Обзор технологии нелинейной локации..
Томас ДЖОНС
ОБЗОР ТЕХНОЛОГИИ НЕЛИНЕЙНОЙ ЛОКАЦИИ
В настоящее время среди специалистов в области защиты информации развернулась серьезная дискуссия по поводу оптимальных характеристик нелинейных локаторов. Представленная на рынке широкая номенклатура этих приборов иногда вызывает у потребителей трудности в выборе аппаратуры. Надеемся, что данная статья поможет ответить на некоторые вопросы.
Нелинейные локаторы (НЛ) используются в поисковых работах в течение многих лет. Часть специалистов в области технической безопасности имеют высокое мнение об этой аппаратуре, некоторые (из-за неудачного опыта использования) относятся к ним скептически. Целью этой статьи является разъяснение ряда вопросов, которые возникают при использовании или приобретении НЛ. Когда пользователь понимает эти технические проблемы, не линейный локатор становится очень полезным инструментом для проведения поисковых работ.
ЗАЧЕМ НУЖЕН НЕЛИНЕЙНЫЙ ЛОКАТОР
Многие, кто незнаком с техническим шпионажем, думают о подслушивающих устройствах в основном как о передатчиках. Однако на практике используются разнообразные электронные устройства съема информации, не являющиеся радиопередатчиками. В этом и заключается сильная сторона нелинейного локатора, который может обнаруживать и определять местоположение любых электронных устройств, независимо от того, работают они или нет.
ЛОЖНЬЕ СРАБАТЫВАНИЯ НЕЛИНЕЙНОГО ЛОКАТОРА
Наиболее распространенная проблема, возникающая при работе с нелинейным локатором, это ложные срабатывания (отклики). Обычные бытовые электронные устройства (телефоны, электронные часы) вызовут срабатывание НЛ, так как они содержат электронные компоненты. Такие отклики обычно легко идентифицируются. Однако бывают “сложные” случаи, когда от клики вызываются металлическими предметами, не содержащими электронных компонентов. Поэтому качественный нелинейный локатор должен различать настоящие полупроводники от ложных. В этой статье будут рассмотрены технические проблемы и решения, связанные с уменьшением ложных срабатываний нелинейного локатора.
Многие профессионалы, имеющие неудачный опыт работы с нелинейными локаторами, считают, что для уменьшения ошибок при поисковых работах следует использовать нелинейный локатор совместно с рентгеновской установкой или другой аппаратурой, позволяющей получить изображение исследуемых предметов. Использование рентгеновской аппаратуры часто сопряжено с проблемами: необходим доступ с обеих сторон стены, существует опасность облучения, сложность перевозки из-за габаритов и веса. В большинстве случаев при необходимости я бы порекомендовал использовать бароскоп. Для того чтобы заглянуть внутрь обследуемой структуры, требуется лишь просверлить небольшое, легко заделываемое отверстие. За дополнительную плату в комплект нелинейного локатора “Орион” компании REI включается небольшой переносной бороскоп. Реализацией одной из очень перспективных технологий, о которой я знаю, является прибор Раскан-2”, разработанный в Москве. Это очень небольшой прибор подповерхностной локации, использующий радиоволны для получения изображения. Однако его разрешение составляет лишь около 2 см.
ОСНОВЫ ТЕОРИИ НЕЛИНЕЙНОЙ ЛОКАЦИИ
Антенна нелинейного локатора облучает объект для выявления наличия электронных компонентов. Когда излучаемый сигнал встречает на своем пути полупроводниковые соединения (диоды, транзисторы и т.д.), он возвращается на гармонических частотных уровнях из-за нелинейных свойств соединения. Однако частой проблемой являются ложные отклики, так как места соединения или касания двух разных металлов, окисления также вызывают гармонические сигналы из-за их нелинейных характеристик. Такие соединения назовем ложными. Ниже приводятся графики характеристик по току и напряжению настоящего и ложного полупроводников, рис.1.
СРАВНИВАЯ ВТОРУЮ И ТРЕТЬЮ ГАРМОНИКИ
Из-за различий в нелинейных характеристиках настоящего и ложного полупроводников, отклики но второй и третьей гармониках будут иметь различную интенсивность. Когда НЛ облучает настоящий полупроводник, отклик на второй гармонике сильнее, чем на третьей. Ложный полупроводник дает более сильный отклик на третьей гармонике. На рис. 2 показан этот эффект.
Качественный НЛ обладает способностью сравнивать величину сигналов на второй и третьей гармониках. Эта способность в значительной мере помогает пользователю отличать настоящие полупроводники от ложных.
