本發(fā)明涉及地下工事檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種基于地震反射波的地下工事檢測裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，地下設(shè)施因為其隱蔽，不易探測的特點成為指揮所布設(shè)的可選地點之一，需要一種方法檢測敵方地下工事的位置，為后續(xù)我方準(zhǔn)確打擊提供引導(dǎo)支持。

2、目前的主要的目標(biāo)檢測手段主要有衛(wèi)星遙測，基于無人機(jī)等飛行平臺的紅外檢測和圖像識別，上述方法通常只能識別地上目標(biāo)，無法穿過地表檢測到地下建筑。因此需要一種方法檢測敵方地下工事的位置，為后續(xù)我方準(zhǔn)確打擊提供引導(dǎo)支持。

3、目前探測地下結(jié)構(gòu)的一種方法是向地下通道派遣戰(zhàn)斗小組，搜索排查地下結(jié)構(gòu)；另一種方法是向地下通道投放小型無人機(jī)等設(shè)備沿地下管道搜尋敵方地下工事位置。前者在復(fù)雜，黑暗的地下環(huán)境下，戰(zhàn)斗小組容易受到敵方攻擊造成人員損傷而后者存在gps拒止環(huán)境下的無人機(jī)定位導(dǎo)航控制問題以及面對復(fù)雜地下結(jié)構(gòu)搜索時間長的問題。而在其它相關(guān)領(lǐng)域中，地震反射波法通常在地質(zhì)勘探中用于測繪地下界面的深度和形態(tài)，勘探大陸架油氣田位置，但這種方法通常需要在地面人為規(guī)則布置震源和檢波器，不適用于復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：為了實現(xiàn)在戰(zhàn)場環(huán)境下對地下工事進(jìn)行檢測識別，本發(fā)明提出了一種基于地震反射波的地下工事檢測裝置及方法，結(jié)合戰(zhàn)場環(huán)境使用地震勘探中的地震反射波法，解決戰(zhàn)場環(huán)境中地下工事難以識別的問題。

2、技術(shù)方案：本發(fā)明基于地震反射波的地下工事檢測裝置，包括鉆地震源彈、檢波彈、局部地質(zhì)結(jié)構(gòu)和地下工事；鉆地震源彈的彈頭埋于地表下方并與局部地質(zhì)結(jié)構(gòu)接觸并周期性產(chǎn)生地震波；檢波彈分布在局部地質(zhì)結(jié)構(gòu)的表面，接收地震波的反射波；地下工事埋于局部地質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)；

3、檢波彈包括檢波彈體、處理器、第二微型地震儀和支撐結(jié)構(gòu)；第二微型地震儀位于檢波彈體頭部，將接收的地震反射波發(fā)送至處理器；支撐結(jié)構(gòu)位于檢波彈體四周并受處理器控制；

4、支撐結(jié)構(gòu)包括支撐桿、扭簧，以及位于檢波彈體內(nèi)的彈簧、螺線管和限位桿；彈簧為壓簧；限位桿的一端為與彈簧的下端接觸的平面，限位桿的另一端為限制支撐桿轉(zhuǎn)動的榫卯結(jié)構(gòu)；限位桿的中部為磁性材料；螺線管套接在限位桿上；螺線管在處理器控制下產(chǎn)生磁場使限位桿收縮，支撐桿在扭簧的帶動下?lián)伍_使檢波彈體垂直于地面。

5、鉆地震源彈包括彈體、震源發(fā)生器、第一微型地震儀和控制器，震源發(fā)生器位于彈體內(nèi)并由控制器控制產(chǎn)生地震波，微型地震儀位于彈體內(nèi)檢測地震波并傳遞給控制器。

6、檢波彈分布在局部地質(zhì)結(jié)構(gòu)的表面，構(gòu)成檢波陣列，并接收地震波的反射波。

7、彈體為通過破開地表深入到地面下的鉆地彈結(jié)構(gòu)。

8、控制器接收、處理和儲存第一微型地震儀的信號。

9、震源發(fā)生器安裝在彈體內(nèi)，受控制器控制周期性引發(fā)爆炸，產(chǎn)生地震波。

10、局部地質(zhì)結(jié)構(gòu)包括地表和地下土壤。

11、本發(fā)明基于地震反射波的地下工事檢測方法，由基于地震反射波的地下工事檢測裝置實施，檢測方法包括以下步驟：

12、(1)發(fā)射鉆地震源彈并在落點布撒檢波彈；

13、(2)鉆地震源彈鉆入局部地質(zhì)結(jié)構(gòu)中并啟動第一微型地震儀，控制器記錄第一微型地震儀的波形信號；

14、(3)檢波彈落地后，檢波彈中的處理器通過螺線管通電控制限位桿收縮，支撐桿解除限位桿的限位并在扭簧的扭力下張開，使檢波彈垂直地面；第二微型地震儀工作，處理器儲存第二微型地震儀的波形信號；

