Поиск электронных устройств перехвата информации с использованием индикаторов электромагнитного поля.
ХОРЕВ Анатолий Анатольевич,
доктор технических наук, профессор
Поиск электронных устройств перехвата информации с использованием индикаторов электромагнитного поля
Индикаторы электромагнитного поля
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 измерения уровня электромагнитного поля в точке их расположения. В состав типового индикатора поля входят: фильтр высокой частоты, усилитель высокой частоты (при необходимости), диодный детектор, усилитель постоянного тока с логарифмической зависимостью коэффициента усиления, звуковой генератор с изменяющейся частотой и устройство индикации уровня входного сигнала [1].
Принцип работы такого индикатора состоит в следующем. Сигнал, наводимый в антенне, через фильтр высокой частоты поступает на широкополосный апериодический усилитель, 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. Относительный уровень входного сигнала отображается на стрелочном, жидкокристаллическом или световом индикаторе.
Световые индикаторы выполняют в виде линейки из 4-12 светодиодов, каждый последующий из которых загорается при повышении уровня входного сигнала на определённую величину, как правило, в соответствии с логарифмической шкалой. Яркость свечения светодиодов 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.
На жидкокристаллическом индикаторе относительный уровень сигнала отображается в цифровом виде или на (10 — 32)-сегментной линейке, при этом очередной сегмент загорается при повышении уровня сигнала на некоторую величину (чаще 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.
икропроцессор 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:
- частотный диапазон;
- чувствительность индикатора;
- динамический диапазон измерения уровня входного сигнала;
- диапазон регулировки относительного нулевого уровня сигнала (чувствительности); чувствительность частотомера;
- диапазон регулировки чувствительности индикатора.
Частотный диапазон является одной из основных характеристик индикатора поля, определяющих его возможности по поиску Зу. Нижняя частота диапазона определяется главным образом граничной частотой фильтра высоких частот и, как правило, находится в пределах 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 в некоторых индикаторах поля сигнал с антенны подаётся непосредственно на диодный детектор.
Например, в индикаторе поля [8] 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 [10]. 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 радиозакладки с 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.
Рис. 1. Спектральная чувствительность индикатора поля РИЧ-3 и радиочастотомера Scout-40
В качестве примера на рис. 1 приведена спектральная чувствительность индикатора поля РИЧ-3 и радиочастотомера Scout [10]. Чувствительность индикаторов поля в режиме измерения 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 фонового излучения. Поэтому у некоторых индикаторов поля динамический диапазон индикатора уровня сигнала несколько ниже, чем динамический диапазон измерения уровня входного сигнала.
Рис. 2. Зависимость напряжённости электромагнитного поля (Е) от расстояния до источника сигнала (D):
DA — расстояние от индикатора поля до источника сигнала А, находящегося в дальней зоне излучения (DA >> 3l);
DB — расстояние от индикатора поля до источника сигнала В, находящегося в ближней зоне излучения (DA£ 3l)
Например, у индикатора поля РИЧ-3 динамический диапазон индикатора уровня сигнала составляет 47 дБ, а динамический диапазон измерения уровня входного — 60 дБ [10].
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 электромагнитной обстановке (например, в городах с большим количеством 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 см), незначительна (рис. 2) [14].
Но если источник сигнала находится в ближней зоне, то при приближении индикатора поля к источнику излучения на расстояние менее 3l (где l — 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, сигналы с которых подаются на детектор, а затем — на дифференциальный операционный усилитель. К типовым приборам такого класса относится индикатор поля Delta V ЕСМ [14].
Прибор имеет почти равномерную частотную характеристику в полосе частот от 10 МГц до 6,5 ГГц, которой удалось добиться за счёт использования согласованных пар диодов Шоттки в цепях детектора, а также дифференциального усилителя постоянного тока с низким уровнем шумов и большим динамическим диапазоном. Согласование входных каналов (подавление дрейфа и смещения) в приборе осуществляется автоматически. Индикатор поля позволяет производить поиск (локализацию) маломощных ЗУ 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 (H ~ 1/R3), а электрическая составляющая — обратно пропорционально квадрату расстояния от источника сигнала (E ~ 1/R2).
