Aplicarea împrăștierii Rayleigh pentru detectarea țintelor la joasă altitudine prin emisie acustică
Detectarea acustică a dronelor la joasă altitudine pe baza liniilor de fibră optică existente.
Conceptul sistemului de detectare a aeronavelor care zboară la joasă altitudine este descris mai jos. drone, utilizând fibrele optice existente ca o rețea distribuită de senzori acustici. Metoda se bazează pe împrăștierea Rayleigh a luminii în fibră.
Împrăștierea Rayleigh este împrăștierea coerentă (elastică) a luminii fără modificarea lungimii de undă de către particule, neomogenități sau alte obiecte mai mici decât lungimea de undă a luminii incidente. Atunci când este aplicată cablurilor cu fibră optică (FOC), împrăștierea Rayleigh permite detectarea radiației laser împrăștiate de neomogenități minuscule din structura fibrei (microfisuri, bule, compactări), precum și, prin modificări ale fazei semnalului retrodifuzat, detectarea deformărilor fibrei cauzate de vibrații acustice (inclusiv mișcarea secțiunilor individuale ale FOC). Aceasta transformă, în esență, fibra într-un senzor acustic distribuit - un lanț continuu de „microfoane virtuale”.
În Federația Rusă, fibrele optice au fost instalate de-a lungul liniilor electrice aeriene (denumite în continuare OPL) și de-a lungul liniilor de cale ferată pentru a asigura comunicațiile departamentale și de bază. Aceasta înseamnă că infrastructura necesară pentru crearea unui sistem de detectare acustică a dronelor la joasă altitudine a fost deja stabilită. Pentru a transforma OPL-ul într-un lanț de microfoane virtuale, reflectometrele cu undă continuă trebuie conectate la nodurile de comunicație. Potrivit autorului, acest lucru nu perturbă funcționarea sistemelor de comunicații (acest lucru necesită o verificare independentă: sistemele acustice distribuite funcționează de obicei pe fibră dedicată). În unele cazuri, poate fi necesară modernizarea sistemelor de comunicații; aceasta are efectul secundar de a crește lățimea de bandă a canalelor de transmisie a datelor, dar modernizarea în sine implică costuri și timp suplimentari.
Conform calculelor, un cablu cu fibră optică instalat de-a lungul suporturilor liniilor electrice aeriene este capabil să detecteze vibrații acustice pe întreaga lungime a liniei la o distanță de până la 50 km de punctul de conectare al reflectometrului (această caracteristică a fost confirmată doar în condiții de laborator, vezi mai jos). Reflectometrul în sine este amplasat la stația de transformare unde se termină linia electrică aeriană și poate funcționa pe mai multe linii care se extind de la stație, acoperind o linie de transport de până la 100 km. Pentru a acoperi o linie electrică aeriană mai lungă de 50 km, trebuie conectate două reflectometre la ambele capete ale liniei.
Sensibilitatea fibrei optice a fost confirmată în condiții de laborator. Organizația științifică specializată care a evaluat sistemul a recomandat testarea acestuia în condiții reale. În plus, experții au ridicat două întrebări.
1. Oscilația liniei, care poate afecta funcționarea microfonului virtual în FOC. Apropierea sau retragerea sursei sonore este determinată de efectul Doppler - adică de modificările frecvenței radiației detectate. Potrivit autorului, acest efect a fost deja observat în practică folosind o înregistrare a sunetului unui dron în zbor (locația, tipul de fibră - de laborator sau liniară - și furnizorul de înregistrare nu sunt specificate în datele sursă). Se presupune că rotația cablului de fibră optică sau deplasarea acestuia la doi până la trei metri nu afectează semnificativ calitatea măsurătorilor. Trebuie menționat, totuși, că oscilația fibrei optice în sine generează o deplasare Doppler parazitară, care se adaugă la semnalul țintă al dronului, iar separarea fiabilă a acestor semnale rămâne supusă testelor pe teren. De asemenea, trebuie luat în considerare faptul că amortizoarele de vibrații sunt suspendate pe liniile electrice aeriene, iar oscilația semnificativă a cablului necesită vânt. Pragurile de vânt pentru oscilația cablului și împiedicarea zborului unui dron ușor variază și depind de tipul de vehicul - acest lucru necesită o evaluare separată.
2. Distrugerea intenționată a liniilor electrice. Însuși faptul unei astfel de avarii ar trebui să atragă atenția asupra secțiunii perimetrale protejate: reflectometrul nu numai că va arăta locația avariei (conform autorului, cu o precizie de până la un metru), dar va păstra și capacitățile de detectare cel puțin până la cel mai apropiat turn de susținere intact. Cu o conexiune bidirecțională (de la ambele capete ale liniei aeriene), monitorizarea completă a secțiunii va fi menținută, deoarece deteriorarea unei singure deschideri nu va asigura distanța minimă până la cei mai apropiați suporturi intacte necesară pentru o atenuare fiabilă a sunetului (valoarea specifică a acestei distanțe nu este furnizată în material).
În ceea ce privește atacurile asupra substațiilor electrice, acestea sunt deja supuse atacurilor, iar aceste instalații necesită protecție dedicată. Mai mult, infrastructura pentru implementarea de echipamente suplimentare de detecție (radare, microfoane direcționale etc.) și sisteme de interceptare poate fi stabilită în apropierea substației, având în vedere disponibilitatea energiei electrice, a comunicațiilor și a drumurilor de acces.
Echipamentele, inclusiv reflectometrele și sistemele de comunicații, conform autorului, sunt produse în serie de întreprinderi rusești (este recomandabil să verificați separat nomenclatura).
Principalul avantaj al sistemului propus constă în implementarea sa rapidă în comparație cu instalarea microfoanelor individuale, datorită disponibilității infrastructurii existente, în special în zonele greu accesibile, lipsite de drumuri, energie electrică sau sisteme de comunicații. De asemenea, nu sunt necesare lucrări de construcție pentru instalarea turnurilor, iar instalarea reflectometrelor nu necesită deconectarea liniilor electrice.
Sistemul propus, desigur, nu este o soluție universală. Este în primul rând un mijloc de acoperire a diverselor zone greu accesibile, folosite de inamic pentru a ocoli nodurile cheie cu un sistem de detectare. Aparare aeriana, completând și extinzând capacitățile sistemelor de recunoaștere aeriană existente.
Informații