En la guerra terrestre , la medición 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, lo que se denomina adquisición de objetivos.
Los mismos métodos también pueden utilizarse para dirigir el fuego de artillería a una posición con coordenadas conocidas, lo que se denomina control de fuego.
La localización por sonido es una aplicación de la localización por sonido (o acústica) , que consiste en identificar la fuente de los sonidos que pueden tener su origen en el aire, en el suelo o en la superficie del agua o debajo de ella. La localización por sonido fue uno de los tres métodos de localización de artillería hostil que se desarrollaron rápidamente durante la Primera Guerra Mundial . Los otros eran el reconocimiento aéreo (visual y fotográfico) y la localización por flash .
Los métodos de sonorización se basaban en el uso de métodos auditivos y de cronómetro, que surgieron antes de la Primera Guerra Mundial. Los métodos de cronómetro implicaban detectar un disparo, medir la dirección del mismo y el tiempo que tardaba en llegar el sonido. Los métodos auditivos implicaban normalmente que una persona escuchara un par de micrófonos a unos pocos kilómetros de distancia y midiera el tiempo que transcurría entre la llegada del sonido a los micrófonos. Este método parece haber sido utilizado por los alemanes durante la guerra, pero los aliados occidentales lo descartaron rápidamente por ineficaz y desarrollaron métodos científicos de sonorización cuyos descendientes todavía se utilizan.
La base de la medición científica del sonido es el uso de un poste sensor, que consta de al menos un par de micrófonos, para producir una orientación hacia la fuente del sonido. Cuando se utilizan varios postes sensores, la intersección de estos puntos de orientación proporciona la ubicación de la batería. Los puntos de orientación se derivan de las diferencias en el tiempo de llegada a los micrófonos ubicados en cada uno de estos postes sensores.
Normalmente, los postes sensores tienen tres micrófonos colocados en forma triangular, con un tamaño típico de alrededor de 10 metros, una distancia necesaria para obtener una relación señal/ruido óptima en el rango de frecuencia más bajo.
Desde 2018, se está desarrollando un nuevo enfoque, utilizando los llamados sensores acústicos multimisión, que contienen micrófonos y sensores de velocidad de partículas.
Como los sensores de velocidad de partículas tienen una direccionalidad de banda ancha, también para frecuencias más bajas, el gran poste del sensor (basado en tierra) se puede reducir al tamaño de un "grano de arena".
Un método científico de sistema de medición de sonido requiere el siguiente equipo.
El método básico consiste en utilizar micrófonos en pares y medir la diferencia de tiempo de llegada de una onda sonora a cada micrófono del par (los micrófonos internos son miembros de dos pares). A partir de esto, se puede determinar la orientación hacia el origen del sonido desde el punto intermedio entre los dos micrófonos. La intersección de al menos tres orientaciones será la ubicación de la fuente de sonido.
La figura 1 ilustra el sistema básico.
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 únicamente el sonido del disparo. Hay tres tipos de sonidos que pueden captarse con el micrófono.
Durante la Primera Guerra Mundial se descubrió que los disparos de armas producen un sonido retumbante bajo que se capta mejor con un micrófono sensible a las frecuencias bajas y que rechaza las frecuencias altas. [1]
La figura 2 muestra un ejemplo de un problema de ubicación de artillería. Supongamos que colocamos tres micrófonos con las siguientes posiciones relativas (todas las mediciones se realizaron en relación con el micrófono 3).
Estos valores se establecerían durante un estudio inicial de la disposición del micrófono.
Figura 2: Ejemplo de un problema de ubicación de artillería.
Supongamos que se miden dos retrasos de tiempo (supongamos que la velocidad del sonido es de 330 metros por segundo).
Existen varias formas de determinar la distancia a la pieza de artillería. Una de ellas es aplicar la ley de los cosenos dos veces. [2]
Se trata de un sistema de dos ecuaciones con dos incógnitas ( , ). Este sistema de ecuaciones, aunque no es lineal, se puede resolver mediante métodos numéricos para obtener una solución para r 1 de 1621 metros. Si bien este enfoque se podría utilizar hoy en día con ordenadores, habría sido un problema en la Primera y la Segunda Guerra Mundial. Durante estos conflictos, las soluciones se desarrollaron utilizando uno de los siguientes métodos.
