Artillerilydpeiling

Frå Wikipedia – det frie oppslagsverket
Hopp til navigering Hopp til søk
Broom icon.png Denne artikkelen kan ha godt av ein språkvask, som reinskar opp målføringa og/eller innfører same språkstilen overalt.
Broom icon.svg Denne artikkelen kan ha godt av ei opprydding for å nå ein høgare standard og/eller for å verta i tråd med standardoppsettet. Sjå korleis du redigerer ei side og stilmanualen for hjelp.

Artillerilydpeiling er ein metode for å lokalisera fienden sitt feltartilleri ved hjelp av ljod som kjem frå skytset når granatane vert utskotne. Systemet verkar òg for rakettkastarar og bombekastarar. Metoden kan òg brukast til å korrigere elden fra eige artilleri fordi granatnedslaga gjev i regelen nok ljod til dette, og dersom ein ikkje har observasjonspostar som kan sjå nedslaga hjå fienden, kan dette vere den einaste metoden for å få vita kvar granatane hamnar.

Systemet brukar ljod (eller akustiske signaturer) for å avgjera kvar kjelda til ljoden er lokalisert, anten eksplosjonen skjer i lufta, på bakken eller på eller under vatn. Ljoden var ein av tre metodar for å finna fiendtlig artilleri som utvikla seg raskt i Den fyrste verdskrigen. Dei andre var rekognosering frå lufta(visuelle og fotografiske frå fly) og glimt-spotting.

Grunnlaget for vitskapeleg lydpeiling er bruk av mikrofonpar nokre kilometer frå kvarandre for å etablere peilingar mot ljodkjelda. Peilingane vert deriverte på tidsskilnaden mellom mikrofonane sine registreringar av ljoden. Der desse peilingane kryssast, skal staden der eksplosjonen skjedde - vera å finne.

Under den fyrste tida med lydpeiling brukte artilleristane stoppeklokke, telefonsamband og eigne øyrer for å bestemme retninga der ljoden kom ifrå. Denne metoden ser ut til å ha vorte brukt av tyskarane heile krigen, men vart raskt forkasta som ineffektiv hjå dei vestlege allierte, som utvikla vitskaplege metodar for ljodpeiling - og som enno brukast.

Bakgrunn[endre | endre wikiteksten]

Grunnleggjande utstyroppsett[endre | endre wikiteksten]

Ei vitskapleg metode for lydpeilesystemetsystemet krev følgjande utstyr.

  • Eit utval av 4 til 6 mikrofonar som strekkjer seg over fleire kilometer
  • Eit system som er i stand til å måle skilnader i ankomsttid av lydbølge mellom mikrofonane.
  • Ein måte å analysera skilnader tid for å berekna posisjonen til lydkilda.

Den grunnleggjande metoden er å bruka mikrofonar i par og måla skilnaden i tid for tilkome av ei lydbølgje på kvar mikrofon i par (indre mikrofonar er medlemmar av to par). Frå denne posisjonen til opphavet av ljoden kan finnast frå punkt midt mellom dei to mikrofonane. Skjæringspunktet av minst tre linjene vil vera staden for ljodkilda.

Figur 1 illustrerer det grunnleggjande systemet.

Illustrasjon av ein lydpeileoperasjon

Nokre system kan ikkje tillata vilkårleg plassering av mikrofonar. Dei kan til dømes krevja at mikrofonane vert plassert på ei rett linje.[1] Desse avgrensingane vil forenkla beregningen av artilleriposisjonen og er ikkje ein karakteristikk av den generelle tilnærminga.

Mikrofonane kan òg utformast for å plukka opp berre lyden av kanonskot. Det er tre typar lydar som kan plukkast opp av mikrofonen.

  • den kanona skyt (ynskt signal)
  • lyden av smellet rører seg gjennom lufta
  • verknaden av eit granatnedslag

Under første Verdskrig vart det oppdaga at skot frå kanon gjer ein låg buldrande ljod som er best vart plukka opp med ein mikrofon som er kjenslevar for låge frekvensar og avviser høge frekvensar.[2]

Døme[endre | endre wikiteksten]

Figur 2 viser eit døme på eit artillerilokaliseringsproblem. Anta at vi plasserer tre mikrofonar med følgjande relative posisjonar (alle målingar som er gjort i tilhøve til Mikrofon 3).