Однако это качество обычно значительно влияет на стоимость нелинейного локатора, так как в этом случае он имеет два приемника. Для НЛ, работающего на второй и третьей гармониках, также очень важно, чтобы приемные каналы были хорошо изолированы и не влияли на работу друг друга. Испытания большого количества нелинейных локаторов со всего мира показали, что большая часть из них не имеет хорошей радиочастотной изоляции. Это означает, что настоящий полупроводник может иметь сильный отклик на третьей гармонике, а ложный — на второй. Поэтому, даже если НЛ работает на двух гармониках, зачастую трудно различить настоящие и ложные переходы Если нелинейный локатор принимает вторую и третью гармоники, очень важно чтобы его приемники были откалиброваны и не оказывали влияния друг на друга. Инженеры компании REI, понимая важность этой характеристики, разработали и применили в НЛ “Орион запатентованную технологию приемного тракта. Эта патентованной технология исключает взаимное влияние приемных трактов и в то же время обеспечивает постоянное отображение уровней второй и третьей гармоник.
ЭФФЕКТ ЗАТУХАНИЯ
Многие профессионалы полагаются на эффект затухания” при идентификации полупроводниковых соединений (рис З).
Если вы слушаете демодулированный аудиоотклик от полупроводника, при приближении к нему антенны НЛ произойдет значительное понижение шумов. При удалении антенны шум усилится и достигнет нормального уровня. Аудиошум имеет наименьшую величину непосредственно над полупроводником и нормальный уровень — в стороне от него, При приближении антенны НЛ к ложному полупроводнику аудиосигнал может усилиться и достигнуть максимума непосредственно над ним или в некоторых спучаях уровень шума понизится как в случае с настоящим полупроводником. При удалении антенны аудиошум достигнет собственного уровня.
Очень важно понять, что в основе теории аффекта затухания” лежит очень простой процесс. В общем говоря, если НЛ излучает немодулированный сигнал, то принимаемый гармонический сигнал также будет немодулированным, что и выражается в звуковом эффекте затухания”.
Аудиодемодупяция, необходимая для эффекта затухания”, может быть реапизована как в импульсных,. так и в НЛ постоянного излучения (об этом будет сказано ниже). Есть несколько НЛ российского производства, имеющих “режим 20К”. В этом режиме задействуется “эффект затухания как метод идентификации типов соединений. Основываясь на результатах личных опытов, я не могу сказать, что это надежный метод выявления различий между настоящими и ложными проводниками. Некоторые ложные полупроводники легко идентифицируются с использованием эффекта затухания”, но многие из них вызывают эффект затухания” (то есть идентифицируются как настоящие. — Прим. nep.). НЛ “Орион” имеет режим 20К” для анализа сигнала с использованием эффекта затухания”, но на самом деле более надежным способом использования этого эффекта является прослушивание аудио с частотной модуляцией непрерывного сигнала.
ДРУГИЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ДЕМОДУЛЯЦИИ АУДИОСИГНАЛОВ В НЕЛИНЕЙНЫХ ЛОКАТОРАХ
При работе с НЛ зачастую возможно не только обнаруживать электронные устройства, но и определить их тип при прослушивании демодулированных аудиосигналов. Например, при обнаружении работающего магнитофона можно услышать аудиосигнал от записывающей головки. Более того, хороший НЛ обеспечивает прослушивание синхронизирующего видеосигнала при обнаружении большинства дешевых видеокамер. При использовании FM-демодуляции иногда можно услышать характерные периодические или другие уникальные звуки, вызываемые переключением фазы в работающих электронных устройствах. Поэтому важно практиковаться в использовании НЛ, чтобы легко распознавать характерные звуки, присущие определенным электронным устройствам. Если обнаружен ложный полупроводник, пользователь легко определит его, прослушивая аудиосигнал и одновременно оказывая на него физическое воздействие (обычно ударяя по стене кулаком или резиновой киянкой). Ложный полупроводник отзовется в наушниках треском. При воздействии на настоящий полупроводник оператор ничего не услышит. Нелинейный локатор должен обеспечивать качественную аудиодемодуляцию как в АМ-, так и в FМ-режимах, чтобы использовать ее возможности для идентификации соединений. В нелинейном локаторе Орион” реализован режим постоянного излучения с FM-модулированным тоном частотой 1 кГц. Использование этого метода позволяет добиться очень большой дальности обнаружения при условии, что оператор может квалифицированно оценивать FM-демодулированный сигнал высококачественного приемника. В то время как дисплей может показывать незначительный отклик, который может быть принят за повышение фона, прослушиваемый тон однозначно показывает на нелинейное соединение. Использование FM-модулированного тона позволяет значительно улучшить обнаруженческие возможности НЛ,. если приемник имеет качественный аудиодемодулятор и хорошую изоляцию от передатчика. Однако режим модулированного тона не обеспечивает возможности различать настоящий полупроводник от ложного.
НЕПРЕРЬВНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ ПРОТИВ ИМПУЛЬСНОГО
Большинство нелинейных локаторов, разработанных в мире, являются устройствами, излучающими непрерывный сигнал в узкой полосе. Однако существует небольшое количество НЛ, которые используют импульсный режим, что имеет свои преимущества. Преимуществом импульсного режима является меньшее потребление тока при условии хорошей конструкции передатчика. Например, приемник принимает сигналы с частотой, достаточной для человеческого зрения и слуха, и выключает передатчик на достаточно длительные интервалы. Эта характеристика уменьшает требования к величине аккумуляторов и токопотреблению. Более того, для реализации эффекта затухания” приемник нелинейного локатора непрерывного излучения должен иметь качественные усилитель низкой частоты и демодулятор. С другой стороны, способом демодуляции аудио является излучение в импульсном режиме. Если частота повторения импульсов выше порога слышимости, то для хорошего качества демодуляции достаточно простой схемы амплитудной модуляции. Не имеет значения, какое излучение использует нелинейный локатор, если он обеспечивает хороший прием аудиосигнала и прост в использовании. НЛ Орион” позволяет прослушивать сигнал в AM- и FM-режимах, используя импульсное излучение для амплитудной модуляции и постоянное — для частотной. Такая схема создает наилучшие условия для реализации “эффекта затухания”.
ЧАСТОТНАЯ НЕСОВМЕСТИМОСТЬ
Большинство нелинейных локаторов работают на одной фиксированной частоте, некоторые имеют несколько каналов. Из-за все увеличивающегося количества средств радиосвязи и правительственного регулирования радиодиапазона нелинейные локаторы с ограниченной частотой излучения часто конфликтуют с другими электронными устройствами. Если нелинейный локатор работает на занятой частоте, его показания могут быть случайными и ненадежными. Это обычная для больших американских городов проблема и, насколько я знаю, “Орион” — единственный НЛ, который ее решает. По этой причине НЛ должен работать в достаточно широком диапазоне и автоматически находить свободные каналы для работы.
УРОВЕНЬ МОЩНОСТИ И ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ
Многие оценивают НЛ по излучаемой мощности, так как эта характеристика сравнительно легка для восприятия. Однако очень важно понять, что чувствительность приемника так же важна, как и мощность передатчика. Также необходимо понять, что НЛ с низкой мощностью излучения и качественным приемником может иметь более высокие характеристики по обнаружению, чем мощный локатор с плохим приемником. Следует иметь в виду, что мощный локатор может вывести из строя электронные приборы и даже нанести ущерб здоровью людей. Мне сказали, что русские мощные импульсные модели обеспечивают дополнительную мощность сигнала для того, чтобы активировать полупроводниковые соединения. Это неправильная посылка. Диод представляет собой простейшее полупроводниковое соединение и в большой степени помогает понять принцип работы НЛ. Инженеры — электронщики часто моделируют диод в качестве простого переключателя тока. позволяющего течь току в направлении положительного смешения напряжения. Однако это чрезмерное упрощение, которое не следует использовать при анализе теории нелинейной локации. Полупроводниковое соединение — это непросто функция “вкл. или выкл.”, это хорошо определенная постоянная показательная функция, показанная на рис. 1 и представленная ниже формулой:
,
где Io — ток утечки,
q — заряд электрона,
К — коэффициент Больцмана,
Т — температура,
v — напряжение на концах диода.
Поэтому маломощные НЛ могут иметь лучшие характеристики. чем мощные, если первые имеют лучшие приемники.
Насколько я знаю. “Орион” является единственным НЛ в мире, который использует цифровую обработку сигнала для улучшения чувствительности приемника. “Орион обеспечивает возможность значительно увеличить дальность обнаружения за счет обработки выходного сигнала с приемника. Оператор может вручную программировать уровень усиления обработанного сигнала для оптимизации режима работы НЛ. Более того, “Орион” является единственным НЛ в мире, который использует алгоритм автоматического управления мощностью. Если на приемник поступает слишком сильный сигнал, то автоматически уменьшается мощность излучения для того, чтобы оператор смог оценить отклик от полупроводникового соединения. Когда сила ответного сигнала уменьшается, мощность излучения передатчика возвращается к первоначальному значению. Благодаря этим характеристикам (управление уровнем усиления сигнала с цифровой обработкой и автоматический контроль мощности) “Орион” очень прост в использовании. Оператору не требуется постоянно регулировать НЛ во время поисковых работ.
ЭРГОНОМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Во время работы с нелинейным локатором очень важно иметь хороший обзор его дисплея для оценки показаний. На некоторых НЛ дисплей находится на блоке приемопередатчика, который переносится с помощью ремня на плече или шее оператора. Я считаю, что это наименее эффективное решение отображения информации из-за необходимости слежения за показаниями одновременно с перемещением антенны над разными местами. Некоторые НЛ имеют дисплей, размещенный на рукоятке. Это улучшение, но если дисплей невыразительный (типа ЖК), то сложно считывать показания во время работы антенной. Наилучшим типом дисплея является очень яркий дисплей, расположенный на корпусе антенны. Показания с такого дисплея легко считывать с разных углов. Дисплей, встроенный в корпус антенны, позволяет пользователю одновременно считывать показания и перемещать антенну. Если у оператора нет возможности легко считывать дисплей, качество поисковых работ снижается из-за ухудшения интерпретации уровней гармоник.
Нелинейный локатор с самого начала был очень тяжелым и объемным устройством. За исключением “0риона”, все остальные НЛ, о которых я знаю в настоящее время, имеют приемопередатчик, который должен переноситься с помощью ремня на шее или плече. Антенну оператор держит в руке. Во всех этих НЛ приемопередатчик тяжелый. Он имеет кабели для соединения с антенной. Кабели часто мешают работе, цепляясь за мебель или роняя ценные предметы со столов. После обсуждения вопросов эргономики с поисковиками из разных стран я сделал следующий вывод: если информацию трудно считывать с дисплея, а НЛ вызывает быструю усталость при работе, не имеет значения дальность обнаружения или способность различать настоящие и ложные полупроводники, так как оператор не сможет провести качественное обследование. Для обеспечения эффективной работы НЛ должен быть прост и удобен в использовании.
Выводы
Важно понять, что во время работы нелинейного локатора происходят два процесса: (1) Обнаружение нелинейного соединения и (2) Выявление различий между настоящими и ложными полупроводниками. О нелинейном локаторе нужно судить как по дальности обнаружения, так и способности различать эти соединения.
По моему мнению, наиболее важной характеристикой НЛ является дальность обнаружения — глубина проникновения сигнала в предметы, находящиеся в месте поиска. Однако концепция этой характеристики должна пониматься правильно и использоваться только для сравнения НЛ во время испытаний в одинаковых условиях. Более того, большая дальность обнаружения не обязательно xopoшо характеризует НЛ; вы можете просто обнаруживать электронные устройства (компьютеры, телефоны) в соседней комнате. Во время работы НЛ должен иметь не только достаточную дальность обнаружения, но и возможность соответствующей регулировки (обычно с помощью регулировки мощности передатчика или. как в случае с “Орионом”, за счет регулировки степени усиления сигнала приемника) для обеспечения необходимой глубины обнаружения в обследуемом материале. Исторически модели нелинейных локаторов в Соединенных Штатах основывались лишь на сравнении второй и третьей гармоник. Однако также важно использовать методы аудио анализа полупроводниковых соединений, такие, как “эффект затухания” и физического воздействия. Для максимальной надежности хороший нелинейный локатор должен использовать несколько методов идентификации настоящих и ложных полупроводников.
Как уже отмечалось выше, существует много различных мнений об использовании нелинейных локаторов. В Соединенных Штатах некоторые профессионалы считают, что для достоверной проверки необходимо использовать НЛ. Другие считают, что не следует использовать НЛ из-за слишком большого количества ложных срабатываний или других технических проблем. Их мнения различаются из-за различного опыта, обусловленного причинами, рассмотренными в данной статье. НЛ “Орион” компании REI был разработан с учетом обсужденных технических и эргономических соображений. “Орион обеспечивает излучение как в непрерывном, так и импульсном режимах, которые оптимизированы для максимальной дальности обнаружения, сравнение уровней второй и третьей гармоник и очень эффективные методы идентификации полупроводниковых соединений. Его небольшие размеры позволяют использовать для хранения и транспортировки упаковку, чуть большую, чем атташе-кейс. “Орион” весит менее 3,5 фунта (1,6 кг). В аппарате отсутствуют цепляющиеся за мебель кабели или висящие через плечо и вызывающие усталость тяжелые модули. Как автор этой статьи я постарался быть полностью объективным по проблемам конструкции нелинейного локатора, имеющих отношение к его выбору и использованию. Как генеральный менеджер компании REI я, конечно же, сторонник “Ориона”. Тем не менее надеюсь, что вы нашли интересной эту статью в рамках дискуссии по проблемам нелинейной локации.
Перевод Корнилова С.Ф.