tuzsutТруды учебных заведений связиProceedings of Telecommunication Universities1813-324X2712-8830СПбГУТ10.31854/1813-324X-2023-9-1-52-58tuzsut-439Research ArticleЭЛЕКТРОНИКА, ФОТОНИКА, ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И СВЯЗЬELECTRONICS, PHOTONICS, INSTRUMENTATION AND COMMUNICATIONSИсследование чувствительности оптических волокон в контексте локализации злоумышленника в защищенном помещенииThe Sensitivity Investigation of Fiber Optic Paths in the Framework of an Intruder Localization at a Protected Facilityhttps://orcid.org/0000-0001-8167-8291КартакВ. М.KartakV.

доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой вычислительной техники и защиты информации Уфимского государственного авиационного технического университета

Ufa, Russian Federation

kvmail@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4177-0370ГубареваО. Ю.GubarevaO.

кандидат технических наук, начальник управления научной и инновационной деятельности Поволжского государственного университета телекоммуникаций и информатики

Samara, Russian Federation

o.gubareva@psuti.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3919-4151ДашковМ. В.DashkovM.

кандидат технических наук, и. о. заведующего кафедрой линий связи и измерений в технике связи Поволжского государственного университета телекоммуникаций и информатики

Samara, Russian Federation

mvd.srttc@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-5148-6432ГуреевВ. О.GureevV.

аспирант кафедры линий связи и измерений в технике связи Поволжского государственного университета телекоммуникаций и информатики

Samara, Russian Federation

gureevvo.rabota@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-5677-7802ЕвтушенкоА. С.EvtushenkoA.

инженер кафедры линий связи и измерений в технике связи Поволжского государственного университета телекоммуникаций и информатики

Samara, Russian Federation

alex2194ru@yandex.comУфимский государственный авиационный технический университетРоссияUfa State Aviation Technical UniversityRussian FederationПоволжский государственный университет телекоммуникаций и информатикиРоссияPovolzhskiy State University of Telecommunications and InformaticsRussian Federation202309032023915258Copyright © Картак В.М., Губарева О.Ю., Дашков М.В., Гуреев В.О., Евтушенко А.С., 20232023Картак В.М., Губарева О.Ю., Дашков М.В., Гуреев В.О., Евтушенко А.С.Kartak V., Gubareva O., Dashkov M., Gureev V., Evtushenko A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://tuzs.sut.ru/jour/article/view/439

В статье рассмотрена возможность использования уже существующих на объектах городской застройки линий связи на основе таких технологий передачи информации, как «волокно в офис» и «волокно до рабочего места» применительно к задачам физической защиты объектов. Изучены аспекты использования распределенных акустических датчиков на основе фазочувствительного оптического рефлектометра для локализации источников акустического воздействия в режиме реального времени, то есть для определения местоположения нарушителя на охраняемом объекте. Оценивалась чувствительность оптических трактов к акустическим воздействиям, соответствующим речевым сигналам предполагаемого нарушителя. Рассмотрен оптический тракт на основе оптического волокна в оптическом модуле с гидрофобным наполнением. Проведен анализ спектральной чувствительности исследуемых образцов оптических волокон. Представлена оценка влияния условий прохождения трассы прокладки оптического кабеля и взаимодействия акустического датчика с окружающими предметами. Приведен анализ результатов, полученных в ходе тестовых мероприятий на испытательном полигоне.

The paper considers the possibility of using communication lines already existing at urban development sites based on such information transfer technologies as «fiber-to-the-office» and «fiber-to-the-desk» in relation to the tasks of physical protection of objects. The aspects of using distributed acoustic sensors based on a phase-sensitive optical time-domain reflectometer for localizing sources of acoustic impact in real-time, that is, for determining the location of an intruder on a protected object, are considered. The sensitivity of optical paths to acoustic influences corresponding to the speech signals of the alleged intruder was assessed. An optical path based on optical fiber in an optical module with a hydrophobic filling is considered. An analysis of the spectral sensitivity of the optical fiber samples under study has been carried out. An assessment of the influence of the conditions for the passage of the route of laying the optical cable and the interaction of the acoustic sensor with the surrounding objects was carried out. The analysis of the results obtained during the test events at the experimental site was carried out.

