Jag accepterar att kakor lagras på min dator

Läs mer

Doppler laser radar for shot localization.

Doppler laser radar for shot localization. Beställ tryckt exemplar Lägg i kundvagnen
Författare: Ove Steinvall, Jonas Tidström
Ort: Linköping
Sidor: 43
Utgivningsår: 2012
Publiceringsdatum: 2012-12-28
Rapportnummer: (FOI-R--3521--SE)
Nyckelord Doppler lidar, koherent detektion, skottlokalisering, akustik, chockvåg.
Keywords Doppler lidar, coherent detection, shot localization, acoustics, shock waves
Sammanfattning I denna rapport har vi gjort en teoretisk analys av möjligheten att använda en Doppler lidar för skott lokalisering från krypskyttar. Analysen är också relevant för att upptäcka och lokalisera och kanske identifiera andra ljudkällor innan ljudet har nått en observatör. Detta är en klar fördel jämfört med mikrofon-tekniker. Bortsett från en enskild litteratur referens vi har inte hittat några liknande undersökningar och inga experimentella resultat. Vår analys visar dock att det principiellt är möjligt att upptäcka ljudet ner till nivåer motsvarande en människas skrik eller trafik bör i princip vara möjligt ut till km avstånd. En förutsättning är att tillräcklig signalbehandling i första hand bandpassfiltrering och spektralanalys görs för att reducera specklebrus och falsklarm. Tidig upptäckt av skott är viktigt i många militära och civila scenarier. En god prickskytt kan vara effektiv upp till 1-1,5 km avstånd. Detektion av ljudet vid observatören tar 4-5 sekunder efter skottet. Om man kan minska denna tid till 0,5-1 sekunder uppnås en klar fördel genom att man får mer tid för att undvika att bli träffad. Vi fann att detektion av chockvågen förmodligen är den bästa strategin jämfört med upptäckt av tryckvågen från explosionen. Chockvågen är mer begränsat i tid och rum och har även mer högfrekvent innehåll och en högre maximal ljudnivå än tryckvågen från explosionen. Den ljudvåg som alstras av stötvågen kommer att förflytta atmosfärens aerosoler för att skapa en Dopplersignal för en koherent lidar. Användning av rörelsen endast från luft och därmed sammanhängande kontrast i brytningsindex kommer förmodligen inte att vara praktiskt på grund av låg bakåtspridning, åtminstone för en laser som är förenlig med goda koherensegenskaper. Ljudet fortplantar sig snabbt sfäriskt ut från vapnet och når en diameter på ungefär 300 meter inom 0,5 sekunder. Detta är gynnsamt för detektion med hjälp av ett avsökande lasersystem där man inte exakt vet positionen för skytten. Detektering av kulan och kanske även rekylrörelsen hos skytten och hans vapen kan också göras, men detta kräver en noggrann inriktning och kunskap om skyttens position. Om stora matrisdetektorsystem blir praktiska för koherent detektering kan det finnas ett utrymme för denna typ av upptäcktskoncept. Å andra sidan kan dock passiva EO sensorer i IR och SWIR-området också användas för att detektera skytten via mynningsflamman. En Doppler LIDAR kan också ha andra applikationer. Som framgår i rapporten kan positioneringen av en prickskytt och andra skjutande vapen (granatkastare, raketer, etc) ske utan direkt siktlinje till vapnet. Till exempel kan en Doppler lidar placeras på en kulle eller ett tak för att upptäcka den akustiska vågen från skjutningar. Genom en snabb vinkel-scanning och analys kan positionen hos skytten uppskattas. Denna rapport har finansierats av interna medel inom avdelningen för sensor och telekrigssystem.
Abstract In this report we have made a theoretical analysis of the possibility of using a Doppler lidar for shot localization from snipers. The analysis is also relevant for detecting and localizing and maybe identifying other sound sources before the sound has reached the observer which is the distinct advantage compared with microphone techniques. Apart from one literature reference we have not found any similar investigations and no experimental results. Our analysis shows however that the detection of sound down to human scream or traffic sound levels should in principle be possible at km ranges provided sufficient signal processing primarily by bandpass filtering and spectral analysis is made to reject speckle noise and false noise sources. Early detection of sniper shots is a prime goal in many military and civilian scenarios. As a good sniper may be effective up to 1-1.5 km range, the detection of the sound by microphones at the observer will take 4-5 seconds after the shot. If we can reduce this time to 0.5-1 second there is a definite advantage even to have time to avoid being hit. We found that the detection of the shock wave is probably the best strategy vs. detecting the blast wave. The shock wave is more confined in time and space and also has more proper high frequency content and a higher peak sound level than the blast wave. This sound wave generated by the shock wave will move the atmospheric aerosols to create a Doppler signal. Using the movement of only air and the contrast in refractive index will probably not be practical due to low backscatter, at least not for a laser wavelength (above the visual range) compatible with good coherent sources. The sound is rapidly propagating in a spherically manner out form the weapon and reaches a diameter of about 300 meters in 0.5 seconds. This is much more favorable for detection using a scanning system not exactly knowing the position of the shooter. The detection of the bullet and perhaps also the recoil movement of the shooter and his weapon may also be done but this need an accurate pointing and knowledge of the shooter position. If large detector arrays become practical for coherent detection there might be a room for this mode of detection. On the other hand passive EO sensors in the IR and SWIR region may also be used to detect the shooter due to the muzzle blast emission. A Doppler lidar may also have other applications. As indicated in the report the positioning of sniper and other weapon firings (grenade launchers, rocket launches etc.) may be done without line of sight to the actual weapon. For example can the Doppler lidar be placed on a hill of a rooftop to detect the acoustic wave from the firings. By rapid angular scanning and analysis the position of the shooter might be estimated. This report is financed by internal funding from the division of sensor and electronic warfare systems.

Kundvagn

Inga rapporter i kundvagnen

FOI, Totalförsvarets forskningsinstitut

FOI
Totalförsvarets forskningsinstitut
164 90 Stockholm

Tel: 08-555 030 00
Fax: 08-555 031 00

Orgnr: 202100-5182