15、(4)控制器控制震源發(fā)生器周期性引發(fā)地震波，并記錄震源發(fā)生器起爆時間t0；同時，鉆地震源彈與檢波彈無線連接，并向檢波彈傳遞起爆時間t0以及相對第i個檢波彈的空間位置坐標(biāo)(xi,ti,zi)；

16、(5)地震波與地下工事的接觸面形成反射界面，并產(chǎn)生地震反射波，地震反射波被鉆地震源彈和檢波彈接收并記錄；

17、(6)根據(jù)起爆時間t0將鉆地震源彈和k個檢波彈收到的波形信號分為兩部分，選取t0時刻后的信號為有用信號；分析前一部分的信號進(jìn)行頻譜分析，得到環(huán)境噪聲的信號特征，對信號特征進(jìn)行信號濾波；

18、(7)對檢波彈檢測的波形進(jìn)行靜校正，修正由于地面高度差產(chǎn)生的時間差異，針對第i個檢波彈，靜校正的值δti靜為：

19、

20、其中，hi為第i個檢波彈與鉆地震源彈的高度差，v為地震波傳播速度，v由土壤特征得出；根據(jù)δti靜對第i個檢波彈的波形數(shù)據(jù)在時間尺度上加入δti靜，完成靜校正；

21、(8)對檢波彈的波形進(jìn)行動校正，修正由于震動激發(fā)點和檢測點空間位置差異以及反射界面不平整產(chǎn)生的時間差異，針對第i個檢波彈，動校正δti動為：

22、

23、其中，xi,yi是第i個檢波彈相對鉆地震源彈在水平面上的位置坐標(biāo)，v為地震波傳播速度，t'為鉆地震源彈檢測到地震反射波時的時間；對第i個檢波彈的波形數(shù)據(jù)在時間尺度上加入δti動，完成動校正；

24、(9)繪制時距曲線，捕獲地震反射波對應(yīng)的波形，選取采樣點，將采樣點連接得到局部地形的時距曲線；

25、(10)分析時距曲線，大的波形變化處表明在局部地形對應(yīng)位置區(qū)間內(nèi)的地下存在大的介質(zhì)變化區(qū)域，存在地下工事。

26、步驟(9)中，對鉆地震源彈和檢波彈采集的波形數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，捕獲地震反射波對應(yīng)的波形。

27、步驟(9)中，在時距曲線中選取波峰為采樣點，將采樣點連接得到局部地形的時距曲線。

28、工作原理：本發(fā)明基于地震反射波的地下工事裝置在進(jìn)行檢測時，軍事單位發(fā)射鉆地震源彈并在落點附近隨機(jī)布撒檢波彈；鉆地震源彈周期性的引發(fā)子戰(zhàn)斗部，產(chǎn)生地震波；地震波在地下傳播，由反射系數(shù)計算公式：

29、

30、其中，r為反射系數(shù)，ρi，vi，zi分別為i介質(zhì)下的密度，波速，波阻抗?？芍?dāng)?shù)叵麓嬖诓煌橘|(zhì)時，由于其波阻抗相差較大，在不同介質(zhì)的邊界形成反射界面，當(dāng)?shù)卣鸩▊鬟f到反射界面時，將發(fā)生反射，產(chǎn)生地震反射波。而地下工事的內(nèi)部介質(zhì)為空氣，與地下土壤的波阻抗不同，地震波接觸到地下工事的表面產(chǎn)生反射波，沒有接觸到地下工事的地震波繼續(xù)在介質(zhì)中傳輸；反射的地震波被鉆地震源彈和檢波彈接收并記錄；分析鉆地震源彈和檢波彈記錄的波形，抽取關(guān)鍵波形數(shù)據(jù)；對波形數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，濾除由地震波及環(huán)境干擾引起的面波，聲波和異常振幅；根據(jù)鉆地震源彈和檢波彈間的高度差進(jìn)行靜校準(zhǔn)，消除由于高度引起的檢測波動；根據(jù)鉆地震源彈和檢波彈間的距離以及鉆地震源彈檢測到地震反射波的時間進(jìn)行動校正，消除由于距離引起的波形變化；最終得到鉆地震源彈附近的地下結(jié)構(gòu)的反射波時距曲線，進(jìn)而判斷地下工事的位置。

31、有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：本發(fā)明基于地震反射波的地下工事檢測裝置和方法根據(jù)地下工事和地下土壤介質(zhì)不同的特點，通過在地面布設(shè)鉆地震源彈和檢波彈，利用地震反射波直接檢測地下結(jié)構(gòu)，得到地下工事的位置坐標(biāo)，從而實現(xiàn)地下工事探測，避免了人員勘探時可能受到敵方襲擊產(chǎn)生的人員損傷以及無人設(shè)備地下勘探耗時長的問題，并且適應(yīng)戰(zhàn)場復(fù)雜環(huán)境，為戰(zhàn)場環(huán)境地下工事檢測提供了一種方案。