)時(shí)間窗描述，能夠較為真實(shí)、全面地表示引信侵入目標(biāo)的過程。

4 基于過載斜率灰色關(guān)聯(lián)度的復(fù)合目標(biāo)識(shí)別方法驗(yàn)證

筆者提出的方法可作為彈丸侵徹復(fù)合目標(biāo)過程中由弱強(qiáng)度介質(zhì)進(jìn)入高強(qiáng)度介質(zhì)狀態(tài)識(shí)別方法。依據(jù)本文3.3節(jié)，設(shè)計(jì)了基于過載斜率灰色關(guān)聯(lián)度的復(fù)合目標(biāo)識(shí)別具體方法。過載數(shù)據(jù)的采樣率為10 μs，設(shè)每個(gè)時(shí)間窗采集的點(diǎn)數(shù)為5，首先實(shí)時(shí)計(jì)算每個(gè)時(shí)間窗的過載平均值，再計(jì)算(k-1)時(shí)間窗與k時(shí)間窗的過載斜率灰色關(guān)聯(lián)度，當(dāng)判斷到過載斜率灰色關(guān)聯(lián)符號(hào)函數(shù)為-1時(shí)，繼續(xù)滑窗計(jì)算(k+1)和k的過載斜率灰色關(guān)聯(lián)度符號(hào)函數(shù)，若為1，則說明彈丸由一種侵徹狀態(tài)進(jìn)入另一種侵徹狀態(tài)，此時(shí)對(duì)3個(gè)連續(xù)時(shí)間窗的過載斜率進(jìn)行判斷，若符合式(9)條件，表示彈體已由低強(qiáng)度介質(zhì)進(jìn)入高強(qiáng)度介質(zhì)目標(biāo)內(nèi)，隨后采用空穴識(shí)別算法根據(jù)侵出過載數(shù)據(jù)計(jì)算彈丸出靶速度，結(jié)合在高強(qiáng)度目標(biāo)后0～3 m范圍內(nèi)設(shè)定起爆延時(shí)時(shí)間，輸出起爆信號(hào)。采用MATLAB進(jìn)行基于過載斜率灰色關(guān)聯(lián)度的復(fù)合目標(biāo)識(shí)別方法的軟件編寫。以實(shí)測(cè)由土、礫石、沙、混凝土組成復(fù)合目標(biāo)過載數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù)驗(yàn)證算法的準(zhǔn)確性，彈丸初速780 m/s，圖8為基于過載斜率變化特征復(fù)合目標(biāo)識(shí)別方法仿真驗(yàn)證結(jié)果，圖9為計(jì)算過程中相鄰時(shí)間窗過載斜率灰色關(guān)聯(lián)度符號(hào)曲線，圖10為計(jì)算過程中時(shí)間窗斜率值曲線。表3為復(fù)合目標(biāo)過載曲線特征分析表。

圖8 基于過載斜率變化特征復(fù)合目標(biāo)識(shí)別方法仿真驗(yàn)證

圖9 計(jì)算時(shí)間窗過載斜率灰色關(guān)聯(lián)度符號(hào)曲線

圖10 時(shí)間窗斜率值曲線

表3 實(shí)測(cè)復(fù)合目標(biāo)過載分析表

圖8顯示彈丸由沙石層進(jìn)入到鋼筋混凝土層，在11.59 ms，即在彈丸侵入高強(qiáng)度介質(zhì)目標(biāo)的侵入范圍輸出高強(qiáng)度目標(biāo)識(shí)別信號(hào)。在彈丸侵出高強(qiáng)度目標(biāo)后6.4 ms處輸出空穴起爆信號(hào)。實(shí)測(cè)的彈丸侵出復(fù)合目標(biāo)速度為291 m/s，結(jié)合6.4 ms時(shí)間，可計(jì)算彈丸在復(fù)合目標(biāo)后1.86 m處輸出起爆信號(hào)，滿足復(fù)合目標(biāo)后0～3 m范圍內(nèi)起爆的要求。