  • Avstanden frå mikrofon 1 til mikrofon 3: meter
  • Avstanden frå mikrofon 2 til mikrofon 3: meter
  • Vinkelen mellom Mikrofon 1 og Mikrofon 2 mælt frå Mikrofon 3: 16.177 grader

Desse verdiane vil etablerast i løpet av ei innleiande undersøking av mikrofonen si plassering.

Døme på ein lydepeileoperasjon

Figur 2: Døme på eit artillerilokaliseringsproblem.

Anta at to forseinkingar er mælt (føreset lyden sin snøggleik er nær 330 meter per sekund).

  • Mikrofon 1 til Mikrofon 2 har ei tidsforsenking på: 0.455 sekund = 150 meter
  • Mikrofon 1 til Mikrofon 3 har ei tidsforsenking på: 0.606 ssekund = 200 meter

Det finst ei rekkje måtar å avgjera avstanden til kanonen på. Ein måte er å bruka lova om cosinus til vinkelen to gonger.[3]

( mikrofon 3, mikrofon 2, kanon)
(mikrofon 1, mikrofon 3, kanon)

Dette er eit system av to likningar med to ukjende: (, ). Dette systemet av likningar, medan ikkje-lineære, kan løysast ved hjelp av numeriske metodar for å gje ei løysing for r1 = 1621 meter. Medan denne tilnærminga ville vera brukbare i dag med datamaskiner, det ville ha vore eit problem i verdskrig I og II. I løpet av desse konfliktane vart løysingane utvikla ved hjelp av éin av følgjande metodar.

  • grafisk ved hjelp av hyperbolas teikna på papir (for ein fin diskusjon av denne prosedyren, kan du sjå eit LORAN døme).[4]
  • føresett at artilleriet er langt unna, og ved hjelp av asymptotar til hyperbolas, som er rette linjer, - for å finna ei omtrentleg plassering av artilleri.[5]
  • Omtrentlege løysingar kan genererast ved hjelp av sett av metallplater med ulike radiusar av små trinn. Ved å velja tre plater som den omtrentlege situasjonen i spørsmålet, kan ei tilnærma løysing genererast.

Fordeler og ulemper[endre | endre wikiteksten]

Ljodpeiling har ei rekkje fordeler framfor andre metodar:

  • Ljodpeiling er ein passiv metode, som tyder at det er ingen utslipp kan sporast tilbake til ljodpeileutstyr. Dette er ulikt frå radaren, som avgir energi som kan verta attendespora til sendaren.
  • Ljopeileutstyr som har ein tendens til å vera små. Det krev ikkje store antenner eller store mengder straum.
  • Ljodpeiling har òg ei rekkje ulemper:
  • Snøggleiken til lyden varierer med temperatur. Vinden introduserer òg feil. Det finst måtar å kompensera for desse faktorane.
  • på avstand er ikkje lyden av ei kanon ein skarp smell men meir av ein rumling (dette gjer det vanskeleg å mæla nøyaktig ankomsttid av wavefront på ulike sensorar)
  • våpen kan ikkje lokaliserast til dei fire
  • kan òg utløysast av einge styrkar sin bruk av artilleri
  • artilleri er ofte sparken i stort mengd, noko som gjer det vanskeleg å avgjera kva for wavefront er forbunde med som artilleri stykke
  • kvar mikrofon må plasserast og svært nøyaktig kartlagt for å finna koordinatane, som tek tid
  • kvar mikrofon har til å ha ein kommunikasjonskanal til opptak apparat, før effektiv radio linkar dukka dette tydde feltet kabel, som hadde utformast og vert halde ved like for å reparera pausar frå mange årsaker

Militære styrkar har funne ulike måtar å redusera desse problema, men likevel skapar dei ekstra arbeid og reduserar grannsemda av metoden og farten på distribusjonen til dei som skal bruka resultata av reiknestykka.


Historie[endre | endre wikiteksten]

Første verdskrig[endre | endre wikiteksten]

Den fyrste verdskrigen såg fødselen av vitskaplege lydar alt. Det braka saman dei naudsynte sensorane, måleteknikk, og analyse evnar som er naudsynt for å gjera effektiv lyd alt. Som mange teknologi, konsept, ida om å bruka lydar til å finna fienden artilleriskyts kom til ei rekkje personar på omtrent same tid.

