Тема 12 Поиск каналов утечки информации c помощью нелинейного л. Задание 11 Лабораторная работа 4. Тема занятия Поиск каналов утечки информации c помощью нелинейного локатора. Поиск и обнаружение радиозакладок в помещении
 Скачать 499.77 Kb.
|
1 2 Группа 4Оиб9 Дата: 26.10.2021 г. ПЛАН ЗАНЯТИЯ Дисциплина (модуль) МДК.03.01 Техническая защита информации. Задание № 11 Лабораторная работа №4. Тема занятия: Поиск каналов утечки информации c помощью нелинейного локатора. Поиск и обнаружение радиозакладок в помещении. Цель занятия: Изучить методы противодействия несанкционированному съему информации с помощью радиозакладок, получить навыки практического использования данных методов.. Результаты освоения дисциплины (профессионального модуля) (в соответствии с ФГОС СПО): ОК; ПК ОК 1. Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес. ОК 2. Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество. ОК 3. Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность. ПК 2.2. Программировать в соответствии с требованиями технического задания Уметь: использовать языки программирования, строить логически правильные и эффективные программы. Знать: общие принципы построения алгоритмов, основные алгоритмические конструкции; понятие системы программирования; Теоретическая часть: Основные физические предпосылки Основным фактором, препятствующим использованию радиолокационного метода для создания дистанционных средств поиска неподвижных малоразмерных объектов, является значительный уровень помех от окружающего фона. Практическое отсутствие нелинейных электромагнитных свойств у естественного фона (грунта, воды, растительности) позволяет регистрировать гармоники облучающего поля, возникающие за счет наличия объектов искусственного происхождения, находящихся в зоне поиска на поверхности грунта или в его верхнем слое. Нелинейными свойствами могут обладать некоторые горные породы с высокой концентрацией ферромагнитных включений, а также отдельные залежи сульфидных руд. Известно, что у реальных объектов наибольшими нелинейными свойствами обладают высокочастотные полупроводниковые радиодетали (транзисторы, диоды), а также точечные прижимные стальные контакты. Такими объектами являются (таблица 1): различные радиоуправляемые устройства и устройства промышленного шпионажа, стрелковое оружие, обломки самолетов и вертолетов, переносные радиостанции (в том числе и выключенные) и т.д. Объектами поиска могут быть также специальные нелинейные метки, используемые для скрытого обозначения различных объектов и участков местности, а также людей (например, спасателей в труднодоступных местах). Таблица 1. Объекты поиска в нелинейной радиолокации
Способность нелинейного локатора обнаруживать радиоэлектронные устройства основана на следующем. Любые радиоэлектронные устройства (РЭУ), независимо от размера и функционального назначения, состоят из печатных плат с проводниками, которые представляют для зондирующего сигнала локатора набор элементарных антенн - вибраторов. В разрыв отдельных проводников включены полупроводниковые элементы: диоды, транзисторы, микросхемы. В результате облучения РЭУ зондирующим сигналом на частоте f на его полупроводниковых элементах через элементарные антенны наводится переменная ЭДС. В силу нелинейного характера вольт- амперной характеристики (ВАХ) элементов РЭУ переменный сигнал высокой частоты локатора претерпевает нелинейное преобразование в набор гармоник, частоты которых равны кратному целому числу зондирующей частоты локатора (2f, 3f и т.д.). С помощью тех же самых проводников печатной платы (элементарных антенн) весь спектр, включающий сигналы как на основной частоте f, так и на частотах гармоник 2f, 3f и т.д., переизлучается в эфир. Приемник локатора, принимая любую высшую гармонику переотраженного зондирующего сигнала локатора, устанавливает наличие в зоне облучения РЭ. Так как амплитуда сигнала на гармонике резко убывает с увеличением ее номера, то в нелинейных локаторах в основном используют 2-ю и реже 3-ю гармоники. Коэффициент преобразования энергии зондирующего сигнала в энергию высших гармоник очень мал, что относит нелинейные локаторы к системам ближнего действия. Существенное влияние на величину коэффициента преобразования оказывают значения мощности и частоты зондирующего сигнала локатора. Зависимость коэффициента преобразования от мощности зондирующего сигнала в первом приближении с точностью до 80% повторяет структуру ВАХ полупроводниковых элементов. Следовательно, на процесс преобразования влияет не величина средней мощности, а пиковая (импульсная) мощность сигнала. Сам процесс преобразования не зависит от состояния РЭУ: активное (включенное) или пассивное (выключенное), но коэффициент преобразования, а, следовательно, и мощность сигнала гармоник, являются функцией состояния объекта. При активном режиме объекта поиска мощность переизлученного на гармониках сигнала возрастает. Наличие нелинейности характерно не только для полупроводниковых элементов радиоэлектронных средств, но контактов между металлическими предметами с пленкой окислов на поверхности, например, ржавых прутьев в железобетонных плитах домов. Все металлические контакты, в том числе и ржавчина, представляют собой нелинейный элемент с неустойчивым р-n переходом, поскольку он образован путем естественного прижима двух или более поверхностей. В физике полупроводников подобная структура известна как структура металл-окисел-металл, а нелинейный элемент подобной структуры называется МОМ-диод. Поэтому обнаружение 2-й гармоники в отраженном сигнале не является достаточным условием наличия закладного устройства. Одновременный анализ 2-й и 3-й гармоник позволяет приближенно провести селекцию их источников: полупроводников РЭУ и других металлических элементов с полупроводниковым эффектом. Только в результате последующего обследования места облучения достоверно выявляется закладное устройство. Как правило, на индикаторном устройстве современного нелинейного локатора отображаются относительные уровни принимаемых сигналов на второй и третьей гармониках и их разница. Индикаторные устройства располагаются или на приемо-передающем блоке (локаторы Super Broom, "Омега-3" и др.), или непосредственно на антенной штанге (локаторы NJE - 4000, NR-900E, "Энвис" и др.). В нелинейных локаторах в основном используются передающие антенны с линейной поляризацией и приемные антенны - с круговой поляризацией. Проникающая глубина зондирующего сигнала зависит от мощности и частоты излучения. Вследствие увеличения затухания электромагнитной волны в среде распространения с повышением частоты зондирующего сигнала. С ростом частоты наблюдается экспонен-циальный рост затухания и, вследствие физической природы процесса преобразования частоты полупроводниковыми приборами, связанной с их частотными свойствами, и в частности с граничной рабочей частотой, уровень мощности преобразованного отраженного сигнала тем выше, чем ниже частота зондирующего сигнала локатора. Но для излучений с более низкой частотой ухудшаются возможности локатора по локализации места нахождения нелинейности, так как при приемлемых размерах его антенны расширяется ее диаграмма направленности. В основном в нелинейных локаторах используются частоты от 600 до 1 000 МГц. При выборе частоты зондирующего сигнала необходимо учитывать и тот факт, что приемники нелинейных локаторов обладают высокой чувствительностью, поэтому на частотах приема не должно быть сигналов посторонних радиоэлектронных средств даже сравнительно небольшого уровня. В противном случае наличие мешающих сигналов значительно затрудняет процесс поиска закладных устройств. Например, в центре Москвы работа с нелинейным локатором "Энвис" может быть затруднена, так как в полосе приема отраженного сигнала на второй гармонике (около 1806 МГц) постоянно работает мощное радиоэлектронное средство. Поэтому наиболее эффективно применение нелинейных локаторов, имеющих возможность перестройки рабочей частоты в некотором диапазоне. Например, в нелинейном локаторе Orion (NJE - 400) фирмы Research Electronics International (REI) предусмотрен автоматический режим выбора рабочей частота в диапазоне от 880 до 1000 МГц. При этом в качестве рабочей выбирается частота, на второй гармонике которой наблюдается наименьший уровень помех. Теоретические основы нелинейной локации Антенна нелинейного локатора (НЛ) облучает объект для определения наличия в нем электронных компонентов. Когда ВЧ сигнал облучает полупроводниковые соединения (диоды, транзисторы и т.д.), он возвращается на гармонических частотах с определенными уровнями, благодаря нелинейным характеристикам соединения. Однако ложные срабатывания также могут иметь при этом место, из-за того, что места соединения двух различных металлов или коррозионные металлические конструкции также вызывают гармонический отраженный сигнал вследствие своих нелинейных характеристик. Такие соединения мы будем называть ложными. На рис.1 представлены вольт-амперные характеристики полупроводникового и ложного соединений.   Рис.1. Вольт-амперные характеристики полупроводникового и ложного соединений Из-за различия в нелинейных характеристиках полупроводникового и ложного соединений, отклики 2-й и 3-й гармоник будут иметь различную интенсивность. Когда НЛ облучает полупроводник, отклик на второй гармонике сильнее, чем на 3-ей. При облучении ложного соединения наблюдается обратный эффект: отклик на 3-ей гармонике сильнее, чем на 2-ой.  