Данный метод реализован в индикаторе поля ЕН-1, который имеет две встроенные антенны (магнитную и электрическую) [6]. 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 могут использоваться 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) отображается усреднённый 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. Поисковые индикаторы поля предназначены для выявления (поиска) ЗУ, внедрённых в защищаемые помещения, и выпускаются в обычном исполнении. Отличительными особенностями поисковых приборов являются наличие индикатора уровня сигнала или звукового генератора с изменяющейся в зависимости от уровня принимаемого сигнала частотой и сравнительно большой динамический диапазон. Наиболее простые индикаторы поля имеют минимальное количество органов управления. Это, как правило, — регулятор чувствительности индикатора (установки нулевого уровня сигнала) и регулятор уровня громкости продетектированного сигнала. К таким приборам относятся индикаторы поля типа ЕН-1, Protect-1206, ST 006, Sig-Net Mobile, Delta VECM и др. (фото 1-3) [3, 6,12,14].
Фото 1. Индикатор поля ST 006
Фото 2. Индикаторы поля: ЕН-1 (а) и Protect-1206 (б)
Фото 3. Индикаторы поля: Sig-Net (а) и Delta V ЕСМ (б)
Фото 4. Индикаторы поля: РИЧ-3 (а) и РИЧ-8 (б)
Более сложные индикаторы поля позволяют измерить не только уровень, но и частоту сигнала, а также идентифицировать сигналы типа GSM, DECT, W-LAN, Bluetooth и т.п. К ним относятся индикаторы поля ST 007, АПП-7М, SP-71/M «Оберег», РИЧ-3, РИЧ-8 (MFP-8000) и др. (фото 4,5) [2, 5,9-11].
У таких индикаторов поля уровень принимаемого сигнала отображается на жидкокристаллическом дисплее как в цифровом виде, так и на сегментной линейке. Например, у индикатора поля АПП-7М уровень сигнала отображается на дисплее прибора в цифровом виде (в дБм) и на сегментной линейке [5]. Причем при возрастании уровня сигнала увеличивается не только количество сегментов, но и их высота, что несомненно удобно при поиске закладок. А у индикатора поля ST 007 для отображения уровня сигнала используются две строки, на верхней строке отображается усреднённый уровень принимаемых сигналов, а на нижней — пиковый (максимальный) [2].
Ошибка измерения частоты сигнала индикаторами поля составляет от ± (0,001 — 0,1)%.
Например, портативный измеритель частоты и мощности MFP-8000 способен не только измерить уровень и частоту сигнала, но и идентифицировать во входном сигнале наличие признаков протокола обмена данными для сотовой связи стандартов GSM 900 и DCS 1800 (GSM 1800) и телефонной связи стандарта DECT. А для стандартов GSM 900 и DCS 1800 определять, передаётся речевая информация (режим Talk) или SMS-сообщение (режим SMS). После обнаружения и анализа («захвата») сигнала на дисплее высвечиваются идентифицированное название стандарта и частота работы трубки телефона [9]. Индикаторы поля
АПП-7М и ST 007 позволяют идентифицировать сигналы не только типа GSM и DECT, но и W-LAN. Широкое использование для перехвата информации ЗУ, построенному на основе телефонов сотовой связи, привело к необходимости создания специализированных индикаторов поля, позволяющих идентифицировать не только тип сигнала, но и режим передачи информации. К таким индикаторам поля относятся, например, ST 061 и Sig-Net Mobile (фото 6) [7,18].