La medición del sonido tiene una serie de ventajas sobre otros métodos:
La medición del sonido también tiene una serie de desventajas:
Las fuerzas militares han encontrado diversas formas de mitigar estos problemas, pero aun así crean trabajo adicional y reducen la precisión del método y la velocidad de su implementación.
La Primera Guerra Mundial fue testigo del nacimiento de la medición científica del sonido, que reunía los sensores, la tecnología de medición y las capacidades de análisis necesarios para realizar mediciones efectivas del sonido. Como ocurre con muchos conceptos tecnológicos, la idea de utilizar el sonido para localizar piezas de artillería enemigas surgió en varias personas al mismo tiempo.
La Primera Guerra Mundial proporcionó el entorno ideal para el desarrollo de la medición del sonido porque:
Aunque los británicos no fueron los primeros en intentar medir la distancia sonora de la artillería, fueron los británicos durante la Primera Guerra Mundial quienes realmente pusieron en práctica el primer sistema operativo efectivo. La medición sonora británica durante esa guerra comenzó con equipos que utilizaban tanto la detección de sonido como de destellos. Los operadores de medición sonora utilizaban equipos que aumentaban la audición humana. Utilizando el destello del cañón, el equipo de destellos determinaba el rumbo del cañón utilizando un teodolito o un tránsito . El equipo de detección de sonido determinaba la diferencia de tiempo entre el destello del cañón y el sonido del cañón, que se utilizaba para determinar el alcance del cañón. Esto proporcionaba los datos de alcance y rumbo necesarios para el fuego de contrabatería. Estos métodos no tuvieron mucho éxito. [10]
A mediados de 1915, los británicos asignaron al científico y premio Nobel Sir William Lawrence Bragg la tarea de resolver este problema. [11] Bragg era un oficial territorial de la Artillería Montada Real del Ejército británico. Cuando Bragg entró en escena, la medición del sonido era lenta, poco fiable e imprecisa. Su primera tarea fue investigar lo que había disponible, en particular, analizando los esfuerzos franceses.
Los franceses habían hecho un avance importante. Habían tomado el galvanómetro de cuerda y lo habían adaptado para registrar señales de micrófonos en película fotográfica. Este trabajo había sido realizado por Lucien Bull y Charles Nordmann (un astrónomo del observatorio de París). El revelado de la película llevaba algunos minutos, pero esto no era un inconveniente significativo porque las baterías de artillería no se movían con mucha frecuencia. Sin embargo, el aparato no podía funcionar de forma continua debido al gasto de película. Esto significaba que tenía que encenderse cuando disparaban los cañones enemigos, lo que requería el despliegue de puestos avanzados (AP) delante de los micrófonos que podían encender el aparato de grabación de forma remota a través de un cable de campo. Estos puestos avanzados estaban conectados a un tablero de destellos ubicado centralmente , y este dispositivo permitía a los observadores estar seguros de que todos estaban observando el mismo destello de boca de cañón. Una vez que esto se había establecido, podían encender el aparato de grabación.
Bragg también descubrió que no se entendía bien la naturaleza de los sonidos de los cañones y que era necesario tener cuidado para separar el estampido 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. Este separaba el sonido de baja frecuencia producido por el disparo del cañón del estampido sónico del proyectil. Utilizaba un alambre de platino calentado que se enfriaba con la onda sonora del disparo de un cañón.
