อ่าน 7 นาที
การวัดระยะเสียงปืนใหญ่
ใน การรบ ภาคพื้น ดิน การวัดระยะด้วยเสียงปืนใหญ่ เป็นวิธีการกำหนดพิกัดของ ปืนใหญ่ ฝ่าย ตรงข้ามโดยใช้ข้อมูลที่ได้จากเสียงการยิงของปืนใหญ่ (หรือปืนครกหรือจรวด) ซึ่งเรียกว่า...
การวัดระยะเสียงปืนใหญ่
ใน การรบ ภาคพื้นดินการวัดระยะด้วยเสียงปืนใหญ่เป็นวิธีการกำหนดพิกัดของปืนใหญ่ ฝ่าย ตรงข้ามโดยใช้ข้อมูลที่ได้จากเสียงการยิงของปืนใหญ่ (หรือปืนครกหรือจรวด) ซึ่งเรียกว่าการค้นหาเป้าหมายวิธีการเดียวกันนี้ยังสามารถใช้ในการ สั่งการยิง ปืนใหญ่ไปยังตำแหน่งที่มีพิกัดที่ทราบแล้ว ซึ่งเรียกว่าการควบคุมการยิง
การวัดระยะทางด้วยเสียงเป็นการประยุกต์ใช้การระบุตำแหน่งด้วยเสียง (หรืออะคูสติก)ซึ่งเป็นการระบุแหล่งกำเนิดเสียงที่อาจมาจากในอากาศ บนพื้นดิน หรือบนหรือใต้น้ำ การวัดระยะทางด้วยเสียงเป็นหนึ่งในสามวิธีการระบุตำแหน่งปืนใหญ่ของฝ่ายตรงข้ามที่พัฒนาขึ้นอย่างรวดเร็วในสงครามโลกครั้งที่ 1วิธี การ อื่นๆ ได้แก่การลาดตระเวนทางอากาศ (ด้วยสายตาและภาพถ่าย) และการตรวจจับแสงวาบ
นักสำรวจเสียงใช้ทั้งวิธีการฟังและการจับเวลา ซึ่งวิธีการเหล่านี้เกิดขึ้นครั้งแรกก่อนสงครามโลกครั้งที่ 1 วิธีการจับเวลาเกี่ยวข้องกับการสังเกตเสียงปืน การวัดทิศทาง และระยะเวลาที่เสียงเดินทางมาถึง ส่วนวิธีการฟังโดยทั่วไปเกี่ยวข้องกับการที่บุคคลหนึ่งฟังเสียงจากไมโครโฟนสองตัวที่อยู่ห่างกันไม่กี่กิโลเมตร และวัดเวลาที่เสียงเดินทางมาถึงไมโครโฟนทั้งสองตัว วิธีนี้ดูเหมือนจะถูกใช้โดยชาวเยอรมันตลอดสงคราม แต่ถูกยกเลิกอย่างรวดเร็วเนื่องจากไม่มีประสิทธิภาพโดยฝ่ายสัมพันธมิตรตะวันตก ซึ่งได้พัฒนาวิธีการทางวิทยาศาสตร์ในการสำรวจเสียง ซึ่งวิธีการเหล่านั้นยังคงถูกนำมาใช้จนถึงปัจจุบัน
หลักการพื้นฐานของการวัดระยะทางด้วยเสียงทางวิทยาศาสตร์คือการใช้เสาเซ็นเซอร์ ซึ่งประกอบด้วยไมโครโฟนอย่างน้อยหนึ่งคู่ เพื่อสร้างทิศทางไปยังแหล่งกำเนิดเสียง เมื่อใช้เสาเซ็นเซอร์หลายต้น จุดตัดของทิศทางเหล่านี้จะให้ตำแหน่งของแบตเตอรี่ ทิศทางเหล่านี้ได้มาจากความแตกต่างของเวลาที่เสียงเดินทางมาถึงไมโครโฟนที่ติดตั้งอยู่ในเสาเซ็นเซอร์แต่ละต้น
โดยทั่วไปแล้ว เสาเซ็นเซอร์จะมีไมโครโฟนสามตัววางเรียงกันเป็นรูปสามเหลี่ยม ขนาดโดยทั่วไปประมาณ 10 เมตร ซึ่งเป็นระยะทางที่จำเป็นเพื่อให้ได้อัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนที่ดีที่สุดในช่วงความถี่ต่ำ
ตั้งแต่ปี 2018 เป็นต้นมา มีการพัฒนาแนวทางใหม่โดยใช้สิ่งที่เรียกว่า เซ็นเซอร์อะคูสติกแบบหลายภารกิจ (Acoustic Multi Mission Sensors) ซึ่งประกอบด้วยทั้งไมโครโฟนและเซ็นเซอร์วัดความเร็วอนุภาค
เนื่องจากเซ็นเซอร์วัดความเร็วอนุภาคมีทิศทางที่ครอบคลุมช่วงความถี่กว้าง แม้กระทั่งความถี่ต่ำ เสาเซ็นเซอร์ขนาดใหญ่ (ที่ติดตั้งบนพื้นดิน) จึงสามารถลดขนาดลงให้เหลือขนาดเท่า "เนินดินเล็ก ๆ" ได้
พื้นหลัง
การตั้งค่าอุปกรณ์พื้นฐาน
วิธีการทางวิทยาศาสตร์ในการวัดระยะเสียงต้องใช้อุปกรณ์ดังต่อไปนี้
