本发明属于毁伤评估领域，涉及目标易损性分析方法，具体是一种破片打击下目标毁伤概率计算模型的构建方法及计算方法。
背景技术：
1、在研究目标易损性或弹药对目标毁伤效能时，计算目标毁伤概率是一项十分重要的工作。根据毁伤概率计算公式，基于大数定律，采用蒙特卡洛法可以比较容易的求解出结果。研究人员提出了诸多基于蒙特卡洛法的毁伤指标求解方法，例如，李建明等人较早地就给出了基于蒙特卡洛法的目标部件毁伤概率计算方法；菅鲁京等人将模糊推理与蒙特卡洛法结合，在目标部件热毁伤有限元分析基础之上，计算了目标部件的可靠性和毁伤概率；范志峰等人采用蒙特卡洛法计算了在一定条件下毁伤坚固掩体所需的某型榴弹发数；叶军等人则采用蒙特卡洛法计算了云爆弹对地堡的封锁概率，并利用数值仿真和毁伤试验对计算结果进行了验证。
2、虽然，蒙特卡洛法是一种相对简单的目标毁伤指标计算方法，但由于其理论基础为大数定律，这一特性决定了其需要极大的计算次数以保证计算结果的准确性，导致其计算效率过低，若是引入有限元数值仿真计算则将造成难以承受的计算成本。而近年来，在结构可靠性分析领域，kriging代理模型被广泛应用于结构失效概率的计算，极大地提高了计算效率。同时，毁伤概率和失效概率均是通过随机模拟的方式进行计算，在数学模型上极具相似性。
3、因此，为提高目标毁伤概率计算效率，亟需一种以破片打击飞机为典型场景的基于kriging代理模型和射击线法相结合的毁伤概率计算方法，同时引入自适应学习策略，为降低目标毁伤概率计算成本提供技术途径。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种破片打击下目标毁伤概率计算模型的构建方法及计算方法，以解决现有技术中目标毁伤概率的计算方法效率低的技术问题。
2、为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
3、一种破片打击下目标毁伤概率计算模型的构建方法，该方法包括以下步骤：
4、步骤一，导入单元节点信息；
5、在有限元软件中对飞机各部件表面划分三角形面元网格，将得到的各部件的节点信息和面元信息分别编号，并按矩阵格式导入matlab中，并建立飞机面元网格节点坐标系；
6、所述面元信息包括部件的材料密度、部件的材料极限强度和部件的厚度；
7、步骤二，设置破片参数；
8、设置破片的初始坐标、初始方向向量、密度、质量、直径和初始速度；
9、设置预设打击区域，根据预设打击区域确定破片入射的方位角和俯仰角；
10、步骤三，节点坐标变换；
11、根据步骤二确定的破片入射的方位角和俯仰角，将已生成的飞机面元网格节点坐标系变换为射击线投影坐标系，得到飞机的三角形面元网格在射击线投影坐标系中的坐标；
12、步骤四，生成射击线；
13、根据飞机的各三角形面元网格在射击线投影坐标系下的坐标确定打击区域；
14、采用蒙特卡洛法在打击区域按照正态分布随机生成m个瞄准点，分别连接破片的初始坐标和瞄准点的坐标，生成m条射击线；
15、步骤五，从步骤四得到的m条射击线中选取w条射击线作为样本集，判断射击线与飞机的部件的三角形面元网格是否交会，其中，取1，2，....，w；取1，2，....，n；
16、若射击线与部件的三角形面元网格相交，判定破片命中该三角形面元网格，并求得相交点，进入步骤六；否则，射击线与该三角形面元网格未相交，判定破片未命中该三角形面元网格，令，判断，是则继续判断，否则进入步骤八；
17、步骤六，根据下述公式计算破片侵彻的极限穿透速度，m/s；
18、
19、式中：
20、代表部件的厚度，m；
21、代表破片直径，m；
22、为射击线与部件法向量的夹角，rad；
23、代表部件的材料密度，kg/m³；
24、代表破片的密度，kg/m³；
25、代表部件的材料极限强度，mpa；
26、步骤七，将步骤六得到的破片侵彻的极限穿透速度与步骤二中的破片的初始速度进行对比，判断破片是否穿透飞机部件；若破片未穿透飞机部件，则计入命中信息，令，返回步骤五；若破片穿透飞机部件，则计算破片剩余速度，令，返回步骤五；
27、所述命中信息包括命中部件编号和射击线编号；
