Suono di artiglieria che va - Artillery sound ranging

Nella guerra di terra , il rilevamento del suono dell'artiglieria è un metodo per determinare le coordinate di una batteria ostile utilizzando dati derivati ​​dal suono dei suoi cannoni (o mortai o razzi). Gli stessi metodi possono essere utilizzati anche per dirigere il fuoco dell'artiglieria in una posizione con coordinate note.

È un'applicazione della localizzazione sonora (o acustica) , ovvero la localizzazione della sorgente dei suoni che possono avere origine nell'aria, sul terreno o sopra o sotto la superficie dell'acqua. La misurazione del suono era uno dei tre metodi per localizzare l'artiglieria ostile che si sviluppò rapidamente durante la prima guerra mondiale . Gli altri erano ricognizione aerea (visiva e fotografica) e avvistamento flash .

Un ranger del suono ha utilizzato metodi acustici e di cronometro che sono emersi per la prima volta prima della prima guerra mondiale. I metodi di cronometro prevedevano di individuare un colpo di pistola, misurare il rilevamento e il tempo impiegato per arrivare al suono. I metodi uditivi tipicamente coinvolgevano una persona che ascoltava un paio di microfoni a pochi chilometri di distanza e misurava il tempo tra il suono che arrivava ai microfoni. Questo metodo sembra essere stato utilizzato dai tedeschi durante quella guerra, ma fu rapidamente scartato come inefficace dagli alleati occidentali, che svilupparono metodi scientifici di misurazione del suono i cui discendenti sono ancora utilizzati.

La base del sound range scientifico è l'uso di coppie di microfoni per produrre un rilevamento alla fonte del suono. L'intersezione di questi cuscinetti fornisce la posizione della batteria. I cuscinetti sono derivati ​​dalle differenze nel tempo di arrivo ai microfoni.

sfondo

Configurazione di base dell'attrezzatura

Un metodo scientifico di sistema di rilevamento del suono richiede la seguente attrezzatura.

  • Un array da 4 a 6 microfoni che si estende per diversi chilometri
  • Un sistema in grado di misurare le differenze di tempo di arrivo dell'onda sonora tra i microfoni.
  • Un mezzo per analizzare le differenze di tempo per calcolare la posizione della sorgente sonora.

Il metodo di base è usare i microfoni in coppia e misurare la differenza nel tempo di arrivo di un'onda sonora su ciascun microfono della coppia (i microfoni interni sono membri di due coppie). Da questo si può trovare un rilevamento dell'origine del suono dal punto a metà tra i due microfoni. L'intersezione di almeno tre rilevamenti sarà la posizione della sorgente sonora.

La figura 1 illustra il sistema di base.

Illustrazione dell'operazione Sound Ranging

Questi vincoli sarebbero imposti per semplificare il calcolo della posizione dell'artiglieria e non sono una caratteristica dell'approccio generale.

I microfoni possono anche essere progettati per captare solo il suono dello sparo della pistola. Esistono tre tipi di suoni che possono essere rilevati dal microfono.

  • lo sparo della pistola (il segnale desiderato)
  • il suono della conchiglia che si muove nell'aria
  • l'impatto del guscio

Durante la prima guerra mondiale si è scoperto che lo sparo della pistola emette un basso rombare che è meglio captato con un microfono sensibile alle basse frequenze e respinge le alte frequenze.

Esempio

La figura 2 mostra un esempio di un problema di localizzazione dell'artiglieria. Supponiamo di posizionare tre microfoni con le seguenti posizioni relative (tutte le misurazioni effettuate rispetto al microfono 3).

  • Distanza dal microfono 1 al microfono 3: metri
  • Distanza dal microfono 2 al microfono 3: metri
  • Angolo tra il microfono 1 e il microfono 2 misurato dal microfono 3: 16,177 o

Questi valori verrebbero stabiliti durante una prima analisi del layout del microfono.

Esempio di un'operazione con intervallo di suoni

Figura 2: Esempio di un problema di posizione dell'artiglieria.

Supponiamo che vengano misurati due ritardi di tempo (presumiamo una velocità del suono di 330 metri al secondo).