  • Russarane hevdar å ha brukt lydar-alt før den første Verdskrigen.[6]
  • Ein tysk offiser, Kaptein Lowenstein, patentert ein metode i 1913[7]
  • Den franske utvikla den første operative utstyr[8]
  • Amerikanarane har foreslått ei ordning tidleg i første Verdskrig[9]

Verdskrig eg gjeve eit ideelt miljø for utvikling av lydpeiling fordi:

  • elektrisk handsaming av lydar var å verta modne på grunn av utviklinga av telefon-og lagringsteknologi
  • teknologien for å ta opp lydar var tilgjengeleg (denne gjort muleg tidsforskjell nøyaktige målingar for å hundredelar av eit sekund)
  • behovet for counter-batteri artilleriild gjeve ein sterk technology-drivaren

Medan Britane var ikkje den første til å freista lydpeiling av artilleri, det var den Britiske under første Verdskrig som faktisk hatt den første effektive operative system. Britiske lydar-alt under den første Verdskrigen byrja eg med mannskap som vert brukt både lyd og flash-gjenkjenning. Lydpeileoperatørar brukt utstyr som utvida menneskeleg høyrsle. Ved hjelp av kanona, flash, flash mannskap ville finna ut ein kompasskurs til kanona ved hjelp av ein theodolite eller transitt. Lyden deteksjon mannskap ville finna ut skilnaden i tid mellom kanonglimt og lyden av kanona, som vart brukt til å avgjera omfanget av kanonskotet. Detta gav området og lagar dataa som er naudsynt for counter-batteri brann. Desse metodane var ikkje veldig vellukka.[10]

I midten av 1915 den Britiske tildelt Australsk forskar og nobelprisvinnar Sir William Lawrence Bragg til problemet.[11] Bragg var ein Territoriell offiser i Royal Hest Artilleri i den Britiske Hæren. Når Bragg kom på scena, lydar alt var treig, upålitelege, og unøyaktig. Hans første oppgåve var å undersøkja kva som var tilgjengeleg, spesielt ser på fransk innsats.

Den franske hadde gjort ei viktig utvikling. Dei hadde teke string galvanometer og tilpassa den til å ta opp signal frå mikrofonar til fotografisk film. Dette arbeidet hadde vorte gjort av Lucien Bull og Charles Nordmann (ein astronom i Paris observatory). Handsaming filmen tok nokre minutt, men detta var ikkje ein betydeleg ulempe fordi artilleri batteri ikkje røra seg veldig ofte. Likevel, apparatet ikkje kunne køyra kontinuerleg på grunn av utgifter film. Dette tydde at det måtte slåast på når fiendtlige våpen sparken, som nødvendiggjorde bruk av Avansert Innlegg (AP) i front av mikrofonar som kan brytaren på opptak apparat eksternt via feltet kabel.

Bragg òg funne ut at lyden av kononskot var ikkje godt forstådd og at omsut er naudsynt for å takast for å skilja lydbildet av smellet frå den faktiske lyden av skyting. Dette problemet vart løyst i midt-1916 når ein av braggs løsrivelse, Lance Korporal William Sansome Tucker, tidlegare i Fysikk Institutt, London University, oppfunne den lavfrekvente mikrofon. Dette skilde dei lavfrekvente lydar laget av avfyring av våpenet frå sonic boom av skalet. Det vert brukt eit oppvarmet platinum wire som vart avkjølt av lydbølja frå kanonskot.

Seinare, i 1916 2Lt WS Tucker danna ein eksperimentell lydar all delen i SKIPSFART og dei følgjande år teknikkar som vart utvikla for å korrigera lydar data for å kompensera for meteorologiske tilhøve. Andre sakar som vart undersøkt inkludert optimal layout og plassering av ein 'sound alt basa" - utval av mikrofonar. Det vart funne at ein spiss kurva og det er relative korte lengda basa som var best. Med desse forbetringane, artilleriet til fienden kan plasserast nøyaktig innanfor 25 til 50 meter under normale omstende.

Programmet var svært godt utvikla ved slutten av første Verdskrig I. faktisk den metoden vart utvida til å avgjera plasseringa av konona, kaliber, og den tiltenkte målet. Den Britiske utplassert mange høyrest alt seksjonar på vestfronten og seksjonar som òg er operert i Italia, på Balkan og i Palestina. Då USA gjekk inn i krigen i 1917 vedtok dei Britiske utstyra.

