RO137287A0 - Aerial platform for detecting and locating explosions or other terrestrial and aerial military or civil acoustic sources - Google Patents

Aerial platform for detecting and locating explosions or other terrestrial and aerial military or civil acoustic sources Download PDF

Info

Publication number
RO137287A0
RO137287A0 ROA202200623A RO202200623A RO137287A0 RO 137287 A0 RO137287 A0 RO 137287A0 RO A202200623 A ROA202200623 A RO A202200623A RO 202200623 A RO202200623 A RO 202200623A RO 137287 A0 RO137287 A0 RO 137287A0
Authority
RO
Romania
Prior art keywords
balloon
acoustic
aerial
detection
platform
Prior art date
Application number
ROA202200623A
Other languages
Romanian (ro)
Inventor
Lucian Laurenţiu Cristea
Marius Deaconu
Original Assignee
Institutul Naţional De Cercetare-Dezvoltare Turbomotoare - Comoti
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institutul Naţional De Cercetare-Dezvoltare Turbomotoare - Comoti filed Critical Institutul Naţional De Cercetare-Dezvoltare Turbomotoare - Comoti
Priority to ROA202200623A priority Critical patent/RO137287A0/en
Publication of RO137287A0 publication Critical patent/RO137287A0/en

Links

Landscapes

  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

The invention relates to an aerial platform for detecting and locating explosions or other terrestrial and aerial, military or civil acoustic sources. According to the invention, the platform consists of a balloon (100) filled with helium or other alternative gases, on the surface of which a continuous optical fiber (101) is applied continuously, in a single pass, with broadband Bragg grating elements as acoustic elements applied on the balloon (100), which continues its winding through a Sagnac-type gyroscope module (102) which allows the orientation of the balloon (100) to be determined, a detection module (103) which is located on the ground and consists of a narrowband laser source (105) generating high-coherence pulses modulated in time at nanoseconds, an acoustic and optical amplifier (106) with the role of optical amplifier and modulator , an acquisition system (112), filtered and digitized which receives the signal and a computer (113) which processes the information.

Description

RO 137287 AORO 137287 AO

cnauC oi stat potru invemțh $· mărcicnauC oi state poru invemțh $· marks

Cerera do brevet de InvențieInvention patent application

PLATFORMĂ AERIANĂ DE DETECȚIE ȘI LOCALIZARE A EXPLOZIILOR SAU A ALTOR SURSE ACUSTICE TERESTRE SI AERIENE, MILITARE SAU CIVILEAERIAL PLATFORM FOR THE DETECTION AND LOCATION OF EXPLOSIONS OR OTHER LAND AND AERIAL ACOUSTIC SOURCES, MILITARY OR CIVIL

Invenția se referă la o platformă aeriană de detecție și localizare a exploziilor sau a altor surse acustice terestre și aeriene, militare sau civile.The invention relates to an aerial platform for the detection and localization of explosions or other ground and air, military or civil acoustic sources.

Sistemele de detecție a surselor sonore utilizate până acum, sunt în general platforme aeriene, care utilizează surse de curent ca mijloc de operare a senzorilor și a modulelor de prelucrare și transmitere a datelor la sol. Acestea sunt sisteme precise de detecție și localizare a surselor acustice, dar, în același timp, sunt sensibile la acțiunea factorilor atmosferici, în special a încărcărilor electro-magnetice din atmosferă sau de la sol (impulsuri electro-magnetice). Prin comparație, sistemul prezentat în această cerere de brevet este unul imun la astfel de interferențe datorită faptului că utilizează ca mediu de detecție și de transmisie a informației legate de parametrii acustici impulsuri de lumină, inerte electromagnetic, oferind în schimb rezultate similare din punctul de vedere al detecției surselor sonore.The sound source detection systems used so far are generally aerial platforms, which use current sources as a means of operating sensors and data processing and transmission modules on the ground. These are precise systems for detecting and locating acoustic sources, but at the same time they are sensitive to the action of atmospheric factors, especially electro-magnetic charges from the atmosphere or from the ground (electro-magnetic impulses). By comparison, the system presented in this patent application is immune to such interferences due to the fact that it uses light pulses, electromagnetically inert, as a medium of detection and transmission of information related to acoustic parameters, offering instead similar results from the point of view of sound source detection.

Au fost utilizate platforme aeriene ca suport pentru ridicarea senzorilor în aer, dar echipamentele utilizate au fost doar electronice și astfel susceptibile a fi influențate sau deteriorate de undele electromagnetice. Sisteme de detecție a tragerilor și exploziilor au fost aplicate utilizând senzori distribuiți pe suprafețe de teren extinse.Aerial platforms were used as a support to lift the sensors into the air, but the equipment used was only electronic and thus susceptible to being influenced or damaged by electromagnetic waves. Gunfire and explosion detection systems have been applied using sensors distributed over large areas of land.

Se cunoaște un sistem optic de comunicație folosind un balon legat de mare altitudine, conform documentului US 7046934 B2. în acest document se prezintă un sistem de comunicații optice care utilizează un balon legat la altitudine mare pentru comunicații cu viteză mare de date între instrumente de la sol și cele din spațiu sau de la altitudine mare.An optical communication system using a high altitude tethered balloon is known according to US 7046934 B2. This document presents an optical communications system using a high-altitude tethered balloon for high-data-rate communications between ground-based and space-based or high-altitude instruments.

Se cunoaște un sistem și metodă de localizare acusto-optică a armelor conform documentului US 5970024 A. în acest document se prezintă un sistem ce cuprinde un modul acustic de localizare a armelor pentru determinarea locației focului de la arme ostile și unul optic de detectare pentru detectarea energiei unei a doua frecvențe care provine din focul de arme ostil menționat, modul pentru transmiterea datelor care descrie locația focului de arme ostil menționate; și unul de procesare cuplate la mijloacele de detectare acustice și optice menționate.A system and method for acousto-optical location of weapons is known according to document US 5970024 A. this document presents a system comprising an acoustic module for locating weapons for determining the location of fire from hostile weapons and an optical detection module for detecting energy of a second frequency originating from said hostile weapons fire, the means for transmitting data describing the location of said hostile weapons fire; and a processing one coupled to said acoustic and optical detection means.