  • Ritardo da microfono 1 a microfono 2: 0,455 s 150 metri
  • Ritardo da microfono 1 a microfono 3: 0,606 s 200 metri

Esistono diversi modi per determinare la portata del pezzo di artiglieria. Un modo è applicare due volte la legge del coseno .

( Microfono 3, Microfono 2, Pistola)
( Microfono 1, Microfono 3, Pistola)

Questo è un sistema di due equazioni con due incognite ( , ). Questo sistema di equazioni, sebbene non lineare, può essere risolto utilizzando metodi numerici per fornire una soluzione per r 1 di 1621 metri. Anche se questo approccio sarebbe oggi utilizzabile con i computer, sarebbe stato un problema durante la prima e la seconda guerra mondiale. Durante questi conflitti, le soluzioni sono state sviluppate utilizzando uno dei seguenti metodi.

  • graficamente utilizzando iperboli disegnati su carta (per una bella discussione di questa procedura, vedere questo esempio di LORAN).
  • Supponendo che l'artiglieria sia lontana e utilizzando gli asintoti delle iperbole, che sono linee, per trovare una posizione approssimativa dell'artiglieria. È quindi possibile applicare una correzione della curvatura per ottenere un rilevamento più preciso.
  • È possibile generare soluzioni approssimative utilizzando set di dischi metallici i cui raggi differiscono per piccoli incrementi. Selezionando tre dischi che approssimano la situazione in questione, è possibile generare una soluzione approssimativa.

Vantaggi e svantaggi

La gamma del suono ha una serie di vantaggi rispetto ad altri metodi:

  • Il rilevamento del suono è un metodo passivo, il che significa che non ci sono emissioni riconducibili all'apparecchiatura di rilevamento del suono. Questo è diverso dal radar, che emette energia che può essere ricondotta al trasmettitore.
  • Le apparecchiature di rilevamento del suono tendono ad essere piccole. Non richiede grandi antenne né grandi quantità di energia.

La gamma del suono ha anche una serie di svantaggi:

  • la velocità del suono varia con la temperatura. Anche il vento introduce errori. Esistono mezzi per compensare questi fattori.
  • a distanza, il suono di una pistola non è uno schiocco acuto ma più un rombo (questo rende difficile misurare con precisione l'ora esatta di arrivo del fronte d'onda a diversi sensori)
  • le pistole non possono essere localizzate finché non sparano
  • può anche essere attivato da colpi di artiglieria amichevoli
  • l'artiglieria viene spesso lanciata in gran numero, il che rende difficile determinare quale fronte d'onda è associato a quale pezzo di artiglieria
  • ogni microfono deve essere posizionato e rilevato in modo molto accurato per trovare le sue coordinate, il che richiede tempo
  • ogni microfono deve avere un canale di comunicazione con l'apparato di registrazione. Prima che apparissero collegamenti radio efficaci, ciò significava il cavo di campo, che doveva essere posato e mantenuto per riparare le rotture per molte cause

Le forze militari hanno trovato vari modi per mitigare questi problemi, ma ciò nonostante creano lavoro aggiuntivo e riducono l'accuratezza del metodo e la velocità del suo dispiegamento.

Storia

prima guerra mondiale

La prima guerra mondiale vide la nascita del suono scientifico. Ha riunito i sensori, la tecnologia di misurazione e le capacità di analisi necessarie per eseguire una misurazione del suono efficace. Come molti concetti tecnologici, l'idea di utilizzare il suono per localizzare i pezzi di artiglieria nemica è venuta a un certo numero di persone nello stesso momento.

