炮位探测器

【法国《科学与生活》月刊３月号文章】题：能够迅速测定炮弹来自何处的探测器
美国两名研究人员麦克内利斯和康纳，发明了一种能够迅速确定火炮方位的探测器。这种利用声波进行探测的装置，其实并不是新东西，因为在第一次世界大战中人们就使用体积很大的可定向反射器来探测和确定敌方火炮的方位。
但是，这种反射器不能迅速测定火炮的方位，因为首先必须接收多次的回声信号，随后根据对数表进行方位计算。这种计算方法可能需要好几个小时，甚至好几天才能测出敌方火炮的方位。
新的探测装置是在实时内探测和分析伴随超音速炮弹的冲击波，从而立即计算弹道和确定发射炮弹的火炮的位置。因此，这是一种在实时内工作的系统：炮弹一发射出，探测器就立即提供发射炮弹的火炮的坐标以及炮弹的飞行方向和高度。
探测器能探测步枪子弹和大口径炮弹。炮弹的大小无关紧要，只要它们不躲开传感器就能被发现。每台探测器至少有三个声波传感器，可探测到炮弹周围形成的冲击波。而每个传感器又有三个对声波敏感的元件。这些元件同石英表和超声波发射器内使用的元件一样是压电晶体。
三个压电晶体由计时电路相连接，并有一个连接背景噪音减弱器的放大器。每个传感器探测它接触到的冲击波前波的传播方向。人们可以用三个前波方向重新构成一个完整的冲击波圆锥体。知道了圆锥体，就可知道传播轴。传播轴时刻都与炮弹沿着飞行的弹道相切。由此可推断弹道、炮弹的速度以及炮弹与传感器的距离。
超音速冲击波比较复杂，因为它开始时是一个清晰的圆锥体，实际上是一个过压圆锥体，很快成为一个较模糊的截锥体，即再压缩截锥体。
对这两个锥体的探测和分析，能够确定从探测器附近飞过的炮弹的类型。必须指出，确定弹道不需要三角测量，只需要简单的计算。三个前波方向提供由冲击波和圆锥体顶尖即弹道点形成的球果轴。三个传感器可得到三个弹道点，因而由此可以复原弹道和确定炮弹在经过传感器时的速度。
由于压电石英对压力的突然变化有一段反应时间（以微秒计算），因此探测器能够把周围的甚至很大的噪音同冲击波的撞击音分开。此外，探测器还有一个电路能排除假警报信号和附近爆炸的回波。
这一系统的精确度取决于三个传感器之间的距离，也取决于炮弹和传感器之间的距离。这种探测器的优点之一就是造价低（约一万法郎），因为它使用的元件是容易买到的：压电石英和集成电路。这些都是彩色电视机和计算机使用的电子元件。
不大常用的元件，是温度探测器和显示系统。前一种元件是必不可少的，因为空气中的音速随着温度的高低而变化。温度低，音速就下降。例如，在气温为１６摄氏度时，音速为每秒３４０米；在零度时，音速为每秒３３０米。人们正是根据超音速冲击波计算弹道，冲击波也取决于音速。
显示系统是多种多样的。对步兵来说，安装在钢盔上的液晶显示屏能够标明火炮的方位。显示屏将能使步兵朝着正确的方向进行反击。在有强电源的车辆上应用显像管。
在非军事方面，这一系统也有潜在的用途。重要人物的汽车，可以配备探测器。它不仅能够确定射击者的方位，而且还能准确地指出谁首先开的枪、袭击者的人数以及开枪的次数。
在示威游行或骚乱时，如发生交火，探测器可确定开枪者的方位。只要记录下探测器的数据就可恢复事件的原来面目。今天，这一点是不可做到的，因为从科学观点来看，交火时见证者完全是偶然的。（胡中鈇译）