Más tarde, en 1916, Tucker formó una sección experimental de medición de sonido en el Reino Unido y al año siguiente se desarrollaron técnicas para corregir los datos de sonido a fin de compensar las condiciones meteorológicas. Se investigaron otros temas, incluida la disposición y el posicionamiento óptimos de una "base de medición de sonido": el conjunto de micrófonos. Se descubrió que una base de curva poco profunda y longitud relativamente corta era la mejor. Con estas mejoras, la artillería enemiga podía localizarse con una precisión de entre 25 y 50 metros en circunstancias normales. [8]
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 medición de distancias sonoras en el frente occidental y también operaron secciones en Italia, los Balcanes y Palestina. Cuando Estados Unidos entró en la guerra en 1917, adoptó el equipo británico. [1]
Las potencias centrales utilizaron el método auditivo alemán, que consistía en un puesto de escucha de alerta temprana (LP) y un LP principal en el centro con dos LP secundarios a 500-1000 metros ligeramente hacia atrás a cada lado. Se activaban los cronómetros cuando el sonido alcanzaba el LP principal, los tiempos del LP secundario se convertían en 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 afectaban a la velocidad del sonido. Sin embargo, a finales de la guerra, Alemania introdujo "dispositivos objetivos": galvanómetros direccionales, oscilógrafos y sismógrafos modificados, con resultados transferidos directamente al papel o película fotográfica. [12]
La investigación británica continuó entre las dos guerras, como en otras naciones. Parece que en Gran Bretaña esto condujo a mejores micrófonos y aparatos de grabación que utilizaban papel termosensible en lugar de película fotográfica. También se desarrolló el enlace de radio, aunque este solo podía conectar los micrófonos al aparato de grabación, no permitía a los AP encender la grabadora. Otra innovación a finales 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 proyectil localizada por el sonido con las coordenadas del objetivo y, por lo tanto, deducir una corrección a la caída del proyectil.
Durante la Segunda Guerra Mundial, la medición de la distancia por sonido era una tecnología madura y ampliamente utilizada, en particular por los británicos (en los regimientos de reconocimiento de artillería a nivel de cuerpo) y los alemanes (en Beobachtungsabteilungen). El desarrollo continuó y se introdujeron mejores equipos, en particular para localizar 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 podía usarse para localizar morteros, pero no cañones ni cohetes. Aunque el radar debería "ver" los proyectiles, sus trayectorias elípticas no podían resolverse.
Los marines estadounidenses incluyeron unidades de medición de distancia por sonido como parte estándar de sus batallones de defensa. [13] Estas unidades de medición de distancia por sonido estuvieron activas en los marines tanto antes como durante la Segunda Guerra Mundial. El ejército estadounidense también utilizó localizadores de sonido. [14] Las unidades de medición de distancia por sonido del ejército estadounidense 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. [15] Durante la campaña de Okinawa , el ejército estadounidense utilizó sus equipos de medición de distancia por sonido para proporcionar un fuego de contrabatería eficaz. [16] Los japoneses intentaron contrarrestar este fuego de contrabatería eficaz con la táctica de " disparar y escabullirse ", que significa disparar una pequeña cantidad de rondas y abandonar la posición de disparo antes de que pudiera llegar 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 uso extensivo de la telemetría por sonido. Hay varias memorias excelentes que abordan su uso de la telemetría por sonido para la localización de artillería disponibles en la web, incluyendo "The 4th Durham Survey Regiment: Sounds like the Enemy" y "Communications for Artillery Location". [17] Un artículo de "Communications for Artillery Location" describe el equipo electrónico involucrado en estas operaciones. [18] Un relato muy completo de las unidades británicas de telemetría por sonido, incluidas sus posiciones, es el relato de 2007 de Massimo Mangilli-Climpson. [19]
En Corea se utilizaba el método de medición de la distancia sonora de la artillería , pero fue reemplazado principalmente por el radar antimortero y los observadores de artillería desde aeronaves. Como las contramedidas antirradar eran limitadas en ese momento y la ONU tenía superioridad aérea durante toda la guerra, estos métodos eran más simples y precisos. [20]
La mayor parte del trabajo de contrabatería en Vietnam se basaba en la detección de artillería mediante radar o aeronaves. Australia desplegó un destacamento de medición de distancias acústicas entre 1967 y 1970 en Vietnam, que operaba en una base transversal para proporcionar observación en todas direcciones. [21]
Además, durante este período, los británicos desplegaron baterías ad hoc "Cracker", con radares de localización de sonido y mortero, en Borneo y Omán.
A principios de los años 70 se introdujo un eficaz enlace de radio VHF que permitía a los AP encender el aparato de grabación. Poco después, los avances en electrónica hicieron que el trazado manual de rumbos y otros cálculos fueran reemplazados por calculadoras electrónicas. [ cita requerida ]
Aunque a partir de finales de los años 70 los radares de localización de cañones finalmente complementaron a los radares antimortero, la medición de distancias por sonido está experimentando un renacimiento, porque algunos ejércitos la han conservado a pesar de sus inconvenientes. Parece que algunos también reconocieron su potencial para funcionar como un puesto avanzado automático para los radares.
