Dźwięk artylerii w zakresie - Artillery sound ranging

W lądowych , dźwięk artyleryjski począwszy jest sposób określania współrzędnych wrogiego baterii z wykorzystaniem danych pochodzących od dźwięku jego dział (lub zaprawy lub rakiet) wypalania. Te same metody można również wykorzystać do kierowania ostrzałem artyleryjskim na pozycję o znanych współrzędnych.

Jest to zastosowanie lokalizacji dźwiękowej (lub akustycznej) , czyli lokalizacji źródła dźwięków, które mogą powstawać w powietrzu, na ziemi lub na lub pod powierzchnią wody. Zasięg dźwięku był jedną z trzech metod lokalizowania wrogiej artylerii, która szybko rozwinęła się podczas I wojny światowej . Pozostałe to rozpoznanie lotnicze (wizualne i fotograficzne) oraz flashowanie .

Dźwięk ranger stosowane metody fonetyczne i stopery, które jako pierwsze pojawiły się przed I wojną światową metody stoper polegała plamienia wypalania pistolet, mierząc łożysko do niej i długość czasu zajęło dźwięk przyjeżdżać. Metody słuchowe zazwyczaj wymagały słuchania pary mikrofonów oddalonych od siebie o kilka kilometrów i pomiaru czasu między dźwiękiem docierającym do mikrofonów. Wydaje się, że metoda ta była używana przez Niemców przez całą wojnę, ale szybko została odrzucona jako nieskuteczna przez zachodnich sojuszników, którzy opracowali naukowe metody określania zasięgu dźwięku, których potomkowie są nadal w użyciu.

Podstawą naukowego określania zakresu dźwięków jest użycie par mikrofonów do wytworzenia łożyska do źródła dźwięku. Punkt przecięcia się tych łożysk określa położenie akumulatora. Łożyska pochodzą z różnic w czasie dotarcia do mikrofonów.

tło

Podstawowa konfiguracja sprzętu

Naukowa metoda określania zakresu dźwięku wymaga następującego sprzętu.

  • Szereg od 4 do 6 mikrofonów rozciągający się na kilka kilometrów
  • System zdolny do pomiaru różnic w czasie nadejścia fali dźwiękowej między mikrofonami.
  • Sposób analizy różnic czasowych w celu obliczenia położenia źródła dźwięku.

Podstawową metodą jest użycie mikrofonów w parach i zmierzenie różnicy w czasie nadejścia fali dźwiękowej do każdego mikrofonu w parze (mikrofony wewnętrzne są członami dwóch par). Stąd namiar do źródła dźwięku można znaleźć z punktu w połowie odległości między dwoma mikrofonami. Punkt przecięcia co najmniej trzech łożysk będzie lokalizacją źródła dźwięku.

Rysunek 1 przedstawia podstawowy system.

Ilustracja operacji zmiany zakresu dźwięku

Te ograniczenia zostałyby nałożone, aby uprościć obliczenia pozycji artylerii i nie są charakterystyczne dla podejścia ogólnego.

Mikrofony mogą być również zaprojektowane tak, aby wychwytywały tylko dźwięk wystrzału. Istnieją trzy rodzaje dźwięków, które mogą być odbierane przez mikrofon.

  • strzelanie z pistoletu (żądany sygnał)
  • dźwięk muszli poruszającej się w powietrzu
  • uderzenie muszli

Podczas I wojny światowej odkryto, że wystrzał z pistoletu wydaje niski dudniący dźwięk, który najlepiej jest rejestrować mikrofonem wrażliwym na niskie częstotliwości i odrzucającym wysokie częstotliwości.

Przykład

Rysunek 2 przedstawia przykład problemu lokalizacji artylerii. Załóżmy, że ustawiamy trzy mikrofony z następującymi względnymi położeniami (wszystkie pomiary wykonane względem mikrofonu 3).

  • Odległość od mikrofonu 1 do mikrofonu 3: metry
  • Odległość od mikrofonu 2 do mikrofonu 3: metry
  • Kąt pomiędzy mikrofonem 1 i mikrofonem 2 mierzony od mikrofonu 3: 16,177 o

Wartości te zostałyby ustalone podczas wstępnego przeglądu rozmieszczenia mikrofonów.

Przykład operacji zmiany zakresu dźwięku

Rysunek 2: Przykład problemu z lokalizacją artylerii.