Индикатор поля ST 061 предназначен для обнаружения радиопередающих устройств стандарта GSM 900 и DCS 1800 [7]. Принцип его действия основан на измерении уровня электромагнитного поля в диапазоне частот TGSM (890 — 915 и 1710 — 1785 МГц) с последующим анализом на соответствие продетектированных сигналов стандарту GSM. Дальность обнаружения сотового телефона на открытом пространстве составляет до 200 м. Уровень обнаруженного сигнала отображается на 32-сегментной шкале (в частотном диапазоне 900 МГц — на верхней шкале и 1800 МГц — на нижней шкале), а также в децибелах в цифровом виде (в формате XX дБ). Через USB-порт индикатор подключается к ПЭВМ. Специальное программное обеспечение позволяет отображать результаты контроля в графическом виде на экране монитора и управлять работой прибора непосредственно с ПЭВМ.
Фото 5. Индикаторы поля: АПП-7М (а) и ST 007 (б)
Фото 6. Индикаторы поля: ST 061 (а) и Sig-Net Mobile (б)
Индикатор мобильных телефонов Sig-Net Mobile также позволяет обнаруживать сигналы типа GSM 900 и DCS 1800 [18]. Звуковая, вибрационная или световая сигнализация оповещает оператора о наличии в контролируемом помещении активных (работающих в режиме передачи информации) мобильных телефонов. При этом относительный уровень сигнала отображается на стрелочном индикаторе ЖК-монитора. При приближении к источнику сигнала начинается мигание индикатора и, чем ближе к источнику сигнала, тем правее смещается указатель индикатора. Обнаружение сигналов сотового телефона происходит при всех возможных режимах его работы: передача речевой информации, факсимильная передача, передача данных, SMS, GPRS и т.д. В качестве поисковых приборов могут использоваться и радиочастотомеры типа М1 и Scout, имеющие индикатор уровня сигнала (фото 7) [15 — 17]. Точность измерения частоты сигнала у них значительно выше, чем у индикаторов поля. Например, у радиочастотомера М 1 ошибка измерения частоты радиосигнала в диапазоне частот от 10 до 2800 МГц составляет 10 кГц при времени измерения 0,0001 — 0,0064 с и 1 кГц — при времени измерения 0,001 -0,064 с. При этом чувствительность частотомера составляет 3 — 5 мВ в диапазоне частот от 27 до 800 МГц и 12 — 25 мВ в диапазоне частот от 1 до 2 ГГц.
Фото 7. Радиочастотомеры: Scout (а) и Ml (б)
Фото 8. Подключение сканирующего приемника к радиочастотомеру Scout
У ряда индикаторов поля и радиочастотомеров встроенный интерфейс позволяет использовать их для управления сканирующими приёмниками. Например, радиочастотомер Scout может управлять сканирующими приёмниками фирм ICOM (1С PCR1000, R10, R20, R7000, R7100, R8500, R9000) и AOR (AR8000 and AR8200), а также интер-септором фирмы Optoelectronics R11 (фото 8) [17]. Сторожевые (пороговые) индикаторы поля предназначены для контроля электромагнитной обстановки в выделенных помещениях. При превышении установленного порога уровня принимаемого сигнала индикатор выдает сигнал тревоги (звуковой, вибрационный или световой). Уровень порога либо устанавливается оператором, либо в качестве порогового принимается измеренное при включении индикатора поля значение уровня фона. При этом в памяти индикатора могут фиксироваться время обнаружения сигнала, его уровень, длительность, частота, а в некоторых типах и вид сигнала, например GSM, DECT, W-LAN, Bluetooth и т.п. Возможно также задание расписания контроля. Некоторые индикаторы поля могут сопрягаться с ПЭВМ. Сторожевые индикаторы поля выпускаются, как правило, в камуфлированном виде. В качестве камуфляжа наиболее широко используются ручки, брелоки, пейджер, настольные и настенные часы, картины и т.п. (фото 9 — 11) [в].
