静爆冲击波数据处理评判方法研究.pdf

第 卷 第 期兵 器 装 备 工 程 学 报 年 月 收稿日期:修回日期:作者简介:胡滨()男工程师:.:./.静爆冲击波数据处理评判方法研究胡 滨胡钟铃李 冈刘伟巍(中国华阴兵器试验中心 陕西 华阴)摘要:针对冲击波测试中缺乏一致的数据处理正确性判定问题提出了以峰值数据分布正态性检验作为数据处理正确性的评判方法 在分析常规弹药试验中冲击波超压峰值的规律基础上利用某型弹药试验结果进行假设检验验证了数据存在正态分布的客观规律通过对试验数据采取滤波处理、经验公式拟合处理等方式分别进行正态检验与原始数据进行比对得出了采取不同方法进行数据后期处理的差异指出了经验公式拟合处理方法的必要性进而阐明以峰值数据分布正态性检验作为数据处理正确性的评判方法 该方法为提高冲击波测试精度、判断数据正确性提供了参考关键词:冲击波超压峰值正态分布小波去噪指数拟合本文引用格式:胡滨胡钟铃李冈等.静爆冲击波数据处理评判方法研究.兵器装备工程学报():.:.():.中图分类号:文献标识码:文章编号:()():.:引言冲击波强度是评价弹药爆炸威力的一项重要物理参数通常通过静爆试验进行测试评价 理想的冲击波信号具有以下特点:上升时间短超压峰值高正压作用时间短负压低但作用时间长其能量主要集中在正压区实际测试过程中一方面由于爆炸过程产生的电磁脉冲、强闪光、高温会给传感器及测试线缆等带来不同程度的干扰另一方面测量中传感器布设的水平度、试验场地和大气环境的均匀性也会给测试带来误差 此外爆炸产生的破片和地震波传播速度比冲击波速度更快由于地震波对测试基座的作用和可能存在的破片击中会给获得的冲击波信号引入强烈的振动信号影响后续信号的判读和处理国内外学者对冲击波测试作了深入的研究主要有对冲击波经验公式的总结与验证、采用有线或无线 方式搭建更精确的测试系统、针对单测点数据进行滤波或动态补偿等后期处理、针对多测点数据中粗大误差的剔除、人员冲击波损伤模拟测试以及冲击波场重建等以上都是侧重于从冲击波测试角度关注过程的研究缺乏从弹药装备试验鉴定的角度关注评价结果因而虽然研究成果众多当面对具体问题时却对应该采取何种方式进行处理、如何判定结果的正确性未达成一致 本文中拟在前期研究的基础上对冲击波数据进行后处理并尝试从试验鉴定的角度对数据的处理结果给出一种评判方法 冲击波试验数据的统计规律目前对武器装备典型战技指标的评定中存在 种处理方法:一种是采用参数检验方法如将指标按正态分布处理得到指标的区间估计值及相关假设检验方法另一种处理方法是军标中普遍采用的方法不管被考核指标服从何种分布均按非参数检验方法处理只需求得平均值或标准偏差并用与指标值比较进而得出合格与否的结论 第 种方法虽然简单但是丢失了大量的样本及总体分布信息对后续指标的确定以及指导评估武器装备贡献价值也较低靶场试验冲击波数据的处理目前采用的是第 种方法但实际上弹药冲击波强度(如峰值)指标属于均值型指标同一类型、同一批次的弹丸爆炸时相同距离处的冲击波峰值应当服从正态分布表 为某型弹药静爆试验时 和 距离处的冲击波峰值数据(“”表示无效数据)分为类、类 种装药类型表 静爆冲击波峰值 弹序类型 超压峰值/超压峰值/类.类.测试现场布设如图 所示以弹药爆炸位置为圆心(爆心)四周均匀布设 传感器采集数据测点位置在试验前后未发生变化图 冲击波测试现场布设示意图.利用 软件进行统计学分析考虑到试验数据样本量较小()采用夏皮洛 威尔克检验方法(下文称 检验)对表 数据进行正态性检验结果如表 所示表 冲击波峰值的正态性检验 数据分组统计自由度显著性类 冲击波峰值.类 冲击波峰值.类 冲击波峰值.类 冲击波峰值.由结果可知类装药冲击波峰值在、处均服从正态分布类冲击波峰值在 处具有正态性而在 处 检验判定其不符合正态分布(.)从表 数据发现 数据的确是一个偏大的异常值胡 滨等:静爆冲击波数据处理评判方法研究通过直方图和 图可以更直观分析测试数据正态性结果如图 所示 由表 及图 可见类装药、处冲击波峰值数据离散程度较大是静爆冲击波不均匀性的典型表现与类装药数据分布存在较大差异 检查冲击波数据实测曲线 种弹药在、距离处的典型曲线如图 所示图 冲击波峰值正态检验直方图和 图.图 不同装药冲击波典型曲线.兵 器 装 备 工 程 学 报:/./由图 可见一是随着测点 爆心距离增加冲击波峰值出现大幅衰减各种干扰因素的寄生输出对峰值的影响增大二是类装药冲击波数值较小信噪比较低可能成为峰值判读结果正态性下降的原因 利用 软件对信号进行后期处理以验证猜想是否正确 数据的后期处理.