Załóżmy, że mierzone są dwa opóźnienia czasowe (założona prędkość dźwięku 330 metrów na sekundę).

  • Opóźnienie czasowe od mikrofonu 1 do mikrofonu 2: 0,455 s 150 metrów
  • Opóźnienie czasowe od mikrofonu 1 do mikrofonu 3: 0,606 s 200 metrów

Istnieje kilka sposobów określenia zasięgu artylerii. Jednym ze sposobów jest dwukrotne zastosowanie prawa cosinusów .

( Mikrofon 3, Mikrofon 2, Pistolet)
( Mikrofon 1, Mikrofon 3, Pistolet)

To jest układ dwóch równań z dwiema niewiadomymi ( , ). Ten układ równań, chociaż nieliniowy, można rozwiązać metodami numerycznymi, aby otrzymać rozwiązanie dla r 1 równe 1621 metrów. Chociaż to podejście byłoby dziś możliwe do zastosowania w komputerach, stanowiłoby problem podczas I i II wojny światowej. Podczas tych konfliktów rozwiązania opracowano jedną z następujących metod.

  • graficznie przy użyciu hiperbol narysowanych na papierze (ładne omówienie tej procedury można znaleźć w przykładzie LORAN).
  • Zakładając, że artyleria jest daleko i używając asymptot hiperbol, które są liniami, aby znaleźć przybliżone położenie artylerii. Następnie można zastosować korektę krzywizny, aby uzyskać dokładniejsze łożysko.
  • Przybliżone rozwiązania można wygenerować za pomocą zestawów metalowych dysków, których promienie różnią się niewielkimi przyrostami. Wybierając trzy dyski, które przybliżają daną sytuację, można wygenerować przybliżone rozwiązanie.

Zalety i wady

Zakres dźwięków ma wiele zalet w porównaniu z innymi metodami:

  • Zakres dźwięków jest metodą pasywną, co oznacza, że ​​nie ma emisji, które można by prześledzić z powrotem do sprzętu do pomiaru dźwięku. Różni się to od radaru, który emituje energię, którą można prześledzić do nadajnika.
  • Sprzęt do pomiaru dźwięku jest zwykle mały. Nie wymaga dużych anten ani dużej ilości mocy.

Zakres dźwięków ma również szereg wad:

  • prędkość dźwięku zmienia się wraz z temperaturą. Wiatr wprowadza również błędy. Istnieją sposoby na zrekompensowanie tych czynników.
  • z daleka dźwięk wystrzału nie jest ostrym trzaskiem, a raczej dudnieniem (utrudnia to dokładny pomiar dokładnego czasu przybycia czoła fali na różne czujniki)
  • pistolety nie mogą być zlokalizowane, dopóki nie wystrzelą
  • może być również wywołane przez przyjazny ostrzał artyleryjski
  • artyleria jest często wystrzeliwana w dużych ilościach, co utrudnia ustalenie, który front jest powiązany z którym działem artylerii
  • każdy mikrofon musi być umieszczony i bardzo dokładnie zbadany, aby znaleźć jego współrzędne, co wymaga czasu
  • każdy mikrofon musi mieć kanał komunikacyjny do urządzenia rejestrującego. Zanim pojawiły się skuteczne łącza radiowe, oznaczało to kabel polowy, który trzeba było układać i konserwować, aby naprawiać przerwy z wielu przyczyn

Siły zbrojne znalazły różne sposoby na złagodzenie tych problemów, niemniej jednak tworzą dodatkową pracę i zmniejszają dokładność metody i szybkość jej rozmieszczenia.

Historia

Pierwsza Wojna Swiatowa

Podczas I wojny światowej narodził się dźwięk naukowy. Połączył niezbędne czujniki, technologię pomiarową i możliwości analizy wymagane do efektywnego określania zakresu dźwięku. Podobnie jak w przypadku wielu koncepcji technologicznych, pomysł wykorzystania dźwięku do lokalizowania dział artylerii wroga narodził się mniej więcej w tym samym czasie dla wielu osób.