оптическое волокнораспределенный акустический датчикоптический рефлектометрзлоумышленникакусто-оптикаoptical fiberdistributed acoustic sensoroptical reflectometerintruderacousto-opticsРабота выполнена в рамках гранта аспирантам, соискателям и молодым ученым на проведение исследований, направленных на обеспечение информационной безопасности для задач цифровой экономики, договор № 40469-36/2021-ДThe paper was made as part of a grant to graduate students, applicants and young scientists for research aimed at ensuring information security for the tasks of the digital economy Contract No. 40469-36/2021-DReferencesSegura-Garcia J., Felici-Castell S., Perez-Solano J.J., Cobos M., Navarro J.M. Low-Cost Alternatives for Urban Noise Nuisance Monitoring Using Wireless Sensor Networks // IEEE Sensors Journal. 2015. Vol. 15. Iss. 2. PP. 836–844. DOI:10.1109/JSEN.2014.2356342Segura-Garcia J., Felici-Castell S., Perez-Solano J.J., Cobos M., Navarro J.M. Low-Cost Alternatives for Urban Noise Nuisance Monitoring Using Wireless Sensor Networks. IEEE Sensors Journal. 2015;15(2):836–844. DOI:10.1109/JSEN.2014.2356342Bertrand A. Applications and trends in wireless acoustic sensor networks: A signal processing perspective // Proceedings of the 18th IEEE Symposium on Communications and Vehicular Technology in the Benelux (SCVT, Ghent, Belgium, November 2011). IEEE, 2011. PP. 1–6. DOI:10.1109/SCVT.2011.6101302Bertrand A. Applications and trends in wireless acoustic sensor networks: A signal processing perspective. Proceedings of the 18th IEEE Symposium on Communications and Vehicular Technology in the Benelux, SCVT, November 2011, Ghent, Belgium. IEEE; 2011. p.1–6. DOI:10.1109/SCVT.2011.6101302Cheng L., Wu C., Zhang Y., Wu H., Li M., Maple C. A Survey of Localization in Wireless Sensor Network // International Journal of Distributed Sensor Networks. 2012. Vol. 8. Iss. 12. P. 962523. DOI:10.1155/2012/962523Cheng L., Wu C., Zhang Y., Wu H., Li M., Maple C. A Survey of Localization in Wireless Sensor Network. International Journal of Distributed Sensor Networks. 2012;8(12):962523. DOI:10.1155/2012/962523Liu H., Darabi H., Banerjee P., Liu J. Survey of Wireless Indoor Positioning Techniques and Systems // IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics, Part C (Applications and Reviews). 2007. Vol. 37. Iss. 6. PP. 1067–1080. DOI:10.1109/TSMCC.2007.905750Liu H., Darabi H., Banerjee P., Liu J. Survey of Wireless Indoor Positioning Techniques and Systems. IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics, Part C (Applications and Reviews). 2007;37(6):1067–1080. DOI:10.1109/TSMCC.2007.905750Wang H. Wireless sensor networks for acoustic monitoring. Ph.D. Theses. Los Angeles: University of California, 2006.Wang H. Wireless sensor networks for acoustic monitoring. Ph.D. Theses. Los Angeles: University of California, 2006.Priyantha N.B., Chakraborty A., Balakrishnan H. The Cricket location-support system // Proceedings of the 6th Annual International Conference on Mobile Computing and Networking (MobiCom ’00, Boston, USA, 6‒11 August 2000). ACM, 2000. PP. 32–43. DOI:10.1145/345910.345917Priyantha N.B., Chakraborty A., Balakrishnan H. The Cricket location-support system. Proceedings of the 6th Annual International Conference on Mobile Computing and Networking, MobiCom ’00, 6‒11 August 2000, Boston, USA. ACM; 2000. p.32–43. DOI:10.1145/345910.345917Raykar V.C., Kozintsev I.V., Lienhart R. Position calibration of microphones and loudspeakers in distributed computing platforms // IEEE Transactions on Speech and Audio Processing. 