PREȘEDINTE DIRECTOR GENERALPRESIDENT GENERAL DIRECTOR

DR.ING. VALENTIN SILIVESTRUDR.ENG. VALENTINE SYLVESTER

RO 137287 AORO 137287 AO

Se cunoaște o platformă pentru utilizări multiple in stratosfera, conform documentului WO 2015152897 Al. în acest document se prezintă niște aparate și niște metode pentru plasarea unei platforme mari, rigide, plutitoare în stratosfera joasă a atmosferei terestre, la o altitudine de aproximativ 20 km, deasupra norilor, umidității, prafului și vântului. Platforma poate servi mai multor utilizări, fie individual, fie în orice combinație. Aceste utilizări includ comunicații radio și luminoase neîntrerupte, radare și observare optică, inclusiv radare foarte puternice și generarea de energie electrică solară.A platform for multiple uses in the stratosphere is known, according to document WO 2015152897 Al. This paper presents some apparatus and some methods for placing a large, rigid, floating platform in the lower stratosphere of the Earth's atmosphere, at an altitude of about 20 km, above clouds, moisture, dust and wind. The platform can serve many uses, either individually or in any combination. These uses include non-stop radio and light communications, radar and optical observation, including very powerful radars, and solar electricity generation.

Se mai cunosc niște sisteme și aplicații ale platformelor mai ușoare decât aerul (LTA), conform documentului US 9632503 B2. în acest document se prezintă niște sisteme și metode de operare a sistemelor, care cuprinde o platformă aeropurtată cuprinzând un balon fără pilot; o sarcină utilă care este separată de balonul fără pilot; un transceiver; primul și al doilea dispozitiv de determinare a zborului; cel puțin două surse de alimentare separate pentru primul și al doilea dispozitiv de terminare a zborului; un senzor; un procesor; o pompă; o supapă; și o legătură care, atunci când este spartă, separă balonul fără pilot și sarcina utilă.Some lighter-than-air (LTA) platform systems and applications are also known, according to US 9632503 B2. Disclosed herein are systems and methods of operating the systems, comprising an airborne platform comprising an unmanned balloon; a payload that is separate from the unmanned balloon; a transceiver; first and second flight determination devices; at least two separate power supplies for the first and second flight termination devices; a sensor; a processor; a pump; a valve; and a link that, when broken, separates the unmanned balloon and payload.

Se cunoaște un sistem de balon de identificare a locației, conform documentului US 6164239 A. în acest document se prezintă un sistem (balon) de identificare a locației pentru utilizare de către persoanele aflate in drumeții si pierdute sau rănite și altele asemenea, care include un balon umplut cu heliu care este asigurat cu o prindere și lăsat să plutească pentru a permite unui avion de căutare sau un elicopter să localizeze cu ușurință o persoana dispărută.A location identification balloon system is known, according to document US 6164239 A. This document discloses a location identification balloon system (balloon) for use by lost or injured hikers and the like, which includes a helium-filled balloon that is secured with a grip and floated to allow a search plane or helicopter to easily locate a missing person.

Se cunoaște o antenă balon, conform documentului US 7224322 Bl.l în acest document se prezintă o antenă balon cu rețea în faze având o membrană interioară cuplată la o membrană exterioară și o antenă cu rețea în faze conectată la o membrană interioară. Antena cu matrice fază transmite o energie către un film reflectorizant de pe membrana exterioară, reflectând energia spre exterior și iluminând o zonă mai mică decât cea iluminată doar de matricea fază.A balloon antenna is known, according to the document US 7224322 Bl.l in this document a phased array balloon antenna is presented having an inner membrane coupled to an outer membrane and a phased array antenna connected to an inner membrane. The phased array antenna transmits energy to a reflective film on the outer membrane, reflecting the energy outward and illuminating a smaller area than that illuminated by the phased array alone.

Se mai cunoaște o platformă plutitoare de detectare la altitudine joasă, conform documentului CN 104309795 A. în acest document se prezintă o platformă plutitoare de detectare la joasă altitudine ce cuprinde un balon, un radar cu deschidere sintetică, un echipament optic, un sistem de cabină de lucru, un sistem de alimentare, un sistem de control al zborului,; balonul utilizat pentru furnizarea forței de plutire cuprinde un balon principal și un balon auxiliar; radarul cu deschidere sintetică este utilizat pentru detectarea solului; echipamentul optic este utilizat pentru monitorizarea solului; sistemul de cabină de lucru este dispus în partea de josA low altitude detection floating platform is also known, according to document CN 104309795 A. this document presents a low altitude detection floating platform comprising a balloon, a synthetic aperture radar, an optical equipment, a cabin system work, a power system, a flight control system,; the balloon used to provide buoyancy comprises a main balloon and an auxiliary balloon; synthetic aperture radar is used for ground detection; optical equipment is used for soil monitoring; the work booth system is arranged at the bottom

PREȘEDINTE DIRECTOR GENERALPRESIDENT GENERAL DIRECTOR

DR.ING. VALENTIN SILIVESTRUDR.ENG. VALENTINE SYLVESTER

RO 137287 AO a balonului și cuprinde o primă platformă de montare; radarul cu deschidere sintetică și echipamentul optic sunt montate pe prima platformă de montare; sistemul de alimentare furnizează energie pentru platforma plutitoare; sistemul de control al zborului este utilizat pentru controlul zborului; sistemul de control al zborului și sistemul de alimentare sunt dispuse pe a doua platformă de montare; sistemul de aripioare de coadă este utilizat pentru controlul ascensiunii, coborârii și întoarcerii platformei plutitoare; sistemul de control al zborului este conectat cu radarul cu deschidere sintetică, echipamentul optic, sistemul de alimentare și sistemul de aripioare de coadă. Platforma plutitoare de detectare la altitudine joasă are avantajele că mijloacele de detectare sunt mai cuprinzătoare, operarea este mai cuprinzătoare, utilizarea este mai sigură și detectarea pozițiilor și a căilor poate fi corectată în timp real.RO 137287 AO of the balloon and comprises a first mounting platform; the synthetic aperture radar and optical equipment are mounted on the first mounting platform; the power system provides power for the floating platform; the flight control system is used for flight control; the flight control system and the power system are arranged on the second mounting platform; the tail fin system is used to control the ascent, descent and turn of the floating platform; the flight control system is connected with the synthetic aperture radar, optical equipment, power system and tail fin system. The floating low-altitude detection platform has the advantages that the detection means are more comprehensive, the operation is more comprehensive, the use is safer, and the detection of positions and paths can be corrected in real time.