  • Rosjanie twierdzą, że używali dźwięku sprzed I wojny światowej.
  • Niemiecki oficer, kpt Leo Loewenstein, opatentował metodę w 1913 roku
  • Francuzi opracowali pierwszy sprzęt operacyjny
  • Amerykanie zaproponowali schemat na początku I wojny światowej

I wojna światowa zapewniła idealne warunki do rozwoju dźwięku, ponieważ:

  • przetwarzanie elektryczne dźwięku dojrzewało ze względu na rozwój technologii telefonicznej i nagraniowej
  • dostępna była technologia nagrywania dźwięku (ułatwiło to dokonywanie pomiarów różnicy czasu z dokładnością do setnych części sekundy)
  • Potrzeba przeciwdziałania ostrzale artyleryjskiemu stanowiła silny bodziec dla technologii

Chociaż Brytyjczycy nie byli pierwszymi, którzy podjęli próbę użycia dźwięku artylerii, to Brytyjczycy podczas I wojny światowej faktycznie wystawili pierwszy skuteczny system operacyjny. Brytyjski dźwięk w czasie tej wojny zaczął się od załóg, które używały zarówno wykrywania dźwięku, jak i błysku. Operatorzy zajmujący się dźwiękiem używali sprzętu, który wzmacniał ludzki słuch. Używając błysku pistoletu, załoga błysku określiłaby namiar na działo za pomocą teodolitu lub tranzytu . Ekipa wykrywająca dźwięk miała określić różnicę w czasie między błyskiem działa a odgłosem działa, który był używany do określenia zasięgu działa. Zapewniło to dane dotyczące zasięgu i namiaru potrzebne do przeciwdziałania pożarze baterii. Te metody nie były zbyt skuteczne.

W połowie 1915 roku Brytyjczycy powierzyli temu problemowi australijskiego naukowca i laureata Nagrody Nobla Sir Williama Lawrence'a Bragga . Bragg był oficerem terytorialnym Królewskiej Artylerii Konnej w armii brytyjskiej. Kiedy Bragg pojawił się na scenie, zakres dźwięków był powolny, zawodny i niedokładny. Jego pierwszym zadaniem było zbadanie tego, co było dostępne, w szczególności przyjrzenie się francuskim wysiłkom.

Francuzi dokonali ważnego rozwoju. Wzięli galwanometr strunowy i przystosowali go do rejestrowania sygnałów z mikrofonów na kliszy fotograficznej. Tę pracę wykonali Lucien Bull i Charles Nordmann (astronom z obserwatorium w Paryżu). Przetwarzanie filmu zajęło kilka minut, ale nie było to znaczącą wadą, ponieważ baterie artyleryjskie nie poruszały się zbyt często. Jednak urządzenie nie mogło pracować w sposób ciągły ze względu na zużycie folii. Oznaczało to, że trzeba było go włączać, gdy strzelały z dział wroga, co wymagało umieszczenia przed mikrofonami słupków zaawansowanych (AP), które mogły włączać aparat nagrywający zdalnie za pośrednictwem kabla polowego. Te zaawansowane słupki zostały podłączone z powrotem do centralnie umieszczonej tablicy Flash , a to urządzenie dało obserwatorom pewność, że wszyscy obserwują ten sam błysk wylotowy. Gdy to ustalono, mogli włączyć aparat nagrywający.

Bragg odkrył również, że natura dźwięków pistoletu nie została dobrze poznana i że należy zachować ostrożność, aby oddzielić dźwiękowy grzmot pocisku od rzeczywistego dźwięku wystrzału. Problem ten został rozwiązany w połowie 1916 roku, kiedy jeden z oddziałów Bragga, kapral William Sansome Tucker , poprzednio z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Londyńskiego, wynalazł mikrofon niskoczęstotliwościowy. To oddzieliło dźwięk o niskiej częstotliwości wytwarzany przez wystrzał z broni od dźwiękowego grzmotu pocisku. Używał podgrzewanego drutu platynowego, który był chłodzony falą dźwiękową wystrzału z pistoletu.

Później, w 1916 roku, Tucker utworzył w Wielkiej Brytanii eksperymentalną sekcję zajmującą się analizą dźwięków, aw następnym roku opracowano techniki korygowania danych dźwiękowych w celu skompensowania warunków meteorologicznych. Zbadano inne kwestie, w tym optymalny układ i umiejscowienie „podstawy dźwiękowej” - układu mikrofonów. Stwierdzono, że najlepsza była płytka krzywizna i stosunkowo krótka podstawa. Dzięki tym ulepszeniom artyleria wroga mogłaby być zlokalizowana z dokładnością do 25-50 metrów w normalnych warunkach.

