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 armas (o morteros o cohetes) disparando, lo que se denomina adquisición de objetivos.
Los mismos métodos también se pueden utilizar para dirigir el fuego de artillería hacia una posición con coordenadas conocidas, lo que se denomina control de fuego.
La medición del sonido es una aplicación de la localización sonora (o acústica) , que es la identificación 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 de localización de artillería hostil que se desarrollaron rápidamente en la Primera Guerra Mundial . Los otros eran reconocimiento aéreo (visual y fotográfico) y observación con flash .
Un guardabosques de sonido utilizaba métodos auditivos y de cronómetro que surgieron por primera vez antes de la Primera Guerra Mundial. Los métodos de cronómetro implicaban detectar un disparo de arma, medir el rumbo y el tiempo que tardaba en llegar el sonido. Los métodos auditivos normalmente implicaban que una persona escuchara un par de micrófonos a unos pocos kilómetros de distancia y midiera el tiempo entre el sonido que llegaba a los micrófonos. Este método parece haber sido utilizado por los alemanes durante toda esa guerra, pero fue rápidamente descartado por ineficaz por los aliados occidentales, que desarrollaron métodos científicos de medición del sonido cuyos descendientes todavía se utilizan.
La base de la medición científica del sonido es utilizar 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 de sensores, la intersección de estos cojinetes proporciona la ubicación de la batería. Los rumbos se derivan de las diferencias en el tiempo de llegada a los micrófonos ubicados en cada uno de estos postes sensores.
Normalmente, los postes de los sensores tienen tres micrófonos colocados en forma triangular, de un tamaño típico de unos 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 poste sensor grande (terrestre) se puede reducir al tamaño de un "topo".
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 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 aquí se puede encontrar la orientación hacia el origen del sonido desde el punto medio entre los dos micrófonos. La intersección de al menos tres rumbos 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 artillería y no son una característica del enfoque general.
Los micrófonos también pueden estar diseñados para captar únicamente el sonido del disparo del arma. Hay tres tipos de sonidos que el micrófono puede captar.
Durante la Primera Guerra Mundial se descubrió que el disparo de un arma produce un sonido sordo y grave que se capta mejor con un micrófono que sea sensible a las bajas frecuencias y rechace las 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 realizan 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 retardos de tiempo (supongamos que la velocidad del sonido es de 330 metros por segundo).
Hay varias formas de determinar el alcance de la pieza de artillería. Una forma es aplicar la ley de los cosenos dos veces. [2]
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 sería utilizable 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.
La medición del sonido tiene una serie de ventajas sobre otros métodos:
El rango de sonido también tiene una serie de desventajas:
Las fuerzas militares han encontrado varias formas de mitigar estos problemas, pero aun así crean trabajo adicional y reducen la precisión del método y la velocidad de su despliegue.
La Primera Guerra Mundial vio el nacimiento de la medición científica del sonido. Reunió los sensores, la tecnología de medición y las capacidades de análisis necesarios para realizar un alcance de sonido efectivo. Como muchos conceptos tecnológicos, la idea de utilizar el sonido para localizar piezas de artillería enemigas se les ocurrió a varias personas aproximadamente al mismo tiempo.
La Primera Guerra Mundial proporcionó el entorno ideal para el desarrollo del rango de sonido porque:
Si bien los británicos no fueron los primeros en intentar el alcance sonoro de la artillería, fueron los británicos durante la Primera Guerra Mundial quienes de hecho desplegaron el primer sistema operativo eficaz. El sonido británico durante esa guerra comenzó con equipos que utilizaban tanto detección de sonido como de destello. Los operadores de sonido utilizaron equipos que aumentaban la audición humana. Usando el flash del arma, el equipo del flash determinaría el rumbo del arma usando un teodolito o tránsito . El equipo de detección de sonido determinaría la diferencia de tiempo entre el destello del arma y el sonido del arma, que se usaba para determinar el alcance del arma. Esto proporcionó los datos de alcance y demora necesarios para contrarrestar el fuego de la batería. Estos métodos no tuvieron mucho éxito. [10]
A mediados de 1915, los británicos encargaron el problema al científico australiano y premio Nobel Sir William Lawrence Bragg . [11] Bragg era un oficial territorial de la Artillería Real a Caballo en el ejército británico. Cuando Bragg entró en escena, el alcance del sonido era lento, poco fiable e inexacto. Su primera tarea fue investigar lo que estaba disponible, en particular observando los esfuerzos franceses.
