معرفی و ارزیابی سامانه‌های حفاظت پیرامونی مبتنی بر حسگرهای فیبر نوری و کاربرد آن‌ها در مناطق مرزی

حسین نیا, پویا; معدنچی, احمد

معرفی و ارزیابی سامانه‌های حفاظت پیرامونی مبتنی بر حسگرهای فیبر نوری و کاربرد آن‌ها در مناطق مرزی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ دانشجوی کارشناسی ارشد مخابرات سیستم، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

² کارشناس ارشد دانشگاه مالک اشتر، تهران، ایران

چکیده

روش‌های مختلف حفاظت از محیط اطراف مناطق مهم، همواره به شیوه‌های مختلفی از گذشته تا امروز انجام ‌شده است. با گسترش فناوری‌های نوین در زمینه‌های گوناگون ارتباطی و حسگرهای جدید، لازم است تا در حفاظت از مناطق استراتژیک و مهم، از جمله مرزها نیز از این فناوری‌های جدید استفاده شود تا به‌طور هم‌زمان بتوان مناطق مهم را مورد پایش و بررسی حفاظتی قرار داد. یکی از این فناوری‌ها، سامانه‌های حفاظت پیرامونی مبتنی بر حسگرهای فیبر نوری هستند که با دقت بالا و عملکرد مناسب، قادر به پوشش محوطه پیرامونی وسیعی هستند. در پژوهش‌های انجام‌شده قبلی، ساختارها و تعاریف کلی این سامانه‌ها معرفی ‌شده‌اند و یا به ازای یک ساختار خاص، شبیه‌سازی یا پیاده‌سازی یک نمونه آزمایشگاهی نشان داده‌ شده‌اند. اما در این پژوهش تلاش شده است تا این سامانه‌ها و اصول عملکردشان و مزایا و ملاحظات عملی آن‌ها معرفی و بررسی شوند تا در صورت لازم در مناطق مهم از آن‌ها استفاده گردد. سپس با بررسی و مقادیر واقعی عددی برای فیبرهای نوری رایج مقدار حساسیت آن‌ها به تغییرات دمایی و فشار و کشش محاسبه‌ شده است. در ادامه نیز در یک شبیه‌سازی در MATLAB نحوه محاسبه مکان رخداد اختلال در این سامانه‌ها به ازای ده نمونه به‌صورت تصادفی، نشان داده‌ شده است که به ازای پارامترهای در نظر گرفته ‌شده خطای تخمین تأخیر 000003/0 به دست آمد. همچنین نشان داده شد به ازای افزایش مقدار توان منبع ورودی خطای تخمین کاهش خواهد یافت.

کلیدواژه‌ها

20.1001.1.20086849.1401.13.4.5.4

عنوان مقاله [English]

Investigation and Evaluation of Peripheral Intrusion Detection Systems Based on Fiber Optic Sensors & Their Application in Border Areas

نویسندگان [English]

Pouya Hosseinniya ¹
A. Madanchi ²

¹ Deputy Minister of Engineering and Passive Defense of the Ministry of Defense of the Islamic Republic of Iran, Defense Engineering Science and Research Center

² malek ashtar university

چکیده [English]

Different methods of protecting the environment around important areas have always been done in different ways from the past to today. With the expansion of new technologies in various fields of communication and new sensors, it is necessary to use these new technologies in the protection of strategic and important areas, including borders, so that important areas can be monitored and protected at the same time. One of these technologies is perimeter protection systems based on optical fiber sensors, which are able to cover a wide area with high accuracy and proper performance. In previous researches, the structures and general definitions of these systems have been introduced, or for a specific structure, simulation or implementation of a laboratory sample has been shown. But in this research, an effort has been made to introduce and examine these systems and their principles of operation, their advantages and practical considerations, so that they can be used in important areas if necessary. Then, by checking and actual numerical values for common optical fibers, their sensitivity to temperature changes, pressure and tension has been calculated. In the following, in a simulation in MATLAB, it is shown how to calculate the location of the disruption in these systems for ten random samples, and the delay estimation error of 0.000003 was obtained for the considered parameters. It was also shown that the estimation error will be reduced by increasing the power of the input source.