- ชุดไมโครโฟน 4 ถึง 6 ตัว เรียงตัวเป็นระยะทางหลายกิโลเมตร
- ระบบที่สามารถวัดความแตกต่างของเวลาที่คลื่นเสียงเดินทางมาถึงระหว่างไมโครโฟนต่างๆ ได้
- วิธีการวิเคราะห์ความแตกต่างของเวลาเพื่อคำนวณตำแหน่งของแหล่งกำเนิดเสียง
วิธีการพื้นฐานคือการใช้ไมโครโฟนเป็นคู่ๆ และวัดความแตกต่างของเวลาที่คลื่นเสียงเดินทางมาถึงไมโครโฟนแต่ละตัวในคู่ (ไมโครโฟนภายในเป็นสมาชิกของสองคู่) จากนั้นจึงหาทิศทางไปยังแหล่งกำเนิดเสียงจากจุดกึ่งกลางระหว่างไมโครโฟนทั้งสอง จุดตัดของทิศทางอย่างน้อยสามจุดจะเป็นตำแหน่งของแหล่งกำเนิดเสียง
ภาพที่ 1 แสดงให้เห็นถึงระบบพื้นฐาน

ข้อจำกัดเหล่านี้ถูกกำหนดขึ้นเพื่อลดความซับซ้อนในการคำนวณตำแหน่งปืนใหญ่ และไม่ใช่ลักษณะเฉพาะของวิธีการทั่วไป
ไมโครโฟนอาจได้รับการออกแบบให้รับเฉพาะเสียงปืนยิงเท่านั้น โดยมีเสียงอยู่สามประเภทที่ไมโครโฟนสามารถรับได้
- เสียงปืน (สัญญาณที่ต้องการ)
- เสียงกระสุนปืนที่เคลื่อนที่ผ่านอากาศ
- ผลกระทบของกระสุนปืนใหญ่
ในช่วงสงครามโลกครั้งที่ 1พบว่าเสียงปืนที่ยิงออกมานั้นดังครึ้มต่ำ ซึ่งสามารถรับเสียงได้ดีที่สุดด้วยไมโครโฟนที่ไวต่อความถี่ต่ำและตัดความถี่สูงออกไป[ 1 ]
ตัวอย่าง
รูปที่ 2 แสดงตัวอย่างปัญหาการระบุตำแหน่งปืนใหญ่ สมมติว่าเราวางไมโครโฟนสามตัวโดยมีตำแหน่งสัมพัทธ์ดังต่อไปนี้ (การวัดทั้งหมดทำโดยอ้างอิงจากไมโครโฟนตัวที่ 3)
- ระยะห่างจากไมโครโฟน 1 ถึงไมโครโฟน 3: เมตร
- ระยะห่างจากไมโครโฟน 2 ถึงไมโครโฟน 3: เมตร
- มุมระหว่างไมโครโฟน 1 และไมโครโฟน 2 วัดจากไมโครโฟน 3: 16.177 องศา
ค่าเหล่านี้จะถูกกำหนดขึ้นในระหว่างการสำรวจเบื้องต้นเกี่ยวกับการจัดวางไมโครโฟน

รูปที่ 2: ตัวอย่างปัญหาการกำหนดตำแหน่งปืนใหญ่
สมมติว่ามีการวัดค่าความล่าช้าของเวลาสองค่า (โดยสมมติความเร็วเสียงที่ 330 เมตรต่อวินาที)
- ความหน่วงเวลาจากไมโครโฟน 1 ถึงไมโครโฟน 2: 0.455 วินาที ( เมตร)
- ความหน่วงเวลาจากไมโครโฟน 1 ถึงไมโครโฟน 3: 0.606 วินาที ( เมตร)
มีหลายวิธีในการกำหนดระยะยิงของปืนใหญ่ วิธีหนึ่งคือการใช้กฎโคไซน์สองครั้ง[ 2 ]
- ( ไมโครโฟน 3, ไมโครโฟน 2, ปืน)
- ( ไมโครโฟน 1, ไมโครโฟน 3, ปืน)
นี่คือระบบสมการสองสมการที่มีตัวแปรที่ไม่ทราบค่าสองตัว ( , ) ระบบสมการนี้แม้จะไม่ใช่เชิงเส้น แต่ก็สามารถแก้ได้โดยใช้วิธีเชิงตัวเลขเพื่อให้ได้คำตอบสำหรับ r 1ที่ 1621 เมตร แม้ว่าวิธีการนี้จะสามารถใช้งานได้ในปัจจุบันด้วยคอมพิวเตอร์ แต่ก็คงเป็นปัญหาในสงครามโลกครั้งที่ 1 และ 2 ในช่วงสงครามเหล่านั้น วิธีแก้ปัญหาได้รับการพัฒนาโดยใช้วิธีใดวิธีหนึ่งต่อไปนี้
- โดยใช้ไฮเปอร์โบลาที่วาดบนกระดาษ (สำหรับการอภิปรายที่ดีเกี่ยวกับขั้นตอนนี้ โปรดดูตัวอย่าง LORAN นี้) [ 3 ]
- โดยสมมติว่าปืนใหญ่อยู่ไกลออกไปและใช้เส้นกำกับของไฮเปอร์โบลาซึ่งเป็นเส้นตรง เพื่อหาตำแหน่งโดยประมาณของปืนใหญ่[ 4 ]จากนั้นจึงสามารถใช้การแก้ไขความโค้งเพื่อให้ได้ทิศทางที่แม่นยำยิ่งขึ้น[ 5 ]