從圖9可以看出，分別在第152、228、238個(gè)點(diǎn)處符號(hào)函數(shù)值為-1。依據(jù)式(8)判斷，第152個(gè)時(shí)間窗和第151個(gè)時(shí)間窗為不同的侵徹狀態(tài);第228個(gè)時(shí)間窗和第227個(gè)時(shí)間窗為不同的侵徹狀態(tài);第238個(gè)時(shí)間窗和第237個(gè)時(shí)間窗為不同的侵徹狀態(tài)。進(jìn)一步依據(jù)式(9)進(jìn)行判斷，如圖9所示，第151、152個(gè)時(shí)間窗的過載斜率值大于0，不滿足式(9)的判斷條件。同理，第238和第237個(gè)時(shí)間窗不滿足式(9)的判斷條件。第227個(gè)時(shí)間窗過載斜率值小于0，第228個(gè)時(shí)間窗過載斜率值大于0，第229個(gè)時(shí)間窗過載斜率值大于0，符合式(9)的判斷條件，則可確定彈丸在此由弱強(qiáng)度介質(zhì)進(jìn)入高強(qiáng)度介質(zhì)，在第230個(gè)時(shí)間窗，即11.5 ms處輸出高強(qiáng)度介質(zhì)識(shí)別信號(hào)。綜上所述，基于過載斜率灰色關(guān)聯(lián)度的復(fù)合目標(biāo)識(shí)別方法可準(zhǔn)確判斷彈丸由弱強(qiáng)度介質(zhì)層進(jìn)入高強(qiáng)度介質(zhì)層，在此基礎(chǔ)上可提高復(fù)合目標(biāo)空穴起爆方法的準(zhǔn)確性。

基于過載斜率灰色關(guān)聯(lián)度的復(fù)合目標(biāo)識(shí)別算法采用滑窗的方式計(jì)算每個(gè)時(shí)間窗過載斜率，若不滿足判別條件，舍棄前一個(gè)時(shí)間窗數(shù)據(jù)，繼續(xù)滑窗采集下一個(gè)時(shí)間窗過載值，若滿足判別條件，保留前一個(gè)時(shí)間窗的數(shù)據(jù)，滑窗計(jì)算下一個(gè)時(shí)間窗的過載斜率，隨后判斷3個(gè)時(shí)間窗斜率值的符號(hào)。該算法實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)、計(jì)算，只涉及兩個(gè)相鄰時(shí)間窗的過載斜率灰色關(guān)聯(lián)度符號(hào)函數(shù)計(jì)算，通過有限數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)彈丸的侵徹趨勢(shì)，計(jì)算量小，效率高，滿足引信侵徹過程中信號(hào)處理的實(shí)時(shí)性和快速性要求。

5 結(jié)束語

分別分析了彈丸侵徹復(fù)合目標(biāo)的過載特征，通過相鄰兩個(gè)時(shí)間窗的過載斜率灰色關(guān)聯(lián)度符號(hào)函數(shù)，預(yù)測(cè)彈丸侵徹狀態(tài)，并結(jié)合時(shí)間窗過載斜率符號(hào)，確定彈丸從低強(qiáng)度介質(zhì)層進(jìn)入高強(qiáng)度介質(zhì)層，對(duì)本文算法進(jìn)行了編譯，通過仿真驗(yàn)證了基于過載斜率灰色關(guān)聯(lián)度的復(fù)合目標(biāo)識(shí)別方法能夠準(zhǔn)確識(shí)別彈丸由低強(qiáng)度介質(zhì)層進(jìn)入高強(qiáng)度介質(zhì)層。該方法解決了引信對(duì)復(fù)合目標(biāo)中高強(qiáng)度目標(biāo)不易識(shí)別的問題，提高了復(fù)合目標(biāo)空穴起爆方法的準(zhǔn)確性，通過實(shí)測(cè)復(fù)合目標(biāo)過載信號(hào)的驗(yàn)證，獲得了良好的結(jié)果。在后續(xù)工作中，對(duì)本方法進(jìn)行不同速度侵徹不同厚度復(fù)合目標(biāo)的仿真驗(yàn)證，優(yōu)化本方法參數(shù)選取，提高本方法對(duì)多種侵徹復(fù)合目標(biāo)工況的適應(yīng)性。