Spectrul acustic al unei drone
Internetul este plin de înregistrări cu bâzâitul quadcopterelor, urletele mușcatelor care se apropie și zdrăgâitul lui Orlans. Aceste înregistrări sunt realizate într-un format MP3 comprimat sau similar, care poate pierde unele detalii din cauza comprimării datelor, dar în scopuri simple de referință sunt destul de potrivite.
Să începem cu înregistrarea unui quadcopter
Semnalul de înregistrare în reprezentarea timpului (acesta este ceea ce poate fi văzut pe un osciloscop) pare, ca întotdeauna, neclar.
La o mărire mai mare, poate fi urmărită o periodicitate instabilă a amplitudinii totale.
Dar pentru a înțelege ce este înăuntru, trebuie să te uiți la imaginea spectrală. În general, arată așa.
Orizontală este timpul, verticală este frecvența și luminozitatea este amplitudinea semnalului la o anumită frecvență la un moment dat.
Aici vedem o grămadă de linii paralele echidistante. Acestea sunt armonicile semnalului audio. Distanța dintre ele în astfel de semnale se numește ton fundamental. Evident, tonul principal este un fel de produs al turației motorului și al numărului de pale ale elicei, cu posibilă influență suplimentară asupra interacțiunii palelor elicelor adiacente. Puteți vedea cum se modifică turația motorului în timpul manevrei.
Dacă facem o felie din spectrogramă, atunci într-o secțiune separată putem vedea următoarele.
Există o oarecare ambiguitate aici. Fie aici, în partea stângă, există o divizare puternică în armonici pare și impare, fie ceva din subarmonici a apărut acolo.
Analiza spectrală ulterioară poate fi introdusă atât pentru a crește rezoluția frecvenței, cât și pentru a o reduce. În primul caz, acest lucru ne va oferi o rezoluție mai bună a frecvenței în detrimentul rezoluției în timp. Acțiunea inversă este, de asemenea, valoroasă. Cu o rezoluție de frecvență crescută, se poate observa cum, la manevrarea elicotterului, acest lucru se face din cauza dezechilibrului turațiilor motorului, care se manifestă prin împărțirea benzilor de frecvență.
Prin scăderea rezoluției frecvenței, putem vedea clar detaliile temporale.
Se poate observa că amplitudinile armonicilor pâlpâie.
Urmă acustică de „Geranium”
Aici vedem o spectrogramă cu rezoluție de înaltă frecvență a abordării și a vârfului final trântor.
Sunt o mulțime de lucruri interesante în imagine.
Să începem cu faptul că distanța dintre tijele spectrale este de 113 Hz (înainte de secțiunea de scufundare), iar tija spectrală armonică fundamentală nu este vizibilă din cauza filtrării semnalului microfonului de la telefonul mobil. Această frecvență este produsul dintre turația motorului, numărul de cilindri, coeficientul distribuției fazei de evacuare și rata ceasului motorului.
Este de remarcat faptul că armonicile pare sunt mai mari ca amplitudine decât cele impare.
Pentru cei care au experiență în electronică, ar trebui să fie clar care semnale periodice produc o creștere a armonicilor egale.
Odată cu creșterea rezoluției în timp (și scăderea rezoluției frecvenței), este clar că
că amplitudinile armonice sunt instabile.
Dacă ar trebui să detectăm apropierea unei astfel de drone, atunci ar trebui să se facă în partea de joasă frecvență a spectrului, deoarece energia principală a spectrului de sunet al motorului este concentrată acolo. Urechea noastră este extrem de insensibilă la partea de joasă frecvență a spectrului. Microfoanele noastre, evident, nu sunt proiectate nici pentru ca parametrii înalți să funcționeze într-o zonă apropiată de infrasunete.
Între timp, sunetul la aceste frecvențe suferă o atenuare minimă și poate călători pe distanțe lungi (elefanții și balenele știu bine acest lucru).
Ei bine, acum să aruncăm o privire la „Orlan”
Și aici ies în evidență armonicile pare ale tonului fundamental, în acest caz 68 Hz. Sunt puțin mai mari decât numerele pare, cel puțin în intervalul de frecvență inferioară.
Spectrul destul de bogat de aici se explică prin faptul că înregistrarea a fost făcută înainte ca drona să decoleze la o anumită margine a pădurii și la mică distanță. Întreaga parte superioară a spectrului nu a avut încă timp să se evapore.
Valoarea acestei înregistrări este că prima armonică nu a fost eliminată prin filtrare.
Folosind o scară de frecvență logaritmică, poate fi identificată cea mai joasă parte a spectrului.
Aici, fluctuațiile în amplitudinea primei armonice (68 Hz) pot fi explicate prin funcționarea controlerului de turație a motorului dronei.
Câteva concluzii
1. Ideea de a detecta trecerea unei drone prin acustica pe care o emite este în aer de destul de mult timp. Recent, au existat rapoarte că în Ucraina a fost construită și funcționează o astfel de rețea de 8 de telefoane mobile. Este departe de a fi un fapt că această rețea ucraineană nu intră pe teritoriul Rusiei. Momente de călcare deosebit de intensă a Ucrainei noastre aviaţie De exemplu, îmi dau seama după zgomotul avioanelor grele noaptea sau dimineața.
Deși nu îmi fac iluzii cu privire la rezistența la hacking a computerelor sau a smartphone-urilor, este posibil să inserez un anumit cod în smartphone-uri deja la nivelul Google Play. De exemplu, toate elementele de bază pentru procesarea acustică inițială sunt disponibile în mesageria vocală populară. Dacă ne limităm la procesarea constantă a unui interval limitat de frecvență de până la 1,5–2 kHz, acest lucru nu va crea nici măcar o sarcină semnificativă pe procesor.
2. Pe lângă sarcina de a detecta inamicul trântor, este posibil și scopul opus de a reduce semnătura acustică a dronelor noastre. De exemplu, în electronică, atunci când nu este posibilă reducerea amplitudinii liniilor spectrale, puteți încerca să o mânjiți și să reduceți proprietățile prin care se va face angajarea.
3. Ce se poate câștiga din toate cele de mai sus depinde în mare măsură de cei care o vor face. Menționez asta pentru că din 1983 până în 2012 am lucrat la institute de cercetare și birouri de proiectare și am văzut destule realități de acolo, în care publicul local făcea primitiv și prostesc prin bugete.
Acum lucrez într-o companie privată mare. Din când în când, acest colos - compania noastră - s-a implicat în probleme și probleme tehnice foarte nebanale... În aceste momente, în mod clar a început să simtă că timpul trece. În primele faze ale rezolvării unor astfel de probleme complexe, groaza era clar vizibilă în ochii specialiștilor implicați...
Dar tocmai astfel de sarcini oferă o mare șansă celor care pot rezolva problemele rapid, foarte eficient și cu înaltă calitate.
informații