Рис.2. Сравнение уровней сигналов 2-ой и 3-ей гармоник при работе с НЛ (слева - полупроводник, справа - ложное соединение) На основе накопленных экспериментальных и физических представлений процесс наблюдения в условиях нелинейной локации полностью аналогичен традиционной локации для случая наблюдения объектов с активным ответом в режиме опознавания. Мощность на гармониках, излучаемая объектом (а значит и эффективность обнаружения при прочих равных условиях), растет при увеличении мощности излучения локатора Ризл.., снижении частоты его излучения f и номера принимаемой гармоники N. Кроме того, чем ниже частота излучения локатора, тем меньшие значения имеют коэффициенты затухания K1, K2, что также ведет к увеличению мощности сигнала от объекта. Существенным отличием нелинейной локации от классического наблюдения (обнаружения) объектов с активным ответом является прямое преобразование падающей на объект энергии зондирующего сигнала в энергию высших гармоник. В связи с этим модель радиолокационного наблюдения (обнаружения) в условиях нелинейной локации можно классифицировать как наблюдение с полуактивным ответом, что связано с отсутствием потребления энергии объектом от специального источника питания. Особенностями его являются очень малое значение коэффициента нелинейного преобразования (ξN << 1) и зависимость его от частоты и мощности зондирующего сигнала локатора. Определим понятие нелинейного объекта. Нелинейным объектом называется объект, обладающий нелинейной вольтамперной характеристикой (ВАХ) (рис.1). К ним относятся диоды, транзисторы, микросхемы, контакты металл-окисел-металл (МОМ-диод). К простейшему нестабильному МОМ-диоду относится и классическая двуокись железа - ржавчина. Специально созданные МОМ-диоды до середины 60-х годов использовались как детекторные диоды сантиметрового и миллиметрового диапазонов. ВАХ любого нелинейного элемента разлагается в ряд Тейлора в виде апроксимирующего степенного полинома. Тогда выходной ток на воздействие гармонического входного сигнала будет иметь вид:  где is(t) - входной сигнал на нелинейном элементе Из (2) следует, что за счет нелинейности ВАХ в выходном сигнале за счет детектирования появляется постоянная составляющая e0, основная гармоника с амплитудой, умноженной на коэффициент a и высшие гармоники основной частоты, амплитуды которых пропорциональны соответствующим коэффициентам. Определим физическое понятие этих коэффициентов. Из следует, что a есть крутизна ВАХ в рабочей точке.  Коэффициенты β, γ являются соответственно первой и второй производными от крутизны ВАХ в рабочей точке Е0. Большинство полупроводниковых приборов, используемых в радиоэлектронных устройствах съема информации - транзисторы, диоды, микросхемы, обладают характеристиками, близкими к квадратичной. Что касается естественных МОП диодов - ржавых частей металла или их контактов, идентификация строится на предположении кубической зависимости их ВАХ, когда в (2) отсутствуют производные четного порядка. Данное предположение не имеет под собой физических оснований, поскольку даже искусственными технологическими приемами невозможно создать идеальные квадратичную или кубическую зависимости ВАХ. Естественный контакт двух металлов или ржавчина представляют собой элемент с механически нестабильным “p-n переходом”, а следовательно и с нестабильной ВАХ, которая в данном случае сильно зависит от всех параметров окружающей среды, что автоматически ведет к такой же чувствительности к внешним параметрам и крутизны и остальных ее производных. История создания нелинейных локаторов Разработки нелинейных локаторов, получивших такое название из-за использования в своей работе нелинейных свойств полупроводниковых элементов, начались в США, Великобритании и СССР в середине 70-х годов. Первым устройством, поступившим на вооружение ЦРУ, был локатор "Super Scout", серийный выпуск которого начался с 1980 г. В 1981 г. появился британский "Broom", который несколько уступал американскому аналогу. Отечественный серийный локатор появился в 1982 г. и назывался "Орхидея". Еще раньше ему предшествовали несколько образцов, которые были сняты с появлением "Орхидеи" [53]. В настоящее время для поиска закладных устройств широко применяются нелинейные локаторы отечественного производства: "Обь", NR - 900Е, "Родник - 23", "Энвис", "Циклон", "Переход", "Омега-3" и др., а также импортные локаторы: Super Broom, Orion (NJE - 4000), Super Scout и т.д. (рис. 2.29 ... 2.31). Характеристики некоторых нелинейных локаторов приведены в таблице.