Малогабаритные индикаторы поля, встроенные в небольшие по размерам предметы, предназначены в основном для обнаружения работающих ЗУ при ведении переговоров в выделенном помещении. Несмотря на небольшие размеры, они обладают сравнительно хорошими характеристиками. Например, индикатор поля «Сигнал-5» выполнен в виде брелока от автомобильной сигнализации без внешней антенны [6]. Индикатор позволяет обнаруживать как непрерывные сигналы с амплитудной или частотной модуляцией (нормальный режим работы), так и прерывистые (цифровые) сигналы типа GSM, CDMA, DECT, DAMPS (цифровой режим работы) в диапазоне частот от 20 до 2000 МГц. Чувствительность индикатора на частоте 400 МГц не хуже 0,04 мВ. Индикатор имеет 5 переключаемых оператором уровней чувствительности.
В пределах каждого уровня отслеживается 7 градаций уровня сигнала. Каждой градации соответствует определённая частота мигания светоди-ода (частота следования звуковых сигналов). В режиме виброиндикатора обнаружение сигнала сопровождается вибрацией, при этом звуковое сопровождение отключается. В цифровом режиме индикатор реагирует преимущественно на сигналы радиотелефонов. Наличие амплитудного детектора позволяет определять «на слух» вид сигнала (AM, FM, GSM, CDMA, DECT, DAMPS). К комбинированным индикаторам поля относятся поисковые индикаторы, имеющие сторожевой режим работы. К ним относятся индикаторы поля ST 007, АПП-7М, РИЧ-3, РИЧ-8 (MFP-8000) и др.
Например, индикатор поля ST 007 способен сохранять в энергонезависимой памяти до 4096 событий (под событием понимается превышение уровня принимаемого сигнала установленного порога) [2]. При этом фиксируются: порядковый номер события, длительность события (часы/ минуты); часы и минуты начала события; день и месяц события; частота радиосигнала (если произошел «захват» сигнала частотомером); вид сигнала (в случае обнаружения сигналов типа DECT, GSM, Bluetooth, W-LAN); уровень обнаруженного сигнала. При просмотре протокола событий оператор может провести сортировку событий по следующим признакам: время события; длительность события; уровень сигнала; значение частоты.
Фото 9. Индикаторы поля, встроенные в корпус пейджера
SEL SP-71/M «Оберег» (а) и в авторучку Protect-1205 (б)
Фото 10. Индикаторы поля, встроенные в картину (а) и настольные часы (б)
Фото 11. Индикаторы поля, встроенные в брелоки: «Блик» (а) и «Сигнал-5» (б)
Фото 12. Вид интерфейса программы для работы с индикатором поля ST 007
Управление прибором производится с помощью шестикнопочной клавиатуры. Акустический контроль осуществляется посредством головных телефонов либо через встроенный звуковой излучатель. Для работы с ПЭВМ используется специально разработанное программное обеспечение, которое позволяет: отображать результаты работы ST 007 в графическом виде в режиме реального времени; загружать и отображать как в графическом, так и в текстовом формате результаты контроля (протокол событий); управлять ST 007 с ПЭВМ (фото 12) [2]. Характеристики некоторых индикаторов поля, радиочастотомеров представлены в табл. 2 — 4 [2-6, 7,9-18]. Для обнаружения диктофонов используются индикаторы поля с магнитными антеннами, которые осуществляют приём и детектирование побочных электромагнитных излучений, создаваемых диктофоном в режиме записи. Их часто называют детекторами диктофонов.
Принцип действия приборов основан на обнаружении слабого магнитного поля, создаваемого генератором подмагни-чивания, двигателем или аналого-цифровым преобразователем диктофона, работающим в режиме записи. Электродвижущая сила (ЭДС), наводимая этим полем в датчике сигналов (магнитной антенне), усиливается и выделяется из шума специальным блоком обработки сигналов. Относительный уровень принятого сигнала отображается на индикаторе устройства. Порог обнаружения у таких приборов необходимо корректировать для каждого проверяемого помещения. Ввиду слабого уровня магнитного поля, создаваемого работающими диктофонами (особенно в экранированных корпусах), дальность их обнаружения детекторами незначительна и, как правило, не превышает 10-30 см.
Таблица 1. Характеристики индикаторов поля
|
Характеристика |