Los británicos fueron los primeros en adoptar un nuevo enfoque, desarrollado por Roke Manor Research Limited , entonces Plessey, que había desarrollado un sistema de localización por radio de VHF. Este sistema sustituyó la base tradicional de localización por radio por una serie de grupos de micrófonos. Cada uno de ellos estaba formado por tres micrófonos separados unos metros, un sensor meteorológico y un sistema de procesamiento. Cada grupo no tripulado escuchaba continuamente el sonido, calculaba la dirección de la fuente y registraba otras características. Estas características se enviaban automáticamente a un puesto de control donde se recopilaban automáticamente y se calculaba la ubicación de la fuente de sonido. Los prototipos del nuevo sistema, HALO (Hostile Artillery LOcating) se utilizaron en Sarajevo en 1995. El sistema de producción, ASP (Advanced Sound Ranging Project), entró en servicio británico alrededor de 2001. Según se informa, localizó artillería hostil a 50 km de distancia en Irak en 2003. Los sistemas diseñados en el Reino Unido ahora son fabricados por Leonardo SpA (y también anteriormente bajo los nombres de BAE y Selex ) [22]. A principios de siglo, varios otros ejércitos lo estaban adoptando, incluidos los Marines de los Estados Unidos. También se ha desarrollado un sistema similar para Alemania. [23] El mismo principio sustenta el complejo de medición de sonido de artillería RAZK, [24] desarrollado independientemente en Ucrania a partir del sistema ruso AZK-7M/1B33M. [25]
La tecnología ha avanzado tanto en el hardware como en el procesamiento de señales y en el concepto de operaciones. Como se menciona en la breve descripción al principio de esta página, los sensores acústicos multimisión encontraron su camino. [26] Consisten en dos sensores de velocidad de partículas y un micrófono. Tienen un tamaño reducido y, por lo tanto, se pueden instalar en plataformas móviles como vehículos militares. Por lo general, estos vehículos tienen suficiente espacio para albergar un subconjunto cableado de cuatro sensores acústicos multimisión, creando un puesto de sensores denominado CASTLE. Por lo tanto, el puesto de sensores tiene al menos 12 transductores acústicos con una distribución espacial relevante. Estos CASTLE se pueden conectar en red mediante radios MANET .
En cuanto al procesamiento de señales, la medición de distancias por sonido está dejando de lado el procesamiento de señales de ruido de detonación de cañón debido a varias tendencias. Una tendencia es la artillería de mayor alcance. El ruido de la detonación de cañón puede atenuarse hasta un nivel que ya no es detectable en el puesto del sensor, pero incluso si lo hace, la velocidad del sonido es lenta y la artillería moderna sigue adelante después de disparar (dispara y corre), por lo que obtener una localización podría ser simplemente demasiado tarde. Otra tendencia es la mayor prevalencia de cohetes que, al tener una fase autopropulsada, apenas generan ruido de detonación de cañón.
La señal más relevante es la onda de choque tridimensional que genera el proyectil mientras viaja a velocidad supersónica. En comparación con el ruido de la explosión, la señal de la onda de choque tridimensional tiene un nivel de sonido inicial más alto, se atenúa solo en dos direcciones y, por lo general, proviene del cielo cuando llega al puesto del sensor. Además, el tiempo de adquisición del objetivo ya no depende de la velocidad del sonido, sino de la velocidad del proyectil: en la práctica, se reduce aproximadamente un 50%.
El concepto de funcionamiento debería basarse en el despliegue de los puestos de sensores en los vehículos de la flota que estén presentes en el espacio de batalla. Por un lado, esto hace que el concepto sea muy asequible, ya que no hay costes operativos para una tarea específica como la que solía tener un regimiento de medición de distancias sonoras. Por otro lado, cada puesto de sensores proporciona conocimiento de proximidad a cada uno de los vehículos que alberga el puesto de sensores.
