Alcance de sonido de artillería - Artillery sound ranging

En la guerra terrestre , el alcance del sonido de la artillería es un método para determinar las coordenadas de una batería hostil utilizando datos derivados del sonido de sus cañones (o morteros o cohetes) disparando. Los mismos métodos también se pueden utilizar para dirigir el fuego de artillería a una posición con coordenadas conocidas.

Es una aplicación de ubicación sonora (o acústica) , que es la ubicación de la fuente de sonidos que pueden originarse en el aire, en el suelo o sobre o debajo de la superficie del agua. El alcance del sonido fue uno de los tres métodos para localizar la artillería hostil que se desarrolló rápidamente en la Primera Guerra Mundial . Los otros fueron reconocimiento aéreo (visual y fotográfico) y detección de flash .

Un guardabosques de sonido utilizó métodos auditivos y de cronómetro que surgieron por primera vez antes de la Primera Guerra Mundial. Los métodos de cronómetro consistían en detectar un disparo de arma, medir el rumbo y el tiempo que tardó el sonido en llegar. Los métodos auditivos generalmente involucraban a una persona que escuchaba un par de micrófonos separados por unos pocos kilómetros y medía el tiempo entre el sonido que llegaba a los micrófonos. Este método parece haber sido utilizado por los alemanes durante esa guerra, pero fue rápidamente descartado por ineficaz por los aliados occidentales, que desarrollaron métodos científicos de medición de sonido cuyos descendientes todavía se utilizan.

La base del alcance científico del sonido es utilizar pares de micrófonos para producir un rumbo hacia la fuente del sonido. La intersección de estos cojinetes da la ubicación de la batería. Los rumbos se derivan de las diferencias en el tiempo de llegada a los micrófonos.

Antecedentes

Configuración básica del equipo

Un método científico de sistema de medición de sonido requiere el siguiente equipo.

  • Una matriz de 4 a 6 micrófonos que se extienden por varios kilómetros
  • Un sistema capaz de medir las diferencias de tiempo de llegada de ondas sonoras entre los micrófonos.
  • Un medio de analizar las diferencias de tiempo para calcular la posición de la fuente de sonido.

El método básico es usar micrófonos en pares y medir la diferencia en el tiempo de llegada de una onda de sonido a cada micrófono del par (los micrófonos internos son miembros de dos pares). A partir de esto, se puede encontrar una orientación al origen del sonido desde el punto intermedio entre los dos micrófonos. La intersección de al menos tres cojinetes será la ubicación de la fuente de sonido.

La figura 1 ilustra el sistema básico.

Ilustración de la operación de rango de sonido

Estas restricciones se impondrían para simplificar el cálculo de la posición de la artillería y no son una característica del enfoque general.

Los micrófonos también pueden estar diseñados para captar solo el sonido del disparo del arma. Hay tres tipos de sonidos que pueden captarse con el micrófono.

  • el arma disparando (la señal deseada)
  • el sonido de la concha moviéndose por el aire
  • el impacto de la concha

Durante la Primera Guerra Mundial se descubrió que el disparo del arma produce un sonido retumbante bajo que se capta mejor con un micrófono que sea sensible a las frecuencias bajas y rechace las frecuencias altas.

Ejemplo

La Figura 2 muestra un ejemplo de un problema de ubicación de artillería. Suponga que colocamos tres micrófonos con las siguientes posiciones relativas (todas las medidas se realizaron en relación con el micrófono 3).

  • Distancia del micrófono 1 al micrófono 3: metros
  • Distancia del micrófono 2 al micrófono 3: metros
  • Ángulo entre Micrófono 1 y Micrófono 2 medido desde Micrófono 3: 16.177 o

Estos valores se establecerían durante una inspección inicial de la disposición del micrófono.

Ejemplo de una operación de rango de sonido

Figura 2: Ejemplo de un problema de ubicación de artillería.

Suponga que se miden dos retardos de tiempo (suponga que la velocidad del sonido es de 330 metros por segundo).

  • Retardo de tiempo del micrófono 1 al micrófono 2: 0,455 s 150 metros
  • Retardo de tiempo del micrófono 1 al micrófono 3: 0,606 s 200 metros

Hay varias formas de determinar el alcance de la pieza de artillería. Una forma es aplicar la ley de los cosenos dos veces.

( Micrófono 3, Micrófono 2, Pistola)
( Micrófono 1, Micrófono 3, Pistola)

Este es un sistema de dos ecuaciones con dos incógnitas ( , ). Este sistema de ecuaciones, aunque no lineal, se puede resolver usando métodos numéricos para dar una solución para r 1 de 1621 metros. Si bien este enfoque se podría utilizar hoy en día con computadoras, habría sido un problema en la Primera y Segunda Guerra Mundial. Durante estos conflictos, las soluciones se desarrollaron utilizando uno de los siguientes métodos.