- สามารถสร้างวิธีแก้ปัญหาโดยประมาณได้โดยใช้ชุดแผ่นโลหะที่มีรัศมีต่างกันเล็กน้อย โดยการเลือกแผ่นสามแผ่นที่ใกล้เคียงกับสถานการณ์ที่ต้องการ จะสามารถสร้างวิธีแก้ปัญหาโดยประมาณได้[ 4 ]
ข้อดีและข้อเสีย
การวัดระยะทางด้วยเสียงมีข้อดีหลายประการเมื่อเทียบกับวิธีการอื่นๆ:
- การวัดระยะด้วยเสียงเป็นวิธีการแบบพาสซีฟ ซึ่งหมายความว่าไม่มีการปล่อยคลื่นเสียงใดๆ ที่สามารถตรวจสอบย้อนกลับไปยังอุปกรณ์วัดระยะด้วยเสียงได้ ซึ่งแตกต่างจากเรดาร์ที่ปล่อยพลังงานที่สามารถตรวจสอบย้อนกลับไปยังเครื่องส่งสัญญาณได้
- อุปกรณ์วัดระยะด้วยเสียงมักมีขนาดเล็ก ไม่จำเป็นต้องใช้เสาอากาศขนาดใหญ่หรือพลังงานปริมาณมาก
การวัดระยะเสียงยังมีข้อเสียอยู่หลายประการ:
- ความเร็วเสียงแปรผันตามอุณหภูมิ ลมยังทำให้เกิดข้อผิดพลาดอีกด้วย มีวิธีการที่จะชดเชยปัจจัยเหล่านี้ได้[ 4 ]
- เมื่อมองจากระยะไกล เสียงปืนจะไม่ใช่เสียงแตกแหลมคม แต่เป็นเสียงทุ้มต่ำมากกว่า (ซึ่งทำให้ยากต่อการวัดเวลาที่คลื่นเสียงมาถึงเซ็นเซอร์ต่างๆ ได้อย่างแม่นยำ)
- ไม่สามารถระบุตำแหน่งของปืนได้จนกว่าจะมีการยิงเกิดขึ้น
- นอกจากนี้ยังสามารถเกิดขึ้นได้จากการยิงปืนใหญ่ของฝ่ายเดียวกัน
- ปืนใหญ่ถูกยิงเป็นจำนวนมาก ซึ่งทำให้ยากต่อการระบุว่าคลื่นเสียงใดเกี่ยวข้องกับปืนใหญ่กระบอกใด
- ไมโครโฟนทุกตัวจะต้องถูกติดตั้งโดยทราบพิกัดที่แน่นอน
- ไมโครโฟนแต่ละตัวต้องมีช่องทางการสื่อสารกับอุปกรณ์บันทึกเสียง ก่อนที่จะมีการเชื่อมต่อวิทยุที่มีประสิทธิภาพ หมายความว่าต้องใช้สายเคเบิลภาคสนาม ซึ่งต้องวางและบำรุงรักษาเพื่อซ่อมแซมส่วนที่ขาดเนื่องจากสาเหตุต่างๆ
กองกำลังทหารได้ค้นหาวิธีการต่างๆ เพื่อลดปัญหาเหล่านี้ แต่ถึงกระนั้นก็ยังก่อให้เกิดภาระงานเพิ่มเติม ลดความแม่นยำของวิธีการ และลดความเร็วในการนำไปใช้
ประวัติศาสตร์
สงครามโลกครั้งที่หนึ่ง
สงครามโลกครั้งที่หนึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของเทคโนโลยีการวัดระยะทางด้วยเสียงเชิงวิทยาศาสตร์ มันได้รวบรวมเซ็นเซอร์ เทคโนโลยีการวัด และความสามารถในการวิเคราะห์ที่จำเป็นเข้าด้วยกัน เพื่อให้สามารถวัดระยะทางด้วยเสียงได้อย่างมีประสิทธิภาพ เช่นเดียวกับแนวคิดทางเทคโนโลยีหลายๆ อย่าง แนวคิดในการใช้เสียงเพื่อระบุตำแหน่งปืนใหญ่ของฝ่ายศัตรูนั้นเกิดขึ้นกับผู้คนจำนวนมากในช่วงเวลาเดียวกัน
- ชาวรัสเซียอ้างว่าได้ใช้การวัดระยะด้วยเสียงก่อนสงครามโลกครั้งที่ 1 [ 6 ]
- นายทหารชาวเยอรมันชื่อกัปตัน Leo Loewenstein ได้จดสิทธิบัตรวิธีการนี้ในปี พ.ศ. 2456 [ 7 ]
- ชาวฝรั่งเศสได้พัฒนาอุปกรณ์ปฏิบัติการชุดแรก[ 8 ]
- ชาวอเมริกันเสนอแผนการในช่วงต้นสงครามโลกครั้งที่ 1 [ 9 ]
สงครามโลกครั้งที่หนึ่งเป็นสภาพแวดล้อมที่เหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับการพัฒนาการวัดระยะด้วยเสียง เนื่องจาก:
- การประมวลผลเสียงด้วยระบบไฟฟ้ากำลังพัฒนาไปอย่างรวดเร็วเนื่องจากการพัฒนาเทคโนโลยีโทรศัพท์และการบันทึกเสียง
- เทคโนโลยีสำหรับการบันทึกเสียงมีอยู่แล้ว (ซึ่งช่วยให้การวัดความแตกต่างของเวลาแม่นยำถึงระดับทศนิยมสองตำแหน่ง)
