在GPS出现之前,潜艇如何用潜望镜确定自身位置?
潜舰在用潜望镜测算了星体高度之后,如何通过结合星空表来推算出本舰的位置?2,潜舰的指挥潜望镜如何测定敌舰的距离、方位、速度和弦角?第一个问题:其实就是六分仪在航海中的应用。早在风帆时代,西方就发明了测量天体高度的六分仪(更早还有八分仪),并同时绘制了精度相当高的星表。这两样东西都是进行远距离航海时测定自身方位的必需品。 在使用上,测定自身的所处的纬度通常是测量正午太阳高度或夜晚北极星的高度。如果是在白天进行测量,那么可以用“纬度=90°-太阳高度角+赤纬角”(太阳直射点与测量点在同半球)或“纬度=90°-太阳高度角-赤纬角”(不同半球)公式来算出自身的纬度。如果是晚上观测,那么北极星的高度角就是自身的纬度。经度的测量就比较困难了,在原理上是测量当地的时间,再通过当地时间与格林尼治时间之间的差值来测定经度(经度和时差可以互相换算)。但问题是,传统的摆钟无法在船上精确运行(船本身会横摇),所以在航海钟出现之前,人们就只能通过月距法来测定格林尼治时间。即测量月球与其他天体之间的角度,再去查星表。而当地时间则需要在正午通过测量太阳运行到最高点的时刻来测定。问题中所说的使用潜望镜测定星体高度其实就是在潜望镜中集成了六分仪的功能。虽然从技术上来说不算难,难早期常规潜艇没有办法在水下“超长待机”,所以也不存在使用潜望镜定位的必要。比如二战时期的德国U艇,一般都是在海面上用传统的六分仪进行定位的。而到了潜艇能够在水下“超长待机”的时候,INS/GPS定位已经发展的非常成熟了,所以也没什么必要使用潜望镜定位了。第二个问题:早期(一战二战)的潜望镜测距一般是通过密位法。首先是海军情报部门要全面、系统的编制敌方船舰的识别表。其中要包括敌船舰的外形、桅杆高度、长度、宽度等等。潜艇的艇长在发现目标后,可以根据自己观测到的敌船舰的外形来知悉这些数据。随后,艇长可以使用潜望镜上的光学划分确定敌方船舰在自己的视场里占了多少个密位,然后通过心算或者直接查表就能确定敌船舰的距离。到了现代,潜望镜可以通过集成激光测距仪,分像式光学测距仪等来进行测距。不过对于现代潜艇来说,这些手段其实也都是备胎。一方面是现代潜艇在装备了线控声导鱼雷后,火控系统不需要精确的距离参数就能运转;另一方面是通过声呐持续跟踪目标,对其进行定位的精度已经基本可以满足要求;最后激光测距和分像式光学测距本身受天气、海况等影响比较大,就算真的有机会把潜望镜升起来,也是直接用雷达测距可靠性更高。至于测向,就非常简单了。潜望镜内部(或外部)安装了角度分划盘,只要对准敌舰就可以知道敌舰相对于本舰正前方的角度,然后再结合罗盘上的本舰航向就可以求出敌舰相对于本舰的绝对方向。另外一些攻击潜望镜自己就集成了罗盘,本身就能输出敌舰相对于本舰正前方方位和其绝对方位的数据。最后是测量船首角(AOB)。逻辑上最精确的测量方式是先测距,然后通过距离数据和观测到目标的长度来反推出敌舰在自己眼里的长度,这个长度一定是小于等于敌舰的真实长度的。随后,在通过AOB=90°±arccos(观测长度/实际长度)就可以得到敌舰的AOB了。至于这个AOB是左舷还是右舷,接近还是远离,还需要艇长自己目测。然而,这种方法虽然精确,但计算起来实在太难了,二战时期大部分国家甚至连arccos换算表都没有。因此更多的时候AOB的设定还是看艇长的经验,反正只要目测的八九不离十,再齐射鱼雷打出一个比较大的扇面,还是有挺大概率能够蒙中一发的。至于艇长怎么训练自己一眼看出AOB的经验,也是各有各的方法。比如美国二战时期的一个潜艇王牌就是,在餐厅那种能转的桌子上放舰艇模型来锻炼自己的“眼力”的。
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