  • gráficamente usando hipérbolas dibujadas en papel (para una buena discusión de este procedimiento, vea este ejemplo de LORAN).
  • Suponiendo que la artillería está lejos y usando las asíntotas de las hipérbolas, que son líneas, para encontrar una ubicación aproximada de la artillería. Luego, podría aplicarse una corrección de curvatura para obtener un rumbo más preciso.
  • Se pueden generar soluciones aproximadas utilizando conjuntos de discos metálicos cuyos radios difieren en pequeños incrementos. Seleccionando tres discos que se aproximen a la situación en cuestión, se puede generar una solución aproximada.

Ventajas y desventajas

El rango de sonido tiene una serie de ventajas sobre otros métodos:

  • El rango de sonido es un método pasivo, lo que significa que no hay emisiones rastreables hasta el equipo de rango de sonido. Esto es diferente del radar, que emite energía que se puede rastrear hasta el transmisor.
  • El equipo de medición de sonido tiende a ser pequeño. No requiere grandes antenas ni grandes cantidades de energía.

El rango de sonido también tiene una serie de desventajas:

  • la velocidad del sonido varía con la temperatura. El viento también introduce errores. Hay medios para compensar estos factores.
  • a distancia, el sonido de una pistola no es un crujido agudo sino más bien un retumbar (esto hace que sea difícil medir con precisión el tiempo exacto de llegada del frente de onda en diferentes sensores)
  • las armas no se pueden localizar hasta que disparan
  • También se puede activar mediante disparos de artillería amiga
  • la artillería se dispara a menudo en grandes cantidades, lo que dificulta determinar qué frente de onda está asociado con qué pieza de artillería
  • cada micrófono debe colocarse y examinarse con mucha precisión para encontrar sus coordenadas, lo que lleva tiempo
  • cada micrófono debe tener un canal de comunicación con el aparato de grabación. Antes de que aparecieran enlaces de radio efectivos, esto significaba cable de campo, que tenía que ser tendido y mantenido para reparar roturas por muchas causas.

Las fuerzas militares han encontrado varias formas de mitigar estos problemas, pero no obstante crean trabajo adicional y reducen la precisión del método y la velocidad de su despliegue.

Historia

Primera Guerra Mundial

La Primera Guerra Mundial vio el nacimiento de la gama de sonidos científicos. Reunió los sensores necesarios, la tecnología de medición y las capacidades de análisis necesarios para realizar una medición de sonido eficaz. Al igual que muchos conceptos de tecnología, la idea de utilizar el sonido para localizar piezas de artillería enemigas se les ocurrió a varias personas aproximadamente al mismo tiempo.

  • Los rusos afirman haber utilizado un rango de sonido antes de la Primera Guerra Mundial.
  • Un oficial alemán, el capitán Leo Loewenstein, patentó un método en 1913
  • Los franceses desarrollaron el primer equipo operativo
  • Los estadounidenses propusieron un plan a principios de la Primera Guerra Mundial

La Primera Guerra Mundial proporcionó el entorno ideal para el desarrollo de la gama de sonidos porque:

  • El procesamiento eléctrico del sonido se estaba volviendo maduro debido al desarrollo de la tecnología telefónica y de grabación.
  • la tecnología para grabar sonido estaba disponible (esto facilitó hacer mediciones de diferencia de tiempo con una precisión de centésimas de segundo)
  • la necesidad de fuego de artillería de contrabatería proporcionó un fuerte impulsor de tecnología

Si bien los británicos no fueron los primeros en intentar el alcance del sonido de la artillería, fueron los británicos durante la Primera Guerra Mundial quienes realmente desplegaron el primer sistema operativo efectivo. El rango de sonido británico durante esa guerra comenzó con equipos que usaban detección de sonido y flash. Los operadores de rango de sonido utilizaron equipos que aumentaron la audición humana. Usando el flash de la pistola, el equipo de flash determinaría un rumbo hacia la pistola usando un teodolito o un tránsito . El equipo de detección de sonido determinaría la diferencia de tiempo entre el destello del arma y el sonido del arma, que se utilizó para determinar el alcance del arma. Esto proporcionó los datos de alcance y rumbo necesarios para contrarrestar el fuego de la batería. Estos métodos no tuvieron mucho éxito.

A mediados de 1915, los británicos asignaron el problema al científico australiano y premio Nobel Sir William Lawrence Bragg . Bragg era un oficial territorial de la Royal Horse Artillery en el ejército británico. Cuando Bragg entró en escena, el rango de sonido era lento, poco confiable e inexacto. Su primera tarea fue investigar lo que estaba disponible, en particular mirando los esfuerzos franceses.