- ความจำเป็นในการยิงตอบโต้ปืนใหญ่เป็นแรงผลักดันสำคัญทางเทคโนโลยี
แม้ว่าอังกฤษจะไม่ใช่ชาติแรกที่พยายามใช้การวัดระยะด้วยเสียงของปืนใหญ่ แต่อังกฤษในช่วงสงครามโลกครั้งที่ 1 เป็นชาติแรกที่นำระบบที่ใช้งานได้จริงมาใช้ การวัดระยะด้วยเสียงของอังกฤษในช่วงสงครามนั้นเริ่มต้นด้วยทีมงานที่ใช้ทั้งการตรวจจับเสียงและแสงวาบ ผู้ปฏิบัติการวัดระยะด้วยเสียงใช้อุปกรณ์ที่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการได้ยินของมนุษย์ โดยใช้แสงวาบจากปืนใหญ่ ทีมงานตรวจจับแสงวาบจะกำหนดทิศทางไปยังปืนใหญ่โดยใช้กล้องวัดมุมหรือกล้องวัดมุมทีมงานตรวจจับเสียงจะกำหนดความแตกต่างของเวลาระหว่างแสงวาบจากปืนใหญ่กับเสียงของปืนใหญ่ ซึ่งใช้ในการกำหนดระยะของปืนใหญ่ ข้อมูลระยะและทิศทางนี้จำเป็นสำหรับการยิงตอบโต้ วิธีการเหล่านี้ไม่ประสบความสำเร็จมากนัก[ 10 ]
ในช่วงกลางปี 1915 ชาวอังกฤษได้มอบหมายให้นักวิทยาศาสตร์และผู้ได้รับรางวัลโนเบล เซอร์ วิลเลียม ลอว์เรนซ์ แบรกก์รับผิดชอบปัญหานี้[ 11 ]แบรกก์เป็นเจ้าหน้าที่กองกำลังสำรองของกองทหารม้าหลวงแห่งกองทัพอังกฤษเมื่อแบรกก์เข้ามามีบทบาท การวัดระยะด้วยเสียงนั้นช้า ไม่น่าเชื่อถือ และไม่แม่นยำ งานแรกของเขาคือการตรวจสอบสิ่งที่มีอยู่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการพิจารณาความพยายามของฝรั่งเศส
ฝรั่งเศสได้พัฒนาเทคโนโลยีที่สำคัญอย่างหนึ่ง พวกเขาได้นำเครื่องวัดกระแสไฟฟ้าแบบสายมาดัดแปลงเพื่อบันทึกสัญญาณจากไมโครโฟนลงบนฟิล์มถ่ายภาพ งานนี้ทำโดยลูเซียง บูลล์และ ชาร์ลส์ นอร์ดมันน์ (นักดาราศาสตร์ประจำหอดูดาวปารีส ) การประมวลผลฟิล์มใช้เวลาไม่กี่นาที แต่ก็ไม่ใช่ข้อเสียที่สำคัญนัก เพราะกองปืนใหญ่ไม่ได้เคลื่อนที่บ่อยนัก อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์นี้ไม่สามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่องเนื่องจากการสิ้นเปลืองฟิล์ม นั่นหมายความว่าต้องเปิดใช้งานเมื่อปืนใหญ่ของฝ่ายศัตรูยิง ซึ่งจำเป็นต้องมีการติดตั้งจุดสังเกตการณ์ล่วงหน้า (AP) ไว้ด้านหน้าไมโครโฟน ซึ่งสามารถเปิดเครื่องบันทึกจากระยะไกลผ่านสายเคเบิลได้ จุดสังเกตการณ์ล่วงหน้าเหล่านี้เชื่อมต่อกับแผงควบคุมแสงวาบ ส่วนกลาง และอุปกรณ์นี้ช่วยให้ผู้สังเกตการณ์มั่นใจได้ว่าพวกเขากำลังสังเกตเห็นแสงวาบจากปากกระบอกปืนเดียวกัน เมื่อแน่ใจแล้ว พวกเขาก็สามารถเปิดเครื่องบันทึกได้
แบร็กยังพบว่าธรรมชาติของเสียงปืนยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างถ่องแท้ และจำเป็นต้องระมัดระวังในการแยกเสียงโซนิคบูมของกระสุนออกจากเสียงการยิงจริง ปัญหานี้ได้รับการแก้ไขในช่วงกลางปี 1916 เมื่อพลทหารวิลเลียมแซนซอม ทักเกอร์ หนึ่งในหน่วยของแบร็ก ซึ่งเคยทำงานในภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยลอนดอน ได้ประดิษฐ์ไมโครโฟนความถี่ต่ำขึ้นมา ไมโครโฟนนี้สามารถแยกเสียงความถี่ต่ำที่เกิดจากการยิงปืนออกจากเสียงโซนิคบูมของกระสุนได้ โดยใช้ลวดแพลทินัมที่ถูกทำให้ร้อนและเย็นลงด้วยคลื่นเสียงจากการยิงปืน