Program został bardzo dobrze opracowany pod koniec I wojny światowej. W rzeczywistości metoda została rozszerzona, aby określić położenie działa, kaliber i zamierzony cel. Brytyjczycy rozmieścili wiele sekcji dźwiękowych na froncie zachodnim, a także działały we Włoszech, na Bałkanach i w Palestynie. Kiedy Stany Zjednoczone przystąpiły do ​​wojny w 1917 roku, przyjęły brytyjski sprzęt.

Niemiecka metoda słuchowa była stosowana przez państwa centralne. Zastosowano w nim punkt odsłuchu wczesnego ostrzegania (LP) i główny LP pośrodku z dwoma drugorzędnymi LP 500–1000 metrów nieco z tyłu po obu stronach. Stopery zostały włączone, gdy dźwięk dotarł do głównego LP, czasy drugiego LP zostały przeliczone na odległość (poprzez prędkość dźwięku) i wykreślono okręgi, następnie wyprowadzono kolejny okrąg, który dotknął tych dwóch okręgów i głównego LP, środka ten krąg był źródłem dźwięku. Dokonano poprawek dla warunków wpływających na prędkość dźwięku. Jednak pod koniec wojny Niemcy wprowadziły „urządzenia obiektywne” - galwanometry kierunkowe, oscylografy i zmodyfikowane sejsmografy, których wyniki były bezpośrednio przenoszone na papier lub kliszę fotograficzną.

Między wojnami światowymi

Jednostka rejestrująca dźwięk francuski z lat 20. XX wieku

Brytyjskie badania kontynuowano między wojnami, podobnie jak w innych krajach. Wydaje się, że w Wielkiej Brytanii doprowadziło to do powstania lepszych mikrofonów i urządzeń rejestrujących wykorzystujących papier termoczuły zamiast kliszy fotograficznej. Opracowano także łącze radiowe, które wprawdzie mogło łączyć tylko mikrofony z aparatem rejestrującym, ale nie umożliwiało AP włączania rejestratora. Kolejną innowacją późnych lat trzydziestych było opracowanie komparatora, komputera mechanicznego, który obliczał równania różniczkowe pierwszego rzędu. Umożliwiło to szybkie porównanie współrzędnych upadku strzału zlokalizowanych na podstawie dźwięku w zakresie współrzędnych celu, a tym samym odliczenie korekty upadku strzału.

II wojna światowa

W czasie II wojny światowej rozgłaszanie dźwięku było dojrzałą technologią i szeroko stosowaną, szczególnie przez Brytyjczyków (w pułkach artyleryjskich na poziomie korpusu) i Niemców (w Beobachtungsabteilungen). Kontynuowano rozwój i wprowadzano lepszy sprzęt, zwłaszcza do lokalizowania moździerzy. Pod koniec wojny Brytyjczycy wprowadzili także multipleksowanie , które umożliwiło mikrofonom współdzielenie wspólnego kabla polowego z aparaturą nagrywającą. W 1944 roku odkryto, że radar może być używany do lokalizowania moździerzy, ale nie działa czy rakiet. Chociaż radar powinien „widzieć” pociski, ich eliptycznych trajektorii nie udało się ustalić.

US Marines włączyli jednostki dźwiękowe jako standardowe części swoich batalionów obronnych. Te jednostki dźwiękowe działały w Marines zarówno przed, jak i podczas II wojny światowej. Armia USA używała również lokalizatorów dźwięku. Jednostki dźwiękowe armii amerykańskiej brały udział w prawie wszystkich bitwach, w których armia brała udział po listopadzie 1942 r. Do końca wojny było 25 batalionów obserwacyjnych z 13 000 żołnierzy. Podczas kampanii na Okinawie armia amerykańska wykorzystywała swoje zestawy dźwiękowe, aby zapewnić skuteczną kontrę ognia. Japończycy próbowali przeciwdziałać temu skutecznemu ostrzałowi przeciwbaterii taktyką „ strzelaj i ruszaj ”, czyli strzelając niewielką liczbą nabojów i opuszczając stanowisko strzeleckie, zanim nadejdzie ostrzał przeciwbaterii. Chociaż jest to skuteczna taktyka przeciwko ostrzale z baterii przeciwdziałającej, takie podejście zwykle zmniejsza skuteczność ognia artyleryjskiego.

