Звуковая дальность артиллерийского орудия

В наземных боевых действиях , артиллерия звук в диапазоне является способом определения координат враждебной батареи с использованием данных , полученных от звука его пушек (или строительного раствора или ракет) стрельба. Те же методы могут быть использованы для наведения артиллерийского огня на позицию с известными координатами.

Это применение звукового (или акустического) местоположения , то есть местоположения источника звуков, который может исходить в воздухе, на земле, на поверхности воды или под ней. Звуковая дальность была одним из трех методов обнаружения вражеской артиллерии, которые быстро развились во время Первой мировой войны . Остальные - воздушная разведка (визуальная и фотографическая) и вспышка .

Звук рейнджер использовал методы слуховое и секундомером , которые впервые появились до начала Первой мировой войны I. Методы Секундомер Приглашена пятнистость пистолет стрельбы, измеряя отношение к нему и продолжительность времени, затраченного на звук , чтобы прибыть. 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. Этот метод, похоже, 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 научной звуколокации является использование пары микрофонов , чтобы произвести отношение к источнику звука. Пересечение этих подшипников дает местонахождение батареи. Пеленг определяется разницей во времени прибытия микрофонов.

Фон [ править ]

Настройка основного оборудования [ править ]

Для научного метода звуковой дальномера требуется следующее оборудование.

• Набор 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 положения источника звука.

Основной метод состоит 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. Пересечение по крайней мере трех пеленгов будет местоположением источника звука.

На рисунке 1 показана базовая система.

Иллюстрация операции определения дальности звука

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

Микрофоны также могут быть сконструированы так, чтобы улавливать только звук выстрела. Микрофон может улавливать три типа звуков.

• стрельба из пушки (желаемый сигнал)
• звук снаряда, движущегося по воздуху
• удар снаряда

Во время Первой мировой войны было обнаружено, что выстрел из пистолета издает низкий грохочущий звук, который лучше всего улавливать с помощью микрофона, чувствительного к низким частотам и подавляющего высокие частоты. ^[1]

Пример [ править ]

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

• Расстояние от микрофона 1 до микрофона 3: метры${\ displaystyle r_ {5} = 1267,9}$
• Расстояние от микрофона 2 до микрофона 3: метры${\ displaystyle r_ {4} = 499,1}$
• Угол между микрофоном 1 и микрофоном 2, измеренный от микрофона 3: 16,177 ^o

Эти значения будут установлены во время первоначального обзора расположения микрофонов.

Пример операции определения дальности звука

Рисунок 2: Пример проблемы размещения артиллерии.

Предположим, что измерены две временные задержки (предположим, что скорость звука 330 метров в секунду).${\ Displaystyle \ приблизительно}$

• Время задержки микрофона 1 - микрофона 2: 0,455 с 150 метров${\ displaystyle \ Rightarrow}$
• Время задержки микрофона 1 - микрофона 3: 0,606 с 200 метров${\ displaystyle \ Rightarrow}$

Есть несколько способов определить дальность до артиллерийского орудия. Один из способов - дважды применить закон косинусов . ^[2]

${\ displaystyle \ left (r_ {1} + r_ {2} \ right) ^ {2} = \ left (r_ {1} + r_ {3} \ right) ^ {2} + r_ {4} ^ {2 } -2 \ cdot \ left (r_ {1} + r_ {3} \ right) \ cdot r_ {4} \ cos \ theta}$( Микрофон 3, микрофон 2, пистолет)${\ Displaystyle \ треугольник}$

${\displaystyle r_{1}^{2}=\left(r_{1}+r_{3}\right)^{2}+r_{5}^{2}-2\cdot \left(r_{1}+r_{3}\right)\cdot r_{5}\cos(\theta -\phi )}$( Микрофон 1, микрофон 3, пистолет)${\displaystyle \triangle }$

Это система двух уравнений с двумя неизвестными ( , ). Эта система уравнений, хотя и является нелинейной, может быть решена численными методами 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.${\displaystyle \theta }$${\displaystyle r_{1}}$

