Торокин А. А. Основы инженерно-технической защиты информации. Факультет защиты информации кафедра инжернернотехнической защиты информации
 Скачать 1.98 Mb.
|
 Рис. 3.11. Структура супергетеродинного приемника. После преобразования усиление и селекция выполняются применительно к сигналам промежуточной частоты. Для постоянной промежуточной частоты задачи по обеспечению высокой избирательности и чувствительности решаются проще и лучше. Преобразователь частоты состоит их гетеродина и смесителя. Гетеродин представляет собой перестраиваемый вручную или автоматически высокочастотный генератор гармонического колебания с частотой, отличающейся от частоты принимаемого сигнала на величину промежуточной частоты. Процесс преобразования частоты происходит в смесителе, основу которого составляет нелинейный элемент (полупроводниковый диод, транзистор, радиолампа). На него поступают принимаемый сигнал с частотой fс и гармонический сигнал гетеродина с частотой fг. На выходе смесителя создается множество комбинаций гармоник принимаемого сигнала и колебаний гетеродина, в том числе на промежуточной частоте fп=fс- fг. Селективные фильтры усилителя промежуточной частоты пропускают только сигналы промежуточной частоты, которые усиливаются до величины, необходимой для нормальной работы детектора. Однако супергетеродинному приемнику присущ ряд недостатков, вызванных процессом преобразования частоты. Они состоят в том, что фильтры усилителя промежуточной частоты пропускают не только полезные сигналы, частота которых равна fс=fг+fп,, но и ложные с частотой fл= fг - fп, симметричной (“зеркальной”) по отношению к частоте гетеродина fг. Помехи на “зеркальной” частоте ослабляются путем двойного или даже тройного преобразования частот в супергетеродинном приемнике. Промежуточная частота каждого последующего преобразования понижается. В результате этого первую промежуточную частоту можно без ущерба для избирательности приемника выбрать достаточно высокой. При больших значениях промежуточной частоты “зеркальная” частота существенно отличается (на удвоенную промежуточную частоту) от сигнала и подавляется входными фильтрами радиоприемника. Возможности радиоприемника определяются следующими техническими характеристиками: - диапазоном принимаемых частот; - чувствительностью; - избирательностью; - динамическим диапазоном; - показателями качества принимаемой информации; - эксплуатационными параметрами. Диапазон принимаемых частот обеспечивается шириной полосы пропускания селективных элементов входных фильтров и фильтров усилителя высокой частоты. Настройка же приемника на нужную частоту производится путем механической или электронной перестройкой частоты гетеродина. При поиске сигналов важной характеристикой является скорость перестройки, которая в панорамных приемниках (приемниках для быстрого обзора радиодиапазонов) достигает сотни МГц за 1 мксек. Чувствительность радиоприемника оценивается минимальной мощностью или напряжением сигнала на его входе, при которой на выходе приемника достигается отношение сигнал/помеха и мощность (напряжение), необходимые для нормальной работы оконечной аппаратуры или восприятия информации человеком. Такая чувствительность называется реальной. Предельная чувствительность соответствует мощности (напряжения) входного сигнала, равного мощности шумов входных цепей радиоприемника. Информация полезного сигнала мощностью менее мощности шумов радиоприемника настолько сильно ими искажается, что передача информации возможна только при кодировании ее специальными помехоустойчивыми кодами. В диапазонах дециметровых и более коротких волн чувствительность измеряют в ваттах или децибелах по отношению к уровню в 1 мВт (дБм), на метровых и более длинных - в микровольтах (мкВ). Реальная чувствительность современных профессиональных супергетеродинных приемников дециметровых и сантиметровых волн находится в пределах 10-12--10-14 Вт, приемников метровых и более длинных волн составляет 0.1-10 мкВ. Избирательность приемника оценивается параметрами амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) его селективных цепей, определяющей зависимость коэффициента усиления приемного тракта от частоты. Избирательность приемника максимальная, когда его амплитудно-частотная характеристика повторяет форму спектра принимаемого сигнала. В этом случае будут приняты все его спектральные составляющие, но не пропущены спектральные составляющие других сигналов (помех). Практически реализовать это требование чрезвычайно трудно, так как спектр сигналов с различной информацией имеет изрезанную постоянно меняющуюся форму и существуют большие технически проблемы при формировании амплитудно-частотной характеристики сложной заданной формы. Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) радиоприемника характеризует величину пропускания его селективных цепей в зависимости от частоты колебания сигнала. В качестве идеальной АЧХ рассматривается П‑образная форма с шириной, равной средней ширине спектра сигнала. Избирательность реального приемника оценивается двумя основными показателями: шириной полосы пропускания и коэффициентом прямоугольности АЧХ радиоприемника, реальная форма которой имеет колоколообразный вид. Ширина полосы пропускания определяется на уровне 0.7 по напряжению, а коэффициент прямоугольности - отношением полосы пропускания на уровне 0.1 к полосе пропускания на уровне 0.7. Чем более пологой является АЧХ радиоприемника, тем шире полоса пропускания на уровне 0.1 по отношению к уровню 0.7 и тем больше величина коэффициента прямоугольности. Коэффициент пропускания позволяет количественно оценить пологий характер амплитудно-частотной характеристики радиоприемника. Чем ближе коэффициент прямоугольности АЧХ к 1, тем круче ее скаты и тем меньше помех «пролезет» по краям полосы пропускания. С целью уменьшения мощности помех, прошедших в тракт приемника, ширину его полосы пропускания устанавливают соответствующей ширине спектра сигнала. В приемниках для приема сигналов, существенно отличающихся по ширине, например, речи и телеграфа, ширину полос пропускания различных селективных цепей изменяют путем коммутации селективных элементов (катушек индуктивности, конденсаторов). Так как активные элементы усилительных каскадов радиоприемника (транзисторы, диоды и др.) имеют достаточно узкий интервал значений входных сигналов, при которых обеспечивается линейное усиление сигналов, то при обработке сигналов с амплитудой вне этих интервалов возникают их нелинейные искажения и, следовательно, искажение информации. В реальных условиях уровни сигналов на входе приемников, используемых для добывания информации, существенно отличаются. Например, громкость речи при приеме сигналов закладных устройств меняется в широких пределах при перемещении говорящего человека в помещении. Динамический диапазон характеризует возможности приемника по безискаженному приему сигналов различной мощности. Величина динамического диапазона оценивается отношением максимального уровня к минимальному уровню принимаемого сигнала и измеряется в децибелах. При недостаточном динамическом диапазоне возникают искажения электрических сигналов, соответствующих громким звукам. Для повышения динамического диапазона современные радиоприемники содержат устройство автоматической регулировки усиления (АРУ) приемного тракта в соответствии с уровнем принимаемого сигнала. Несоответствие амплитудно-частотной и фазовой характеристик, динамического диапазона радиоприемника текущим характеристикам сигнала приводят к частотным, фазовых и нелинейным искажениям сигнала и потере информации. Частотные искажения вызываются подавлением или изменениями составляющих спектра входного сигнала. Из-за частотных искажений сигнал на входе демодулятора приобретает форму, отличающуюся от входной. Фазовые искажения сигнала возникают из-за нарушений фазовых соотношений между отдельными спектральными составляющими сигнала при прохождении его цепям тракта приемника. Искажения, проявляющиеся в появлении в частотном спектре выходного сигнала дополнительных составляющих, отсутствующих во входном сигнале, называются нелинейные. Нелинейные искажения вызывают элементы радиоприемника, имеющие нелинейную зависимость между выходом и входом. Они возникают при превышении отношения значений максимальной и минимальной напряженности электромагнитной волны в месте приема динамического диапазона радиоприемника. Эти виды искажений приводят к изменению информационных параметров сигнала на входе демодулятора и, как следствие, к искажению информации после демодуляции. Кроме указанных электрических характеристик возможности радиоприемников оцениваются также по их надежности, оперативности управления, видам электропитания и потребляемой мощности, массо-габаритным показателям. Большие возможности по перехвату радиосигналов в широком диапазоне частот предоставляют сканирующие приемники, некоторые типы которых приведены в табл. 3.6 [71]. Таблица 3.6.
Примечание: чувствительность определена в режиме узкополосной ЧМ при отношении сигнал/шум на выходе детектора в полосе телефонного фильтра 12 дБ на частотах до 500 МГц. Особенностью этих радиоприемников является возможность очень быстрой (электронной) перестройки в широком диапазоне частот. Кроме того, наиболее совершенные из сканеров содержат устройство «памяти», которое запоминает вводимые априори, а также в процессе поиска, частоты радиосигналов, не представляющие интерес для оператора. В результате такого запоминания резко сокращается время просмотра широкого диапазона частот. Средства измерения признаков сигнала включают большой набор различных программно-аппаратных устройств и приборов, в том числе устройства панорамного обзора и анализа спектра, измерители временных параметров дискретных сигналов, определители видов модуляции и кода. Разрешение по наклонной дальности в РСА обеспечивается, как и в других РЛС БО, за счет импульсного режима их работы. При наблюдении земной поверхности с помощью РСА предъявляются жесткие требования к прямолинейности траектории полета самолета, к стабильности амплитудно-фазовых характеристик приемопередающего тракта РЛС и устройств обработки сигналов, параметров среды распространения и характеристик отражения радиоволн наблюдаемых объектов. Для цифровой обработки сигналов требуется так же большая память бортового компьютера. Наряду с тенденцией повышения частот для улучшения разрешающей способности радиолокатора в последнее время появились локаторы, использующие более низкие частоты - в пределах дециметровых и метровых волн. Главное преимущество низких частот - существенное увеличение проникающей способности облучающих сигналов. Для сухой почвы она может достигать нескольких метров. Это значит, что РЛС может наблюдать сигналы, отраженные не только от поверхности Земли или объекта, но и различными неоднородностями в глубине. Появляются дополнительные демаскирующие признаки объектов и возможность их наблюдения при маскировке, например, естественной растительностью. 