Se mai cunoaște un sistem inteligent de monitorizare și metodă de monitorizare a poluării atmosferice, conform documentului CN 114720210 A. în acest document se prezintă un sistem inteligent de monitorizare a poluării atmosferice și o metodă de monitorizare și se referă în special la domeniul tehnic al monitorizării atmosferice.An intelligent monitoring system and method for monitoring atmospheric pollution is also known, according to document CN 114720210 A. this document presents an intelligent system for monitoring atmospheric pollution and a monitoring method and relates in particular to the technical field of monitoring atmospheric.

Se cunoaște o metoda de atașare a construcției radarului cu vedere circulară a baloanelor, conform documentului RU 2652512 CI. în acest document se prezintă o metoda de construire a radarului cu vedere circulară. Pentru a construi o stație radar, plasând radarul în carcasa plină cu gaz a unui balon de legătura, antrenând antena radar într-o rotație continuă în jurul axei articulației radiale radar cu platforma portantă a balonului, formând volanta pendulului giroscopic, determinând creșterea unghiului de rezemare, în funcție de citirile goniometrului laser conectat la antenă, determinând originea sistemului de coordonate prin măsurători episodice ale direcției obiectului de sol cu coordonate cunoscute în raport cu coordonatele balonului.A method of attaching the circular view radar construction to the balloons is known, according to document RU 2652512 CI. This document presents a method of building the circular view radar. To build a radar station, placing the radar in the gas-filled shell of a liaison balloon, driving the radar antenna in a continuous rotation around the axis of the radial joint of the radar with the bearing platform of the balloon, forming the flywheel of the gyroscopic pendulum, causing the bearing angle to increase , depending on the readings of the laser goniometer connected to the antenna, determining the origin of the coordinate system by episodic measurements of the direction of the ground object with known coordinates relative to the balloon coordinates.

Se mai cunosc niște sisteme și metode pentru detectarea locațiilor trăgătorilor dintr-o aeronavă, conform documentului US 8437223 B2. Sistemele și metodele descrise în această invenție se referă la un sistem de detectare aeropurtat a trăgătorilor, având o mulțime de senzori cuplați la corpul unei aeronave, cum ar fi un elicopter. Sistemul include cel puțin cinci senzori configurați și aranjați pentru a dezambiguiza locația unui trăgător. Măsurând timpii de sosire a undelor de șoc ale proiectilelor la fiecare dintre senzori și determinând diferențele de timpi de sosire între senzori, sistemele și metodele pot determina locația uneia sau mai multor surse de proiectile.Some systems and methods for detecting the locations of gunners in an aircraft are also known, according to document US 8437223 B2. The systems and methods described in this invention relate to an airborne shooter detection system having a plurality of sensors coupled to the body of an aircraft such as a helicopter. The system includes at least five sensors configured and arranged to disambiguate a shooter's location. By measuring the arrival times of the projectile shock waves at each of the sensors and determining the differences in arrival times between the sensors, the systems and methods can determine the location of one or more projectile sources.

PREȘEDINTE DIRECTOR GENERALPRESIDENT GENERAL DIRECTOR

DR.ING. VALENTIN S1LIVESTRUDR.ENG. VALENTIN S1LIVESTRU

RO 137287 AORO 137287 AO

Se mai cunoaște o metodă de detectarea a unei traiectorii a unui proiectil supersonic care este realizată prin semnale acustice de detectare, conform documentului US 11294022 B2. Din aceste semnale de detecție acustică, pot fi derivate două sau mai multe estimări ale traiectoriei derivate din undele de șoc. Mai mult, poate fi estimată traiectoria derivată din tragere, din care poate fi efectuată dezambiguizarea estimărilor de traiectorie derivate din unde de șoc.Another method of detecting a trajectory of a supersonic projectile is known which is achieved by means of acoustic detection signals, according to document US 11294022 B2. From these acoustic detection signals, two or more shock wave-derived trajectory estimates can be derived. Moreover, the trajectory derived from the firing can be estimated, from which the disambiguation of the shock wave-derived trajectory estimates can be performed.

Se cunoaște un sistem de tip rețea de senzori cu matrice acustică pentru poziționarea locației unei explozii, conform documentului CN 102215603 A. Acest document face referire la un sistem de tip rețea de matrice acustică pentru poziționarea unui punct de explozie, care cuprinde cel puțin două noduri de senzori de matrice acustică. Nodurile senzorilor matricei acustice sunt plasate în apropierea unui container care poate exploda și formează o rețea autoorganizată; nodurile senzorilor de rețea acustică sunt utilizate pentru achiziționarea informațiilor de azimut a punctului de explozie și trimiterea informațiilor de azimut către un terminal de monitorizare; iar terminalul de monitorizare fuzionează datele primite de la fiecare nod senzor al matricei acustice pentru a obține informațiile de poziție ale punctului de explozie. Sistemul de rețea cu matrice acustică furnizat de invenție poate fi utilizat pentru detectarea și poziționarea rapidă a locației unei explozii.An acoustic array sensor network system for positioning the location of an explosion is known according to CN document 102215603 A. This document refers to an acoustic array network system for positioning an explosion point, comprising at least two nodes of acoustic matrix sensors. Acoustic array sensor nodes are placed near an explosive container and form a self-organized network; acoustic network sensor nodes are used to acquire the azimuth information of the blast point and send the azimuth information to a monitoring terminal; and the monitoring terminal fuses the data received from each sensor node of the acoustic array to obtain the position information of the blast point. The acoustic array network system provided by the invention can be used for rapid detection and positioning of the location of an explosion.

