Индикаторы электромагнитного поля. Принцип работы. Основные параметры и характеристики

 

Одним из основных признаков наличия нелегального передатчика являются незарегистрированные радиоизлучения. Поэтому в арсенале средств обеспечения информационной безопасности важное место занимают устройства, предназначенные для обнаружения средств несанкционированной передачи информации за пределы контролируемой зоны по радиоканалу. К числу простейших изделий этой группы аппаратуры относятся индикаторы электромагнитных излучений.

Индикаторы (детекторы) электромагнитного поля позволяют выявлять закладные устройства (ЗУ), внедрённые в выделенные помещения и на объекты информатизации и использующие для передачи информации радиоканал, а также диктофоны и устройства скрытой видеозаписи.

Принцип действия индикаторов электромагнитного поля основан на интегральном методе измерении уровня электромагнитного поля в точке их расположения. В состав типового индикатора поля входит: фильтр высокой частоты, усилитель высокой частоты (при необходимости), диодный детектор, усилитель постоянного тока с логарифмической зависимостью коэффициента усиления, звуковой генератор с изменяющейся и устройство индикации уровня входного сигнала.Структурная схема такого индикатора представлена на рисунок 11.1

 

Рисунок 11.1 - Структурная схема индикатора ЭМП

Принцип работы такого индикатора состоит в следующем. Сигнал, наводимый в антенне, через фильтр высокой частоты поступает на широкополосный апериодическиусилитель, нагрузкой которого служит эмиттерный повторитель, а затем - на диодный детектор. Высокочастотные составляющие фильтруются RC-фильтрами, а низкочастотный сигнал поступает на усилитель постоянного тока, коэффициент усиления которого определяется сопротивлением резистора в цепи отрицательной обратной связи. Чувствительность индикатора регулируется изменением сопротивления резистора на выходе эмиттерного повторителя. С выхода усилителя сигнал поступает на устройство индикации уровня сигнала и звуковой генератор. Звуковой генератор формирует прямоугольные импульсы, частота следования которых возрастает с увеличением напряжения на выходе усилителя постоянного тока. Прямоугольные импульсы преобразуются пьезокерамическим преобразователем в звуковые. Таким образом, при увеличении уровня входного сигнала происходит повышение тональности звукового сигнала. Относительныйуровень входного сигнала отображается на стрелочном жидкокристаллическом или световом индикаторе.

Световые индикаторы выполняют в виде линейки4 - 12 светодиодов, каждыйпоследующий из которыхзагорается при повышении уровня входного сигнала на определённую величину, как правило, в соответствии с логарифмической шкалой. Яркость свечения светодиод или поддерживается постоянной, или увеличивается при повышении уровня входного сигнала. Светодиоды могут быть одного или разных цветов. При использовании светодиодов разного цвета последние 2 - 4 диода, как правило, выбираются красного цвета.

В жидкокристаллическом индикаторе относительный уровень сигналаотображается в цифровом виде или на 32-сенментной линейке, при этом очередной сегмент загорается при повышении уровня сигнала на некоторуювеличину (чаше всего - на 3 дБ). Нулевой относительный уровень сигнала устанавливается оператором с помощью регулятора чувствительности индикатора или автоматически при калибровке прибора.

Большинство современных индикаторов поля оборудуются блоком измерения частоты сигнала. В основу работы такого блока положен принцип «захвата» частоты радиосигнала с максимальным уровнем (как правило, уровень такого сигнала на 10 - 15 дБ должен превышать интегральный уровень остальных сигналов) и последующим анализом его характеристик микропроцессором. Микропроцессор производит запись сигнала во внутреннюю память, цифровую фильтрацию, проверку на стабильность и когерентность сигнала и измерение его частоты. Значение частоты в цифровой форме отображается на жидкокристаллическом экране.

Приборы, у которых измерение частоты сигнала является основной функцией, а относительного уровня сигнала - дополнительной, часто называют радиочастотомерами. По сравнению с индикаторами поля они имеют большую точность измерения частоты сигнала.

К основным параметрам и характеристикам, определяющим эффективность индикаторов поля при поиске ЗУ, можно отнести:

а) частотный диапазон;

б) чувствительность индикатора;

в) динамический диапазон измерения уровня входного сигнала;

г) диапазон регулировки относительного нулевого уров­ня сигнала (чувствительности);

д) чувствительность частотомера;

е) диапазон регулировки чувствительности индикатора.

