ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ ПОБОЧНОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И НАВОДОК ПЕРЕНОСНЫМИ СПЕЦКОМПЛЕКСАМИ

image_pdfimage_print
Аннотация: Обеспечение безопасности передаваемого радиосигнала в значительной степени связано с обнаружением побочных электромагнитных излучений и наводок. В статье рассмотрены методы их поиска, а также проанализирована эффективность их использования.
Выпуск: №2 / 2017 (апрель - июнь)
УДК: 621.391.8
Автор(ы): Шибайкин Сергей Дмитриевич
доцент, кафедра инфокоммуникационных технологий и систем связи, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева»

Наумкина Ксения Олеговна
магистрант, кафедра инфокоммуникационных технологий и систем связи, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева»
Страна: Россия
Библиографическое описание статьи для цитирования: Шибайкин С. Д. Исследование измерений побочного электромагнитного излучения и наводок переносными спецкомплексами [Электронный ресурс] / С. Д. Шибайкин, К. О. Наумкина // Научное обозрение : электрон. журн. – 2017. – № 2. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM). – Систем. требования: Pentium III, процессор с тактовой частотой 800 МГц ; 128 Мб ; 10 Мб ; Windows XP/Vista/7/8/10 ; Acrobat 6 х

Значение гарантированной безопасности передаваемого сигнала нельзя переоценить. Контроль защищённости невозможен без выполнения трех основных операций: во-первых, обнаружение сигналов побочных электромагнитных излучений и наводок (ПЭМИН); во-вторых, измерение пикового значения амплитуды сигнала ПЭМИН и среднеквадратического значения уровня шума; и в третьих, расчет необходимых показателей защищенности.

Современная техника обеспечивает низкий уровень ПЭМИН, что является требованием санитарных норм и повышения скорости обработки информации до скорости, при которой важную роль играет электромагнитная совместимость. Однако, сигналы ПЭМИН обязательно существуют, и их необходимо обнаруживать [1]. Для этого необходимо обеспечить наилучшее условия для излучения, распространения и приема сигналов ПЭМИН. При использовании переносного комплекса «Навигатор-П3Г», например, это достигается путем приближения антенны к излучающим узлам, распрямление кабелей, по которым передается информации и приближения к ним измерительной антенны, замена измерительной антенны на токосъемники и измерение несимметричного тока (того тока, который вызывает электромагнитные излучения) в доступных проводниках, а затем на этих частотах поиск сигналов в радиоэфире с помощью антенн, а так же работа в экранированной камере или в ночное время. Измерения следует проводить на корректном расстоянии. Если сигнал не обнаруживается на заранее найденных частотах, значит на этом расстоянии его амплитуда находится ниже уровня индустриальных шумов [2]. Необходимо помнить, что результирующий сигнал в эфире складывается с шумом по формуле 1:

                              

Обеспечить максимальную чувствительность измерительного прибора можно, настроившись на частоту гармоники ( при разложении в ряд Фурье на частотах гармоник излучаются немодулированные синусоидальные сигналы) и уменьшая полосу пропускания, пока полоса занимаемых частот не превышает полосу пропускания прибора. Это связано со свойством пикового детектора, используемого для измерения сигналов ПЭМИН [3]. Все периодические цифровые сигналы в соответствии с разложением в ряд Фурье имеют гармоники на частотах кратных 1/длительность импульса тестового (сигнала периодической последовательности) сигнала и кратной тактовой частоте сигнала. Все найденные сигналы, которые не укладываются в данный ряд возможно являются сигналами паразитной генерации. Если полоса пропускания полностью накрывает сигнал, то амплитуда сигнала не изменяется при изменении полосы пропускания, в то время как уровень шума уменьшается пропорционально квадратному корню из уменьшения полосы пропускания.

Универсальными методами поиска сигналов (предназначенными для любых сигналов ПЭМИН) являются метод разности панорам, аудио-визуальный метод, метод поиска по гармоникам. Причем измерения могут выполняться с использованием системы активного зашумления (САЗ). Алгоритм результатов измерения уровней шума САЗ заключается в следующем:

  1. При интегрировании программа ищет в таблице САЗ (и, соответственно, в таблице затухания САЗ) значение, ближайшее к частоте текущего шага интегрирования.
  2. Выполняется увеличение суммы (интеграла) на найденное значение (в мкВ) с учетом затухания САЗ (реальное + стандартное для различных средств перехвата);
  3. Увеличение шага интегрирования на величину полосы пропускания.
  4. Из вклада последнего шага интеграла вычитается значение, пропорциональное частоте, превысившей границы интегрирования.

Данный алгоритм использования результатов измерения САЗ не противоречит действующей нормативно-методической документации и имеет ряд особенностей применения: для каждого интервала расчета в таблице можно указать только одно (минимальное во всем интервале расчета) значение измеренного уровня САЗ. В этом случае можно говорить о том, что показатели защищенности будут рассчитаны с некоторым «запасом» и реальное значение рассчитанного отношения с/п будет меньше при определении всего шума САЗ в каждом интервале расчета. При использовании только одного значения шума САЗ в интервале расчета рекомендуется затухание САЗ измерять в начале частотного интервала расчета.

Предлагается следующий алгоритм использования результатов измерения затухания шума САЗ:

Для каждого шага интегрирования шума САЗ программа ищет в таблице затухания САЗ значение, ближайшее к частоте текущего шага интегрирования. Это обусловлено тем, что в нормативных документах не приведена методика измерения затухания САЗ. Методика измерения затухания САЗ с помощью внешнего синусоидального генератора неприемлема ввиду большого количества точек измерения шума САЗ. Методика измерения затухания шума САЗ с помощью самого САЗ неприемлема из-за наличия в радиоэфире мощных сигналов, которые превышают уровень САЗ.