Den tyske aural metoden vart brukt av den Sentrale Krefter. Dette brukast ei tidleg åtvaring laut post (LP) og ein main LP i sentrum med to sekundære LP sin 500-1000 meter litt bakover på kvar side. Stopp klokker vart slegen på når lyden nådde dei viktigaste LP, sekundær LP gonger vart konvertert til ein avstand (via speed of sound) og sirklar plotta, ein annan sirkel då var avleidd som rørde desse to sirklar, og dei viktigaste LP, sentrum i denne sirkelen var kjelda til lyden. Rettingar vart gjord for tilhøve som påverkar farten til lyden. Men seint i krigen Tyskland introduserte "objektive einingar' - directional galvanometer sitt, oscillographs og endra seismografar, med resultat som vert overført direkte på papir eller fotografisk film.[12]

Mellom verdskrigane[endre | endre wikiteksten]

Opptak-eining for fransk lydpeilesystem frå 1920-talet

Britisk forsking heldt fram mellom krigane som det gjorde i andre land. Det ser ut til at i Storbritannia har detta ført til betre mikrofonar og opptak apparat ved hjelp av varme sensitive papir i staden for fotografisk film. Radio link vart òg utvikla, sjølv om dette kan berre kopla til mikrofonar til opptak apparat, det gjorde du ikkje aktivera Ap sitt å slå på opptakeren. Ein annan innovasjon i slutten av 1930-talet var utviklinga av komparator. Detta var ei mekanisk datamaskin som er berekna differensiallikningane til første orden, det gav ei rask tyding ved å samanlikna koordinatane til eksplosjonen ved lydpeiling med koordinatane til målet og dermed fradrag for ein korreksjon til den same eksplosjonslyden.


Andre verdskrig[endre | endre wikiteksten]

Under andre Verdskrig, lydar alt var ein moden teknologi , og mykje brukt, spesielt av Britane (i korps nivå artilleri undersøkinga regiment) og Tyskarar (i Beobachtungsabteilungen). Utviklinga heldt fram og betre utstyr vart innført, spesielt for å finna bombekastere. På slutten av krigen, den Britiske òg innførd multiplexing, som gjorde mikrofonar til å dela ein felles felt kabel til opptak apparat. I 1944 vart det funne at radar kan brukast til å finna bombekastarar, men ikkje kanoner eller rakettar. Sjølv om radaren kan 'sjå' granaten sin elliptiske bane, kan den ikkje noggrant finne kanonen si skytestilling.

US Marine sin er inkludert lyd som strekkjer einingar som standard deler av forsvaret deres bataljonar.[13] Disse høyrst alt einingane var aktiv i Marine sin både før og under andre Verdskrig. Den AMERIKANSKE HÆREN brukte òg lydar locator. i Løpet av Okinawa krigen, er den AMERIKANSKE HÆREN brukte sin sound sett alt for å gje effektiv mot batteriet brann.[14][15] Den Japanske prøvde å motverka detta effektiv mot-batteri brann med taktikken med å "skyta og scoot," som tyder å ta opptak av ei lite mengd rundar og forlèt skyta posisjon før teljaren-batteri brann kunne koma fram. Medan ein effektiv taktikk mot counter-batteri brann, denne tilnærminga har ein tendens til å redusera effektiviteten av artilleriild.

Under andre verdskrigen, den Britiske gjord utstrakt bruk av lydar alt. Det er ei rekkje gode memoarer at adressa deres bruk av lydar alt for artilleri spotting tilgjengeleg på internett, blant anna "The 4th Durham Undersøkinga Regiment: Høyrst ut som Fienden" og "Kommunikasjon for Artilleri Stad".[16] Ein "Kommunikasjon for Artilleri Plassering" artikkelen skildrar elektronisk utstyr involvert med desse verksemdene.[17] Ein svært omfattande forklaring for det Britiske lydar som strekkjer einingar, inkludert deres posisjonar er Massimo Mangilli-Climpson er 2007-konto.[18]

Korea-Krigen[endre | endre wikiteksten]

Lyden alt av artilleri vart gjord i Korea, men i hovudsak vart fortrengd av counter-mørtel radar og fly-basert artilleri observatørar. Sidan anti-radar mottiltak var avgrensa på denne tida, og SN hadde luft overlegenhet gjennom heile krigen, desse tilnærmingane var enklare og meir nøyaktig.[19]

Vietnam[endre | endre wikiteksten]

Dei fleste counter batteriet arbeid i Vietnam var med artilleri spotting gjort ved hjelp av radar eller fly. Australia utplassert ein lydar alt løsrivelse frå 1967 til 1970 i Vietnam, som vert drive av ein cross-basa å gje all-round observasjon.[20]

Òg i denne perioden den Britiske distribuert ad hoc "Cracker" - batteri, med lydar-alt og mørtel finne radarar, til Borneo og Oman.