28、所述破片剩余速度的计算公式如下：
29、
30、式中：
31、表示破片剩余速度，m/s；
32、表示初始速度，m/s；
33、代表破片的质量，kg；
34、代表破片沿着射击线撞击部件时冲击出的塞块质量，kg；
35、步骤八，确定输入变量集和输出变量集；
36、将步骤二得到的破片的密度、质量、直径和初始速度和步骤四得到的w个瞄准点的坐标组成w组数据，并将其作为输入变量集；
37、将步骤七中得到的命中信息、步骤六得到的破片侵彻的极限穿透速度和步骤七中得到的破片剩余速度作为输出变量集；
38、步骤九，构建破片打击下目标毁伤概率计算模型；
39、将步骤八得到的输入变量集与输出变量集中的命中信息作为第一训练样本集；将步骤八得到的输入变量集与输出变量集中的破片侵彻的极限穿透速度作为第二训练样本集；将步骤八得到的输入变量集与输出变量集中的破片剩余速度作为第三训练样本集；
40、将第一训练样本集、第二训练样本集和第三训练样本集分别导入matlab中kriging代理模型的工具箱中，分别得到破片交会命中计算kriging代理模型、破片侵彻的极限穿透速度计算kriging代理模型和破片剩余速度计算kriging代理模型，即得到破片打击下目标毁伤概率计算模型；
41、步骤十，对破片打击下目标毁伤概率计算模型进行训练，得到训练好的最终破片打击下目标毁伤概率计算模型；
42、分别将第一训练样本集、第二训练样本集和第三训练样本集之外的射击线作为第一候选训练样本集、第二候选训练样本集和第三候选训练样本集；
43、将第一候选训练样本集、第二候选训练样本集和第三候选训练样本集分别输入破片交会命中计算kriging代理模型、破片侵彻的极限穿透速度计算kriging代理模型和破片剩余速度计算kriging代理模型中进行训练，得到训练好的破片交会命中计算kriging代理模型、破片侵彻的极限穿透速度计算kriging代理模型和破片剩余速度计算kriging代理模型，即得到训练好的最终破片打击下目标毁伤概率计算模型。
44、所述步骤五具体包括步骤：
45、步骤5.1，部件的三角形面元网格内任一点参数方程为公式（1）；
46、（1）
47、式中：
48、、、代表三角形面元网格的三个顶点；
49、和分别是和的权重；
50、步骤5.2，射击线上任一点参数方程为公式（2）；
51、（2）
52、式中：
53、o和d分别代表射击线的初始坐标和初始方向向量；
54、步骤5.3，通过联立公式（1）和公式（2）求解得到公式（3）
55、（3）
56、式中，，，；
57、步骤5.4，判断公式（3）是否存在实数解，若存在实数解，则射击线与该三角形面元网格相交，判定破片命中该三角形面元网格，并求得相交点，进入步骤六；否则，射击线与该三角形面元网格未相交，判定破片未命中该三角形面元网格，进入步骤5.5；
58、步骤5.5，令，判断，是则返回步骤5.1，否则进入步骤八。
59、所述步骤十具体包括以下步骤：
60、步骤10.1，分别将第一训练样本集、第二训练样本集和第三训练样本集之外的射击线作为第一候选训练样本集、第二候选训练样本集和第三候选训练样本集；
61、步骤10.2，分别将步骤10.1得到的第一候选训练样本集、第二候选训练样本集和第三候选训练样本集输入破片交会命中计算kriging代理模型、破片侵彻的极限穿透速度计算kriging代理模型和破片剩余速度计算kriging代理模型中，得到命中信息、破片侵彻的极限穿透速度和破片剩余速度，以及三者各自对应的标准差；
62、步骤10.3，将步骤10.2得到的命中信息、破片侵彻的极限穿透速度、破片剩余速度以及三者各自对应的标准差分别代入主动学习u函数中，计算得到u值，选取破片交会命中计算kriging代理模型、破片侵彻的极限穿透速度计算kriging代理模型和破片剩余速度计算kriging代理模型分别对应的最小u值；
63、所述主动学习u函数的表达式为；
64、表示命中信息、破片侵彻的极限穿透速度或者破片剩余速度；
65、表示命中信息、破片侵彻的极限穿透速度或者破片剩余速度的标准差；
