Doppler laser radar for shot localization

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.