  • I russi affermano di aver usato suoni che vanno prima della prima guerra mondiale.
  • Un ufficiale tedesco, il capitano Leo Loewenstein, brevettò un metodo nel 1913
  • I francesi hanno sviluppato la prima attrezzatura operativa
  • Gli americani hanno proposto uno schema all'inizio della prima guerra mondiale

La prima guerra mondiale ha fornito l'ambiente ideale per lo sviluppo del sound range perché:

  • l'elaborazione elettrica del suono stava maturando a causa dello sviluppo della tecnologia telefonica e di registrazione
  • la tecnologia per la registrazione del suono era disponibile (questo facilitava l'esecuzione di misurazioni della differenza di tempo accurate al centesimo di secondo)
  • la necessità di un fuoco di artiglieria in controbatteria forniva un forte motore tecnologico

Mentre gli inglesi non furono i primi a tentare il raggio d'azione dell'artiglieria, furono gli inglesi durante la prima guerra mondiale a mettere in campo il primo sistema operativo efficace. Il suono britannico durante quella guerra iniziò con equipaggi che usavano sia il rilevamento del suono che quello del flash. Gli operatori del suono hanno utilizzato apparecchiature che hanno aumentato l'udito umano. Usando il flash della pistola, l'equipaggio del flash determinerebbe il rilevamento della pistola usando un teodolite o un transito . L'equipaggio di rilevamento del suono determinerebbe la differenza di tempo tra il lampo della pistola e il suono della pistola, che è stato utilizzato per determinare la portata della pistola. Ciò ha fornito la portata e i dati di rilevamento necessari per il fuoco della batteria di contrasto. Questi metodi non hanno avuto molto successo.

A metà del 1915 gli inglesi assegnarono al problema lo scienziato australiano e premio Nobel Sir William Lawrence Bragg . Bragg era un ufficiale territoriale della Royal Horse Artillery nell'esercito britannico. Quando Bragg è entrato in scena, la gamma del suono era lenta, inaffidabile e imprecisa. Il suo primo compito era quello di indagare su ciò che era disponibile, in particolare guardando gli sforzi francesi.

I francesi avevano fatto uno sviluppo importante. Avevano preso il galvanometro a corde e l'avevano adattato per registrare i segnali dei microfoni su pellicola fotografica. Questo lavoro era stato svolto da Lucien Bull e Charles Nordmann (un astronomo dell'osservatorio di Parigi). L'elaborazione del film ha richiesto alcuni minuti, ma questo non è stato un inconveniente significativo perché le batterie di artiglieria non si muovevano molto frequentemente. Tuttavia, l'apparato non poteva funzionare continuamente a causa del dispendio di film. Ciò significava che doveva essere acceso quando i cannoni nemici sparavano, il che richiedeva il dispiegamento di postazioni avanzate (AP) davanti ai microfoni che potevano accendere l'apparato di registrazione a distanza tramite cavo di campo. Questi post avanzati sono stati ricollegati a una scheda flash posizionata centralmente e questo dispositivo ha consentito agli osservatori di essere sicuri che stessero tutti osservando lo stesso lampo di bocca. Una volta stabilito ciò, avrebbero potuto accendere l'apparato di registrazione.

Bragg scoprì anche che la natura dei suoni delle armi non era ben compresa e che era necessario prestare attenzione per separare il boom sonoro del proiettile dal suono effettivo dello sparo. Questo problema fu risolto a metà del 1916 quando uno dei distaccamenti di Bragg, il caporale William Sansome Tucker , ex del dipartimento di fisica dell'Università di Londra, inventò il microfono a bassa frequenza. Questo separava il suono a bassa frequenza prodotto dallo sparo della pistola dal boom sonico del proiettile. Utilizzava un filo di platino riscaldato che veniva raffreddato dall'onda sonora dello sparo di una pistola.

Più tardi, nel 1916, Tucker formò una sezione sperimentale di suoni nel Regno Unito e l'anno successivo furono sviluppate tecniche per correggere i dati sonori per compensare le condizioni meteorologiche. Sono stati studiati altri argomenti, tra cui la disposizione e il posizionamento ottimali di una "base di rilevamento del suono": la serie di microfoni. Si è scoperto che una curva poco profonda e una base di lunghezza relativamente corta erano le migliori. Con questi miglioramenti, l'artiglieria nemica potrebbe essere localizzata con precisione entro 25-50 metri in circostanze normali.

Il programma è stato sviluppato molto bene alla fine della prima guerra mondiale. In effetti, il metodo è stato ampliato per determinare la posizione del cannone, il calibro e l'obiettivo previsto. Gli inglesi dispiegarono molte sezioni di sound range sul fronte occidentale e sezioni operarono anche in Italia, nei Balcani e in Palestina. Quando gli Stati Uniti entrarono in guerra nel 1917, adottarono l'equipaggiamento britannico.

Il metodo auditivo tedesco è stato utilizzato dalle potenze centrali. Questo utilizzava una postazione di ascolto con preavviso (LP) e un LP principale al centro con due LP secondari a 500-1000 metri leggermente indietro su entrambi i lati. I cronometri sono stati accesi quando il suono ha raggiunto l'LP principale, i tempi dell'LP secondario sono stati convertiti in una distanza (tramite la velocità del suono) e sono stati tracciati dei cerchi, è stato quindi derivato un altro cerchio che ha toccato questi due cerchi e l'LP principale, il centro di questo cerchio era la fonte del suono. Sono state apportate correzioni per le condizioni che influiscono sulla velocità del suono. Tuttavia, alla fine della guerra, la Germania ha introdotto "dispositivi oggettivi": galvanometri direzionali, oscillografi e sismografi modificati, con i risultati trasferiti direttamente su carta o pellicola fotografica.

Tra le guerre mondiali

Unità di registrazione del sistema sonoro francese degli anni '20

La ricerca britannica continuò tra le due guerre come in altre nazioni. Sembra che in Gran Bretagna ciò abbia portato a microfoni e apparecchi di registrazione migliori che utilizzano carta sensibile al calore invece di pellicole fotografiche. È stato sviluppato anche il collegamento radio, sebbene questo potesse solo collegare i microfoni all'apparato di registrazione, non consentiva agli AP di accendere il registratore. Un'altra innovazione alla fine degli anni '30 fu lo sviluppo del comparatore, un computer meccanico che calcolava le equazioni differenziali del primo ordine. Ha fornito un mezzo veloce per confrontare le coordinate della caduta del colpo localizzato dal suono che va con le coordinate del bersaglio e quindi la deduzione di una correzione alla caduta del colpo.

seconda guerra mondiale

Durante la seconda guerra mondiale, la diffusione sonora era una tecnologia matura e ampiamente utilizzata, in particolare dagli inglesi (nei reggimenti di rilevamento di artiglieria a livello di corpo) e dai tedeschi (a Beobachtungsabteilungen). Lo sviluppo è continuato e sono state introdotte attrezzature migliori, in particolare per la localizzazione delle malte. Alla fine della guerra gli inglesi introdussero anche il multiplexing , che consentiva ai microfoni di condividere un cavo di campo comune all'apparato di registrazione. Nel 1944 si è scoperto che il radar poteva essere utilizzato per localizzare mortai, ma non pistole o razzi. Sebbene il radar debba "vedere" i proiettili, le loro traiettorie ellittiche non possono essere risolte.

I Marines statunitensi includevano unità di rilevamento del suono come parti standard dei loro battaglioni di difesa. Queste unità sonore erano attive nei Marines sia prima che durante la seconda guerra mondiale. L'esercito degli Stati Uniti ha utilizzato anche localizzatori di suoni. Le unità di rilevamento del suono dell'esercito americano hanno preso parte a quasi tutte le battaglie alle quali l'esercito ha partecipato dopo il novembre 1942. Alla fine della guerra c'erano 25 battaglioni di osservazione con 13.000 uomini. Durante la campagna di Okinawa , l'esercito americano ha utilizzato i suoi set di rilevamento del suono per fornire un efficace fuoco di controbatteria. I giapponesi cercarono di contrastare questo efficace fuoco di controbatteria con la tattica del " spara e scoot ", che significa sparare un piccolo numero di colpi e lasciare la posizione di tiro prima che arrivasse il fuoco di controbatteria. Sebbene sia una tattica efficace contro il fuoco di controbatteria, questo approccio tende a ridurre l'efficacia del fuoco di artiglieria.

