Акустическая камера Crysound SonoCam Pi (CRY 8504) cо 128 микрофонами

Акустическое обнаружение БПЛА: новая реальность

В современном мире БПЛА применяются практически повсюду — от промышленности и строительства до боевых действий. Сегодня всё более важной задачей становится своевременное обнаружение дронов в охраняемых зонах, рядом с критически важными объектами и в воздушном пространстве с ограниченным доступом.

Обнаружить БПЛА бывает непросто. Дрон может находиться на значительном расстоянии, лететь на большой высоте и лишь на несколько секунд появиться в поле зрения наблюдателя. В тёмное время суток возможности визуального обнаружения БПЛА существенно ограничены. Не всегда помогает и контроль радиочастот: автономный БПЛА способен двигаться по заранее заданному маршруту без постоянной связи с оператором, а оптоволоконный дрон вообще не излучает в радиодиапазоне.

Один из способов обнаружения БПЛА — анализ звука работающих двигателей и воздушных винтов. Именно по этому принципу работает акустическая камера Crysound SonoCam Pi (CRY8504). Массив из 128 MEMS-микрофонов одновременно регистрирует акустические сигналы в разных точках пространства. Система анализирует их и определяет направление на источник, формируя карту звукового давления.

Камера показывает не только сам акустический сигнал, но и его пространственное положение. Карта звукового давления совмещается с изображением с камеры, поэтому оператор сразу видит, откуда идёт звук и с каким участком воздушного пространства он связан.

Для Crysound SonoCam Pi доступны две модификации: с 128 и 208 MEMS-микрофонами. Версия со 128 микрофонами — более бюджетный вариант той же акустической камеры.

Основные преимущества

• Обнаружение БПЛА на расстоянии до 500 м
  128-канальная микрофонная решётка обладает высокой чувствительностью, а технология бимформинга снижает влияние посторонних звуков и помогает точно определить направление на источник.
• Пассивное обнаружение без радиочастотного излучения
  Камера работает как пассивный акустический детектор и не создаёт электромагнитного излучения, благодаря чему остаётся незаметной для радиочастотных средств обнаружения.
• Обнаружение при частичном перекрытии цели
  Звуковые волны способны огибать препятствия, поэтому сигнал от БПЛА может достигать микрофонов, даже если дрон частично скрыт.
• Работа в полной темноте
  Акустическое обнаружение не зависит от освещенности, поэтому камера подходит для круглосуточного наблюдения, в том числе в полной темноте.
• Устойчивость к радиочастотным помехам
  Акустический принцип обнаружения не связан с радиочастотным каналом БПЛА и не подвержен влиянию помех, характерных для радиочастотных систем обнаружения.
• Платформа для разработки собственных решений
  Открытый API предоставляет доступ к данным со всех 128 каналов для создания собственных алгоритмов обработки сигналов и специализированных приложений.

Как SonoCam Pi находит источник звука

На дисплее пространственное распределение акустического сигнала совмещается с реальным изображением. Области с наиболее сильным акустическим сигналом выделяются на акустической карте, поэтому оператор может сразу определить направление на источник звука. Для БПЛА таким источником обычно становится работающая силовая установка — двигатели и винты.

Чем акустическое обнаружение отличается от других технологий

Универсального способа обнаружения БПЛА не существует. Каждая технология обнаружения использует свой физический принцип: радар анализирует отражённые радиоволны, радиочастотные системы — радиоизлучение, камеры — изображение, а акустические системы — звук.

Радары

излучают радиоволны, регистрируют их отражение от объектов и по отраженному сигналу определяют наличие и положение цели. Это эффективный инструмент для дальнего обнаружения и сопровождения, в том числе радиомолчащих БПЛА. Однако небольшие цели сложно отличить от птиц и других подобных объектов, а точность обнаружения снижается для небольших дронов, летящих на предельно малой высоте. Радиолокационные системы также требуют значительных первоначальных вложений и регулярных расходов: ежегодные затраты на техническое обслуживание могут составлять 5–10 % стоимости оборудования.