3.3. Способы и средства подслушивания Подслушивание - метод добывания информации, носителем которой является акустическая, гидроакустическая и сейсмическая волны. Этот метод добывания имеет столь же долгую историю, как и наблюдение. Во времена отсутствия специальных технических средств информация добывалась путем подслушивания речи и других звуковых сигналов ушами злоумышленника. Термин “подслушивание” сохранился и после появления разнообразных технических средств, позволяющих существенно увеличить дальность подслушивания. Некоторые из этих средств размыли границу между наблюдением и перехватом. Подслушивание, например, телефонных разговоров путем подключения приемника электрических сигналов к телефонному кабелю можно рассматривать также как перехват электрических сигналов телефонной сети. Различают непосредственное подслушивание и подслушивание с помощью технических средств. При непосредственном подслушивании акустические сигналы, распространяющиеся от источника звука прямолинейно в воздухе, по воздухопроводам или через различные экраны (двери, стены, окна и др.), принимаются слуховой системой злоумышленника. Слуховая система человека обеспечивает прием акустических сигналов в диапазоне звуковых (20-20000 Гц) частот, границы которого для разных людей колеблются в широких пределах и изменяются с возрастом. Предел слышимости у молодых людей составляет 16-20 кГц, для пожилых людей он снижается в среднем до 12 кГц. Диапазон интенсивности воспринимаемых ухом звуков очень велик. На частоте 2000 Гц наиболее интенсивный звук, который человек может вынести, примерно в 1012 интенсивнее самого слабого воспринимаемого звука. Для представления уровня интенсивности звука при таком огромном диапазоне применяют относительную меру в дБ по отношению к порогу слышимости звука на частоте 1000 Гц. Интенсивность звука человек оценивает как его громкость. Между психологическим восприятием громкости и физической интенсивностью звука нет прямого соответствия. Громкость звука зависит не только от его интенсивности, но и от частоты. При постоянной интенсивности звуки очень высокой и очень низкой частоты кажутся более тихими, чем звуки средней частоты. Порог слышимости слуховой системы на частоте 20 Гц выше порога в диапазоне 2000-5000 Гц примерно на 70 дБ, а на частоте 10000 Гц приблизительно на 15 дБ. Следовательно, максимальная дальность непосредственного подслушивания изменяется в широких пределах в зависимости от спектра звуков говорящего человека. Женский голос равной интенсивности слышен на большем расстоянии, чем мужской. Уши человека плохо приспособлены для восприятия звуков, распространяющихся в твердой среде. С этой целью используются устройства - стетоскопы, которые передают колебания поверхности твердой среды распространения в слуховые проходы ушей человека. Стетоскопы широко применяются в медицинской практике для прослушивания звуков в теле человека, Они представляет собой один или два гибких звукопровода в виде резиновых или из других синтетических материалов трубок, соединенных с контактной площадкой и передающих звуковое колебание от поверхности твердого тела к ушам человека. Эти звукопроводы локализуют и направляют звуковую волну к ушам человека, а также изолируют ее от акустических помех в окружающем пространстве. Для добывания информации применяются стетоскопы, у которых площадка, контактирующая с твердой поверхностью твердой среды распространения, соединена с мембраной микрофона. Для прослушивания структурных звуков подобный акустоэлектрический преобразователь (датчика) стетоскопа прижимают или приклеивают к поверхности стены или трубы. Основной недостаток непосредственного подслушивания - малая дальность, составляющая для речи средней (нормальной) громкости единицы и десятки метров в зависимости от уровня помех. На улице города дальность слышимости днем составляет всего несколько метров. Подслушивание с помощью технических средств осуществляется путем: - перехвата акустических сигналов, распространяющихся в воздухе, воде и твердых телах; - перехвата опасных сигналов от вспомогательных технических средств и систем; - применения лазерных систем подслушивания; - с использованием закладных устройств; - высокочастотного навязывания. Конкретный метод подслушивания реализуется с использованием соответствующего технического средства. Для подслушивания применяют следующие технические средства: - акустические приемники, в том числе направленные микрофоны; - приемники опасных сигналов; - акустические закладные устройства; - лазерные системы подслушивания; - устройства подслушивания путем высокочастотного навязывания. Акустические приемники проводят селекцию по пространству акустических сигналов, распространяющихся в атмосфере, воде, твердых телах, преобразуют их в электрические сигналы, усиливают и селектируют по частоте электрические сигналы, преобразуют их в акустическую волну для обеспечения восприятия информации слуховой системой человека. Кроме того, электрические сигналы с выхода приемника подаются на аудимагнитофон для регистрации акустической информации. Типовая структура акустического приемника приведена на рис. 3.12. |