Los franceses habían logrado un avance importante. Habían tomado el galvanómetro de cuerda y lo habían adaptado para grabar las señales de los micrófonos en una película fotográfica. Este trabajo había sido realizado por Lucien Bull y Charles Nordmann (astrónomo del observatorio de París). El procesamiento de la película llevó algunos minutos, pero esto no fue un inconveniente importante porque las baterías de artillería no se movían con mucha frecuencia. Sin embargo, el aparato no podía funcionar continuamente debido al gasto de película. Esto significaba que tenía que encenderse cuando los cañones enemigos disparaban, lo que requería el despliegue de puestos avanzados (AP) frente a los micrófonos que podían encender el aparato de grabación de forma remota a través de un cable de campo. Estos puestos avanzados se conectaron de nuevo a una placa de destello ubicada en el centro , y este dispositivo permitió a los observadores estar seguros de que todos estaban observando el mismo destello de boca. Una vez establecido esto, podrían encender el aparato de grabación.

Bragg también descubrió que la naturaleza de los sonidos de las armas no se entendía bien y que se debía tener cuidado para separar el boom sónico del proyectil del sonido real del disparo. Este problema se resolvió a mediados de 1916 cuando uno de los miembros del destacamento de Bragg, el cabo William Sansome Tucker , ex miembro del Departamento de Física de la Universidad de Londres, inventó el micrófono de baja frecuencia. Esto separó el sonido de baja frecuencia producido por el disparo de la pistola del boom sónico del proyectil. Utilizaba un cable de platino calentado que se enfriaba con la onda sonora de un disparo de pistola.

Más tarde, en 1916, Tucker formó una sección de medición de sonido experimental en el Reino Unido y al año siguiente se desarrollaron técnicas para corregir los datos de sonido para compensar las condiciones meteorológicas. Se investigaron otros asuntos, incluido el diseño y el posicionamiento óptimos de una 'base de rango de sonido': la matriz de micrófonos. Se encontró que lo mejor era una curva poco profunda y una base de longitud relativamente corta. Con estas mejoras, la artillería enemiga podría ubicarse con precisión entre 25 y 50 metros en circunstancias normales.

El programa estaba muy bien desarrollado al final de la Primera Guerra Mundial. De hecho, el método se amplió para determinar la ubicación del arma, el calibre y el objetivo previsto. Los británicos desplegaron muchas secciones de alcance de sonido en el frente occidental y secciones también operaron en Italia, los Balcanes y Palestina. Cuando Estados Unidos entró en la guerra en 1917 adoptaron el equipo británico.

El método auditivo alemán fue utilizado por los poderes centrales. Esto utilizó un puesto de escucha de alerta temprana (LP) y un LP principal en el centro con dos LP secundarios 500–1000 metros ligeramente hacia atrás a cada lado. Los cronómetros se activaban cuando el sonido alcanzaba el LP principal, los tiempos del LP secundario se convertían a una distancia (a través de la velocidad del sonido) y se trazaban círculos, luego se derivaba otro círculo que tocaba estos dos círculos y el LP principal, el centro de este círculo era la fuente del sonido. Se hicieron correcciones para las condiciones que afectan la velocidad del sonido. Sin embargo, al final de la guerra, Alemania introdujo "dispositivos objetivos": galvanómetros direccionales, oscilógrafos y sismógrafos modificados, con los resultados transferidos directamente sobre papel o película fotográfica.

Entre las guerras mundiales

Unidad de grabación del sistema de rango de sonido francés de 1920

La investigación británica continuó entre las guerras como lo hizo en otras naciones. Parece que en Gran Bretaña esto condujo a mejores micrófonos y aparatos de grabación que usaban papel sensible al calor en lugar de películas fotográficas. También se desarrolló el enlace de radio, aunque esto solo podía conectar los micrófonos al aparato de grabación, no permitía a los AP encender la grabadora. Otra innovación a fines de la década de 1930 fue el desarrollo del comparador, una computadora mecánica que calculaba ecuaciones diferenciales de primer orden. Proporcionó un medio rápido de comparar las coordenadas de la caída del disparo localizadas por rango de sonido con las coordenadas del objetivo y, por lo tanto, deducción de una corrección a la caída del disparo.

Segunda Guerra Mundial

Durante la Segunda Guerra Mundial, el alcance del sonido fue una tecnología madura y ampliamente utilizada, particularmente por los británicos (en regimientos de inspección de artillería a nivel de cuerpo) y alemanes (en Beobachtungsabteilungen). Continuó el desarrollo y se introdujeron mejores equipos, especialmente para la localización de morteros. Al final de la guerra, los británicos también introdujeron la multiplexación , que permitió que los micrófonos compartieran un cable de campo común con el aparato de grabación. En 1944 se descubrió que el radar se podía utilizar para localizar morteros, pero no pistolas ni cohetes. Aunque el radar debería "ver" los proyectiles, sus trayectorias elípticas no se pudieron resolver.