2005. Vol. 13. Iss. 1. PP. 70–83. DOI:10.1109/TSA.2004.838540Raykar V.C., Kozintsev I.V., Lienhart R. Position calibration of microphones and loudspeakers in distributed computing platforms. IEEE Transactions on Speech and Audio Processing. 2005;13(1):70–83. DOI:10.1109/TSA.2004.838540Bucaro J.A., Dardy H.D., Carome E. F. Optical fiber acoustic sensor // Applied Optics. 1977. Vol. 16. Iss. 7. P. 1761. DOI:10.1364/AO.16.001761Bucaro J.A., Dardy H.D., Carome E. F. Optical fiber acoustic sensor. Applied Optics. 1977;16(7):1761. DOI:10.1364/AO.16.001761Kim B.Y., Blake J.N., Huang S.Y., Shaw H.J. Use of highly elliptical core fibers for two-mode fiber devices // Optics Letters. 1987. Vol. 12. Iss. 9. P. 729. DOI:10.1364/OL.12.000729Kim B.Y., Blake J.N., Huang S.Y., Shaw H.J. Use of highly elliptical core fibers for two-mode fiber devices. Optics Letters. 1987;12(9):729. DOI:10.1364/OL.12.000729Wang Y., Yuan H., Liu X., Bai Q., Zhang H., Gao Y., et al. A Comprehensive Study of Optical Fiber Acoustic Sensing // IEEE Access. 2019. Vol. 7. PP. 85821–85837. DOI:10.1109/ACCESS.2019.2924736Wang Y., Yuan H., Liu X., Bai Q., Zhang H., Gao Y., et al. A Comprehensive Study of Optical Fiber Acoustic Sensing. IEEE Access. 2019;7:85821–85837. DOI:10.1109/ACCESS.2019.2924736Wild G., Hinckley S. Acousto-Ultrasonic Optical Fiber Sensors: Overview and State-of-the-Art // IEEE Sensors Journal. 2008. Vol. 8. Iss. 7. PP. 1184–1193. DOI:10.1109/JSEN.2008.926894Wild G., Hinckley S. Acousto-Ultrasonic Optical Fiber Sensors: Overview and State-of-the-Art. IEEE Sensors Journal. 2008;8(7):1184–1193. DOI:10.1109/JSEN.2008.926894Gubareva O.Y. Potential capabilities of optical distributed acoustic sensors to determine the location of an intruder // Proceedings of the 18th International Scientific and Technical Conference on Optical Technologies for Telecommunications (Samara, Russian Federation, 17‒20 November 2020). 2021. P. 33. DOI:10.1117/12.2593047Gubareva O.Y. Potential capabilities of optical distributed acoustic sensors to determine the location of an intruder. Proceedings of the 18th International Scientific and Technical Conference on Optical Technologies for Telecommunications, 17‒20 November 2020, Samara, Russian Federation. 2021:33. DOI:10.1117/12.2593047Бурдин В.А., Губарева О.Ю. Способ симплексной передачи данных по оптическому волокну кабельной линии. Патент на изобретение RUS 2702983 C1 от 30.05.2019. Опубл. 14.10.2019.Burdin V.A., Gubareva O.Y. Method of simplex data transmission over an optical fiber of a cable line. Patent RF no. 2702983 C1, 14.10.2019. (in Russ.)Treshchikov V.N. Dunay software and hardware complex. 2019. URL: https://t8.ru/wp-content/uploads/2019/01/Dunay-2019-eng.pdf.Treshchikov V.N. Dunay software and hardware complex. 2019. URL: https://t8.ru/wp-content/uploads/2019/01/Dunay-2019-eng.pdf.Грознов Д.И., Леонов А.В., Наний О.Е., Нестеров Е.Т., Трещиков В.Н. «Дунай» − система мониторинга активности в охранной зоне трубопровода // Экспозиция Нефть Газ. 2014. № 4(36). С. 51−53.Groznov D.I., Leonov A.V., Naniy O.E., Nesterov E.T., Treshchikov V.N. Dunay ‒ a system for monitoring of activity in the buffer zone of the pipeline. Oil Gas Expo. 2014;4(36):51‒53. (in Russ.)Трещиков В.Н., Наний О.Е. Распределенный датчик акустических и вибрационных воздействий. Патент на изобретение RUS 2532562 C1 от 17.07.2013. Опубл. 10.11.2014.Treshchikov V.N., Naniy O.E. Distributed sensor of acoustic and vibration actions. Patent RF no. 2532562 C1, 10.11.2014. (in Russ.)Blake J.N., Engan H.E., Shaw H.J., Kim B.Y. Analysis of intermodal coupling in a two-mode fiber with periodic microbends // Optics Letters 1987. Vol. 12. Iss. 4. P. 281. DOI:10.1364/OL.12.000281Blake J.N., Engan H.E., Shaw H.J., Kim B.Y. Analysis of intermodal coupling in a two-mode fiber with periodic microbends. Optics Letters. 1987;12(4):281. DOI:10.1364/OL.12.000281Gubareva O., Gureev V., Osipov O. Algorithms for Determining the Location of an Intruder Using DAS in Space // Proceedings of the VIII International Conference on Information Technology and Nanotechnology (ITNT, Samara, Russian Federation, 23‒27 May 2022). IEEE, 2022. PP. 1–6. DOI:10.1109/ITNT55410.2022.9848680Gubareva O., Gureev V., Osipov O. Algorithms for Determining the Location of an Intruder Using DAS in Space. Proceedings of the VIII International Conference on Information Technology and Nanotechnology, ITNT, 23‒27 May 2022, Samara, Russian Federation. IEEE; 2022. p.1–6. DOI:10.1109/ITNT55410.2022.9848680Gubareva O.Y., Burdin V.A., Gureev V.O., Dashkov M.V., Gavryushin S.A., Masyuk S.S., et al. Localization method for all-dielectric fiber-optic cable // Proceedings of the XIX International Scientific and Technical Conference on Optical Technologies for Telecommunications (Samara, Russian Federation, 23‒26 November 2021). 2022. P. 27. DOI:10.1117/12.2631780Gubareva O.Y., Burdin V.A., Gureev V.O., Dashkov M.V., Gavryushin S.A., Masyuk S.S., et al. Localization method for all-dielectric fiber-optic cable. Proceedings of the XIX International Scientific and Technical Conference on Optical Technologies for Telecommunications, 23‒26 November 2021, Samara, Russian Federation. 2022. p.27. DOI:10.1117/12.2631780Pan Z., Liang K., Ye Q., Cai H., Qu R., Fang Z. Phase-sensitive OTDR system based on digital coherent detection // Proceedings of the Conference and Exhibition on Optical Sensors and Biophotonics (Shanghai, China, 13–16 November 2011). 2011. P. 83110S. DOI:10.1364/ACP.2011.83110SPan Z., Liang K., Ye Q., Cai H., Qu R., Fang Z. Phase-sensitive OTDR system based on digital coherent detection. Proceedings of the Conference and Exhibition on Optical Sensors and Biophotonics, 13–16 November 2011, Shanghai, China. 2011. p.83110S. DOI:10.1364/ACP.2011.83110SWang S., Fan X., Liu Q., He Z. Distributed fiber-optic vibration sensing based on phase extraction from time-gated digital OFDR. Optics Express. 2015. Vol. 23. Iss. 26. P. 33301. DOI:10.1364/OE.23.033301Wang S., Fan X., Liu Q., He Z. Distributed fiber-optic vibration sensing based on phase extraction from time-gated digital OFDR. Optics Express. 2015;23(26):33301. DOI:10.1364/OE.23.033301Fenta M.C., Potter D.K., Szanyi J. Fibre Optic Methods of Prospecting: A Comprehensive and Modern Branch of Geophysics // Surveys in Geophysics. 2021. Vol. 42(3). PP. 551–584. DOI:10.1007/s10712-021-09634-8Fenta M.C., Potter D.K., Szanyi J. Fibre Optic Methods of Prospecting: A Comprehensive and Modern Branch of Geophysics. Surveys in Geophysics. 2021;42(3):551–584. DOI:10.1007/s10712-021-09634-8Huang Y., Benesty J. Audio Signal Processing for Next-Generation Multimedia Communication Systems. Boston: Kluwer Academic Publishers, 2004. URL: http://link.springer.com/10.1007/b117685 (Accessed 29.05.2022)Huang Y., Benesty J. Audio Signal Processing for Next-Generation Multimedia Communication Systems. Boston: Kluwer Academic Publishers; 2004. URL: http://link.springer.com/10.1007/b117685 [Accessed 29th May 2022]

The authors declare that there are no conflicts of interest present.