Радиочастотные системы

анализируют радиоизлучение самого БПЛА и канала связи с наземной станцией. Они могут перехватывать сигналы обмена между дроном и наземным пунктом управления, определять направление на источник и получать информацию о текущем положении БПЛА. Однако такие системы чувствительны к электромагнитным помехам и сложным условиям окружающей среды, а схожие радиочастотные источники бывает трудно отличить друг от друга. БПЛА на проводном управлении радиочастотная система обнаружить не сможет.

Оптические и тепловизионные камеры

обнаруживают БПЛА по изображению в видимом или инфракрасном диапазоне. Камера в реальном времени наблюдает за воздушным пространством. Специальные алгоритмы подавляют шумы, повышают качество изображения и выделяют объекты, похожие на беспилотники, на фоне окружающего пространства. Такой метод даёт визуальное подтверждение цели, но его возможности сильно зависят от условий наблюдения. Освещённость, туман, осадки, перекрытие дрона другими объектами и различные помехи могут затруднять обнаружение. Кроме того, дальность распознавания оптических камер ограничена.

Акустические камеры

анализируют звук, создаваемый летящим аппаратом, а не его радиосигнал или отражение радиоволн. Поэтому им не нужен передатчик и не требуется визуальная видимость цели. Акустические камеры особенно ценны как дополнительный канал обнаружения в составе мультисенсорной системы.

Акустическая камера в составе комплексной системы обнаружения БПЛА

SonoCam Pi может использоваться как дополнительный акустический детектор в составе комплексной системы обнаружения БПЛА. Акустический канал дополняет радар, радиочастотные и оптико-электронные средства, компенсируя ограничения этих методов обнаружения.

Контроль низколетящих БПЛА

128-канальная микрофонная решётка регистрирует звук низколетящих БПЛА и определяет направление на источник. Это особенно важно для контроля низких высот, где возможности радиолокационного обнаружения ограничены.

Обнаружение радиомолчащих целей

Акустический метод не требует радиочастотного излучения от БПЛА. Поэтому SonoCam Pi дополняет радиочастотные системы при обнаружении целей, которые не используют обычный радиоканал, например, дронов с проводным управлением.

Поддержка оптико-электронных систем

Акустическая камера не зависит от освещённости и помогает определить направление на цель в условиях, затрудняющих визуальное наблюдение. Данные о положении источника звука помогают направить оптико-электронные средства на нужный участок воздушного пространства для последующего визуального подтверждения цели.

Акустическое изображение поверх видео

SonoCam Pi отображает пространственное распределение акустического сигнала непосредственно на реальном изображении с камеры, поэтому оператор может сразу определить, с каким объектом связан источник звука. Разрешение камеры составляет 13 Мп с полем зрения 94° по горизонтали и 76° по вертикали. Встроенный 8-дюймовый дисплей имеет разрешение 1920 × 1200, ёмкостный сенсорный экран и яркость до 600 нит.

Пользовательские алгоритмы анализа звука

Открытый API SonoCam Pi передаёт в реальном времени данные о форме сигнала со всех 128 каналов и видеопоток. Разработчики могут создавать собственные алгоритмы обработки сигналов и программные приложения на основе полученных данных. Для работы с алгоритмами на ПК предусмотрена интеграция с MATLAB.

Точность измерений класса 1

SonoCam Pi соответствует характеристикам измерительных приборов класса 1. Это важно для задач, где акустическая камера используется не только для визуального поиска источника шума, но и как измерительный инструмент. Оператор одновременно получает пространственную информацию об источнике и данные об уровне звукового давления.

Запись результатов и экспорт данных

Результаты измерений сохраняются в нескольких форматах: изображения JPG, видео MP4, аудиозаписи WAV и файлы данных CDAT. Внутренняя память 64 ГБ дополнена картой microSD объёмом до 64 ГБ. Передача данных выполняется через USB-C, Wi-Fi или microSD. Максимальная продолжительность одного видеоролика составляет 5 минут.

До 8 часов работы

SonoCam Pi работает до 4 часов на одной перезаряжаемой литий-ионной батарее. В стандартный комплект входят два аккумулятора, поэтому общий запас автономной работы составляет до 8 часов. Каждая батарея оснащена светодиодным индикатором заряда.

Не только дроны: акустическая диагностика

Камера подходит для: