Звук артиллерии

редактировать

В сухопутной войне дальность звука артиллерии - это метод определения координат вражеской батареи с использованием данных, полученных по звуку выстрелов ее орудий (миномета или ракет). Те же методы можно использовать для наведения артиллерийского огня на позицию с известными координатами.

Это применение звукового (или акустического) местоположения, которое является местоположением источника звука, который может исходить в воздухе, на земле, на поверхности или под водой. Звуковая дальность была одним из трех методов обнаружения вражеской артиллерии, которые быстро развились во время Первой мировой войны. Другими были воздушная разведка (визуальная и фотографическая) и поиск вспышек.

A звуковой рейнджер с использованием звуковых и секундомерных методов, которые впервые появились перед Первой мировой войной. обнаружение выстрела из ружья, измерение его пеленга и времени, в течение которого звук пришел. Звуковые методы обычно предполагали, что человек слушает пару микрофонов, находящихся на расстоянии нескольких километров друг от друга, и измеряет время между звуком, поступающим на микрофоны. Похоже, что этот метод использовался немцами на протяжении всей войны, но был быстро отвергнут как неэффективный западными союзниками, которые разработали научные методы определения местоположения по звуку, потомки которых используются до сих пор.

Основа научного измерения дальности звука - использование пар микрофонов для создания направления к источнику звука. Пересечение этих подшипников дает местонахождение батареи. Пеленги основаны на разнице времени прибытия на микрофоны.

Содержание

1 Предпосылки
- 1.1 Настройка базового оборудования
- 1.2 Пример
- 1.3 Преимущества и недостатки
2 История
- 2.1 Первая мировая война
- 2.2 Между мировыми войнами
- 2.3 Вторая мировая война
- 2.4 Корейская война
- 2.5 Вьетнам
- 2.6 Сегодняшний
3 См. Также
4 Ссылки
5 Внешние ссылки

История вопроса

Настройка основного оборудования

Для научного метода звуковой дальнометрии требуется следующее оборудование.

Массив из 4-6 микрофонов на несколько километров
Система, способная измерять разницу во времени прихода звуковой волны между микрофонами.
Средство анализа разницы во времени для вычисления положение источника звука.

Основной метод заключается в использовании микрофонов попарно и измерении разницы во времени прихода звуковой волны на каждый микрофон в паре (внутренние микрофоны являются членами двух пар). Отсюда направление к источнику звука можно найти из точки посередине между двумя микрофонами. Место пересечения минимум трех пеленгов будет местом расположения источника звука.

На рисунке 1 показана основная система.

Иллюстрация операции звукового определения дальности

Эти ограничения были бы наложены для упрощения расчета позиции артиллерии и не являются характеристикой общего подхода.

Микрофоны также могут быть предназначены для улавливания только звука выстрела. Микрофон может уловить три типа звуков.

выстрел из пушки (желаемый сигнал)
звук движущегося по воздуху снаряда
удар снаряда

во время Первой мировой войны было обнаружено, что выстрел из пистолета издает тихий грохочущий звук, который лучше всего улавливать с помощью микрофона, чувствительного к низким частотам и подавляющего высокие частоты.

Пример

На рисунке 2 показан пример проблема размещения артиллерии. Предположим, что мы размещаем три микрофона в следующих относительных положениях (все измерения сделаны относительно микрофона 3).

Расстояние от микрофона 1 до микрофона 3: $r 5 = 1267,9 {\ displaystyle r_ {5} = 1267,9}$ $r_{5}=1267.9$ метров
Расстояние от микрофона 2 до микрофона 3: $r 4 = 499,1 {\ displaystyle r_ {4} = 499,1}$ $r_{4}=499.1$ meters
Угол между микрофоном 1 и микрофоном 2, измеренный с микрофона 3: 16,177

Эти значения будут установлены во время первоначального обзора расположения микрофонов.

Пример операции определения дальности звука

Рисунок 2: Пример проблемы с расположением артиллерии.

Предположим, что измерены две задержки по времени (предположим, что скорость звука $≈ {\ displaystyle \ приблизительно}$ $\ приблизительно$ 330 метров в секунду).

