【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及地下通道重建方法，尤其涉及一种基于地震反射波的地下通道重建方法及系统。
技术介绍
1、现代战争中，地下设施因为其隐蔽，不易探测的特点成为物资运输，军队转移的主要途径之一，需要一种方法检测识别地下通道的结构和分布，为我方任务规划提供参考信息。
2、目前适用于战场上的探测手段包括卫星遥测，雷达探测，无人机探测，侦察机侦查，以及人员勘探等，这些方法只能实现对地面目标的探测，难以对地下单位进行检测。
3、而针对地下的结构的检测，地下地图重建是最近提出的另一种方法，这种方法通过向地下通道投放携带激光雷达的无人机，无人车，机器狗等小型无人单位，使用实时地图重建方法对地下结构实现重建，进而得到地下设施的结构，这种方法能够得到精细可靠的地下机构尺寸，但该方法需要将无人单位投放到地下，且在地下长时间进行扫描，使用条件较为苛刻。还有一种方法是使用探地雷达进行探测，但该方法需要使单个探地雷达持续移动才能检测到一片区域的地下结构，而且探地雷达的尺寸较大，成本较高，不适用于战场环境。
技术实现思路
1、专利技术目的：为了实现在战场环境下对地下通道进行检测识别，本专利技术提出了一种基于地震反射波的地下通道重建方法及系统，结合战场环境特点，使用人工地震波对地下结构进行探测，通过地震反射波获取地下通道分布，解决战场环境中地下通道难以识别的问题。
2、技术方案：本专利技术基于地震反射波的地下通道重建方法包括以下步骤：
3、步骤(1)，向目标区域投放震源弹
4、步骤(2)，震源弹破开地表钻入地下，并周期性的引发地震波；
5、步骤(3)，地震波在大地中传播接触到地下通道；
6、步骤(4)，地震波在大地和地下通道的边界处发生反射产生地震波反射波，反射波被震源弹和检波弹接收并记录；
7、步骤(5)，检波弹向中继单元发送地震波的波形、检波弹之间的测距定位数据、震源弹接收的地震反射波的时间间隔，以及震源弹的落点坐标；
8、步骤(6)，中继单元将步骤(5)中接收的数据发送给指挥端进行数据处理分析；
9、步骤(7)，指挥端确定各检波弹相对震源弹的位置，以震源弹为原点，建立空间直角坐标系oxyz；x轴，y轴平行于地面，z轴垂直地面；
10、步骤(8)，指挥端确定震源弹的定位数据(x0,y0,z0)，以及检波弹相对定位数据(θi,φi,li)，其中θi为第i个检波弹在oxyz坐标系中相对x轴的角度，φi为第i个检波弹在oxyz坐标系中与xy平面的夹角，li为第i个检波弹距震源弹的距离；
11、步骤(9)，设一检波弹在oxyz坐标系中的空间位置为(xi,yi,zi)，则：
12、xi＝licosφicosθi
13、yi＝licosφisinθi
14、zi＝lisinφi
15、步骤(10)，指挥端对波形数据进行滤波处理；
16、步骤(11)，指挥端根据震源弹和检波弹间的高度差对检波弹获取的波形数据进行静校正，对第i个检波弹，对应的静校正时间δt静为：
17、δt静＝zi/v
18、其中，zi为第i个检波弹在oxyz坐标系中z轴方向上的坐标，v为地震波在地下介质中的传播速度；
19、步骤(12)，指挥端根据检波弹与震源弹的距离以及震源弹接收到地震反射波的时间间隔对检波弹获取的波形数据进行动校正，第i个检波弹的动校正时间δt动为：
20、
21、其中，xi是第i个检波弹在oxyz坐标系中x轴上的坐标，yi是第i个检波弹在oxyz坐标系中y轴上的坐标，v为地震波在地下介质中的传播速度，t为震源弹激发地震波到接收到地震波反射波的时间间隔；
22、步骤(13)，分析第i个检波弹的波形中的突变点k个，对应地下介质突变的点，在oxyz坐标系中第i个检波弹和震源弹所在平面oix中添加k个突变点；
23、步骤(14)，重复步骤(9)～(12)，oxyz坐标系中出现震源弹落点附近地下结构的稀疏点云；
24、步骤(15)，对稀疏点云中的每个点，查询最近的相邻的两个点并连线，构成三角网格面片，重复上述过程，三角网格持续拓扑，构成网格三维模型；
25、步骤(16)，指挥端根据网格三维模型分析目标区域的地下结构，并下达搜索或打击指令。
26、步骤(11)中，地震波在地下介质中的传播速度v由地面下土层特征得出。
27、步骤(4)中，根据反射定律：
28、
29、其中，r为反射系数；ρi为i介质下的密度；vi为i介质下的波速；zi为i介质下的波阻抗。
30、步骤(4)中，当两种介质的波阻抗不同时，地震波在大地和地下通道的边界发生反射。
31、步骤(9)中，指挥端对波形数据进行滤波处理，滤除由地震波及环境干扰引起的面波、声波和异常振幅。
32、本专利技术基于地震反射波的地下通道重建方法的系统包括震源弹、检波弹、地下通道、中继单元和指挥端；震源弹接收地震波的反射波，检波弹接收地震波的反射波；检波弹通过中继单元将数据回传至指挥端。
33、震源弹带有定位模块、测距模块和通信模块；震源弹通过定位模块获得绝对坐标和检波弹的相对定位信息；震源弹通过通信模块与中继单元通信。
34、检波弹带有定位模块和通信模块；检波弹与震源弹通过定位模块获取相对定位信息。
35、地下通道的介质为空气。
36、中继单元为通信中继单元，为空中作战单位。
37、步骤(12)中，向oxyz坐标系中添加检测点，针对第i个检波弹，分析得到其波形中的突变点k个，对应地下介质突变的点，即存在地下通道的点，然后在oxyz坐标系中第i个检波弹对应坐标和原点所在平面oix中添加k个突变点，平面oix与z轴重合。
38、有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术基于地震反射波的地下通道重建方法及系统，在不改变现有武器装备尺寸的同时，将地震勘探中的地震反射波法应用到战场环境中，通过检波弹传感器阵列检测地震反射波，进一步的得到地下结构的点云模型，实现地下结构的三维重建，为指挥端后续决策提供了数据支持。
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1.一种基于地震反射波的地下通道重建方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于地震反射波的地下通道重建方法，其特征在于：步骤(11)中，所述地震波在地下介质中的传播速度v由地面下土层特征得出。
3.根据权利要求1所述的基于地震反射波的地下通道重建方法，其特征在于：步骤(4)中，根据反射定律：
4.根据权利要求1所述的基于地震反射波的地下通道重建方法，其特征在于：步骤(4)中，当两种介质的波阻抗不同时，地震波在大地和地下通道的边界发生反射。
5.根据权利要求1所述的基于地震反射波的地下通道重建方法，其特征在于：步骤(9)中，指挥端对波形数据进行滤波处理，滤除由地震波及环境干扰引起的面波、声波和异常振幅。
6.一种实施如权利要求1所述的基于地震反射波的地下通道重建方法的系统，其特征在于：包括震源弹(1)、检波弹(2)、地下通道(4)、中继单元(5)和指挥端(6)；所述震源弹(1)接收地震波的反射波，所述检波弹(2)接收地震波的反射波；所述检波弹(2)通过中继单元(5)将数据回传至指挥端(6)。
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