ต่อมาในปี พ.ศ. 2459 ทักเกอร์ได้จัดตั้งแผนกทดลองการวัดระยะเสียงในสหราชอาณาจักร และในปีต่อมาได้มีการพัฒนาเทคนิคเพื่อแก้ไขข้อมูลเสียงเพื่อชดเชยสภาพอากาศ นอกจากนี้ยังมีการวิจัยเรื่องอื่นๆ เช่น รูปแบบและการจัดวางตำแหน่งที่เหมาะสมที่สุดของ "ฐานวัดระยะเสียง" ซึ่งเป็นอาร์เรย์ของไมโครโฟน พบว่าฐานที่มีลักษณะโค้งตื้นและมีความยาวค่อนข้างสั้นนั้นดีที่สุด ด้วยการปรับปรุงเหล่านี้ ทำให้สามารถระบุตำแหน่งปืนใหญ่ของศัตรูได้อย่างแม่นยำภายในระยะ 25 ถึง 50 เมตรภายใต้สถานการณ์ปกติ[ 8 ]
โปรแกรมได้รับการพัฒนาอย่างดีในช่วงปลายสงครามโลกครั้งที่ 1 อันที่จริง วิธีการนี้ได้รับการขยายเพื่อกำหนดตำแหน่งปืน ขนาดลำกล้อง และเป้าหมายที่ต้องการยิง อังกฤษได้ติดตั้งหน่วยวัดระยะด้วยเสียงจำนวนมากในแนวรบด้านตะวันตก และหน่วยเหล่านี้ยังปฏิบัติการในอิตาลี บอลข่าน และปาเลสไตน์ เมื่อสหรัฐอเมริกาเข้าร่วมสงครามในปี 1917 พวกเขาก็ได้นำอุปกรณ์ของอังกฤษมาใช้[ 1 ]
ฝ่ายมหาอำนาจกลางใช้วิธีการฟังเสียงของเยอรมัน วิธีนี้ใช้สถานีฟังเสียงเตือนภัยล่วงหน้า (LP) และสถานีฟังเสียงหลักที่อยู่ตรงกลาง โดยมีสถานีฟังเสียงรองอีกสองแห่งอยู่ห่างออกไปทางด้านหลังเล็กน้อย 500–1000 เมตร เมื่อเสียงมาถึงสถานีฟังเสียงหลัก จะเริ่มจับเวลาด้วยนาฬิกาจับเวลา แปลงเวลาที่สถานีฟังเสียงรองเป็นระยะทาง (โดยใช้ความเร็วเสียง) และวาดวงกลม จากนั้นจึงวาดวงกลมอีกวงหนึ่งที่สัมผัสกับวงกลมทั้งสองวงนี้และสถานีฟังเสียงหลัก จุดศูนย์กลางของวงกลมนี้คือแหล่งกำเนิดเสียง มีการปรับแก้สำหรับเงื่อนไขที่ส่งผลต่อความเร็วเสียง อย่างไรก็ตาม ในช่วงปลายสงคราม เยอรมนีได้นำ "อุปกรณ์เชิงวัตถุ" มาใช้ ได้แก่ เครื่องวัดกระแสไฟฟ้าแบบทิศทาง ออสซิลโลกราฟ และเครื่องวัดแผ่นดินไหวแบบดัดแปลง โดยผลลัพธ์จะถูกถ่ายโอนลงบนกระดาษหรือฟิล์มถ่ายภาพโดยตรง[ 12 ]
ระหว่างสงครามโลกครั้งที่หนึ่งและครั้งที่สอง
การวิจัยของอังกฤษยังคงดำเนินต่อไปในช่วงระหว่างสงครามโลกครั้งที่หนึ่งและครั้งที่สอง เช่นเดียวกับในประเทศอื่นๆ ดูเหมือนว่าในอังกฤษ การวิจัยนี้ได้นำไปสู่การพัฒนาไมโครโฟนและอุปกรณ์บันทึกเสียงที่ดีขึ้น โดยใช้กระดาษไวต่อความร้อนแทนฟิล์มถ่ายภาพ นอกจากนี้ยังมีการพัฒนาการเชื่อมต่อทางวิทยุ แม้ว่าจะสามารถเชื่อมต่อไมโครโฟนกับอุปกรณ์บันทึกเสียงได้เท่านั้น แต่ก็ไม่ได้ทำให้ AP สามารถเปิดเครื่องบันทึกได้ นวัตกรรมอีกอย่างหนึ่งในช่วงปลายทศวรรษ 1930 คือการพัฒนาเครื่องเปรียบเทียบ ซึ่งเป็นคอมพิวเตอร์เชิงกลที่คำนวณสมการเชิงอนุพันธ์อันดับหนึ่ง เครื่องนี้ช่วยให้สามารถเปรียบเทียบพิกัดการตกของกระสุนที่ระบุโดยการวัดระยะด้วยเสียงกับพิกัดของเป้าหมายได้อย่างรวดเร็ว และด้วยเหตุนี้จึงสามารถหักลบค่าแก้ไขการตกของกระสุนได้
สงครามโลกครั้งที่สอง
ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง เทคโนโลยีการวัดระยะด้วยเสียงเป็นเทคโนโลยีที่พัฒนาแล้วและถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งโดยฝ่ายอังกฤษ (ในหน่วยสำรวจปืนใหญ่ระดับกองทัพ) และฝ่ายเยอรมัน (ในหน่วย Beobachtungsabteilungen) การพัฒนายังคงดำเนินต่อไปและมีการนำอุปกรณ์ที่ดีขึ้นมาใช้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการระบุตำแหน่งปืนครก ในช่วงปลายสงคราม ฝ่ายอังกฤษยังได้นำระบบมัลติเพล็กซ์ มา ใช้ ซึ่งทำให้ไมโครโฟนสามารถใช้สายเคเบิลภาคสนามร่วมกันไปยังอุปกรณ์บันทึกเสียงได้ ในปี 1944 พบว่าเรดาร์สามารถใช้ระบุตำแหน่งปืนครกได้ แต่ไม่สามารถใช้กับปืนใหญ่หรือจรวดได้ แม้ว่าเรดาร์จะสามารถ "มองเห็น" กระสุนได้ แต่ก็ไม่สามารถคำนวณวิถีโค้งวงรีของกระสุนได้
นาวิกโยธินสหรัฐฯ ได้รวมหน่วยวัดระยะด้วยเสียงไว้เป็นส่วนหนึ่งของกองพันป้องกันมาตรฐาน[ 13 ]หน่วยวัดระยะด้วยเสียงเหล่านี้ปฏิบัติงานในนาวิกโยธินทั้งก่อนและระหว่างสงครามโลกครั้งที่ 2 กองทัพบกสหรัฐฯ ก็ใช้เครื่องระบุตำแหน่งด้วยเสียงเช่นกัน[ 14 ]หน่วยวัดระยะด้วยเสียงของกองทัพบกสหรัฐฯ มีส่วนร่วมในเกือบทุกการรบที่กองทัพบกเข้าร่วมหลังจากเดือนพฤศจิกายน พ.ศ. 2485 เมื่อสิ้นสุดสงคราม มีกองพันสังเกการณ์ 25 กองพันที่มีกำลังพล 13,000 นาย[ 15 ]ในระหว่าง การรบ ที่โอกินาวากองทัพบกสหรัฐฯ ใช้ชุดวัดระยะด้วยเสียงเพื่อให้การยิงตอบโต้ปืนใหญ่มีประสิทธิภาพ[ 16 ]ฝ่ายญี่ปุ่นพยายามตอบโต้การยิงตอบโต้ปืนใหญ่ที่มีประสิทธิภาพนี้ด้วยยุทธวิธี " ยิงแล้วหนี " ซึ่งหมายถึงการยิงกระสุนจำนวนเล็กน้อยและออกจากตำแหน่งยิงก่อนที่การยิงตอบโต้ปืนใหญ่จะมาถึง แม้ว่าจะเป็นยุทธวิธีที่มีประสิทธิภาพในการต่อต้านการยิงตอบโต้ปืนใหญ่ แต่แนวทางนี้มีแนวโน้มที่จะลดประสิทธิภาพของการยิงปืนใหญ่ลง
ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง อังกฤษได้ใช้การวัดระยะด้วยเสียงอย่างกว้างขวาง มีบันทึกความทรงจำที่ยอดเยี่ยมหลายฉบับที่กล่าวถึงการใช้การวัดระยะด้วยเสียงเพื่อระบุตำแหน่งปืนใหญ่ ซึ่งมีให้ดูบนเว็บ รวมถึง "The 4th Durham Survey Regiment: Sounds like the Enemy" และ "Communications for Artillery Location" [ 17 ]บทความ "Communications for Artillery Location" อธิบายถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เกี่ยวข้องกับการปฏิบัติการเหล่านี้[ 18 ] บันทึกที่ครอบคลุมมากเกี่ยวกับหน่วยวัดระยะด้วยเสียงของอังกฤษ รวมถึงตำแหน่งของพวกเขา คือบันทึกของ Massimo Mangilli-Climpson ในปี 2007 [ 19 ]
สงครามเกาหลี
การวัดระยะเสียงของปืนใหญ่ทำในเกาหลีแต่ส่วนใหญ่ถูกแทนที่ด้วยเรดาร์ต่อต้านปืนครกและผู้สังเกตการณ์ปืนใหญ่จากเครื่องบิน เนื่องจากมาตรการต่อต้านเรดาร์มีจำกัดในเวลานั้น และสหประชาชาติมีอำนาจเหนือกว่าทางอากาศตลอดสงคราม วิธีการเหล่านี้จึงง่ายกว่าและแม่นยำกว่า[ 20 ]
เวียดนาม
งานต่อต้านปืนใหญ่ส่วนใหญ่ในเวียดนามเป็นการตรวจจับปืนใหญ่โดยใช้เรดาร์หรือเครื่องบิน ออสเตรเลียได้ส่งหน่วยวัดระยะเสียงไปประจำการในเวียดนามตั้งแต่ปี 1967 ถึง 1970 ซึ่งดำเนินการข้ามฐานทัพเพื่อให้การสังเกตการณ์รอบด้าน[ 21 ]
