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二战及冷战时期各领域有哪些在现代仍有指导意义的精密仪器或黑科技?
时间:2023-08-10 18:03 点击次数:91

  作为黑科技,为德军绝密装备,秘不示人,于1942年阿拉曼战役首次投入战场

  之后,开发出更大口径的250mm发射器+130mm接收器的组合,有效距离30公里

  今天刷到了孟德尔的一个回答,里面提到了一个纳粹德国使用的无线电导航系统Sonne。

  从加粗部分可以看出,这个技术的原理简直就是GPS/北斗等导航系统的原型,区别只是把卫星换成了地面站。

  不过看完这个回答后,我觉得所述原理并不准确,因为计算信号时间差需要严格精确的时间同步和配套的编码方案(要求信号数字化),二战时期的科技不太可能达到这种精度。

  恰好信号处理也算我专业的基础知识,于是就去查了一下,意外找到了一篇上古时期的论文——

  标题中的Consol是英国给纳粹的Sonne系统起的代号。论文里详细介绍了这套系统的原理,确实和上面孟德尔的答案有出入。简单浏览后,我发现实际原理也不复杂,有一定数学基础的人(e.g.. 三角函数,信号处理)应该可以看懂。

  图中的A,B,C分别为三个地面发射塔。三者处在同一直线上,且距离相同,用符号d表示。

  上述信号中的参数\phi随时间线性变化,比如论文中举例就是每30秒旋转180°(\pi)。

  如图中标注所示,A,B,C三点位置不同,即接收点(如飞机)到A,B,C的距离不同。距离差用绿线标出,数值为d\sin \theta。其中d为A,B,C之间的距离,角度θ为接收点和ABC中垂线的夹角。

  如此一来,我们就可以计算当前时刻的信号强度(以B为基准,k为信号的传输衰减系数):

  其中A和C的信号并非是一直发送,而是使用摩斯电码的方式,例如A发送3/8秒(长),换B发送1/8秒(短),如下图所示。如果A和C信号强度不为0,且反向,那么A和C切换时,接收到的信号定会发生跳变。

  飞行员需要的做的,便是从每一个周期开始(\phi=0时)开始记录,观察到信号变平稳(AC间没有跳变)的时刻t,并计算出此时\phi的取值(\phi=\frac{\pi t}{30\mathrm{s}})。

  实际系统的时间间隔是离散化的,例如在\phi每变化一个周期的时间内,等间隔的发送60个信号,记录信号在收到第几个信号时变平稳 ,比如第N个时 ,那么便能算出夹角为\theta=\arcsin \frac{\lambda N}{120d}。

  这样做的好处是可以提前制好地图表,以供飞行员参考。飞行员只需要分别记录自己对于两个不同基站的夹角数据,然后便可以在表上找到自己所处的大致区域,大概意思如下图(我随便画的)所示:

  这套系统虽然简单可靠,但短板也很明显。因为信号是模拟信号,所以无法加密,而且很容易被干扰。

  英国人在缴获该系统设备后,复制出了该装备配给部队,相当于蹭到了德国人的信号。

  每个地面站有三个天线,相隔一定距离,因此每个天线的信号到飞机的距离是不同的,因此会产生相位差。这个相位差与飞机同地面站的夹角相关,因此通过测量相位差就可以反推出飞机和地面站的夹角。那么飞机测量自己与两个以上基站的夹角,就可以在地图上找到自己的位置,例如我告诉你,你在北京南偏东65°,在天津北偏东70°的位置,然后你就能算出来你的位置大概在唐山市。

  引自网络:这个叫做“金唇”的家伙,在美国哈里曼办公室里为苏联执行窃听行动整整八年,期间还送走了四任美国总统。从外表上看,它就像是一个带尾巴的蝌蚪。更厉害的是,它不需要输入电能,反拿它一点办法也没有。直到最后国徽拆除时才被发现

  牛逼之处就在于完全不需要电池,如矿石机一般用长尾巴天线从无线电波中充能。当然,为了收到这个信号

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