Задержка от микрофона 1 до микрофона 2: 0,455 с $⇒ {\ displaystyle \ Rightarrow}$ $\ Rightarrow$ 150 метров
Задержка от микрофона 1 до микрофона 3: 0,606 с $⇒ {\ displaystyle \ Rightarrow}$ $\ Rightarrow$ 200 метров

Существует несколько способов определения дальности до артиллерийского орудия. Один из способов - дважды применить закон косинусов .

(r 1 + r 2) 2 = (r 1 + r 3) 2 + r 4 2 - 2 ⋅ (r 1 + r 3) ⋅ р 4 соз ⁡ θ {\ displaystyle \ left (r_ {1} + r_ {2} \ right) ^ {2} = \ left (r_ {1} + r_ {3} \ right) ^ {2} + r_ {4} ^ {2} -2 \ cdot \ left (r_ {1} + r_ {3} \ right) \ cdot r_ {4} \ cos \ theta}

\ left (r_ { 1} + r_ {2} \ right) ^ {2} = \ left (r_ {1} + r_ {3} \ right) ^ {2} + r_ {4} ^ {2} -2 \ cdot \ left ( r_ {1} + r_ {3} \ right) \ cdot r_ {4} \ cos \ theta

(

△ {\ displaystyle \ треугольник}

\ треугольник

Микрофон 3, микрофон 2, пистолет)

r 1 2 = (r 1 + r 3) 2 + r 5 2 - 2 ⋅ (r 1 + r 3) ⋅ r 5 cos ⁡ (θ - ϕ) {\ displaystyle r_ {1} ^ {2} = \ left (r_ {1} + r_ {3} \ right) ^ {2} + r_ {5} ^ {2} -2 \ cdot \ left (r_ { 1} + r_ {3} \ right) \ cdot r_ {5} \ cos (\ theta - \ phi)}

r_ {1} ^ {2} = \ left (r_ {1} + r_ {3} \ right) ^ {2} + r_ {5} ^ {2} -2 \ cdot \ left (r_ {1} + r_ {3} \ right) \ cdot r_ {5} \ cos (\ theta - \ phi)

(

△ {\ displaystyle \ треугольник}

\ треугольник

микрофон 1, микрофон 3, пистолет)

Это система двух уравнений с двумя неизвестными ( $θ {\ displaystyle \ theta}$ $\ theta$ , $r 1 {\ displaystyle r_ {1}}$ $r_{1}$ ). Эта система уравнений, хотя и является нелинейной, может быть решена с использованием численных методов для получения решения для r 1, равного 1621 метру. Хотя этот подход можно было бы использовать сегодня с компьютерами, это было бы проблемой во время Первой и Второй мировых войн. Во время этих конфликтов решения были разработаны с использованием одного из следующих методов.

графически с использованием гипербол, нарисованных на бумаге (для хорошего обсуждения этой процедуры см. Этот пример LORAN).
Предполагая, что артиллерия находится далеко, и используя асимптоты гипербол, которые являются линиями, чтобы найти примерное расположение артиллерии. Затем можно применить поправку на кривизну для получения более точного подшипника.
Приблизительные решения могут быть получены с использованием наборов металлических дисков, радиусы которых отличаются небольшими приращениями. Выбрав три диска, которые приблизительно соответствуют рассматриваемой ситуации, можно сгенерировать приблизительное решение.

Преимущества и недостатки

Диапазон звука имеет ряд преимуществ перед другими методами:

Диапазон звука является пассивным методом, что означает, что нет никаких выбросов, прослеживаемых до оборудования для измерения дальности звука. Это отличается от радара, который излучает энергию, которую можно отследить до передатчика.
Оборудование для определения дальности, как правило, имеет небольшие размеры. Для этого не требуются ни большие антенны, ни большое количество энергии.