Los franceses habían logrado un avance importante. Tomaron el galvanómetro de cuerda y lo adaptaron para registrar señales de micrófonos en películas fotográficas. Este trabajo fue 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 pudo funcionar continuamente 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 mediante un cable de campo. Estas publicaciones avanzadas se conectaron nuevamente a un tablero de destellos ubicado 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, pudieron encender el aparato de grabación.
Bragg también descubrió que no se entendía bien la naturaleza de los sonidos de las armas y que era necesario tener cuidado para separar el estallido 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 del arma del estallido sónico del proyectil. Utilizaba un alambre de platino calentado que se enfriaba con la onda sonora del disparo de un arma.
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 para compensar las condiciones meteorológicas. Se investigaron otros asuntos, incluido el diseño y la ubicación óptimos de una "base de alcance del sonido": el conjunto de micrófonos. Se descubrió que lo mejor era una curva poco profunda y una base de longitud relativamente corta. Con estas mejoras, la artillería enemiga podría localizarse con precisión 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 sonido en el frente occidental y también operaron secciones en Italia, los Balcanes y Palestina. Cuando Estados Unidos entró en la guerra en 1917, adoptaron el equipo británico. [1]
Las potencias centrales utilizaron el método auditivo alemán. Este utilizó 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. Los cronómetros se encendieron cuando el sonido alcanzó el LP principal, los tiempos del LP secundario se convirtieron a una distancia (a través de la velocidad del sonido) y se trazaron círculos, luego se derivó otro círculo que tocaba estos dos círculos y el LP principal, el centro de este círculo fue 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, cuyos resultados se transfirieron directamente al papel o a la película fotográfica. [12]
La investigación británica continuó entre guerras como lo hizo en otras naciones. Parece que en Gran Bretaña esto condujo a mejores micrófonos y aparatos de grabación que utilizan papel sensible al calor en lugar de película fotográfica. También se desarrolló el enlace de radio, que aunque solo podía conectar los micrófonos al aparato de grabación, no permitía que los AP encendieran 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 para comparar las coordenadas de la caída del proyectil localizadas por el sonido con las coordenadas del objetivo y, por lo tanto, deducir una corrección de la caída del proyectil.
Durante la Segunda Guerra Mundial, el alcance del sonido era una tecnología madura y ampliamente utilizada, particularmente por los británicos (en regimientos de reconocimiento de artillería a nivel de cuerpo) y los alemanes (en Beobachtungsabteilungen). El desarrollo continuó y se introdujeron mejores equipos, particularmente para localizar morteros. Al final de la guerra, los británicos también introdujeron la multiplexación , que permitía a los micrófonos compartir un cable de campo común con el aparato de grabación. En 1944 se descubrió que el radar podía utilizarse para localizar morteros, pero no cañones ni cohetes. Aunque el radar debería "ver" los proyectiles, sus trayectorias elípticas no pudieron resolverse.