کلیدواژه‌ها [English]

Perimeter Intrusion Detection Systems(PIDS)
Mach-Zander Interferometer(MZI)
Fiber Optic Sensor
OTDR Systems
Comprehensive Border Monitoring System

مراجع

[1] P. Agrawal, “Fiber-optic communication systems,” John Wiley & Sons, vol. 222, 2012.
[2] Eric and Spillman Jr. William B. , “Fiber optic sensors: an introduction for engineers and scientists,” John Wiley &Sons, 2011.
[3] Krohn, T. MacDougall and A. Mendez, “fiber optic sensors: fundamentals and applications,” Bellingham, WA: Spie Press, 2014.
[4] T. Lin, T. L. Jong and C. W. Hsieh, “Simulation of a modified dual Mach-Zehnder interferometric perimeter intrusion detection system,” 7^th International Conference on Computer and Communication Engineering (ICCCE), 2018.
[5] Senstar, “Product Guide and Site Planning and Installation,” https://senstar.com/wpcontent/uploads/FP1100_Product_Guide_Site_Planning_and_Installation_FPDA0102_EN.pdf, 2021.
[6] Agilfence, “Perimeter Intrusion Detection System,” https://agilfence.com/pids/, 2021.
[7] Tvsss Foss, “Perimeter Intrusion Detection System (FO-PIDS),” https://tvsss-foss.com/perimeter intrusion-detection-system-fopids/, 2021.
[8] D. S. Baby, A. Aparna, A. Unnikrishnan, and M. Poornima, “Temperature Sensors Based on FBG and Folded Mach-Zehnder Interferometery,” 3rd International Conference on Communication and Electronics Systems (ICCES), 2018.
[9] Wu, Q. Ya, Z .Wei, H. Li , and X. Xin, “Intelligent detection and identification in fiber optical perimeter intrusion monitoring system based on the FBG sensor network,” Photonic Sensors, vol. 5, no. 4, pp. 365-375, 2015.
Sun, D. Liu, P. Lu, Q. Sun, W. Yang., S. Wang, L. Liu and W. Ni, “High sensitivity optical fiber strain sensor using twisted multimode fiber based on SMS structure,” Optics Communications, vol. 405, 416-420, 2017.
Allwood, G. Wild, and S. Hinckley, “Optical fiber sensors in physical intrusion detection systems: A review,” IEEE Sensors Journal, vol. 16.14, pp. 5497-5509, 2016.
H., Hsu. K.S., T.L. Jong and Wang. L., “Multi-Zone Fiber-Optic Intrusion Detection System With Active Unbalanced Michelson Interferometer Used for Security of Each Defended Zone,” IEEE Sensors Journal, vol. 20(3), pp. 1607-1618, 2020.
Fajkus, J. Nedoma , P. Siska, L. Bednarek , S. Zabka, and V. Vasinek, “Perimeter system based on a combination of a Mach-Zehnder interferometer and the bragg gratings,” Advances in Electrical and Electronic Engineering, vol. 14.3, pp. 318-324, 2016.
N. Zahid, J. Jiang, and S. Rizvi, “Reflectometric and interferometric fiber optic sensor’s principles and applications,” Frontiers of Optoelectronics, pp. 1-12, 2019.
T. Lin, T. L. Jong., and C. W. Hsieh, “Simulation of a modified dual Mach-Zehnder interferometric perimeter intrusion detection system,” 7^th International Conference on Computer and Communication Engineering (ICCCE), 2018.
E. Wu, T.L. Jong, and C. W. Hsieh, “Modeling and Simulation of a Fiber Optic Dual Mach-Zehnder Interferometric Intrusion Detection System,” Journal of Engineering and Science Research, vol. 1(2), pp. 101-109, 2017.
Zan, A.A.G. Abushagur, and A.A.A. Bakar, “Analysis of independent strain-temperature fiber Bragg grating sensing technique using OptiSystem and OptiGrating,” 6th International Conference on Photonics (ICP), 2016.
M. Elgaud, M. S. Liokumovich, B. Leonid , N. A. Ushakov, O.I. Kotov, M.A. Bisyarin, and A.H. Hartog, “Fundamentals of optical fiber sensing schemes based on coherent optical time domain reflectometry: Signal model under static fiber conditions,” Journal of Lightwave Technology, vol. 33.17, pp. 3660-3671, 2015.
Shakeri, and S. Nouri, F. Sohbatzadeh, and A. Hemmati, "Construction of peripheral protection sensor based on Mach-Zander interferometer using twin optical fiber," 9th International Conference on Acoustics and Vibrations, Tehran, 2019. (in Persian)
Asadi, M. Ruhollamininejad, and H. Ruhollamininejad, "Simulation of φ-OTDR-based fiber optic distribution sensor for detection and location of the aggressor," Second International Conference on Physical and Mathematical Sciences, 2015. (in Persian)
Malekzadeh, R. Pashaei and M.M. Samaei, "Phase Sensitive Fiber Optic Distribution Sensor in Passive Defense Measures," Passive Defense Quarterly, No. 4, pp. 103-93, 2018. (in Persian)
Sun, D. Liu, J. Wang, and H. Liu, “Distributed fiber-optic vibration sensor using a ring MachZehnder interferometer,” Optics Communications, vol. 281(6), pp. 1538-1544, 2008.