• графически с использованием гипербол, нарисованных на бумаге (хорошее обсуждение этой процедуры см. в этом примере LORAN). ^[3]
• Предполагая, что артиллерия находится далеко, и используя асимптоты гипербол, которые являются линиями, чтобы найти приблизительное местоположение артиллерии. ^[4] Затем можно применить поправку на кривизну для получения более точного пеленга. ^[5]
• Приближенные 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. ^[4]

Преимущества и недостатки [ править ]

Звуковая дальность имеет ряд преимуществ перед другими методами:

• Звуковой дальномер - это пассивный метод, что означает, что нет никаких выбросов, отслеживаемых до оборудования для измерения звукового диапазона. Это отличается от радара, который излучает энергию, которая может быть прослежена до передатчика.
• Оборудование звуковой дальности, как правило, имеет небольшие размеры. Он не требует больших антенн и большого количества энергии.

Звуковое ранжирование также имеет ряд недостатков:

• скорость звука зависит от температуры. Винд тоже вносит ошибки. Есть способы компенсировать эти факторы. ^[4]
• на расстоянии звук выстрела - это не резкий треск, а скорее грохот (это затрудняет точное измерение точного времени прихода волнового фронта на разных датчиках)
• оружие не может быть обнаружено, пока оно не выстрелит
• он также может быть вызван дружеской артиллерийской стрельбой
• артиллерия часто стреляет в большом количестве, что затрудняет определение того, какой волновой фронт связан с каким артиллерийским орудием
• каждый микрофон должен быть размещен и очень точно исследован, чтобы определить его координаты, что требует времени
• у каждого микрофона должен быть канал связи с записывающим устройством. До появления эффективных радиосвязей это означало полевой кабель, который нужно было прокладывать и обслуживать для устранения разрывов по многим причинам.

Военные нашли различные способы смягчения этих проблем, но, тем не менее, они создают дополнительную работу и снижают точность метода и скорость его применения.

История [ править ]

Первая мировая война [ править ]

Первая мировая война ознаменовала рождение научного звукового диапазона. Он объединил в себе необходимые датчики, измерительную технологию и возможности анализа, необходимые для эффективного определения дальности звука. Как и во многих других технологических концепциях, идея использования звука для определения местоположения артиллерийских орудий противника пришла в голову нескольким людям примерно в одно и то же время.

• Русские утверждают, что использовали звуковой диапазон до Первой мировой войны ^[6].
• Немецкий офицер капитан Лео Левенштейн запатентовал метод в 1913 году ^[7]
• Французы разработали первое оперативное оборудование ^[8]
• Американцы предложили схему в начале Первой мировой войны ^[9]

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

• электрическая обработка звука становилась зрелой из-за развития телефона и звукозаписывающих технологий.
• была доступна технология записи звука (это позволяло проводить измерения разницы во времени с точностью до сотых долей секунды)
• необходимость противодействия 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 звуковая дальнометрия во время той войны началась с экипажей, которые использовали как звук, так и вспышки. Операторы звуковой дальнометрии использовали оборудование, улучшающее человеческий слух. Используя вспышку пистолета, 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 удачными. ^[10]

В середине 1915 года британцы поручили исследованию проблемы австралийского ученого и лауреата Нобелевской премии сэра Уильяма Лоуренса Брэгга . ^[11] Брэгг был территориальным офицером Королевской конной артиллерии 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 проделали 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 его нужно было включать, 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 расположенной в центре 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 фактического 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 орудия от звукового удара снаряда. В нем использовалась нагретая платиновая проволока, охлаждаемая звуковой волной выстрела.

Позже в 1916 году Такер сформировал экспериментальную секцию определения дальности 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 расположение «базы измерения звука» - массива микрофонов. Было обнаружено, что лучше всего подходит пологий изгиб и относительно короткое основание. Благодаря этим улучшениям, в обычных условиях артиллерия противника могла точно определять местонахождение с точностью от 25 до 50 метров. ^[8]

Программа была очень хорошо разработана к концу Первой мировой войны. Фактически, метод был расширен для определения местоположения орудия, калибра и предполагаемой цели. 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. ^[1]

Немецкий слуховой метод использовался Центральными державами. Здесь 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, времена вторичных LP были преобразованы 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. ^[12]

Между мировыми войнами [ править ]

Британские исследования продолжались между войнами, как и в других странах. Похоже, что в Великобритании это привело к созданию более совершенных микрофонов и записывающих устройств, в которых вместо фотопленки использовалась термочувствительная бумага. 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 вычислял 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 [ править ]

Во время Второй мировой войны звуковая дальнометрия была зрелой технологией и широко использовалась, особенно британцами (в полках артиллерийской разведки 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 ввели мультиплексирование , которое позволило микрофонам подключаться к записывающему устройству через общий полевой кабель. 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 решены.