Podczas II wojny światowej Brytyjczycy szeroko wykorzystywali dźwięk. W sieci dostępnych jest wiele znakomitych wspomnień, które odnoszą się do wykorzystania przez nich dźwięku w zakresie wykrywania artyleryjskiego, w tym „The 4th Durham Survey Regiment: Sounds like the Enemy” i „Communications for Artillery Location”. Artykuł „Łączność dla lokalizacji artylerii” opisuje sprzęt elektroniczny używany w tych operacjach. Bardzo obszerny opis brytyjskich jednostek dźwiękowych, w tym ich pozycji, znajduje się w sprawozdaniu Massimo Mangilli-Climpsona z 2007 roku.

wojna koreańska

Zakres dźwiękowy artylerii został przeprowadzony w Korei , ale głównie został on wyparty przez radar przeciwzaprawowy i obserwatory artyleryjskie z samolotów. Ponieważ środki przeciwradarowe były w tym czasie ograniczone, a ONZ miała przewagę powietrzną przez całą wojnę, te podejścia były prostsze i dokładniejsze.

Wietnam

Większość prac przeciwdziałających baterii w Wietnamie polegała na wykrywaniu artylerii za pomocą radaru lub samolotu. Australia rozmieściła w Wietnamie od 1967 do 1970 r. Oddział dźwiękowy, który obsługiwał bazę w celu zapewnienia wszechstronnych obserwacji.

Również w tym okresie Brytyjczycy rozmieścili na Borneo i Omanu baterie „Cracker” ad hoc z radarami radarowymi i moździerzowymi.

We wczesnych latach siedemdziesiątych wprowadzono skuteczne łącze radiowe VHF, które umożliwiło punktom dostępowym włączenie urządzenia rejestrującego. Wkrótce potem postęp w elektronice spowodował, że ręczne kreślenie łożysk i niektóre inne obliczenia zostały zastąpione kalkulatorami elektronicznymi.

Dzień dzisiejszy

Chociaż skuteczne radary lokalizujące broń w końcu uzupełniały radary przeciwmożowe od późnych lat 70. XX wieku, zasięg dźwięków przeżywa renesans, ponieważ niektóre armie zachowały go pomimo jego wad. Wygląda na to, że niektórzy dostrzegli również jego potencjał do działania jako automatyczne zaawansowane stanowisko (AP) dla radarów.

Brytyjczycy przodowali w nowym podejściu, opracowanym przez Roke Manor Research Limited , a następnie Plessey, które opracowało zakres dźwięku radiowego VHF. Zastąpiło to tradycyjną podstawę dźwiękową szeregiem klastrów mikrofonów. Każdy zawierał trzy mikrofony w odległości kilku metrów od siebie, czujnik meteorologiczny i przetwarzanie. Każdy bezzałogowy klaster nieustannie nasłuchiwał dźwięku, obliczał namiar na źródło i rejestrował inne charakterystyki. Zostały one automatycznie przesłane do stanowiska kontrolnego, gdzie zostały automatycznie zestawione i obliczone położenie źródła dźwięku. Prototypy nowego systemu HALO (Hostile Artillery LOcating) były używane w Sarajewie w 1995 roku. System produkcyjny ASP (Advanced Sound Ranging Project) wszedł do brytyjskiej służby około 2001 roku. Podobno zlokalizował on wrogą artylerię w odległości 50 km w Iraku. w 2003 r. Obecnie jest przyjmowany przez kilka innych armii, w tym przez US Marines. Podobny system opracowano także w Niemczech i na Ukrainie ( kompleks dźwiękowy artyleryjski RAZK ).

Boomerang to system lokalizacji wystrzałów opracowany przez Departament Obrony Stanów Zjednoczonych, który wykorzystuje dźwięk do lokalizowania i identyfikowania ognia z broni ręcznej.

Technologia wykrywania dźwięku została wdrożona w celu ostrzegania organów ścigania o wystrzałach w około 90 miastach w Stanach Zjednoczonych i innych krajach. W ciągu 45 sekund technologia może dostarczyć policji dokładną lokalizację miejsca powstania ostrzału. Może to znacznie skrócić czas reakcji policji i zwiększyć prawdopodobieństwo aresztowań.

Zobacz też

Bibliografia

Linki zewnętrzne