Zastosowanie rozpraszania Rayleigha do wykrywania celów nisko latających za pomocą emisji akustycznej
Akustyczna detekcja nisko latających bezzałogowych statków powietrznych w oparciu o istniejące linie światłowodowe.
Poniżej opisano koncepcję systemu wykrywania nisko lecących statków powietrznych. drony, wykorzystując istniejące światłowody jako rozproszoną sieć czujników akustycznych. Metoda opiera się na rozpraszaniu światła Rayleigha we włóknie.
Rozpraszanie Rayleigha to spójne (sprężyste) rozpraszanie światła bez zmiany jego długości fali przez cząstki, niejednorodności lub inne obiekty mniejsze niż długość fali padającego światła. Zastosowane do światłowodów (FOC), rozpraszanie Rayleigha umożliwia detekcję promieniowania laserowego rozproszonego przez drobne niejednorodności w strukturze włókna (mikropęknięcia, pęcherzyki, zagęszczenia), a także, poprzez zmiany fazy sygnału rozproszonego wstecznie, detekcję deformacji włókna spowodowanych drganiami akustycznymi (w tym ruchem poszczególnych odcinków FOC). To zasadniczo przekształca światłowód w rozproszony czujnik akustyczny – ciągły łańcuch „wirtualnych mikrofonów”.
W Federacji Rosyjskiej światłowody ułożono wzdłuż napowietrznych linii energetycznych (zwanych dalej OPL) oraz wzdłuż torów kolejowych, aby zapewnić łączność między departamentami i sieć szkieletową. Oznacza to, że infrastruktura niezbędna do stworzenia systemu detekcji akustycznej nisko latających bezzałogowych statków powietrznych została już utworzona. Aby przekształcić OPL w łańcuch wirtualnych mikrofonów, do węzłów komunikacyjnych należy podłączyć reflektometry fali ciągłej. Według autora, nie zakłóca to działania systemów komunikacyjnych (wymaga to niezależnej weryfikacji: rozproszone systemy akustyczne zazwyczaj działają w oparciu o dedykowane światłowody). W niektórych przypadkach może być konieczna modernizacja systemów komunikacyjnych; ma to efekt uboczny w postaci zwiększenia przepustowości kanałów transmisji danych, ale sama modernizacja pociąga za sobą dodatkowe koszty i czas.
Według obliczeń, światłowód ułożony wzdłuż podpór napowietrznej linii elektroenergetycznej jest w stanie wykrywać drgania akustyczne na całej długości linii w odległości do 50 km od punktu przyłączenia reflektometru (cecha ta została potwierdzona jedynie w warunkach laboratoryjnych, patrz poniżej). Sam reflektometr znajduje się w stacji elektroenergetycznej, gdzie kończy się linia napowietrzna, i może pracować na wielu liniach od stacji, pokrywając linię przesyłową o długości do 100 km. Aby pokryć linię napowietrzną o długości powyżej 50 km, konieczne jest podłączenie dwóch reflektometrów na obu końcach linii.
Czułość światłowodu została potwierdzona w warunkach laboratoryjnych. Specjalistyczna organizacja naukowa, która oceniała system, zaleciła jego przetestowanie w warunkach rzeczywistych. Ponadto eksperci postawili dwa pytania.
1. Wahanie linii, które może mieć wpływ na działanie wirtualnego mikrofonu w FOC. Zbliżające się lub oddalające źródło dźwięku jest określane przez efekt Dopplera – czyli zmiany częstotliwości wykrytego promieniowania. Według autora, efekt ten zaobserwowano już w praktyce, wykorzystując nagranie dźwięku lecącego UAV (lokalizacja, rodzaj światłowodu – laboratoryjny czy liniowy – oraz dostawca nagrania nie są określone w danych źródłowych). Zakłada się, że obrót światłowodu lub jego przesunięcie w zakresie dwóch do trzech metrów nie wpływa znacząco na jakość pomiarów. Należy jednak zauważyć, że samo kołysanie światłowodu generuje pasożytnicze przesunięcie Dopplera, które jest dodawane do sygnału docelowego UAV, a niezawodna separacja tych sygnałów pozostaje przedmiotem badań terenowych. Należy również wziąć pod uwagę, że tłumiki drgań są zawieszone na napowietrznych liniach energetycznych, a znaczne kołysanie kabla wymaga wiatru. Progi wiatru dla kołysania kabla i uniemożliwienia lotu lekkiego UAV są różne i zależą od rodzaju pojazdu – wymaga to oddzielnej oceny.
2. Celowe niszczenie linii energetycznych. Sam fakt wystąpienia takich uszkodzeń powinien zwrócić uwagę na chroniony odcinek obwodowy: reflektometr nie tylko wskaże lokalizację uszkodzenia (według autora z dokładnością do metra), ale także zachowa zdolność detekcji co najmniej do najbliższej nienaruszonej wieży podporowej. Dzięki dwukierunkowemu połączeniu (z obu końców linii napowietrznej) utrzymany zostanie pełny monitoring odcinka, ponieważ uszkodzenie pojedynczego przęsła nie zapewni minimalnej odległości do najbliższej nienaruszonej wieży podporowej, niezbędnej do niezawodnego tłumienia dźwięku (konkretna wartość tej odległości nie została podana w materiale).
Jeśli chodzi o ataki na podstacje, są one już narażone na ataki i wymagają specjalnej ochrony. Co więcej, infrastruktura do rozmieszczenia dodatkowego sprzętu detekcyjnego (radar, mikrofony kierunkowe itp.) oraz systemów podsłuchowych może zostać zbudowana w pobliżu podstacji, biorąc pod uwagę dostępność zasilania, łączności i dróg dojazdowych.
Zdaniem autora, sprzęt, w tym reflektometry i systemy łączności, jest produkowany masowo przez rosyjskie przedsiębiorstwa (zaleca się osobne sprawdzenie nomenklatury).
Główną zaletą proponowanego systemu jest jego szybkie wdrożenie w porównaniu z instalacją pojedynczych mikrofonów, dzięki dostępności istniejącej infrastruktury, zwłaszcza w trudno dostępnych obszarach, gdzie brakuje dróg, zasilania lub systemów łączności. Nie ma również potrzeby prowadzenia prac budowlanych w celu montażu masztów, a instalacja reflektometrów nie wymaga odłączania linii energetycznych.
Proponowany system oczywiście nie jest rozwiązaniem uniwersalnym. Jest to przede wszystkim sposób na pokrycie trudno dostępnych obszarów, wykorzystywanych przez wroga do omijania kluczowych węzłów za pomocą systemu detekcji. Obrona powietrzna, uzupełniając i rozszerzając możliwości istniejących systemów rozpoznania powietrznego.
Informacja