Метод разности панорам требует два измерения сигнала: при включенном тестовом сигнале и при выключенном. Затем из графика электромагнитного поля, измеренного при включенном тестовом сигнале, вычитается график электромагнитного поля при выключенном сигнале. Частоты, при которых сигналы из второго графика превысили сигналы первого, являются возможными частотами сигналов ПЭМИН. Чтобы исключить шумы и излучения других устройств, применяется два вида верификации. При первом виде верификации, тестовый сигнал остается включенным, и измеряются уровни сигналов на найденных частотах. Если уровень сигнала в частотной точке изменился более чем на половину от ранее измеренного уровня сигналов над шумом, то считается, что этот сигнал принадлежит другому радиотехническому устройству. Метод разности панорам отражен в таблицах 1–2.

Таблица 1. Изменение спектра сигнала во времени

Таблица 2. Выделение сигнала в спектре

Метод разности панорам эффективен при выявлении сильных сигналов ПЭМИН, у которых соотношение сигнал/шум превышает 6 дБ.

Аудио-визуальный метод поиска требует постоянного участия оператора, он позволяет обнаруживать сигналы с любым положительным соотношением сигнал-шум. На первом этапе необходимо получить два спектра электромагнитной обстановки: при включенном тестовом сигнале и выключенном. Затем оператор визуально отсеивает подозрительные сигналы.

Метод поиска по гармоникам основан на том, что любая периодическая последовательность цифровых сигналов образует в эфире ряд гармоник. Спектры электромагнитной обстановки измеряются с помощью широких полос пропускания от 10 до 100 кГц. После того, как найден первый сигнал ПЭМИН по нему максимально точно определяется частота первой гармоники. Учитывая свойство пикового детектора (при уменьшении полосы пропускания уровень шума уменьшается пропорционально квадратному корню из уменьшения полосы пропускания), сканирование частот гармоник с более узкой полосой пропускания, подстраивая частоты первой гармоники, после уточнения частоты высших гармоник.

Эффективность метода выше, чем у других методов. Он позволяет обнаруживать любые сигналы, какие позволяет чувствительность прибора, но не учитывает возможные сигналы на частотах, не кратных частоте первой гармоники.

Параметрически-корреляционный метод можно использовать только как углубленное исследование [3,4], после использования других методов поиска. По сигналу ПЭМИН, найденному другими гармониками, строится параметрический портрет, по которому обнаруживаются другие сигналы ПЭМИН, в том числе сигналы гармоник.

Другой способ использования данного метода заключается в том, что происходит проверка принадлежности сигналов, обнаруженных при методе разности панорам, к сигналам ПЭМИН. Для каждого сигнала строится параметрический портрет, который сравнивается с параметрическим портретом сигнала монитора. Затем все портреты сравниваются между собой и отбрасываются ложные сигналы. Затем выполняется поиск частоты первой гармоники, и как в методе поиска гармоник, ищутся частоты высших гармоник. Метод обладает высокой эффективностью, однако результаты необходимо проверять, потому что если проверяемое устройство защищенно и имеет слабые сигналы ПЭМИН или антенна расположена неправильно, есть вероятность, что будут найдены неправильные сигналы ПЭМИН.

При измерении уровней сигналов ПЭМИН необходимо помнить, что каждый сигнал ПЭМИН имеет свою диаграмму направленности и вектор поляризации. После обнаружения сигнала необходимо, настроившись на максимальный лепесток диаграммы, найти правильный вектор поляризации,и заново измерить уровень сигнала.

 

Список использованных источников

  1. Шибайкин С. Д. Разработка мобильного комплекса для исследования технической защищенности беспроводных сетей / С. Д. Шибайкин // Фундаментально-прикладные проблемы безопасности, живучести, надежности, устойчивости и эффективности систем : материалы Междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 95-летию со дня рождения выдающегося учёного академика АН СССР (РАН) Всеволода Сергеевича Авдуевского, 1–4 февр. 2017 г. – Елец, 2017. – С. 132–137.
  2. Жигунова Я. А. Методическое и программное обеспечение управления поиском информативных гармоник сигналов электромагнитных излучений от средств вычислительной техники : дис. … канд. техн. наук : 05.13.01 / Я. А. Жигунова. – Иркутск, 2009. – 123 с.
  3. Шибайкин С. Д. Исследование эффективности защиты информации в помещении / С. Д. Шибайкин // Фундаментально-прикладные проблемы безопасности, живучести, надежности, устойчивости и эффективности систем : материалы Междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 95-летию со дня рождения выдающегося учёного академика АН СССР (РАН) Всеволода Сергеевича Авдуевского, 1–4 февр. 2017 г. – Елец, 2017. – С. 126–132.

 


 

 Shibaikin Sergey

associate Professor, Department Information and Communication Technologies and Communication Systems, Federal state budgetary educational institution of higher education «National research N. P. Ogarev Mordovian state University»

Naumkina Ksenia

graduate student, Department Information and Communication Technologies and Communication Systems, Federal state budgetary educational institution of higher education «National research N. P. Ogarev Mordovian state University»

 

 SECONDARY ELECTROMAGNETIC EMISSION AND INTERFERENCE MEASUREMENTS BY PORTABLE SPECIAL COMPLEXES  

 The security of the transmitted radio signal depends largely on the detection of secondary  electromagnetic emission and interference. The article considers the methods of their search and also analyzes the effectiveness of each method.

 

Keywords: portable complex, wireless network, signals, secondary electromagnetic emission, interference, panoramas difference method, audio-visual method, search by harmonics, the method efficiency.

 

© АНО СНОЛД «Партнёр», 2017

© Шибайкин С. Д., 2017

© Наумкина К. О., 2017

image_pdfimage_print