Что касается важности применения нелинейного локатора, то в настоящее время это единственное техническое средство, которое гарантирует почти 100 процентное качество обследования помещений по выявлению скрытых радиоэлектронных устройств. Для поиска таких закладных устройств могут использоваться металлоискатели (металлодетекторы). В металлоискателях используются магнитные и электрические свойства электропроводящих материалов, которые в той или иной степени присутствуют в закладных устройствах. Любая закладка содержит токопроводящие элементы: резисторы, индуктивности, соединительные проводники, антенну, корпус элементов питания или металлический корпус закладки и т.п. Принципы работы металлоискателей основаны на измерении и селекции изменений активной и реактивной составляющей напряжения, наводимого на измерительной катушке металлоискателя вихревыми токами в исследуемом объекте, или изменении активного и реактивного сопротивления катушки. Вихревые токи возникают при облучении объекта магнитным полем, создаваемым другой, так называемой поисковой катушкой металлоискателя. На эту катушку поступает аналоговый или импульсный сигнал от соответствующего генератора металлоискателя. Наводимые в приемной катушке сигналы усиливаются и анализируются встроенным в металлоискатель микропроцессором, обеспечивающим преобразование сигнала в ряд Фурье. Характеристики сигнала зависят от размеров токопроводящей поверхности объекта, коэффициента ее электропроводности, магнитной проницательности материала и частоты поля, которую подбирают в зависимости от решаемых задач. В металлоискателях, применяемых для поиска закладок, частота составляет несколько кГц. Компенсация сигналов в измерительной катушке, возникающих в результате непосредственного действия мощного поля поисковой катушки, достигается за счет соответствующего пространственного расположения поисковой и измерительной катушек, использования компенсационной катушки с параметрами, идентичными параметрам измерительной, но с противоположным направлением намотки провода, или обеспечивается электронным путем. Для обнаружения закладок применяются в основном ручные металлоискатели. Измерительная и поисковая катушки в них могут выполняться в виде торроида диаметром порядка 140 ... 150 мм, конструктивно объединенного с кожухом в виде ручки, в котором размещаются остальные узлы металлоискателя, или устанавливаться в едином кожухе металлоискателя. Металлоискатели имеют звуковые и световые индикаторы, регулятор настройки чувствительности. Питание ручных металлодетекторов осуществляется от встроенных аккумуляторов. Основная проблема, возникающая в металлодетекторах - подстройка коэффициента усиления под параметры среды. В современных металлодетекторах эта проблема решается микропроцессором, который обеспечивает автоматическую настройку его чувствительности. Типовым представителем металлоискателей является портативный селективный металлодетектор "Унискан". Он представляет собой вихретоковый селективный металлодетектор с компенсированным вихретоковым преобразователем. Прибор имеет встроенную систему дискриминации (игнорирования) мелких ферромагнитных предметов (булавок, скрепок, иголок и т.п.). Сигнализация обнаружения металлических предметов осуществляется выдачей сигнала на встроенный пьезоэлектрический излучатель и светодиодный индикатор. В случае обнаружения ферромагнитного объекта, прибор выдает монотонный звуковой сигнал частотой 2 ... 3 кГц, а в случае обнаружения объекта из цветного металла - прерывистый. В приборе реализован динамический режим работы, то есть, обнаружение предмета происходит при перемещении детектора над этим предметом (рекомендуемая скорость перемещения - 50 см/с). Он позволяет обнаружить винт М 3 7 на дальности 8 см, а латунный диск 25·1 мм - на дальности до 17 см [63]. Металлодетектор имеет небольшие размеры (400·145·35) и весит 260 г [63]. 1 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||