Узвук также имеет ряд недостатков:

скорость звука зависит от температуры. Винд тоже вносит ошибки. Существуют средства, позволяющие компенсировать эти факторы.
на расстоянии звук выстрела представляет собой не резкий треск, а скорее грохот (это затрудняет точное измерение точного времени прибытия оружия. волновой фронт на разных датчиках)
орудия не могут быть обнаружены до тех пор, пока они не выстрелят
также могут быть активированы дружественной артиллерией
артиллерия часто стреляет в большом количестве, что затрудняет чтобы определить, какой волновой фронт связан с каким артиллерийским орудием
, каждый микрофон должен быть размещен и очень точно исследован, чтобы найти его координаты, что требует времени
, каждый микрофон должен иметь канал связи с записывающий аппарат. До появления эффективных линий радиосвязи это означало полевой кабель, который нужно было прокладывать и обслуживать, чтобы устранить разрывы по многим причинам

Вооруженные силы нашли различные способы смягчения этих проблем, но, тем не менее, они создают дополнительную работу и снижают точность метод и скорость его развертывания.

История

Первая мировая война

Первая мировая война ознаменовала рождение научного звукового ранжирования. Он объединил в себе необходимые датчики, измерительную технологию и возможности анализа, необходимые для эффективного определения дальности звука. Как и многие другие технологические концепции, идея использования звука для обнаружения вражеских артиллерийских орудий пришла в голову нескольким людям примерно в одно время.

Русские утверждают, что использовали звуковое определение расстояния до Первой мировой войны
Немецкий офицер капитан Лео Левенштейн запатентовал метод в 1913 году
Французы разработали первое оперативное оборудование
Американцы предложили схему в начале Первой мировой войны.

Первая мировая война предоставила идеальные условия для развития звукового диапазона, потому что:

электрическая обработка звука стала зрелой благодаря развитию телефона и записи технология
была доступна технология записи звука (это облегчило измерение разницы во времени с точностью до сотых долей секунды)
необходимость в противодействии артиллерийскому огню батареи обеспечила мощный технологический фактор

Хотя Британцы не были первыми, кто попытался определить дальность артиллерии по звуку, именно британцы во время Первой мировой войны фактически применили первую эффективную операционную систему. Британская система звуковой дальнометрии во время той войны началась с экипажей, которые использовали как звук, так и вспышки. Операторы звуковой дальнометрии использовали оборудование, улучшающее человеческий слух. Используя вспышку выстрела, команда вспышки определяла направление к ружью с помощью теодолита или транзита. Бригада по обнаружению звука определяла разницу во времени между вспышкой выстрела и звуком выстрела, которая использовалась для определения дальности стрельбы. Это обеспечило данные о дальности и пеленге, необходимые для противодействия огню батареи. Эти методы оказались не очень успешными.

В середине 1915 года британцы поручили исследованию проблемы австралийского ученого и лауреата Нобелевской премии сэра Уильяма Лоуренса Брэгга. Брэгг был офицером Королевской конной артиллерии в британской армии. Когда на сцену вышел Брэгг, определение дальности звука было медленным, ненадежным и неточным. Его первой задачей было исследовать то, что было доступно, в частности, изучать усилия Франции.

Французы сделали важный шаг вперед. Они взяли струнный гальванометр и приспособили его для записи сигналов с микрофонов на фотопленку. Эту работу выполнили Люсьен Булль и Чарльз Нордманн (астроном Парижской обсерватории). Обработка пленки заняла несколько минут, но это не было существенным недостатком, поскольку артиллерийские батареи двигались не очень часто. Однако аппарат не мог работать непрерывно из-за расхода пленки. Это означало, что он должен был включаться, когда стреляли вражеские орудия, что требовало развертывания передовых постов (AP) перед микрофонами, которые могли включать записывающую аппаратуру удаленно через полевой кабель. Эти передовые посты были подключены обратно к центрально расположенному Flash Board, и это устройство позволяло наблюдателям быть уверенными, что все они наблюдают одну и ту же дульную вспышку. Когда это было установлено, они могли включить записывающую аппаратуру.

Брэгг также обнаружил, что природа звуков выстрелов не была хорошо изучена и что нужно было позаботиться о том, чтобы отделить звуковой удар снаряда от реального звука выстрела. Эта проблема была решена в середине 1916 года, когда один из отряда Брэгга, младший капрал Уильям Сэнсом Такер, бывший сотрудник физического факультета Лондонского университета, изобрел низкочастотный микрофон. Это отделяло низкочастотный звук выстрела из орудия от звукового удара снаряда. В нем использовалась нагретая платиновая проволока, которая охлаждалась звуковой волной выстрела.