Морские пехотинцы США включали звуковые дальномеры как стандартные части своих оборонительных батальонов. ^[13] Эти звуковые дальномеры действовали в морской пехоте как до, так и во время Второй мировой войны. Армия США также использовала звуковые локаторы. ^[14] Звуковые подразделения армии США принимали участие почти во всех боях, в которых участвовала армия после ноября 1942 года. К концу войны насчитывалось 25 наблюдательных батальонов с 13 000 человек. ^[15] Во время кампании на Окинаве армия США использовала свои звуковые дальномеры, чтобы обеспечить эффективный контрбатарейный огонь. ^[16] Японцы пытались противостоять этому эффективному контрбатарейному огню, используя тактику « стреляй и беги»., "что означает отстрел небольшого количества выстрелов и уход с огневой позиции до того, как может начаться контрбатарейный огонь. Хотя такой подход является эффективной тактикой против контрбатарейного огня, этот подход имеет тенденцию к снижению эффективности артиллерийского огня.

Во время Второй мировой войны британцы широко использовали звуковой диапазон. В сети есть ряд замечательных мемуаров, посвященных использованию звуковой дальности для обнаружения артиллерии, в том числе «4-й разведывательный полк Дарема: звучит как враг» и «Связь для размещения артиллерии». ^[17] В статье «Связь для артиллерийской локации» описывается электронное оборудование, связанное с этими операциями. ^[18] Очень исчерпывающий отчет о британских единицах измерения звука, включая их позиции, представлен в отчете Массимо Мангилли-Климпсона за 2007 год. ^[19]

Корейская война [ править ]

Звуковая локация артиллерии была сделана в Корее , но в основном была вытеснена радиолокационной станцией для борьбы с минометами и наблюдателями с самолетов. 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. ^[20]

Вьетнам [ править ]

Большая часть контрбатарейных работ во Вьетнаме заключалась в обнаружении артиллерии с помощью радаров или самолетов. С 1967 по 1970 год Австралия развернула во Вьетнаме отряд звуковой дальномера, который имел перекрестную базу для кругового наблюдения. ^[21]

Кроме того, в этот период британцы разместили на Борнео и Омане специальные батареи «Взломщик» со звуковой дальномером и радаром для определения местоположения минометов.

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

Современный [ править ]

Хотя с конца 1970-х годов эффективные радары для определения местоположения пушки наконец-то дополнили радары для борьбы с минометами, звуковая дальнометрия переживает период возрождения, поскольку 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 лидируют в новом подходе, разработанном Roke Manor Research Limited., затем Plessey, которая разработала УКВ радиолокацию. Это заменило традиционную основу для измерения дальности звука массивом микрофонных кластеров. Каждый состоял из трех микрофонов на расстоянии нескольких метров друг от друга, метеорологического датчика и обработки. Каждый беспилотный кластер непрерывно прослушивал звук, рассчитывал 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) были использованы 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,включая морских пехотинцев США. Аналогичная система была разработана и в Германии.^[22] и в Украине ( артиллерийский звуковой комплекс РАЗК ).

Boomerang - это система определения местоположения выстрелов, 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 реакции полиции и повысить вероятность уголовного ареста. ^[23]

См. Также [ править ]

• Вспышки
• Контрбатарейный огонь
• Локатор стрельбы

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

• Акустическая локация и звуковые зеркала
• LA6NCA - НЕМЕЦКИЕ ФОТОГРАФИИ времен Второй мировой войны - 3 - изображения немецкого устройства акустического мониторинга времен Второй мировой войны
• Popular Science , январь 1942 г., чувствительные микрофоны обнаруживают спрятанное оружие
• звуковой диапазон и фотографии обнаружения вспышки .