I byrjinga av 1970-talet ein effektiv VHF-radio link vart innførd som gjorde Ap #seg å brytaren på opptak apparat. Snart etter, framsteg innan elektronikk meint at den manuelle plotting av lager og nokon andre beregninger vart erstatta av elektroniske kalkulatorar.

Nokre tredje-verda-brukarar av lydar alt hadde arbeidskraft som gjorde dem i stand til å distribuera ei avdeling med kvar mikrofon, ein uhørt praksis i vestlege styrkar.

I dag (2017)[endre | endre wikiteksten]

Sjølv om effektive kanonsøkjande radarar supplert kontraskyte-radarar frå slutten av 1970-talet og utover, lydar, alt er inne i ein renessanse, fordi nokre hærar har halde på det på trass i ulempene. Det ser ut til at nokon òg anerkjende potensiale for å fungera som ein automatisk avansert post (AP) for radarar.

Den Britiske leidde an i ei ny tilnærming, som er utvikla av Roke Manor Research Limited, deretter typen plessey, som hadde utvikla VHF-radio-link lydar alt. Detta erstatta den tradisjonelle lydar-alt basa med ei rekkje mikrofon klyngar. Kvar består av tre mikrofonar eit par meter frå kvarandre, ein meteorologisk sensor og handsaming. Kvar umanna klynge lytta kontinuerleg for lydar, som er berekna lageret til kjelda og registrert andre eigenskapar. Disse vart automatisk sendt til ein kontroll-post der dei vart automatisk sortert og plasseringa av den lydkilden som er berekna. Prototypar av det nye systemet, HALO (Fiendtlig Artilleri Finne) vart brukt i Sarajevo i 1995. Produksjonen system, ASP (Advanced Sound Alt-Prosjektet), vart sett i Britisk teneste i ca 2001. Angiveleg, det ligg fiendtlig artilleri på 50 km avstand i Irak i 2003. Det er no adoptert av fleire andre hærar, inkludert Usa Marine sin. Eit lignande system har òg vorte utvikla i Tyskland og i Ukraina ( RAZK artilleri høyrst alt for komplisert ).[21]

Boomerang (tiltak) er eit skot plassering system utvikla av United States Department of Defense som brukar lydar for å finna og identifisera eld frå handvåpen.

Regjeringa i Usa har vore å visa interesse i å bruka lydar-alt for å avgjera plasseringa av skot i store byar.[22]

Sjå òg[endre | endre wikiteksten]

  • flash spotting
  • Counter-batteri brann
  • Flashboard

Referansar[endre | endre wikiteksten]

  1. «Archived copy». Arkivert frå originalen 2006-10-04. Henta 10. juni 2006. 
  2. Bragg, William Lawrence.
  3. http://www.du.edu/~jcalvert/tech/ranging/ranging.htm. 
  4. The American Practical Navigator (PDF). 
  5. Harry Bateman (January 1918).
  6. Dictionary of Missile and Artillery Terms, 1982, Major Gener5al AP Bogetskiy, Colonel Kusnetsov, Lieutenant Colonel AP Shapovalov; Chief Editor Lieutenant General of Artillery G Ye Perelel'skiy.
  7. Nigel F Evans (3 December 2005).
  8. Mallet, Ross (27 November 1998).
  9. http://gst.seg.org/TL/2001/04/TidBits.shtml. 
  10. Fraser Scott.
  11. Lawrence Bragg's role in the development of sound-ranging in World War I
  12. Ortner; M Christian; The Austro-Hungarian Artillery from 1867 to 1918 Technology, Organization and Tactics; Verlag Militaria; Vienna; 2007; ISBN 978-3-902526-13-7
  13. Major Charles D. Melson.
  14. Appleman.
  15. «Japanese Artillery» (PDF).
  16. http://freepages.family.rootsweb.com/~sarker/Sound/Sound_AppendixA.htm. 
  17. (PDF) http://www.royalsignals.org.uk/articles/SRS/Location.pdf. 
  18. Massimo Mangilli-Climpson, 2007, Larkhill's Wartime Locators - The History of Twelve Artillery Survey Regiments (RA and IA) in the Second World War, Pen & Sword, Barnsley, ISBN 978-1-84415-514-9
  19. The War in Korea 1950-1953:The Use of Artillery. ISBN 5-89173-113-4. 
  20. http://www.locatingartillery.org/overview.htm. 
  21. (PDF) (pressemelding) http://www.selex-sas.com/datasheets/HALO.pdf.Mal:Kilde pressemelding
  22. Lorraine Green Mazerolle (December 1999).