66、步骤10.4，依次判断步骤10.3中得到的三个最小u值是否大于预设收敛值，若三个最小u值均大于预设收敛值，则得到最终破片打击下目标毁伤概率计算模型；若其中一个或两个最小u值大于预设收敛值，则对应的kriging代理模型停止训练，保持对应的最小u值不变，最小u值小于预设收敛值的kriging代理模型进入步骤10.5；若三个最小u值均小于预设收敛值，则三个kriging代理模型均进入步骤10.5；
67、步骤10.5，筛选kriging代理模型的最小u值对应的射击线，并令飞机部件；
68、步骤10.6，将步骤10.5筛选出的射击线与飞机部件面元网格进行交会计算，判断筛选出的射击线与飞机的部件的三角形面元网格是否交会，若是，则转入步骤10.7；否则，转入步骤10.8；其中，取1，2，....，n；
69、步骤10.7，计算破片侵彻的极限穿透速度，并判断破片是否穿透飞机部件；若是，则计算破片剩余速度，令，返回步骤10.6；若否，则计入命中信息，转入步骤10.8；
70、步骤10.8，将步骤10.5筛选出的射击线对应的瞄准点坐标，以及所对应破片的密度、质量、直径和初始速度作为输入样本，将步骤10.7中得到的命中信息、破片侵彻的极限穿透速度和破片剩余速度分别作为输出样本，将输入样本和输出样本组成的三个样本对分别添加到第一训练样本集、第二训练样本集和第三训练样本集，得到更新后的第一训练样本集、第二训练样本集和第三训练样本集；
71、步骤10.9，将步骤10.8得到的更新后的第一训练样本集、第二训练样本集和第三训练样本集分别导入matlab中kriging代理模型的工具箱中，分别得到更新后的破片交会命中计算kriging代理模型、破片侵彻的极限穿透速度计算kriging代理模型和破片剩余速度计算kriging代理模型，返回步骤10.1。
72、一种破片打击下目标毁伤概率计算方法，基于所述破片打击下目标毁伤概率计算模型的构建方法，具体包括以下步骤：
73、s1，将候选训练样本集输入所述破片打击下目标毁伤概率计算模型的构建方法中得到的最终破片打击下目标毁伤概率计算模型中，得到各破片的命中信息、破片侵彻的极限穿透速度和破片剩余速度；
74、s2，根据s1得到的命中信息得到命中飞机的破片数量，计算命中概率；
75、；
76、s3，根据s1得到的破片侵彻的极限穿透速度和破片剩余速度判断破片穿透飞机部件情况，得到穿透飞机的破片数量，计算毁伤概率；
77、；
78、s4，调整破片的直径、材料密度、材料极限强度和初始速度，重复s1~ s3，计算破片对飞机的命中概率和毁伤概率，得到飞机部件命中概率随破片参数变化的曲线和毁伤概率随破片参数变化的曲线。
79、本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：
80、（ⅰ）本发明采用的基于kriging代理模型的毁伤概率计算方法，对比蒙特卡洛方法，可以有效降低破片交会计算、破片极限穿透速度和破片剩余速度的计算次数，提高目标毁伤概率计算效率；此外，本发明采用u学习函数可进一步提高kriging代理模型建模效率，进一步提高目标毁伤概率整体计算效率；解决了现有技术中目标毁伤概率的计算方法效率低的技术问题。
81、（ⅱ）本发明将射击线法与kriging代理模型结合，避免了破片侵彻有限元仿真过程，实现了破片打击目标毁伤概率计算的算法化与集成化，提升了计算便捷性和效率。
82、（ⅲ）本发明将破片侵彻的极限穿透速度、剩余速度公式与射击线法结合，丰富了破片打击下目标毁伤概率计算模型的物理内涵，为功能毁伤概率计算提供了基础。
83、（ⅴ）本发明提供的破片打击下目标毁伤概率计算方法可同时计算破片命中概率和毁伤概率。
1.一种破片打击下目标毁伤概率计算模型的构建方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述破片打击下目标毁伤概率计算模型的构建方法，其特征在于，所述步骤五具体包括步骤：
3.如权利要求1所述破片打击下目标毁伤概率计算模型的构建方法，其特征在于，所述步骤十具体包括以下步骤：
4.一种破片打击下目标毁伤概率计算方法，其特征在于，基于权利要求1至3任一项所述破片打击下目标毁伤概率计算模型的构建方法，具体包括以下步骤：