Durante la seconda guerra mondiale, gli inglesi fecero ampio uso del sound range. Ci sono un certo numero di memorie eccellenti che affrontano il loro uso del suono che vanno per l'avvistamento di artiglieria disponibili sul web, tra cui "Il 4 ° reggimento di indagine di Durham: Suona come il nemico" e "Comunicazioni per la posizione dell'artiglieria". Un articolo "Comunicazioni per la posizione dell'artiglieria" descrive l'equipaggiamento elettronico coinvolto in queste operazioni. Un resoconto molto completo delle unità sonore britanniche, comprese le loro posizioni, è il resoconto del 2007 di Massimo Mangilli-Climpson.

Guerra di Corea

Il rilevamento del suono dell'artiglieria è stato effettuato in Corea , ma principalmente è stato soppiantato dal radar contro-mortaio e dagli osservatori di artiglieria aerei. Poiché le contromisure anti-radar in quel momento erano limitate e le Nazioni Unite avevano la superiorità aerea per tutta la guerra, questi approcci erano più semplici e accurati.

Vietnam

La maggior parte del lavoro di controbatteria in Vietnam era con l'avvistamento di artiglieria effettuato utilizzando radar o aerei. L'Australia dispiegò un distaccamento di ampio raggio dal 1967 al 1970 in Vietnam, che gestiva una base incrociata per fornire un'osservazione a tutto tondo.

Inoltre, durante questo periodo gli inglesi schierarono batterie "Cracker" ad hoc, con radar di localizzazione del suono e di mortaio, nel Borneo e in Oman.

All'inizio degli anni '70 fu introdotto un efficace collegamento radio VHF che consentiva agli AP di accendere l'apparato di registrazione. Subito dopo, i progressi nell'elettronica hanno fatto sì che il tracciamento manuale dei cuscinetti e alcuni altri calcoli siano stati sostituiti da calcolatori elettronici.

Oggi

Sebbene efficaci radar per la localizzazione delle armi abbiano finalmente integrato i radar contro-mortaio dalla fine degli anni '70 in poi, il suono sta subendo una rinascita, perché alcuni eserciti l'hanno mantenuto nonostante i suoi inconvenienti. Sembra che alcuni ne abbiano anche riconosciuto il potenziale per operare come postazione avanzata automatica (AP) per i radar.

Gli inglesi aprirono la strada a un nuovo approccio, sviluppato da Roke Manor Research Limited , poi Plessey, che aveva sviluppato l'intervallo del suono dei collegamenti radio VHF. Questo ha sostituito la tradizionale base di diffusione sonora con una serie di cluster di microfoni. Ciascuno comprendeva tre microfoni a pochi metri di distanza, un sensore meteorologico e l'elaborazione. Ogni gruppo senza pilota ascoltava continuamente il suono, calcolava il rilevamento della sorgente e registrava altre caratteristiche. Questi sono stati inviati automaticamente a un posto di controllo dove sono stati automaticamente raccolti e calcolata la posizione della sorgente sonora. I prototipi del nuovo sistema, HALO (Hostile Artillery LOcating) sono stati utilizzati a Sarajevo nel 1995. Il sistema di produzione, ASP (Advanced Sound Ranging Project), è entrato in servizio britannico intorno al 2001. Secondo quanto riferito, ha localizzato l'artiglieria ostile a 50 km di distanza in Iraq nel 2003. Viene ora adottato da molti altri eserciti, inclusi i Marines degli Stati Uniti. Un sistema simile è stato sviluppato anche in Germania e in Ucraina ( complesso sonoro dell'artiglieria RAZK ).

Boomerang è un sistema di localizzazione degli spari sviluppato dal Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti che utilizza il suono per localizzare e identificare il fuoco di armi leggere.

La tecnologia di rilevamento audio è stata impiegata per avvisare le forze dell'ordine di colpi di arma da fuoco in circa 90 città negli Stati Uniti e in altri paesi. In 45 secondi la tecnologia può fornire alla polizia una posizione dettagliata dell'origine degli spari. Ciò può ridurre notevolmente i tempi di risposta della polizia e aumentare la probabilità di arresti criminali.

Guarda anche

Riferimenti

link esterno