นอกจากนี้ ในช่วงเวลานั้น อังกฤษยังได้ติดตั้งแบตเตอรี่ "แครกเกอร์" เฉพาะกิจ ซึ่งใช้ระบบวัดระยะด้วยเสียงและเรดาร์ระบุตำแหน่งปืนครก ในเกาะบอร์เนียวและโอมาน
ในช่วงต้นทศวรรษ 1970 ได้มีการนำระบบเชื่อมต่อวิทยุ VHF ที่มีประสิทธิภาพมาใช้ ซึ่งทำให้ AP สามารถเปิดใช้งานอุปกรณ์บันทึกได้ หลังจากนั้นไม่นาน ความก้าวหน้าทางด้านอิเล็กทรอนิกส์ทำให้การคำนวณทิศทางและการคำนวณอื่นๆ ด้วยมือถูกแทนที่ด้วยเครื่องคิดเลขอิเล็กทรอนิกส์
ปัจจุบัน
แม้ว่าเรดาร์ตรวจจับตำแหน่งปืนที่มีประสิทธิภาพจะเข้ามาเสริมเรดาร์ตรวจจับปืนครกตั้งแต่ปลายทศวรรษ 1970 เป็นต้นมา แต่การวัดระยะด้วยเสียงกำลังกลับมาได้รับความนิยมอีกครั้ง เนื่องจากกองทัพบางแห่งยังคงใช้ระบบนี้อยู่แม้จะมีข้อเสียอยู่บ้างก็ตาม ดูเหมือนว่าบางกองทัพจะตระหนักถึงศักยภาพของระบบนี้ในการใช้งานเป็นสถานีตรวจวัดล่วงหน้าอัตโนมัติ (AP) สำหรับเรดาร์ด้วย
การวัดแบริ่ง
ชาวอังกฤษเป็นผู้นำในแนวทางใหม่ที่พัฒนาโดยRoke Manor Research Limitedซึ่งต่อมาคือPlesseyซึ่งได้พัฒนาการวัดระยะเสียงด้วยคลื่นวิทยุ VHF วิธีนี้แทนที่ฐานวัดระยะเสียงแบบดั้งเดิมแต่ละฐานด้วยคลัสเตอร์ไมโครโฟน แต่ละคลัสเตอร์ประกอบด้วยไมโครโฟนสามตัวที่อยู่ห่างกันไม่กี่เมตร เซ็นเซอร์ตรวจวัดสภาพอากาศ และการประมวลผล คลัสเตอร์ไร้คนควบคุมแต่ละคลัสเตอร์จะฟังเสียงอย่างต่อเนื่อง คำนวณทิศทางไปยังแหล่งกำเนิดเสียง และบันทึกคุณลักษณะอื่นๆ ข้อมูลเหล่านี้จะถูกส่งไปยังสถานีควบคุมโดยอัตโนมัติ ซึ่งจะทำการรวบรวมและคำนวณตำแหน่งของแหล่งกำเนิดเสียงโดยอัตโนมัติ จำเป็นต้องมีอาร์เรย์อย่างน้อยสองชุดเพื่อใช้งาน[ 22 ] [ 23 ]
ต้นแบบของระบบใหม่ HALO (Hostile Artillery Locating) ถูกนำมาใช้ในซาราเยโวในปี 1995 ระบบการผลิต ASP (Advanced Sound Ranging Project) เข้าประจำการในกองทัพอังกฤษราวปี 2001 มีรายงานว่าระบบนี้สามารถระบุตำแหน่งปืนใหญ่ของฝ่ายตรงข้ามได้ในระยะ 50 กิโลเมตรในอิรักในปี 2003 ปัจจุบันระบบที่ออกแบบโดยสหราชอาณาจักรนั้นผลิตโดยLeonardo SpA (และก่อนหน้านี้เคยใช้ ชื่อ BAEและSelex ) [ 22 ] [ 23 ]หลักการเดียวกันนี้เป็นพื้นฐานของระบบวัดระยะเสียงปืนใหญ่ RAZK [ 24 ]ซึ่งพัฒนาขึ้นอย่างอิสระในยูเครนจากระบบ AZK-7M/1B33M ของรัสเซีย[ 25 ]
เซ็นเซอร์ AMMS (Acoustic Multi Mission Sensor) ของสหรัฐอเมริกายังวัดทิศทางของแหล่งกำเนิดเสียงด้วย แต่ละหน่วย AMMS ประกอบด้วยหัววัดความเร็วอนุภาค 2 หัวและไมโครโฟน 1 ตัว หัววัดจะให้การวัดทิศทางแบบ 2 มิติ ในขณะที่ไมโครโฟนจะวัดเวลาที่มาถึง สเปกตรัมเสียง และความดัง เซ็นเซอร์เหล่านี้มีขนาดเล็ก จึงสามารถติดตั้งบนแพลตฟอร์มเคลื่อนที่ เช่น ยานพาหนะทางทหารได้ โดยปกติแล้ว ยานพาหนะเหล่านี้จะมีพื้นที่เพียงพอสำหรับติดตั้งชุดย่อยของ AMMS จำนวน 4 หน่วย ทำให้เกิดสถานีเซ็นเซอร์ที่เรียกว่า CASTLE ดังนั้น สถานีเซ็นเซอร์แต่ละแห่งจึงมีเซ็นเซอร์เสียงอย่างน้อย 12 ตัว พร้อมการกระจายตัวในพื้นที่ที่เหมาะสม CASTLE เหล่านี้สามารถเชื่อมต่อเครือข่ายได้โดยใช้ คลื่นวิทยุ MANETเซ็นเซอร์เวกเตอร์เสียง (AVS) จากบริษัทเดียวกัน (Microflown) มีหลักการทำงานคล้ายกัน เพียงแต่มีหัววัดความเร็วอนุภาค 3 หัวสำหรับการวัดทิศทางแบบ 3 มิติ[ 26 ]นอกจากนี้ AMMS ยังได้รับการทดสอบสำหรับการระบุตำแหน่งการใช้ดอกไม้ไฟอย่างผิดกฎหมายด้วย[ 27 ]