Los marines estadounidenses incluían unidades de alcance de sonido como parte estándar de sus batallones de defensa. [13] Estas unidades de alcance de sonido estuvieron activas en la Infantería de Marina tanto antes como durante la Segunda Guerra Mundial. El ejército estadounidense también utilizó localizadores de sonido. [14] Las unidades de alcance de 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 de los EE. UU. utilizó sus equipos de alcance de sonido para proporcionar fuego de contrabatería eficaz. [16] Los japoneses intentaron contrarrestar este eficaz fuego de contrabatería con la táctica de " disparar y deslizarse ", lo que significa disparar un pequeño número de disparos 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 medición del sonido. Hay una serie de memorias excelentes que abordan el uso del rango de sonido para la detección de artillería disponibles en la web, incluidas "The 4th Durham Survey Regiment: Sounds like the Enemy" y "Communications for Artillery Location". [17] Un artículo "Comunicaciones para la ubicación de artillería" describe los equipos electrónicos involucrados en estas operaciones. [18] Un relato muy completo de las unidades de alcance de sonido británicas, incluidas sus posiciones, es el relato de 2007 de Massimo Mangilli-Climpson. [19]
El sonido de la artillería se realizó en Corea , pero fue reemplazado principalmente por radares de contramortero y observadores de artillería desde aviones. Dado que las contramedidas antirradar eran limitadas en ese momento y la ONU tuvo superioridad aérea durante toda la guerra, estos enfoques fueron más simples y precisos. [20]
La mayor parte del trabajo de contrabatería en Vietnam se realizó con detección de artillería mediante radar o aviones. Australia desplegó un destacamento de alcance de sonido de 1967 a 1970 en Vietnam, que operaba una base transversal para proporcionar observación panorámica. [21]
Además, durante este período, los británicos desplegaron baterías "Cracker" ad hoc, con radares de localización de mortero y sonido, en Borneo y Omán.
A principios de la década de 1970 se introdujo un enlace de radio VHF eficaz que permitía a los AP encender el aparato de grabación. Poco después, los avances en la electrónica significaron que el trazado manual de rumbos y algunos otros cálculos fueron reemplazados por calculadoras electrónicas. [ cita necesaria ]
Aunque los radares eficaces de localización de armas finalmente complementaron los radares de contramortero a partir de finales de los años 1970, el alcance del 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 (AP) automático para los radares.
Los británicos abrieron el camino en un nuevo enfoque, desarrollado por Roke Manor Research Limited , luego Plessey, que había desarrollado el alcance del sonido por radioenlace VHF. Esto reemplazó la base tradicional de alcance de sonido con una variedad de grupos de micrófonos. Cada uno constaba de tres micrófonos situados a pocos metros de distancia, un sensor meteorológico y un procesador. Cada grupo no tripulado escuchó continuamente el sonido, calculó la orientación hacia la fuente y registró otras características. Estos se enviaron automáticamente a un puesto de control donde se cotejaron automáticamente y se calculó 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 aproximadamente en 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 BAE y Selex ) [22] Ahora está siendo adoptado por varios otros ejércitos, incluidos los Marines de los Estados Unidos. También se ha desarrollado un sistema similar. para Alemania. [23] El mismo principio sustenta el complejo de alcance de sonido de artillería RAZK, [24] desarrollado independientemente en Ucrania a partir del sistema ruso AZK-7M/1B33M. [25]
Desde 2018
La tecnología ha progresado tanto en el lado del 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. Ocupan poco espacio y, por lo tanto, pueden instalarse 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 poste de sensor denominado CASTLE. Por tanto, el poste sensor 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, el alcance del sonido se está alejando del procesamiento de señales de ruido de explosión debido a varias tendencias. Una tendencia es la artillería de mayor alcance. El ruido de la explosión del cañón puede atenuarse hasta un nivel que ya no es detectable en el poste del sensor, pero incluso si lo hiciera, la velocidad del sonido es lenta y la artillería moderna avanza después de disparar (disparar y deslizarse), obtener una localización podría ser simplemente demasiado tarde. Otra tendencia es la creciente prevalencia de cohetes que, al tener una fase autopropulsada, apenas generan ruido de boca.
La señal más relevante es la onda de choque 3D que genera el proyectil mientras viaja a velocidad supersónica. En comparación con el ruido de la explosión del cañón, la señal de la onda de choque 3D tiene un nivel de sonido inicial más alto, se atenúa sólo en dos direcciones y generalmente 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 de la bala (en la práctica, una reducción de aproximadamente el 50%).
El concepto de operación 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 dedicada como solía tener un regimiento de alcance sólido. Por otro lado, cada puesto de sensor proporciona conciencia de proximidad a cada uno de los vehículos que alojan el puesto de sensor.