Частотный диапазон является одной из основных харак­теристик индикатора поля, определяющих его возможности по поиску ЗУ. Нижняя частота диапазона определяетсяглавным образом граничной частотой фильтра высокихчастот и, как правило, находится впределах 30 - 50 МГц. Верхняя частота диапазона во многом зависит от характеристик антенны, входного каскада и диода детектора и составляет от 2,5 до 8,0 ГГц. Некоторые индикаторы поля способны принимать сигналы в диапазоне до 14 ГГц и более.

Для повышения верхней границы частотного диапазона
внекоторых индикаторах поля сигнал с антенны подаётся непосредственно на диодный детектор. Например, в индикаторе поля наведённые в антенне высокочастотные сигналы поступают на вход устройства, которым является точка соединения двух последовательно вклю­чённых диодов Шоттки, при этом анод первого диода соединён с инвертирующим входом операционного уси­лителя, а катод второго подсоединён к заземляющей шине. Протекающий по диодам ток определяет напряжение на выходе операционного усилителя, а коэффициент пере­дачи схемы (коэффициент усиления) регулируется сопро­тивлением цепи отрицательной обратной связи. Верхняя частота такого индикатора поля зависит от характеристик диодов и составляет более 10 ГГц.

Чувствительность индикатора поля определяет предель­ные возможности по обнаружению сигналов, то есть мак­симальную дальность обнаружения ЗУ.

Эта характеристика важна при поиске ЗУ в местах с относительно низким уровнем фонового излучения. Например, при чувствительности индикатора поля 1 - 1,5 мВ и уровне «фонового излучения» менее 0,5 мВ максимальная дальность обнаружения радиозакладки с типовой мощностью излучения 5 - 7 мВт может составлять 5 - 8 м. Для реальных условий поиска эта характеристика не является определяющей, так как уровень фонового излучения, как правило, всегда превышает чувствительность индикатора поля. Учитывая, что для обнаружения сигнала необходимо, чтобы его уровень превышал «естественный фон» на 5 - 10 дБ, дальность обнаружения радиозакладкис мощностью излучения 5 - 7 мВт для реальных условий обычно не превышает 1 - 2 м.

Интегральная чувствительность современных индикато­ров поля составляет от 0,6 до 5 мВ. Спектральная чувствительность индикатора поля во многом зависит от характе­ристик антенны и входного каскада. В качестве примера

 

 

Рисунок 11.2 - Спектральная чувствительность индикатора поля РИЧ-3 и радиочастотомераScout-40

 

приведена спектральная чувствительность индикатора поля РИЧ-3 и радиочастотомераScout-40.Чувствительность индикаторов поля в режиме измерение частоты сигнала значительно хуже, чем в режиме измерения уровня сигнала, и составляет 5 - 25 мВ. Ошибка измерения частоты сигнала составляет ± (5 - 200) кГц. При использовании радиочастотомеров точность измерения частоты значительно выше - от 1 Гц до 10 кГц.

Динамический диапазон измерения уровня входного сигнала индикатора поля определяет максимальный уровень входного сигнала, который может быть отображён на индикаторе прибора, и составляет 40 - 70 дБ. Например, при чувствительности индикатора 1 мВ и динамическом диапазоне 60 дБ максимальный уровень измеренного и отображаемого на индикаторе сигнала составит 1 В. Данная характеристика является наиболее важной при поиске ЗУ в сложной помеховой обстановке, то есть при высоком уровне фонового излучения.

В большинстве индикаторов поля имеется возможность ручной или автоматической регулировки чувствительности. При этом «нулевой» относительный уровень устанавливается в зависимости от общего уровня фоновогоизлучения. Поэтому у некоторых индикаторов поля динамический диапазон индикатора уровня сигнала несколько ниже, чем динамический диапазон измерения уровня входного сигнала. Например, у индикатора поля РИЧ-3 динамический диапазон индикатора уровня сигнала составляет 47 дБ, а динамический диапазон измерения уровня входного - 60 дБ.

Некоторые индикаторы поля дополняются специальным низкочастотным блоком, включающим усилитель низкой частоты и громкоговоритель (динамик), что позволяет прослушивать продетектированные сигналы. Такой блок часто называют блоком «акустической завязки».