Los marines estadounidenses incluyeron unidades de alcance de sonido como partes estándar de sus batallones de defensa. Estas unidades de medición de sonido estuvieron activas en los Marines tanto antes como durante la Segunda Guerra Mundial. El Ejército de los Estados Unidos también utilizó localizadores de sonido. Las unidades de rango de sonido del Ejército de los Estados Unidos participaron en casi todas las batallas en las que participó el ejército después de noviembre de 1942. Al final de la guerra, había 25 batallones de observación con 13.000 hombres. Durante la campaña de Okinawa , el Ejército de los EE. UU. Utilizó sus equipos de alcance de sonido para proporcionar un contraataque efectivo de la batería. Los japoneses intentaron contrarrestar este eficaz fuego de contrabatería con la táctica de " disparar y deslizarse ", lo que significa disparar un pequeño número de rondas y abandonar la posición de disparo antes de que llegara el fuego de contrabatería. Si bien es una táctica eficaz contra el fuego de contrabatería, este enfoque tiende a reducir la eficacia del fuego de artillería.

Durante la Segunda Guerra Mundial, los británicos hicieron un amplio uso del rango de sonido. Hay una serie de excelentes memorias que abordan el uso del rango de sonido para la detección de artillería disponibles en la web, incluido "El 4to Regimiento de Inspección de Durham: Suena como el Enemigo" y "Comunicaciones para la ubicación de la artillería". Un artículo de "Comunicaciones para la ubicación de la artillería" describe el equipo electrónico involucrado en estas operaciones. Una descripción muy completa de las unidades británicas de rango de sonido, incluidas sus posiciones, es la reseña de 2007 de Massimo Mangilli-Climpson.

guerra coreana

El alcance del sonido de la artillería se realizó en Corea , pero principalmente fue reemplazado por radares de contra-mortero y observadores de artillería basados ​​en aviones. Dado que las contramedidas anti-radar eran limitadas en este momento y la ONU tenía superioridad aérea durante toda la guerra, estos enfoques fueron más simples y precisos.

Vietnam

La mayor parte del trabajo de contrabatería en Vietnam se realizó con avistamiento de artillería mediante radar o aviones. Australia desplegó un destacamento de alcance de sonido desde 1967 hasta 1970 en Vietnam, que operó una base cruzada para proporcionar una observación completa.

Además, durante este período, los británicos desplegaron baterías "Cracker" ad hoc, con radares de localización de morteros y de alcance de sonido, en Borneo y Omán.

A principios de la década de 1970 se introdujo un enlace de radio VHF eficaz que permitió a los AP encender el aparato de grabación. Poco después, los avances en electrónica significaron que el trazado manual de cojinetes y algunos otros cálculos fueron reemplazados por calculadoras electrónicas.

En la actualidad

Aunque los radares de localización de armas efectivos finalmente complementaron los radares de contra-mortero desde finales de la década de 1970 en adelante, el rango de sonido está experimentando un renacimiento, porque algunos ejércitos lo han conservado a pesar de sus inconvenientes. Parece que algunos también reconocieron su potencial para operar como un puesto avanzado automático (AP) para los radares.

Los británicos abrieron el camino en un nuevo enfoque, desarrollado por Roke Manor Research Limited , luego Plessey, que había desarrollado el rango de sonido de enlace de radio VHF. Esto reemplazó la base tradicional de rango de sonido con una serie de grupos de micrófonos. Cada uno estaba compuesto por tres micrófonos separados por unos pocos metros, un sensor meteorológico y un procesamiento. Cada grupo no tripulado escuchó continuamente el sonido, calculó el rumbo a la fuente y registró otras características. Estos se enviaron automáticamente a un puesto de control donde se recopilaron automáticamente y se calculó la ubicación de la fuente de sonido. Los prototipos del nuevo sistema, HALO (Localización de artillería hostil) se utilizaron en Sarajevo en 1995. El sistema de producción, ASP (Proyecto de alcance de sonido avanzado), entró en servicio británico alrededor de 2001. Según se informa, localizó artillería hostil a 50 km de distancia en Irak en 2003. Ahora está siendo adoptado por varios otros ejércitos, incluidos los Marines de los Estados Unidos. También se ha desarrollado un sistema similar en Alemania y Ucrania ( complejo de rango de sonido de artillería RAZK ).

Boomerang es un sistema de localización de disparos desarrollado por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos que utiliza sonido para localizar e identificar disparos de armas pequeñas.

Se ha implementado tecnología de detección de audio para alertar a las fuerzas del orden sobre disparos en unas 90 ciudades de los Estados Unidos y otros países. En 45 segundos, la tecnología puede proporcionar a la policía una ubicación detallada del origen de los disparos. Esto puede acortar significativamente los tiempos de respuesta de la policía y aumentar la probabilidad de arrestos criminales.

Ver también

Referencias

enlaces externos