战场迷雾中的声学传感器通过测量空气流动来精确定位枪声

美国和其他国家的军队正在考虑使用无人机搭载的探测器来协助侦察战斗中敌方火力来源


关于支持科学新闻

如果您喜欢这篇文章,请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道: 订阅。通过购买订阅,您将帮助确保关于塑造我们今天世界的发现和思想的具有影响力的故事的未来。


最初设计用于提醒单引擎飞机飞行员附近飞机位置的传感器,现在却在军事领域发挥着作用,可以定位远达 40 公里之外的隐形战斗威胁。

这项基本技术——单根热线风速计——已经存在了几十年,用于测量空气(或流体)流动散发的热量。荷兰声学公司Microflown Technologies, BV 的一项新技术使用两根更小的加热丝来测量受声波影响的单个空气粒子。这些设备大约有火柴杆大小,被称为声学矢量传感器。它们被动地收集有关声音来源的信息——包括其位置、发出声音的东西以及它的任何运动(如果有)。拾取的声音可能来自榴弹炮、直升机、狙击手射击甚至对话。

这些传感器的尺寸小且相对简单,这使得包括美国、印度、新加坡和荷兰在内的世界各地的军队都在测试或部署它们。“我第一次在 2011 年看到这个系统时,我震惊了,”荷兰皇家陆军的哈罗德·雅各布斯上校说。“我对它的简单性、惊人的准确性、尺寸和所有可能性感到非常惊讶,”他说。

Microflown 表示,它们可以安装在无人机、直升机和其他飞机上,也可以安装在车辆、建筑物甚至士兵的肩章上。在无人机上,传感器将增强雅各布斯所称的机载“失聪的相机”。当声学矢量传感器检测到空气中的扰动时,它可以向相机发出信号,使其快速旋转并捕获附近刚发射一轮迫击炮的迫击炮小组的图像。在这种情况下,由声学矢量传感器检测到的初始迫击炮弹可用于收集足够的数据,以便在敌人重新定位甚至重新装填之前准确地引导还击火力。

该传感器的探头宽 1 毫米、长 2 毫米、厚 300 微米。它由两个电阻式铂条组成,每个铂条厚 200 纳米、宽 10 微米,平行地拉伸在一个间隙上,并在运行时加热到 200 摄氏度。空气粒子流过间隙,导致条带中的温度变化,使系统能够执行两件事:首先,它计算空气粒子以测量声音强度。其次,无需其他两个传感器进行三角测量,它会记录粒子运动,从而揭示声音来源的 x、y 和 z 坐标。研究人员测量其在一公里内的精度小于 0.1 摄氏度。运行 Microflown 声音过滤软件(可消除发动机、螺旋桨和环境声音)的普通 PC 会执行实时计算,Microflown 联合创始人兼传感器发明者 Hans-Elias de Bree 说。

西北大学机械工程教授理查德·卢普托说,工程师至少在 50 年前就使用加热的单线风速计来研究气流。他说,Microflown 似乎是第一个看到小型化双线探头前景的人。

拉斐特路易斯安那大学的物理学副教授安迪·佩特库勒斯库说,他曾考虑购买 Microflown 的传感器,但发现它太贵了。研究包括定量声学气体传感等主题的佩特库勒斯库表示,他想知道 Microflown 是否需要一个笨拙的声音数据库来比较现场的噪声。

然而,德布雷说:“我们分析某些类别的声音并提取属性,这些属性是一组统计特征。”类别包括超音速子弹的冲击波、枪口爆炸、螺旋桨驱动的飞机等等。“冲击波在系统中被分配了一组 10 个属性,”例如,德布雷说。该系统也有很强的记忆力。它在听到一次声音后就会识别出声音源的独特特征。例如,此信息可用于通过绘制攻击发生的时间和地点来创建关于难以捉摸的狙击手的个人资料。

德布雷说,声音的响度对最大精确检测范围的影响最大,尽管地面覆盖、天气和其他因素在很小程度上会影响传感器的能力。传感器可以精确定位

  • 155 毫米榴弹炮——175 分贝——最远可达 40 公里

  • 81 毫米迫击炮——180 分贝——最远可达 25 公里

  • 5.56 毫米小型武器射击——155 分贝——最远可达 5 公里

  • 正常的 60 分贝对话,最远可达 50 米


德布雷说,无论传感器是空中的还是地面的,这些数字都成立。而且,虽然单独有效,但将安装在无人机、坦克和士兵身上的多个系统联网将扩大它们的范围,从而创建更强大的战场视图。

雅各布斯说,来自美国、英国以及俄罗斯和以色列的军事代表于 2012 年站在荷兰皇家陆军 (RNA) 迫击炮靶场,观看该传感器能力的演示。当天的 Microflown 传感器与新的荷兰皇家海军雷达集成在一起。雅各布斯说,他们对该系统的准确性感到震惊。

雅各布斯说,这个耗资约 130 万美元、历时两年的迫击炮靶场传感器项目促成了 RNA“发展路线图”,其中包括配备传感器的无人机、直升机和地面车辆。德布雷证实,RNA 正在进行将传感器安装在空中和地面资产上的试验。他补充说,它购买了四个系统,每天用于训练和安全角色。其中两个在射击场,测量迫击炮人员的准确性。

声学科学家苏布拉马尼亚姆·萨达西万一直在印度国防部内工作,研究如何被动地了解附近的飞机,当时他看到了一篇引用 Microflown 的研究论文。很快,萨达西万的项目(称为环境声学遥感站)就在一艘船上安装了一个 Microflown 传感器,用于记录头顶无人机的声音。Microflown 的技术给他留下了深刻的印象,现在退休的他继续支持该公司在无人驾驶飞行器中使用传感器。

这对雅各布斯来说不是学术练习。“我作为波斯尼亚战争的观察员时,我被枪击了,但一开始不知道它来自哪里。我需要几周[令人痛心的经历]才能知道子弹来自哪里,”他补充道。Microflown 的设备“可以挽救生命。”

假设该技术符合早期观点,它可能会在战场之外找到新的市场。美国航空航天学会无人驾驶飞行器项目委员会主席里奇·克里斯蒂安森表示,它在执法部门试图定位枪击者时也会很有用。

© . All rights reserved.