数据的滤波冲击波信号具有频域宽、突变快、不稳定的特点对冲击波信号的滤波处理可以采取凯泽窗滤波、低通滤波、小波去噪等方式其中小波去噪因其良好的性能近年来受到广泛应用 本文中采取小波去噪方法对信号进行处理检验经滤波处理后的数据结果选取 小波基进行三阶分解去噪后进行信号重构以数据为例小波分解与重构结果如图 所示图 小波去噪处理.由图 可见进行小波去噪后信号噪声得到有效抑制处理后重新判读峰值结果如表 所示 重新对各峰值进行正态性检验结果如表 所示表 静爆冲击波峰值(小波去噪)()弹序类型 超压峰值/超压峰值/类.类.表 冲击波峰值的正态性检验(小波去噪)()数据分组统计自由度显著性类 冲击波峰值.类 冲击波峰值.类 冲击波峰值.类 冲击波峰值.由检验结果可知类装药 冲击波峰值分布仍不满足正态性 距离处 类装药冲击波峰值正态显著性明显提升 小波去噪后 处 类装药冲击波峰值正态直方图和 图如图 所示图 小波去噪后冲击波峰值正态性检验的直方图和 图.胡 滨等:静爆冲击波数据处理评判方法研究.数据的拟合类装药 冲击波峰值 检验显著性已达.因此不再进一步拟合处理相应数据仅对其余数据采用经验拟合法进行拟合经验拟合法是指为了完整地描述“理想的”爆炸冲击波的压力 时间历程的特性应该把它的形式确定为时间的函数 根据对测量的或理论上预言的时间历程作经验的拟合重点是提出对正相的拟合 有了这些形式的拟合就可以用试验结果去匹配幅值 步骤如下:)卡取超压峰值的到达时刻通过到达时刻画垂直于时间轴的直线)在超压时程曲线上截取变化趋势较为明显的一段进行指数衰减拟合得到拟合曲线)到达时刻画直线和拟合曲线交点处的数值即为该点的超压峰值采取应用较为广泛的埃思里奇方程进行拟合其公式为()()式()中:为时间常数 典型曲线的拟合结果如图 所示(时刻为冲击波信号到达时刻即信号产生阶跃时刻)图 冲击波信号的拟合结果.此外对于原始数据中干扰十分强烈、冲击波信号几乎被噪声淹没、判读困难的结果如 曲线使用上述拟合公式仍能够给出结果如图 所示 数据拟合后再次判读冲击波峰值结果如表 所示图 曲线的拟合结果.表 静爆冲击波峰值(经验拟合)()弹序类型 超压峰值/超压峰值/类.类.兵 器 装 备 工 程 学 报:/./对进行拟合处理后的冲击波峰值数据进行正态性检验结果如表 所示表 冲击波峰值的正态性检验(经验拟合)()数据分组统计自由度显著性类 冲击波峰值.类 冲击波峰值.类 冲击波峰值.由检验结果可知经拟合判读处理后的冲击波峰值数据均已满足正态性其中 处峰值的 显著性得到进一步提升 类装药 处数据的正态直方图和 图如图 所示图 经验拟合后类装药 处冲击波峰值正态性检验的直方图和 图.结论弹丸静爆冲击波数据会受到各种干扰直接从原始数据读取峰值会引入较大误差可能导致测试结果不符合正态分布的试验规律对冲击波信号进行滤波等降噪处理措施可以改善数据分布规律但无法规避及处理个别异常值对冲击波信号进行经验拟合从拟合结果判读峰值可以大幅改善数据一致性分布并可有效从强干扰信号中提取有效数据去噪、拟合会降低冲击波峰值但从数据看峰值持续时间为微秒级远低于冲击波作用时间()不影响冲量计算结果因此经去噪或拟合处理后的峰值可以作为评价杀伤效果的有效值若测试数据不符合正态分布且无法通过有效的后处理手段得到符合规律的结果则应当查找测试系统或弹药本身的一致性是否存在问题参考文献:.():.段晓瑜崔庆忠郭学永等.炸药在空气中爆炸冲击波的地面反射超压实验研究.兵工学报():.():.()():.赖富文孔凡胜高赫等.基于 总线的炮口冲击波分布式测试系统设计.兵器装备工程学报():.():.宋林丽马竹新王代华等.一种自适应触发门限的冲击波测试系统.兵器装备工程学报():.():.刘嘉慧.战斗部爆炸冲击波超压测试与数据处理技术研究.太原:中北大学.:.赖富文张志杰张建宇等.基于动态特性补偿的冲击测试数据处理方法.爆炸与冲击():胡 滨等:静爆冲击波数据处理评判方法研究.():.孔霖苏健军杨凡.冲击波反射压测量曲线的动态修正与补偿方法.爆炸与冲击():.():.徐浩杜红棉范锦彪等.冲击波测试系统低频特性与补偿方法研究.爆炸与冲击():.():.梁晶熊振宇裴东兴等.爆炸冲击波信号的降噪处理.火力与指挥控制():.():.李琛.冲击波压力传感器寄生效应抑制方法研究.南京:南京理工大学.:.熊振宇崔春生裴东兴.冲击波超压值粗大误差处理.兵器装备工程学报():.():.李冈蔡萌徐冰川等.人体躯干冲击波超压测试方法研究.兵器装备工程学报():.():.周至柔蒋海燕苏健军.动爆冲击波场空间位置分布规律研究.兵器装备工程学报():.():.侯日升刘云南张涛洪等.常规武器现代统计试验理论与方法.北京:国防工业出版社.:.科学编辑 赵铮 博士(南京理工大学 副教授)责任编辑 徐佳忆兵 器 装 备 工 程 学 报:/./