Позже, в 1916 году Такер сформировал экспериментальную секцию измерения звука в Великобритании, и в следующем году были разработаны методы корректировки звуковых данных для компенсации метеорологических условий. Были исследованы и другие вопросы, в том числе оптимальная компоновка и размещение «базы для определения дальности звука» - массива микрофонов. Было обнаружено, что лучше всего подходят пологая кривая и относительно короткое основание. Благодаря этим усовершенствованиям вражеская артиллерия могла точно определять местонахождение с точностью от 25 до 50 метров при нормальных обстоятельствах.

Программа была очень хорошо разработана к концу Первой мировой войны. Фактически, метод был расширен для определения дальности. расположение, калибр и предполагаемая цель орудия. Британцы развернули множество секций дальномера на Западном фронте, а секции также работали в Италии, на Балканах и в Палестине. Когда США вступили в войну в 1917 году, они приняли на вооружение британское оборудование.

Немецкий слуховой метод использовался Центральными державами. При этом использовался пост прослушивания раннего предупреждения (LP) и основной LP в центре с двумя второстепенными LP на 500–1000 метров немного позади с каждой стороны. Секундомеры включались, когда звук достигал основной LP, время вторичной LP переводилось в расстояние (через скорость звука) и наносились круги, затем был получен другой круг, который касался этих двух кругов и основного LP, центра этот круг был источником звука. Были внесены поправки в условия, влияющие на скорость звука. Однако в конце войны Германия представила «объективные устройства» - направленные гальванометры, осциллографы и модифицированные сейсмографы, результаты которых напрямую переносились на бумагу или фотопленку.

Между мировыми войнами

Регистрирующее устройство французской звуковой дальнометрии система 1920-х годов

Британские исследования продолжались между войнами, как и в других странах. Похоже, что в Великобритании это привело к созданию более совершенных микрофонов и записывающих устройств, использующих термочувствительную бумагу вместо фотопленки. Также была разработана радиосвязь, хотя она могла подключать только микрофоны к записывающему устройству, но не позволяла точкам доступа включать рекордер. Еще одним нововведением в конце 1930-х годов была разработка компаратора, механического компьютера, который рассчитывал дифференциальные уравнения первого порядка. Это обеспечивало быстрое средство сравнения координат падения выстрела, обнаруженного по звуковому диапазону, с координатами цели и, следовательно, вычетом поправки на падение выстрела.

Вторая мировая война

Во время Второй мировой войны звуковая дальнометрия была зрелой технологией и широко использовалась, особенно британцами (в артиллерийских разведывательных полках на уровне корпуса) и немцами. (в Beobachtungsabteilungen). Разработка продолжалась, и было внедрено более совершенное оборудование, в частности, для обнаружения минометов. В конце войны британцы также представили мультиплексирование, которое позволило микрофонам использовать общий полевой кабель с записывающим устройством. В 1944 году было обнаружено, что радар можно использовать для обнаружения минометов, но не для пушки или ракет. Хотя радар должен «видеть» снаряды, их эллиптические траектории не могут быть определены.

Морские пехотинцы США включали подразделения звуковой дальности в стандартные части своих оборонительных батальонов. Эти звуковые дальномеры действовали в морской пехоте как до, так и во время Второй мировой войны. Армия США также использовала звуковые локаторы. После ноября 1942 года звуковые подразделения армии США принимали участие почти во всех боях, в которых принимала участие армия. К концу войны насчитывалось 25 наблюдательных батальонов численностью 13 000 человек. Во время кампании Окинавы армия США использовала свои звуковые дальномеры, чтобы обеспечить эффективный контрбатарейный огонь. Японцы пытались противостоять этому эффективному контрбатарейному огню с помощью тактики «стрелять и убегать », что означает отстрел небольшого количества выстрелов и уход с огневой позиции до того, как мог прибыть контрбатарейный огонь. Хотя этот подход является эффективной тактикой против контрбатарейного огня, он снижает эффективность артиллерийского огня.