Sistemele cu senzori acustici distribuiți (Distributed Acoustic Sensing - DAS) au fost studiate și aplicate în monitorizarea infrastructurilor critice sau a sănătății structurilor civile (poduri, conducte, baraje, căi ferate clădiri, etc.) datorită multiplelor avantaje ale măsurării distribuite, cum ar fi, dimensiuni reduse ale elementelor de detecție, posibilitatea de a acoperi lungimi de măsurare foarte mari, răspuns în frecvențe de banda largă (de ordinul MHz), sensibilitate ridicată sau imunitate la influența undelor electromagnetice.Systems with distributed acoustic sensors (Distributed Acoustic Sensing - DAS) have been studied and applied in monitoring critical infrastructures or the health of civil structures (bridges, pipelines, dams, railways, buildings, etc.) due to the multiple advantages of distributed measurement, such as , small dimensions of the detection elements, the possibility to cover very long measuring lengths, response in broadband frequencies (of the order of MHz), high sensitivity or immunity to the influence of electromagnetic waves.

Senzorii acustici sunt utilizați în industriile de apărare ca parte a soluțiilor cu senzori distribuiți pentru detectarea pe suprafețe mari, nesupravegheat, a surselor de zgomot, în special a celor de tip impuls datorate tragerilor militare sau a detonării munițiilor. Comparativ cu alte sisteme de detecție, senzorii acustici au multe avantaje cum ar fi, omnidirecționalitatea, posibilitatea de a fi ascunși cu ușurință, sunt pasivi, au un cost redus, un consum de asemenea redus, greutate și dimensiuni reduse. Aceștia permit detectarea, localizarea, clasificarea și urmărirea unei surse acustice. Militar, pot fi utilizați pentru detectarea surselor terestre de zgomot cvasi-aleator continuu (tancuri, camioane, diferite vehicule blindate, etc.) sau aeriene (drone, elicoptere, etc.) sau a celor de tip impuls (trageri de artilerie, mortiere, mitraliere, puști cuAcoustic sensors are used in the defense industries as part of distributed sensor solutions for large-area, unattended detection of noise sources, particularly impulse noise from military firing or munitions detonation. Compared to other detection systems, acoustic sensors have many advantages such as omnidirectionality, the possibility of being easily hidden, they are passive, they have a low cost, also low consumption, weight and small dimensions. They allow the detection, localization, classification and tracking of an acoustic source. Military, they can be used to detect ground sources of continuous quasi-random noise (tanks, trucks, various armored vehicles, etc.) or air sources (drones, helicopters, etc.) or those of impulse type (artillery fire, mortars, machine guns, rifles with

PREȘEDINTE DIRECTOR GENERALPRESIDENT GENERAL DIRECTOR

DR.ING. VALENTIN SILIVESTRUDR.ENG. VALENTINE SYLVESTER

RO 137287 AO lunetă, etc.). De asemenea, senzorii acustici fac posibilă determinarea cadenței de tragere a artileriei și o estimare a traiectoriei proiectilelor artileriei grele. în aplicații civile, senzorii acustici sunt utilizați în aplicații meteorologice sau pentru identificarea persoanelor pierdute in timpul drumețiilor prin zone greu accesibile.RO 137287 AO rear sight, etc.). Acoustic sensors also make it possible to determine the rate of fire of artillery and an estimate of the trajectory of heavy artillery projectiles. in civil applications, acoustic sensors are used in meteorological applications or to identify lost people while hiking through hard-to-reach areas.

Semnalul acustic este foarte dependent de condițiile atmosferice, atât pentru sursele de la sol, cât și pentru cele aeriene. Având în vedere faptul că propagarea sunetului se face în aer, detecția acustică este influențată de condițiile atmosferice, cum ar fi direcția și viteza vântului sau temperatura. Absorbția sonoră a terenului, prezența vegetației sau variațiile în înălțime ale terenului sunt alți factori care influențează propagarea sunetului.The acoustic signal is highly dependent on atmospheric conditions, both for ground and airborne sources. Considering that sound propagation is in the air, acoustic detection is influenced by atmospheric conditions, such as wind direction and speed or temperature. The sound absorption of the terrain, the presence of vegetation or variations in the height of the terrain are other factors that influence sound propagation.

Prin urmare, utilizarea balonului ca platformă purtătoare de senzori, comparativ cu sistemele terestre prezintă avantajul unei detecții sonore directe, fără obstacole construite sau de vegetație și fără influența negativa a variațiilor de înălțime a solului.Therefore, the use of the balloon as a sensor-carrying platform, compared to ground-based systems, presents the advantage of direct sound detection, without built-up or vegetation obstacles and without the negative influence of ground height variations.

Prezenta invenție se referă la un sistem de identificare si monitorizare a surselor acustice situate la sol sau în aer, utilizând un balon cu heliu de joasă sau medie altitudine, menținut într-o poziție cvasi-staționară, care operează ca un senzor de semnal sonor si de identificare a locației sursei. Identificarea locației unei surse acustice se realizează prin triangularea semnalului provenit de la locațiile diferite ale elementelor sensibile plasate pe suprafața balonului și care acționează ca niște senzori acustici.The present invention relates to a system for identifying and monitoring acoustic sources located on the ground or in the air, using a helium balloon of low or medium altitude, maintained in a quasi-stationary position, which operates as a sound signal sensor and source location identification. The identification of the location of an acoustic source is achieved by triangulating the signal coming from the different locations of the sensitive elements placed on the surface of the balloon and which act as acoustic sensors.

Avantajul acestui sistem constă în faptul că este inert la acțiunea factorilor atmosferici, fibra optică care operează ca un senzor acustic fiind imună la influența undelor electromagnetice prezente în atmosferă. Faptul că la nivelul platformei aeriene nu există componente electrice sau electronice, face ca funcționarea acestuia să nu poată fi influențată de fenomene electromagnetice atmosferice sau induse eventual de un posibil inamic. Sistemul poate avea ca scop și activități de identificare si monitorizare meteorologică, activități civile de salvare de persoane sau activități militare de identificare a surselor acustice de la sol și din aer.The advantage of this system is that it is inert to the action of atmospheric factors, the optical fiber that operates as an acoustic sensor being immune to the influence of electromagnetic waves present in the atmosphere. The fact that there are no electrical or electronic components on the aerial platform means that its operation cannot be influenced by atmospheric electromagnetic phenomena or possibly induced by a possible enemy. The system can also aim for meteorological identification and monitoring activities, civil rescue activities or military activities for identifying acoustic sources from the ground and from the air.

Sistemul de detecție acustică este completat cu unul de identificare a direcției geografice pentru a se putea face corelarea orientării balonului cu sursa acustică, în condițiile de operare variabile generate de factorii atmosferici, în special de vânt. Acest lucru se realizează utilizând efectul Sagnac prin fibra optică, iar pentru acest lucru este folosită aceeași linie de fibră opitcă.The acoustic detection system is completed with one for identifying the geographical direction in order to be able to correlate the orientation of the balloon with the acoustic source, in the variable operating conditions generated by atmospheric factors, especially wind. This is done using the Sagnac effect through fiber optics, and the same fiber optic line is used for this.

Comparativ cu sisteme similare de detecție acustică prin platforme aeriene (baloane), care sunt purtătoare ale echipamentelor electronice și astfel existând pericolul de a fi deteriorate sauCompared to similar systems of acoustic detection by aerial platforms (balloons), which are carriers of electronic equipment and thus there is a danger of being damaged or

PREȘEDINTE DIRECTOR GENERALPRESIDENT GENERAL DIRECTOR

DR.ING. VALENTIN SILIVESTRUDR.ENG. VALENTINE SYLVESTER

RO 137287 AO pierdute, sistemul propus este purtător doar al elementelor sensibile de fibră optică, astfel că o eventuală defectare, pierdere sau deteriorare este mai puțin probabila și suferă costuri semnificativ mai reduse.RO 137287 AO lost, the proposed system carries only the sensitive elements of optical fiber, so a possible failure, loss or damage is less likely and suffers significantly lower costs.

Tehnologia Distributed Acoustic Sensing - DAS se bazează pe tehnica reflectometriei optice în domeniul timpului sensibil la fază (φ-OTDR). Impulsuri laser coerente sunt lansate în fibră pentru a monitoriza modificările în timp a retrodispersiei Rayleigh rezultate. Modificările dinamice de deformare a suportului fizic conduc la deplasări mici ale elementelor de împrăștiere/dispersie și, prin urmare, la variații ale fazelor relative ale fotonilor retrodispersați. Fibra căreia i s-au aplicat elemente sensibile FBG (Fiber Bragg Gratings) se comportă ca o serie de interferometre a căror răspuns este sensibil la mici modificări ale deformării existente în acestea.Distributed Acoustic Sensing - DAS technology is based on the phase-sensitive time-domain optical reflectometry (φ-OTDR) technique. Coherent laser pulses are fired into the fiber to monitor changes over time in the resulting Rayleigh backscatter. Dynamic deformation changes of the physical support lead to small displacements of the scattering/scattering elements and thus to variations in the relative phases of the backscattered photons. The fiber to which sensitive FBG (Fiber Bragg Gratings) elements have been applied behaves as a series of interferometers whose response is sensitive to small changes in the deformation existing in them.

Avantajul utilizării unui sistem de detecție acustică ce utilizează senzori prin fibră optică, comparativ cu sistemele similare electrice/electronice, este faptul că nu prezintă o sensibilitate la condițiile atmosferice, fiind inert din punctul de vedere al influențelor câmpului electromagnetic natural sau produs artificial (impulsuri electromagnetice utilizate ca arme). Totodată, un astfel de sistem oferă posibilitatea unei detecții omnidirecționale, detectarea de surse situate dincolo de linia de observație directă, fiind un sistem pasiv și care utilizează surse reduse de curent. Prin utilizarea sistemului se oferă avantajul detectării direcției surselor acustice, estimării locației și a unei posibile clasificări ulterioare a acestora. Se pot astfel identifica surse acustice de tip impuls, cum ar fi tragerile de artilerie, mortiere sau rachete, sau surse de tip cvasialeatoare, cum sunt cele generate de motoarele vehiculelor militare aflate în mișcare. De asemenea, se poate indica frecvența tragerilor de artilerie. Având incorporați un număr mare de senzori, sistemul oferă o rezoluție crescută a detecției acustice. Prin faptul ca elementele sensibile sunt aplicate pe circumferința balonului, iar acesta este ridicat la înălțime, efectul de atenuare acustică al solului este redus. De asemenea sunt reduse și alte fenomene care influențează propagarea undelor acustice, cum ar fi dispersia și difuzia elementelor de vegetația sau variația de înălțime a solului (Figura 6).The advantage of using an acoustic detection system using fiber optic sensors, compared to similar electrical/electronic systems, is the fact that it is not sensitive to atmospheric conditions, being inert from the point of view of natural or artificial electromagnetic field influences (electromagnetic impulses used as weapons). At the same time, such a system offers the possibility of omnidirectional detection, the detection of sources located beyond the direct observation line, being a passive system that uses low current sources. Using the system offers the advantage of detecting the direction of acoustic sources, estimating their location and their possible subsequent classification. It is thus possible to identify impulse-type acoustic sources, such as artillery, mortar or rocket fire, or quasi-random sources, such as those generated by the engines of military vehicles in motion. The frequency of artillery fire can also be indicated. By incorporating a large number of sensors, the system offers an increased resolution of acoustic detection. Due to the fact that the sensitive elements are applied on the circumference of the balloon, and it is raised high, the acoustic attenuation effect of the ground is reduced. Other phenomena that influence the propagation of acoustic waves are also reduced, such as the dispersion and diffusion of vegetation elements or the variation of ground height (Figure 6).

Prin identificarea atât a tragerii de artilerie, cât și a exploziei proiectilelor, face posibil ca sistemul să poată oferi date pentru estimarea traiectoriei acestora și clasificarea tipului de proiectil/armament din caracterul acustic temporal și spectral al tragerii. Nu în ultimul rând,By identifying both artillery fire and the explosion of projectiles, it makes it possible for the system to provide data for estimating their trajectory and classifying the type of projectile/weapon from the temporal and spectral acoustic character of the fire. Not least,

PREȘEDINTE DIRECTOR GENERALPRESIDENT GENERAL DIRECTOR

DR.ING. VALENTIN SILIVESTRUDR.ENG. VALENTINE SYLVESTER

RO 137287 AO posibilitatea de a se defecta a platformei aeriene este minimă, comparativ cu platformele purtătoare de echipamente electronice, iar costul de producție și întreținere este tot unul redus.RO 137287 AO the possibility of the aerial platform to fail is minimal, compared to platforms carrying electronic equipment, and the cost of production and maintenance is also low.

Se dă, în continuare, un exemplu de realizare a invenției, în legătură și cu figurile 1...6.Next, an example of the invention is given, also in connection with figures 1...6.

Platforma aeriană de detecție și localizare a exploziilor sau a altor surse acustice terestre și aeriene, militare sau civile, conform invenției și așa cum se poate observa și din cadrul fig.l, este alcătuită dintr-un balon 100 umplut cu heliu sau alternative, pe suprafața căruia este aplicată continuu, printr-o singură trecere, o fibră optică 101, cu inserții FBG ca element de detecție. Fibra optică își continuă înfășurarea, așa cum se poate observa din cadrul fig.2 printr-un modul giroscopic de tip Sagnac 102 care permite stabilirea orientării balonului și în final este conectată la modulul de detecție, care este si generatorul de impulsuri optice 103, situat la sol.The aerial platform for the detection and location of explosions or other land and air acoustic sources, military or civil, according to the invention and as can be seen from fig.l, consists of a balloon 100 filled with helium or alternatives, on the surface of which is continuously applied, in a single pass, an optical fiber 101, with FBG inserts as a sensing element. The optical fiber continues its winding, as can be seen from fig.2 through a gyroscopic module of the Sagnac type 102 that allows the orientation of the balloon to be established and is finally connected to the detection module, which is also the optical pulse generator 103, located to the ground.

Balonul 100 este legat la sol printr-un cablu 104, care permite păstrarea și estimarea poziției balonului și readucerea acestuia la sol. Acesta poate fi ridicat în aer de la câțiva zeci de metri, până la câteva sute de metri, pentru a fi eficient în detectarea surselor terestre, sau chiar la mii de metri, pentru cele aeriene. De asemenea, balonul 100 poate avea mărimi diferite, de la câțiva metri până la zeci de metri, în funcție de suprafața care se dorește a fi acoperită și de precizia de determinare în domeniul de frecvențe. Astfel, pentru semnale ce conțin un spectru de frecvențe cât mai joase, este necesar un balon cu diametru mai mare.The balloon 100 is tethered to the ground by a cable 104, which allows the balloon's position to be stored and estimated and returned to the ground. It can be raised in the air from several tens of meters, up to several hundred meters, to be effective in detecting ground sources, or even thousands of meters, for aerial ones. Also, the balloon 100 can have different sizes, from a few meters to tens of meters, depending on the area to be covered and the determination accuracy in the frequency domain. Thus, for signals containing a spectrum of frequencies as low as possible, a balloon with a larger diameter is required.

Sistemul de detecție acustică prin fibră optică DAS (Distributed Acoustic Sensing) utilizează o rețea Bragg FBG (Fiber Bragg Grating) ce folosește principiul reflectometriei optice în domeniul temporal, sensibil la fază Φ-OTDR (Phase-sensitive Optical Time-Domain Reflectometry). Modulul Φ-OTDR injectează o serie de impulsuri optice în fibră și extrage, din același capăt al fibrei, lumina împrăștiată (retrodispersie Rayleigh) sau reflectată înapoi, din diverse locații de-a lungul fibrei. Lumina împrăștiată sau reflectată este receptată înapoi și este utilizată pentru a caracteriza parametrii acustici din fibra optică. Caracteristicile impulsurilor de colectate sunt măsurate și integrate în funcție de timp.The optical fiber acoustic detection system DAS (Distributed Acoustic Sensing) uses a Bragg FBG (Fiber Bragg Grating) network that uses the principle of optical time-domain reflectometry, phase-sensitive Φ-OTDR (Phase-sensitive Optical Time-Domain Reflectometry). The Φ-OTDR module injects a series of optical pulses into the fiber and extracts, from the same end of the fiber, scattered (Rayleigh backscatter) or back-reflected light from various locations along the fiber. The scattered or reflected light is received back and used to characterize the acoustic parameters in the optical fiber. The characteristics of the pulses to be collected are measured and integrated as a function of time.

Sistemul de detecție Φ-OTDR (Error! Reference source not found.) este compus dintro sursă laser de bandă îngustă 105 generatoare de impulsuri de coerență înaltă modulate in timp la nanosecunde, un amplificator acusto-optic 106 ce are rol de modulator și amplificator optic. Controlul și compensarea de fază se realizează printr-un sistem 115. Un al doilea amplificator optic 107 (Erbium-doped fiber amplifier) amplifică suplimentar impulsurile optice care au pierdut din putere și care sunt trimise prin fibra optică. Acestea trec prin niște zonele sensibileThe Φ-OTDR detection system (Error! Reference source not found.) is composed of a narrowband laser source 105 generating high-coherence pulses modulated in time at nanoseconds, an acousto-optical amplifier 106 that acts as a modulator and optical amplifier . Phase control and compensation is performed by a system 115. A second optical amplifier 107 (Erbium-doped fiber amplifier) additionally amplifies the optical pulses that have lost power and are sent through the optical fiber. They pass through some sensitive areas

PREȘEDINTE DIRECTOR GENERALPRESIDENT GENERAL DIRECTOR

DR.ING. VALENTIN SILIVESTRUDR.ENG. VALENTINE SYLVESTER

RO 137287 AORO 137287 AO

108 FBG, iar impulsurile reflectate de acestea datorită micro-deformațiilor stratului suport se întorc înapoi, trec printr-un circulator 109 unde interferează cu semnalul generat inițial într-un cuplaj 110 și colectat de o fotodiodă 111 care transformă semnalul optic într-unul electric.108 FBG, and the pulses reflected by them due to the micro-deformations of the support layer return back, pass through a circulator 109 where they interfere with the signal initially generated in a coupling 110 and collected by a photodiode 111 that transforms the optical signal into an electrical one.

Ulterior, semnalul este preluat de un sistem de achiziție 112, filtrat și digitizat, iar informațiile sunt prelucrate de un computer 113. Unitatea de calcul controlează și modulul de control al impulsurilor 114. Numărul de elemente sensibile FBG influențează sensibilitatea de detecție a semnalelor. Acest număr este restricționat de dimensiunea balonului si de frecvența de generare și de achiziție a trenurilor de impulsuri optice.Subsequently, the signal is taken by an acquisition system 112, filtered and digitized, and the information is processed by a computer 113. The computing unit also controls the pulse control module 114. The number of sensitive FBG elements influences the sensitivity of signal detection. This number is restricted by the balloon size and the generation and acquisition frequency of the optical pulse trains.

Fibra optică trece inițial prin modulul giroscopic de tip Sagnac 102 (Figura 4) cuplat la partea inferioară a balonului și care are scopul de a determina poziția unghiulară a acestuia față de o referință. Lumina incidență generată în fibra optică este divizată în două impulsuri care ajung la înfășurarea giroscopului, unul în sensul acelor de ceasornic (CW) și celălalt în sens invers acelor de ceasornic (CCW) și care se propagă de-a lungul buclei de fibră optică, ajungând într-un cuplaj optic 50:50, unde impulsurile interferează. Când apare o modificare a poziției unghiulare a balonului, apare și o schimbare de fază între cele două impulsuri. După demodulare de către fotodetector, șirul de date ce descrie modificarea în intensitatea luminii, redă prin urmare și unghiul față de referință.The optical fiber initially passes through the Sagnac 102 type gyroscopic module (Figure 4) coupled to the bottom of the balloon and which aims to determine its angular position with respect to a reference. The incident light generated in the optical fiber is split into two pulses that reach the gyroscope winding, one clockwise (CW) and the other counterclockwise (CCW) and propagate along the fiber optic loop, ending up in a 50:50 optical coupling, where the pulses interfere. When a change in the angular position of the balloon occurs, there is also a phase shift between the two pulses. After demodulation by the photodetector, the data string describing the change in light intensity, therefore also renders the angle with respect to the reference.

După ce părăsește modulul giroscopic, trenul de impulsuri ajunge, succesiv, la elementele sensibile 108, distribuite circular pe balon, în locații cunoscute, conform Figura 5, astfel încât să acopere toate direcțiile ce converg omnidirecțional pe suprafața balonului. Astfel, un tren de impulsuri optice parcurge succesiv toate elementele sensibile dispuse pe fibra optică și implicit pe suprafața balonului. Rezoluția spațială a elementelor sensibile este apreciată la un minim 50 cm la o frecvență a semnalului optic de 2 GHz.After leaving the gyro module, the pulse train successively arrives at the sensitive elements 108, distributed circularly on the balloon, at known locations, according to Figure 5, so as to cover all directions that converge omnidirectionally on the balloon surface. Thus, a train of optical pulses successively traverses all the sensitive elements arranged on the optical fiber and implicitly on the surface of the balloon. The spatial resolution of the sensitive elements is rated at a minimum of 50 cm at an optical signal frequency of 2 GHz.

Prin triangulație, semnalele recepționate de elementele sensibile 108 fac posibilă detectarea direcției, estimarea locației, iar prin analiza semnalului în timp și frecvență se determină cadența de tragere, traiectoria posibilă a proiectilelor de artilerie grea și eventual clasificarea sursei acustice.Through triangulation, the signals received by the sensitive elements 108 make it possible to detect the direction, estimate the location, and by analyzing the signal in time and frequency, the firing rate, the possible trajectory of the heavy artillery projectiles and possibly the classification of the acoustic source are determined.

Sistemul Φ-OTDR permite redarea unui semnal acustic care poartă informații de amplitudine și fază. Semnale tranziente de tip impuls sunt determinate prin analiza în amplitudine a semnalului în domeniul temporal și în frecvențe. Sistemul este capabil să detectezeThe Φ-OTDR system allows playback of an acoustic signal carrying amplitude and phase information. Transient impulse signals are determined by amplitude analysis of the signal in the time and frequency domains. The system is able to detect

PREȘEDINTE DIRECTOR GENERALPRESIDENT GENERAL DIRECTOR

DR.ING. VALENTIN SIL1VESTRUDR.ENG. VALENTIN SIL1VESTRU

RO 137287 AO semnale de tip impuls a căror energie acustică este situată preponderent în banda de frecvențe 0500 Hz, zona în care sunt cuprinse tragerile de artilerie de calibru mare.RO 137287 AO pulse-type signals whose acoustic energy is predominantly located in the 0500 Hz frequency band, the area in which large-caliber artillery fire is contained.

Pentru detecția semnalelor acustice continue cvasi-staționare caracteristice vehiculelor grele aflate în mișcare sau în operare staționară, este necesar ca semnalul în timp să fie prelucrat și extrase semnăturile spectrale de identificare. Având în vedere faptul că vehiculele militare grele și tancurile au un spectru până în 1.000 Hz, cu o concentrare a energiei acustice până în 150 Hz pentru tancurile medii și mari, zona de interes pentru extragerea semnăturilor spectrale de identificare este redusă la acest interval.For the detection of quasi-stationary continuous acoustic signals characteristic of heavy vehicles in motion or in stationary operation, it is necessary that the time signal be processed and the identification spectral signatures extracted. Considering that heavy military vehicles and tanks have a spectrum up to 1,000 Hz, with a concentration of acoustic energy up to 150 Hz for medium and large tanks, the area of interest for extracting identification spectral signatures is reduced to this range.

PREȘEDINTE DIRECTOR GENERALPRESIDENT GENERAL DIRECTOR

DR.ING. VALENTIN SILIVESTRUDR.ENG. VALENTINE SYLVESTER

Claims (1)

RO 137287 AORO 137287 AO REVENDICARECLAIM Platformă aeriană de detecție și localizare a exploziilor sau a altor surse acustice terestre și aeriene, militare sau civile, caracterizată prin aceea că, este alcătuit dintr-un balon (100) umplut cu heliu sau alte alternative, pe suprafața căruia este aplicată continuu, printr-o singură trecere, o fibră optică (101) continuă cu elemente de grile Bragg de bandă largă ca elemente sensibile acustic aplicate pe balon care își continuă înfășurarea printr-un modul giroscopic de tip Sagnac (102) care permite stabilirea orientării balonului (100) și în final este conectată la un modul de detecție (103) situat la sol, dintr-un sistem de detecție Φ-OTDR care este compus dintro sursă laser de bandă îngustă (105) generatoare de impulsuri de coerență înaltă modulate in timp la nanosecunde, un amplificator acusto-optic (106) ce are rol de modulator și amplificator optic, semnalul fiind preluat de un sistem de achiziție (112), filtrat și digitizat, iar informațiile sunt prelucrate de un computer (113).Aerial platform for the detection and localization of explosions or other terrestrial and aerial acoustic sources, military or civil, characterized in that it consists of a balloon (100) filled with helium or other alternatives, on the surface of which it is continuously applied, through -a single pass, a continuous optical fiber (101) with broadband Bragg grating elements as acoustically sensitive elements applied to the balloon which continues its winding through a gyroscopic Sagnac module (102) that allows the orientation of the balloon (100) to be determined and finally it is connected to a detection module (103) located on the ground, of a Φ-OTDR detection system which is composed of a narrowband laser source (105) generating nanosecond time-modulated high-coherence pulses, an acousto-optical amplifier (106) which acts as a modulator and optical amplifier, the signal being received by an acquisition system (112), filtered and digitized, and the information is processed by a computer (1 13). ioyo PREȘEDINTE DIRECTOR GENERALPRESIDENT GENERAL DIRECTOR DR.ING. VALENTIN SILIVESTRUDR.ENG. VALENTINE SYLVESTER
ROA202200623A 2022-10-11 2022-10-11 Aerial platform for detecting and locating explosions or other terrestrial and aerial military or civil acoustic sources RO137287A0 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ROA202200623A RO137287A0 (en) 2022-10-11 2022-10-11 Aerial platform for detecting and locating explosions or other terrestrial and aerial military or civil acoustic sources

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ROA202200623A RO137287A0 (en) 2022-10-11 2022-10-11 Aerial platform for detecting and locating explosions or other terrestrial and aerial military or civil acoustic sources

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RO137287A0 true RO137287A0 (en) 2023-02-28

Family

ID=85283444

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ROA202200623A RO137287A0 (en) 2022-10-11 2022-10-11 Aerial platform for detecting and locating explosions or other terrestrial and aerial military or civil acoustic sources

Country Status (1)

Country Link
RO (1) RO137287A0 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7307701B2 (en) Method and apparatus for detecting a moving projectile
CA2662299C (en) A method and system for extending operational electronic range of a vehicle
RU2689783C2 (en) Method and system for long-range radio-electronic reconnaissance based on "track in atmosphere" "radio-insight" object flying in stratosphere with hypersonic speed
Kartashov et al. Peculiarities of small unmanned aerial vehicles detection and recognition
Daniel Anti-submarine warfare and superpower strategic stability
Zohuri Radar energy warfare and the challenges of stealth technology
CN105242278A (en) Air-based space fragment optical detection and tracking system and method
CN114508966B (en) Air-ground combined multi-level interception follow-up defense system
KR101748305B1 (en) Low Altitude Unmanned Aircraft Surveillance System
Zohuri et al. Fundaments of Radar
RU187275U1 (en) Unmanned Aircraft Complex
US10578440B1 (en) Atmospheric infrasonic sensing from an aircraft
RO137287A0 (en) Aerial platform for detecting and locating explosions or other terrestrial and aerial military or civil acoustic sources
CN107008017B (en) A kind of dedicated multifunction detecting dummy vehicle of teenager's defence education
CN201788022U (en) Full-automatic driving/driven type infrared early warning tracking guidance system
KR101753469B1 (en) Device of supporting remote multi-sensing mission
RU2543084C2 (en) Lowered prospecting module "svetlyachok"
RU2816461C2 (en) Method of forming objects of simulated model of background target situation on uninhabited territory of ice space
CN106952551A (en) A kind of special satellite robot percussion system of teenager's research in defense-related science and technology
CN106896345A (en) A kind of strategic balloon radar for having conduct monitoring at all levels
Mian et al. The Infeasibility of Early Warning
Lopez et al. Unattended ground sensors: another cued intelligence surveillance and reconnaissance asset of the submarine
Yang et al. Photoelectric Detection on Derived Attributes of Targets
Daniel ASW Sensors and their Deployment
Mastafa et al. Calibrating and Testing EUSO-SPB in Flight using a Laser and LEDs on an Aircraft