Применение рассеяния Релея для обнаружения низколетящих целей по акустическому излучению

Акустическое обнаружение низколетящих БПЛА на базе действующих волоконно-оптических линий.

Ниже описана концепция системы обнаружения низколетящих беспилотников, использующей уже проложенные оптические волокна в качестве распределённой сети акустических датчиков. В основе метода — рэлеевское рассеяние света в волокне.

Рэлеевское рассеяние — это когерентное (упругое) рассеяние света без изменения длины волны на частицах, неоднородностях или других объектах, размеры которых меньше длины волны падающего света. Применительно к волоконно-оптическим кабелям (далее — ВОК) рассеяние Рэлея позволяет фиксировать лазерное излучение, рассеянное на мельчайших неоднородностях в структуре оптического волокна (микротрещины, пузырьки, уплотнения), а также — по изменению фазы обратнорассеянного сигнала — фиксировать деформации волокна, вызванные акустическими колебаниями (в том числе при движении отдельных участков ВОК). По сути это превращает волокно в распределённый акустический сенсор — непрерывную цепочку «виртуальных микрофонов».

В РФ оптические волокна проложены вдоль воздушных линий (далее — ВЛ) электропередачи и вдоль железнодорожных путей для организации ведомственной и магистральной связи. То есть необходимая для создания системы акустического обнаружения низколетящих БПЛА инфраструктура уже создана. Для превращения ВОК в цепочку виртуальных микрофонов необходимо подключение рефлектометров непрерывного действия в узлах связи. По заявлению автора, это не нарушает работу систем связи (требует независимой проверки: распределённые акустические системы обычно работают по выделенному волокну). В отдельных случаях может потребоваться модернизация систем связи; её побочным эффектом является увеличение пропускной способности каналов передачи данных, однако сама модернизация связана с дополнительными затратами и сроками.

По расчётным данным, ВОК, проложенный по опорам ВЛ, способен фиксировать акустические колебания на всём протяжении линии на дистанции до 50 км от места подключения рефлектометра (характеристика подтверждена пока только в лабораторных условиях, см. ниже). Сам рефлектометр располагается на подстанции, куда «упирается» ВЛ, и может работать по нескольким линиям, отходящим от подстанции, перекрывая фронт до 100 км. Для перекрытия ВЛ протяжённостью более 50 км необходимо подключение двух рефлектометров с двух концов ВЛ.

Чувствительность оптического волокна подтверждена в лабораторных условиях. Профильная научная организация, проводившая экспертизу системы, рекомендовала провести апробацию в реальных условиях. Кроме того, экспертами были поставлены два вопроса.

1. Раскачивание линии, которое может повлиять на работу виртуального микрофона в ВОК. Факт приближения или удаления источника звука определяется по эффекту Доплера — то есть по изменению частоты фиксируемого излучения. По заявлению автора, эффект уже зафиксирован на практике по записи звука летящего БПЛА (где именно, на каком волокне — лабораторном или линейном — и кем выполнена запись, в исходных данных не уточнено). Предполагается, что поворот ВОК или его смещение в пределах двух-трёх метров существенно не влияет на качество измерений. Следует, однако, оговорить: раскачивание волокна само порождает паразитный доплеровский сдвиг, который складывается с целевым сигналом БПЛА, и надёжное разделение этих сигналов остаётся предметом полевой проверки. Дополнительно нужно учитывать, что на воздушных линиях подвешивают гасители вибраций, а для существенного раскачивания провода требуется ветер; при этом пороговые значения ветра для раскачивания провода и для невозможности полёта лёгкого БПЛА различаются и зависят от типа аппарата — это требует отдельной оценки.

2. Преднамеренное разрушение ВЛ. Сам факт такого разрушения должен привлечь внимание к участку защищаемого периметра: рефлектометр не только покажет место повреждения (по заявлению автора — с точностью до метра), но и сохранит возможности обнаружения по меньшей мере до ближайшей к месту повреждения целой опоры. При двустороннем подключении (с двух концов ВЛ) сохранится полный контроль над участком, так как повреждение одного пролёта не обеспечит минимально необходимого для надёжного гашения звука расстояния до ближайших целых опор (конкретное значение этого расстояния в материале не приводится).

Что касается налётов на подстанции, то они и так подвергаются атакам, и данные объекты требуют выделенной защиты. Тем более возле подстанции может быть обеспечена инфраструктура для размещения дополнительных средств обнаружения (РЛС, направленных микрофонов и т. п.) и средств перехвата — в силу наличия электропитания, связи и подъездной дороги.

Оборудование, включая рефлектометры и системы связи, по утверждению автора, производится серийно российскими предприятиями (номенклатуру целесообразно проверить отдельно).

Главное преимущество предлагаемой системы — скорость развёртывания по сравнению с установкой отдельных микрофонов, обусловленная наличием готовой инфраструктуры, особенно в труднодоступных местах, где нет дорог, электропитания и систем связи. Также отсутствует необходимость в строительных работах по установке опор, а для монтажа рефлектометров не требуется вывод ВЛ из работы.

Предлагаемая система, разумеется, не является универсальным решением. В первую очередь это средство закрыть системой обнаружения различные труднодоступные участки, используемые противником для обхода основных узлов ПВО, дополняя и расширяя возможности существующих систем разведки воздушных целей.