การประมวลผลสัญญาณ
ในแง่ของการประมวลผลสัญญาณ การวัดระยะทางด้วยเสียงกำลังเปลี่ยนไปจากการประมวลผลสัญญาณเสียงระเบิดจากปากกระบอกปืน เนื่องจากแนวโน้มหลายประการ แนวโน้มหนึ่งคือปืนใหญ่ที่มีระยะยิงไกลขึ้น เสียงระเบิดจากปากกระบอกปืนอาจลดทอนลงจนถึงระดับที่ไม่สามารถตรวจจับได้ที่สถานีตรวจวัด แต่ถึงแม้จะเป็นเช่นนั้น ความเร็วของเสียงก็ช้า และปืนใหญ่สมัยใหม่มักเคลื่อนที่ต่อไปหลังจากยิง (ยิงแล้วหนี) การระบุตำแหน่งอาจสายเกินไป อีกแนวโน้มหนึ่งคือการแพร่หลายมากขึ้นของจรวด ซึ่งมีระยะการขับเคลื่อนด้วยตนเอง จึงแทบไม่ก่อให้เกิดเสียงระเบิดจากปากกระบอกปืน
สัญญาณที่สำคัญกว่าคือคลื่นกระแทกสามมิติที่เกิดจากปลอกกระสุนหรือกระสุนปืนตราบใดที่มันเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเหนือเสียง เมื่อเปรียบเทียบกับเสียงระเบิดจากปากกระบอกปืน สัญญาณคลื่นกระแทกสามมิติจะมีระดับเสียงเริ่มต้นที่สูงกว่า ลดทอนลงเพียงสองทิศทาง และโดยปกติจะมาจากท้องฟ้าเมื่อมาถึงจุดตรวจจับ ยิ่งไปกว่านั้น เวลา ในการตรวจจับเป้าหมายจะไม่ขึ้นอยู่กับความเร็วของเสียงอีกต่อไป แต่ขึ้นอยู่กับความเร็วของกระสุน ซึ่งในทางปฏิบัติแล้วจะลดลงประมาณ 50%
แนวคิดการใช้งาน
แนวคิดการปฏิบัติงานควรอยู่บนพื้นฐานของการติดตั้งสถานีตรวจวัดบนยานพาหนะในกองทัพที่ปฏิบัติการอยู่ในสมรภูมิรบ ในด้านหนึ่ง แนวคิดนี้ทำให้มีต้นทุนต่ำมาก เนื่องจากไม่มีค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานสำหรับภารกิจเฉพาะ เช่นเดียวกับหน่วยตรวจวัดเสียงในอดีต ในอีกด้านหนึ่ง สถานีตรวจวัดแต่ละแห่งจะให้ข้อมูลการรับรู้ระยะใกล้แก่ยานพาหนะทุกคันที่ติดตั้งสถานีตรวจวัดนั้น
ดูเพิ่มเติม
ลิงก์ภายนอก
- ตำแหน่งอะคูสติกและกระจกสะท้อนเสียง
- LA6NCA – ภาพถ่ายอุปกรณ์ตรวจจับเสียงของเยอรมันในสงครามโลกครั้งที่ 2 – 3 ภาพ
- นิตยสารวิทยาศาสตร์ยอดนิยมฉบับเดือนมกราคม 1942 ไมโครโฟนความไวสูงตรวจจับปืนที่ซ่อนอยู่
- ภาพถ่าย การตรวจ จับเสียงและการตรวจจับแสงแฟลช
สรุปเนื้อหา
ข้อมูลสำคัญจากบทความ
ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ การวัดระยะเสียงปืนใหญ่
ใน การรบ ภาคพื้น ดิน การวัดระยะด้วยเสียงปืนใหญ่ เป็นวิธีการกำหนดพิกัดของ ปืนใหญ่ ฝ่าย ตรงข้ามโดยใช้ข้อมูลที่ได้จากเสียงการยิงของปืนใหญ่ (หรือปืนครกหรือจรวด) ซึ่งเรียกว่า...
การตั้งค่าอุปกรณ์พื้นฐาน
วิธีการทางวิทยาศาสตร์ในการวัดระยะเสียงต้องใช้อุปกรณ์ดังต่อไปนี้
ตัวอย่าง
รูปที่ 2 แสดงตัวอย่างปัญหาการระบุตำแหน่งปืนใหญ่ สมมติว่าเราวางไมโครโฟนสามตัวโดยมีตำแหน่งสัมพัทธ์ดังต่อไปนี้ (การวัดทั้งหมดทำโดยอ้างอิงจากไมโครโฟนตัวที่ 3)
ข้อดีและข้อเสีย
การวัดระยะทางด้วยเสียงมีข้อดีหลายประการเมื่อเทียบกับวิธีการอื่นๆ: