Дополнение сетецентрической системы приёмников звука активной подсветкой объектов наблюдения

Риторический вопрос: если крайняя сторона выполнит свой план и пошлёт на нас армаду дронов, чем будем обороняться?

В войсках используют в основном технические средства обнаружения дронов, основанные на активных РЛС. Эти средства зарекомендовали себя высокой надежностью и точностью установления азимута и дальности цели.

Нами предлагается система разведки уровня батальона на базе сетецентрической системы приёмников звука, устанавливающей 3–х мерных координат цели.

Как отмечалось в предыдущей статье «Применение стационарных умных приёмников звука в составе сетецентрической системы» умные приёмники звука работают в пассивном режиме прослушивания, фильтрования и идентификации звуков. Приёмники реагируют на резкие звуки с определенным паспортом частот и практически ничем себя не обозначая на местности.

Поэтому на следующем шаге развития идеи сетецентрической системы родилось предложение оснастить систему устройством принудительной звуковой подсветки целей. Все ранее полученные теоретические выводы по пассивным приёмникам сохраняются.

1         Точность определения координат цели и выбор типа звуковых волн для локации

Диапазоном частоты эхолокации выберем диапазон ультразвука . Мы считаем, что это целесообразно по многим причинам, т.к имеется множество примеров использования ультразвука в природе.

Эхолокатор дельфина, весящий 200 г и вырабатывающий сигнал 0,1Вт, позволяет дельфину действовать безошибочно в любой обстановке и обмениваться информацией с партнерами в стае.

Другим примером использования звуколокации являются летучие мыши, обладающие способностью ультразвуковой пеленгации преград и охоты на мошек в темноте. Летучие мыши модулируют ультразвук от 150 до 30 кГц. Продолжительностью импульсов 0,2–100мс [1]. Техническими средствами методом электрострикцией можно получать частоты до 104 кГц.

В воздухе источник мощностью в 100 кВт слышен на расстоянии 15 км [2].

Поскольку ультразвуковые волны обладают малой длиной волны, они могут образовывать строго направленные пучки, а при помощи вогнутого зеркального рефлектора ультразвуковые волны можно фокусировать и направлять от источника в строго определенном направлении. Ультразвук почти не дифрагирует и распространяется прямолинейно.

Рассмотрим факторы, влияющие на погрешность величины Δρi в терминах метода Н. Бенуа отсчета отдельного приёмника звука, т.е. сi — скоростью распространения волны в среде и Δτi — точностью определения времени посредством внутреннего генератора частоты приёмника.

Скоростью распространения волны в среде в основном зависит от температуры. Т.к. мы планируемая посылать пакета ультразвука относительно на небольшую дальность, будем считать, что ультразвук распространяется в однородном температурном поле.

ci = const

О факторе времени: у современных микропроцессоров частота 1МГц, т.е. точность определения времени составляет 0,5 мкс.

Для простоты примем скорость звука ~331м/с. Ошибка Δρi составит ~ 331×0,5 10-6м или ~0,165 мм. Поэтому неудивительно, почему летучие мыши так уверенно охотятся при полной темноте, будучи практически слепыми.

2         Построение сетецентрической системы приёмников звука для прикрытия территории позиционной зоны

Рассмотрим схему расположения стационарных умных приёмников с эмиттером ультразвука для прикрытия территории позиционной зоны на рис. 1 Репозиторий сигналов и вычислитель в составе системы на схеме не показаны. Далее они проходят по тексту единым термином — центр.

Рис. 1 Схема системы прикрытия территории позиционного зоны со стационарным эмиттером

Умные приемники звука располагаются по периферии позиционного района. Количество приёмников определяется требованием надежности звукового перекрытия периметра позиционного района.

Учитывается требование, что три приёмника из выборки не должны находиться на одной прямой линии. Если все–таки требуется разместить более 2–х НП по длинной стороне периметра, то можно сместить их по высоте. Общее количество приёмников должно быть не менее 5.

Эмиттер находится по середине территории зоны в дежурном состоянии или редкого излучения.

Мощность эмиттера должна быть достаточной для покрытия позиционного района и может оцениваться из расчета падения интенсивности звука на 6 дБ при удвоении расстояния от эмиттера:

ΔL = -20lg(R)        

, где L – интенсивность звука в дБ;
R – расстояние от эмиттера ультразвука до расчетной точки, м.

Для отраженной волны от целевого объекта формула сохраняет свою справедливость, и будем считать, что цель отражает волну без потерь.

При попытке воздушного проникновения какой–то приёмник улавливает слабый звук целевого объекта и сигнализирует об этом в центр. Центр проключает эмиттер в режим рабочего излучения импульсов ультразвука.

Рис. 2 Схема системы прикрытия территории позиционной зоны со включенным эмиттером.

Приёмники фиксирую время τi прихода отраженной волны и передают его и свои текущие координаты в центр. Анализатор центра на основании присланных данных определяет текущие координаты источника звука путём решения системы уравнений. Вычисления повторяются для каждого пакета импульсов эмиттера с целью отслеживания траектории динамической цели и ее поражения, полагаем, шрапнелью.

Следует отметить, представленная схема полностью повторяет ранее рассмотренную схему построения приёмников при боевом охранении корабля на якорной стоянке. В предыдущей статье мы не указывали на возможность использования в воде звукового излучателя. Теперь мы исправляем это упущение.

3         Построение сетецентрической системы приёмников звука для сопровождения колонны на марше.

Рассмотрим схему контроля воздушного пространства вдоль маршрута колонны. Включенный эмиттер ультразвука располагается в центре колонны.

Приёмники перемещаются вместе с колонной. Размещать их можно на наземных транспортных средствах самой колонны, но возникает риск образования мертвых зон элиминации на прямых участках дороги. Поэтому предлагается рассмотреть установку приёмников звука на беспилотниках.

Группа беспилотников формирует эскадрилью прикрытия. Количество беспилотников должно быть >= 5. На рис. 3 изображено боевое построение эскадрильи наблюдательных пунктов над колонной в виде пентаграммы.

Рис. 3 Схема построения беспилотников прикрытия колонны на марше с приёмниками звука.

Радиус сферы зоны контроля определяется уверенным приемом отраженного импульса эмиттера приёмниками на беспилотниках. Следует учитывать, что приёмники на беспилотниках эскадрильи сопровождения также будут принимать:

–        прямую волну эмиттера и

–        ложные отраженные волны своих «боевых партнеров» из эскадрильи.

Лучше всего отфильтровывать эти сигналы на уровне самих приёмников.

С фильтрацией прямой волны эмиттера достаточно все просто —этот сигнал будет приходить всегда первым.

Необходим механизм распознавания в воздухе «свой–чужой». Можно предложить, чтобы приёмник при приходе прямой волны импульса подмешивал «в эфир» секретный сигнал. По этому наложенному сигналу его узнают «боевые партнеры» и отфильтруют ложный сигнал.

Дроны, не знающие и не излучающие секретного сигнала будут уничтожаться огнём с земли снарядами с дистанционными взрывателями или с радиовзрывателями.

Результаты

В отличие от ранее рассмотренных случаев использования сетецентрической системы с пассивными приёмниками звука для контрбатарейной борьбы предлагается дополнить сетецентрическую систему активным излучателем ультразвука для использования в составе системы ПВО .

Дополнение сетецентрической системы устройством подсветки целевого объекта позволят устанавливать координаты объектов, производящих не только резкий характерный звук, но и малошумящих объектов, например, квадрокоптеров, а также бесшумных объектов, например, воздушных шаров наблюдения.

Модифицированная система может использоваться для прикрытия территории позиционной зоны и для сопровождения колонн на марше.

Стоимость системы очень низкая по сравнению с существующими системами разведки ПВО.

В следующей статья постараемся осветить вопросы вертикального и горизонтального взаимодействия кустов сетецентрической системы.

Литература

1.     Карманная энциклопедия “The Hutchinson”.

2.     В.Н. Хмелев, А.Н. Сливин, Р.В. Барсуков, С.Н. Цыганок, А.В. Шалунов «Применение ультразвука высокой интенсивности в промышленности», Изд. АлтГТУ, Бийск, 2010.