Исследование чувствительности оптических волокон в контексте локализации злоумышленника в защищенном помещении

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.

1. Segura-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.2014.2356342

2. Bertrand 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.2011.6101302

3. Cheng 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:10.1155/2012/962523

4. Liu 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.2007.905750

5. Wang H. Wireless sensor networks for acoustic monitoring. Ph.D. Theses. Los Angeles: University of California, 2006.

6. 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:10.1145/345910.345917

7. Raykar 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.2004.838540

8. Bucaro 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.16.001761

9. Kim 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.12.000729

10. Wang 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.2019.2924736

11. Wild 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.2008.926894

12. Gubareva 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:10.1117/12.2593047

13. Бурдин 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.

14. Treshchikov V.N. Dunay software and hardware complex. 2019. URL: https://t8.ru/wp-content/uploads/2019/01/Dunay-2019-eng.pdf.

15. 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.

16. 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.

17. 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.12.000281

18. Gubareva 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/ITNT55410.2022.9848680

19. Gubareva 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:10.1117/12.2631780

20. Pan 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.2011.83110S

21. Wang 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.23.033301

22. Fenta 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/s10712-021-09634-8

23. 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 29.05.2022)