Для поиска радиозакладок в сложной электромагнитно обстановке (например, в городах с большим количество радиоэлектронных средств) используются индикаторы поля ближней зоны (дифференциальные индикаторы поля). Такие индикаторы поля измеряют не абсолютное значение напряжённости электромагнитного поля, а разность значений напряжённости поля в двух близлежащих точках или скорость её изменения. Принцип работы приборов основан на особенностях распространения электромагнитного поля в ближней и дальней зонах. В дальней зоне напряжённость электрической составляющей электромагнитного поля убывает обратно пропорционально расстоянию до источника излучения, в ближней зоне обратно пропорционально квадрату расстояния до источника излучения. Следовательно, если источник сигнала находится в дальней зоне, то разность напряжённостей электромагнитного поля в двух точках, удалённых друг от друга на небольшое расстояние (например, 5 - 10 с) незначительна

 

 

Рисунок 11.3 - Зависимость напряженности электромагнитного поля (Е) от расстояния до источника сигнала(D): D­_А – расстояние от индикатора поля до источника сигнала А, находящегося в дальней зоне излучения (D­_А); D­_В – расстояние от индикатора в ближней зоне излучения (D_В)

 

Но если источник сигнала находится в ближней зоне, то при приближении индикатора поляк источнику излучения на расстояние менее (где λ - длина волны излучения) наблюдается резкое возрастание не только абсолютного значения уровня сигнала,но и скорости его изменения, а следовательно, и разности напряжённости поля в двух близлежащих точках.

Индикаторы поля ближней зоны, как правило, имеют две согласованные по характеристикам антенны, сигналыкоторых подаются на детектор, а затем - на дифференциальный операционный усилитель. К типовым приборам такого класса относится индикатор поля De1ta V ЕСМ. Приборимеет почти равномерную частотную характеристику в полосе частот от 10 МГц до 6,5 ГГц, которой удалось добиться за счёт использования согласованных пар диодов Шотткив цепях детектора, а также дифференциального усилите постоянного тока с низким уровнем шумов и большимдинамическим диапазоном. Согласование входных каналов (подавление дрейфа и смещения) в приборе осуществляется автоматически. Индикатор поля позволяет производитьпоиск (локализацию) маломощных 3У при сравнительно высоком уровне внешних высокочастотных помех.

Другим методом идентификации сигнала, источник которого находится в ближней зоне, является сравнение уровней сигналов, принимаемых магнитной и электрической антеннами. Метод основан на особенностях распространения в ближней зоне электрической и магнитной составляющей электромагнитного поля. В ближней зоне магнитная составляющая электромагнитного поля убывает обратно пропорционально кубу расстояния от источника сигнала (Н~1/r³), а электрическая составляющая — обратно пропорционально квадрату расстояния от источника сигнала (Е~1/r²).

Данный метод реализован в индикаторе поля ЕН-1, который имеет две встроенные антенны (магнитную и электрическую). Прибор способен обнаруживать сигналы с шириной спектра не более 250 МГц в диапазоне частот от 300 до 2700 МГц. При этом дальность обнаружения сигнала передатчика с мощностью излучения 10 мВт, работаю­щего на частоте 400 МГц, составляет 0,4 м.

При работе в сложной помеховой обстановке могутиспользоваться индикаторы поля, имеющие в своем составе режекторные фильтры или фильтры высоких частот.Центральная частота режекторного фильтра настраивается на частоту излучения одной из мощных станций, работающих в данном районе (например, телевизион­ной, радиовещательной, радиорелейной станции, базовой станции системы сотовой связи и т.д.), или на централь­ную частоту частотного поддиапазона (например, FM-диапазона (УКВ-2) работы радиовещательных станций). Выбором того или иного режекторного фильтра оператор добивается максимального ослабления помехового сигнала. Но при этом надо помнить, что частота радиозакладки может находиться в полосе режекции фильтра. Фильтры высоких частот также используются для ослабления влияния мощных радиопередатчиков, работающих в метровом диапазоне частот, чаще всего - радиовещательных станций и телевизионных передатчиков, работающих в диапазоне частот до 300 МГц.

Современные индикаторы поля оборудуются специальными блоками, которые позволяют идентифицировать сигна­лы типа GSM, DECT, W-LAN, Bluetooth и т.п. Для идентификации обнаруженных сигналов некоторые индикаторы поля имеют две строки отображения уровня сигнала, на одной из которых (как правило, верхней) отображаетсяусреднённый уровень принимаемых сигналов, а на другой (как правило, нижней)-пиковый (максимальный) уровень сигнала. При этом основной вклад в уровень сигналов на верхней строке индикатора вносят непрерывные сигналы с амплитудной и частотной модуляцией, а в нижней -импульсные сигналы типа DECT, GSM, W-LAN и т.п.

По назначению индикаторы поля можно разделить на поисковые, сторожевые (пороговые) и комбинированные.