戰場迷霧中的聲學感測器透過測量空氣流動來精確定位槍聲

美國和其他國家的軍隊正在考慮使用無人機搭載的探測器來協助偵察戰鬥中敵方火力來源


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最初設計用於提醒單引擎飛機飛行員附近飛機位置的感測器,現在卻在軍事領域發揮著作用,可以定位遠達 40 公里之外的隱形戰鬥威脅。

這項基本技術——單根熱線風速計——已經存在了幾十年,用於測量空氣(或流體)流動散發的熱量。荷蘭聲學公司Microflown Technologies, BV 的一項新技術使用兩根更小的加熱絲來測量受聲波影響的單個空氣粒子。這些裝置大約有火柴桿大小,被稱為聲學向量感測器。它們被動地收集有關聲音來源的資訊——包括其位置、發出聲音的東西以及它的任何運動(如果有)。拾取的聲音可能來自榴彈炮、直升機、狙擊手射擊甚至對話。

這些感測器的尺寸小且相對簡單,這使得包括美國、印度、新加坡和荷蘭在內的世界各地的軍隊都在測試或部署它們。“我第一次在 2011 年看到這個系統時,我震驚了,”荷蘭皇家陸軍的哈羅德·雅各布斯上校說。“我對它的簡單性、驚人的準確性、尺寸和所有可能性感到非常驚訝,”他說。

Microflown 表示,它們可以安裝在無人機、直升機和其他飛機上,也可以安裝在車輛、建築物甚至士兵的肩章上。在無人機上,感測器將增強雅各布斯所稱的機載“失聰的相機”。當聲學向量感測器檢測到空氣中的擾動時,它可以向相機發出訊號,使其快速旋轉並捕獲附近剛發射一輪迫擊炮的迫擊炮小組的影像。在這種情況下,由聲學向量感測器檢測到的初始迫擊炮彈可用於收集足夠的資料,以便在敵人重新定位甚至重新裝填之前準確地引導還擊火力。

該感測器的探頭寬 1 毫米、長 2 毫米、厚 300 微米。它由兩個電阻式鉑條組成,每個鉑條厚 200 奈米、寬 10 微米,平行地拉伸在一個間隙上,並在執行時加熱到 200 攝氏度。空氣粒子流過間隙,導致條帶中的溫度變化,使系統能夠執行兩件事:首先,它計算空氣粒子以測量聲音強度。其次,無需其他兩個感測器進行三角測量,它會記錄粒子運動,從而揭示聲音來源的 x、y 和 z 座標。研究人員測量其在一公里內的精度小於 0.1 攝氏度。執行 Microflown 聲音過濾軟體(可消除發動機、螺旋槳和環境聲音)的普通 PC 會執行即時計算,Microflown 聯合創始人兼感測器發明者 Hans-Elias de Bree 說。

西北大學機械工程教授理查德·盧普託說,工程師至少在 50 年前就使用加熱的單線風速計來研究氣流。他說,Microflown 似乎是第一個看到小型化雙線探頭前景的人。

拉斐特路易斯安那大學的物理學副教授安迪·佩特庫勒斯庫說,他曾考慮購買 Microflown 的感測器,但發現它太貴了。研究包括定量聲學氣體感測等主題的佩特庫勒斯庫表示,他想知道 Microflown 是否需要一個笨拙的聲音資料庫來比較現場的噪聲。

然而,德佈雷說:“我們分析某些類別的聲音並提取屬性,這些屬性是一組統計特徵。”類別包括超音速子彈的衝擊波、槍口爆炸、螺旋槳驅動的飛機等等。“衝擊波在系統中被分配了一組 10 個屬性,”例如,德佈雷說。該系統也有很強的記憶力。它在聽到一次聲音後就會識別出聲音源的獨特特徵。例如,此資訊可用於透過繪製攻擊發生的時間和地點來建立關於難以捉摸的狙擊手的個人資料。

德佈雷說,聲音的響度對最大精確檢測範圍的影響最大,儘管地面覆蓋、天氣和其他因素在很小程度上會影響感測器的能力。感測器可以精確定位

  • 155 毫米榴彈炮——175 分貝——最遠可達 40 公里

  • 81 毫米迫擊炮——180 分貝——最遠可達 25 公里

  • 5.56 毫米小型武器射擊——155 分貝——最遠可達 5 公里

  • 正常的 60 分貝對話,最遠可達 50 米


德佈雷說,無論感測器是空中的還是地面的,這些數字都成立。而且,雖然單獨有效,但將安裝在無人機、坦克和士兵身上的多個系統聯網將擴大它們的範圍,從而建立更強大的戰場檢視。

雅各布斯說,來自美國、英國以及俄羅斯和以色列的軍事代表於 2012 年站在荷蘭皇家陸軍 (RNA) 迫擊炮靶場,觀看該感測器能力的演示。當天的 Microflown 感測器與新的荷蘭皇家海軍雷達整合在一起。雅各布斯說,他們對該系統的準確性感到震驚。

雅各布斯說,這個耗資約 130 萬美元、歷時兩年的迫擊炮靶場感測器專案促成了 RNA“發展路線圖”,其中包括配備感測器的無人機、直升機和地面車輛。德佈雷證實,RNA 正在進行將感測器安裝在空中和地面資產上的試驗。他補充說,它購買了四個系統,每天用於訓練和安全形色。其中兩個在射擊場,測量迫擊炮人員的準確性。

聲學科學家蘇布拉馬尼亞姆·薩達西萬一直在印度國防部內工作,研究如何被動地瞭解附近的飛機,當時他看到了一篇引用 Microflown 的研究論文。很快,薩達西萬的專案(稱為環境聲學遙感站)就在一艘船上安裝了一個 Microflown 感測器,用於記錄頭頂無人機的聲音。Microflown 的技術給他留下了深刻的印象,現在退休的他繼續支援該公司在無人駕駛飛行器中使用感測器。

這對雅各布斯來說不是學術練習。“我作為波斯尼亞戰爭的觀察員時,我被槍擊了,但一開始不知道它來自哪裡。我需要幾周[令人痛心的經歷]才能知道子彈來自哪裡,”他補充道。Microflown 的裝置“可以挽救生命。”

假設該技術符合早期觀點,它可能會在戰場之外找到新的市場。美國航空航天學會無人駕駛飛行器專案委員會主席裡奇·克里斯蒂安森表示,它在執法部門試圖定位槍擊者時也會很有用。

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