Во время Второй мировой войны британцы широко использовали звуковую дальность. В сети есть ряд замечательных мемуаров, посвященных использованию звуковой дальности для обнаружения артиллерии, в том числе «4-й Полк разведки Дарема: звучит как враг» и «Связь для размещения артиллерии». В статье «Связь для артиллерийской локации» описывается электронное оборудование, связанное с этими операциями. Очень исчерпывающий отчет о британских подразделениях звуковой дальности, включая их позиции, содержится в отчете Массимо Мангилли-Климпсона за 2007 год.

Корейская война

Зондирование артиллерийских орудий проводилось в Корее, но в основном была вытеснена контрминометными радиолокационными и авиационными артиллерийскими наблюдателями. Поскольку в то время противорадиолокационные меры противодействия были ограничены, а ООН имела превосходство в воздухе на протяжении всей войны, эти подходы были более простыми и точными.

Вьетнам

Большая часть противодействующих батарей работает во Вьетнаме. было замечено артиллерией с помощью радара или самолета. С 1967 по 1970 год Австралия развернула во Вьетнаме отряд звуковой локации, который работал с перекрестной базой для обеспечения кругового наблюдения.

Кроме того, в этот период британцы развернули специальные батареи «Крекер» со звуковой дальностью. и радары для обнаружения минометов - на Борнео и Оман.

В начале 1970-х годов была введена эффективная радиосвязь УКВ, которая позволила точкам доступа включать записывающее устройство. Вскоре после этого достижения в области электроники привели к тому, что ручное нанесение пеленгов и некоторые другие расчеты были заменены электронными калькуляторами.

Сегодняшний

Хотя эффективные радары для определения местоположения пушки наконец-то дополнили контр-миномет Начиная с конца 1970-х годов, с помощью радаров, звуковая дальнометрия переживает ренессанс, потому что некоторые армии сохранили ее, несмотря на ее недостатки. Похоже, что некоторые также признали его способность работать в качестве автоматического передового поста (AP) для радаров.

Британцы первыми внедрили новый подход, разработанный Roke Manor Research Limited, затем Plessey, которая разработала УКВ радиолокацию. Это заменило традиционную базу для измерения диапазона звука массивом микрофонных кластеров. Каждый из них состоял из трех микрофонов на расстоянии нескольких метров друг от друга, метеорологического датчика и обработки. Каждый беспилотный кластер непрерывно прослушивал звук, вычислял пеленг на источник и записывал другие характеристики. Они автоматически отправлялись на контрольный пост, где они автоматически сопоставлялись и вычислялось местоположение источника звука. Прототипы новой системы HALO (Hostile Artillery LOcating) использовались в Сараево в 1995 году. Производственная система ASP (Advanced Sound Ranging Project) поступила на вооружение Великобритании примерно в 2001 году. Сообщается, что она обнаружила вражескую артиллерию на расстоянии 50 км в Ираке в 2003 году. Сейчас его принимают на вооружение несколько других армий, в том числе морская пехота США. Аналогичная система была разработана в Германии и на Украине (артиллерийский звуковой комплекс «РАЗК» ).

Бумеранг - это система определения местоположения стрельбы, разработанная Министерством обороны США, которая использует звук для обнаружения и распознавания огня из стрелкового оружия.

Технология распознавания звука была использована для предупреждения правоохранительных органов о выстрелах примерно в 90 городах США и других стран. В течение 45 секунд технология может предоставить полиции подробное местоположение источника стрельбы. Это может значительно сократить время реагирования полиции и увеличить вероятность уголовного ареста.

См. Также

Ссылки

Внешние ссылки

Акустическая локация и звуковые зеркала
LA6NCA - ГЕРМАНСКИЕ ФОТОГРАФИИ времен Второй мировой войны - 3 - изображения немецкого устройства акустического мониторинга времен Второй мировой войны
Popular Science, январь 1942 г., чувствительные микрофоны обнаруживают скрытые пистолеты
звуковой диапазон и обнаружение вспышки фото.