Проблемы обнаружения и идентификации радиосигналов средств негласного контроля информации.

Проблемы обнаружения и идентификации радиосигналов средств негласного контроля информации.

Проблемы обнаружения и идентификации радиосигналов средств негласного контроля информации

Часть 1. Основные требования к системам обнаружения радиосигналов

Каргашин Виктор Леонидович
Кандидат технических наук

Специальная техника, №№ 3, 2000

Системы обнаружения и идентификации сигналов радиочастотного диапазона являются в настоящее время одними из самых распространенных устройств, применяемых при противодействии негласному контролю информации. Такие устройства реализуются в виде широкополосных индикаторов электромагнитного поля, сканеров и автоматизированных комплексов радиомониторинга на базе цифровых приемников. Все они основаны на наличии очевидного демаскирующего признака работы специальных радиотехнических средств (СРТС), в  виде радиоизлучения, которое существует в период включения СРТС в режим передачи.

При обнаружении радиосигналов основным требованием является гарантированная идентификация принятого радиоизлучения к категории опасного, что делает крайне актуальной задачу оптимизации структуры и параметров устройств обнаружения радиосигналов. Гарантированное обнаружение и идентификация сигналов СРТС возможны при выполнении ряда условий, определяющих следующие аспекты приема сигналов:

• информационный;
• энергетический;
• временной;
• пространственный.

Все эти аспекты в первом приближении независимы друг от друга, что позволяет рассматривать раздельно их влияние на структуру и технические характеристики устройств обнаружения радиосигналов.

Информационный аспект в наибольшей степени используется для идентификации сигналов СРТС на фоне многочисленных мешающих сигналов от внешних и посторонних станций, в том числе для определения вещательных передач. Сущность информационного аспекта заключается в возможности определения принятого сигнала на принадлежность к СРТС по наличию соответствующего информационного содержания в принятом сообщении. В качестве возможного класса информационного сообщения, как правило, рассматривается речевой сигнал, который существует в одном или нескольких контролируемых помещениях. С этой целью большинство приемных комплексов и средств позволяют осуществлять демодуляцию сигнала по стандартным процедурам, предусмотренных приемником (АМ, ЧМ, ФМ и пр.), а также использовать дополнительные возможности идентификации в виде наличия корреляционной связи между демодулированным сигналом и акустическим сигналом помещения. Причем, подобные процедуры позволяют решать не только автоматизированные комплексы, но и сканеры и индикаторы поля, реализуя явление «акустической завязки». Из существующей аппаратуры следует отметить индикаторы поля «РИЧ-2», «РИЧ-3», «D-006», «D-008», «ИПШ-012», сканеры «Oscor-5000», «Xplorer», «Cub», «Скорпион», автоматизированные комплексы серии «АРК», «RCC-2000», «Родея».

Не отрицая полезности этой процедуры для большинства практических задач, следует отметить ограниченность решения для вариантов СРТС, которые не предусматривают аналоговых видов модуляции, не предназначены для перехвата речевой информации, используют сложные виды модуляции, кодирования и прикрытия. С учетом перспектив развития техники передачи информации, в том числе и для СРТС, и теоретических способов применения систем шумоподобных сигналов, возможность идентификации сигналов по информационным признакам будут сводиться к минимуму.

В настоящее время сигнал, излучаемый СРТС, следует рассматривать как шумовой, что исключает возможности его демодуляции без знания способа преобразования исходной информации и, более того, наличие опций демодуляции не является необходимым для эффективного обнаружения сигналов СРТС.

В общем случае сигнал от СРТС может быть представлен как сигнал со случайной базой в частотно-временной области без учета способа его формирования. В настоящее время сигналы со случайной базой в определенной мере реализуются при использовании сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ) и путем сжатия сигналов во времени. С позиций противодействия ограничение видов базы принимаемых и идентифицируемых сигналов приводит к неопределенности оценки возможностей поисковых устройств относительно появляющихся и реализуемых видов сигналов. На рис. 1 приведены некоторые виды базы сигналов, демонстрирующие существенные отличия сигналов с детерминированными базами от сигналов со случайными базами.

Существующие поисковые устройства и комплексы предназначены для обнаружения и идентификации непрерывных сигналов или сигналов типа кратковременных при наличии в составе СРТС дистанционного управления. Возможности поисковых устройств обнаруживать сигналы с ППРЧ определяется конкретными параметрами сигналов, то есть скоростью переключения каналов, количеством этих каналов и шириной полосы частот каждого канала. Проблема обнаружения и идентификации сигналов с ППРЧ является самостоятельной и должна решаться с помощью специализированных радиоприемников с высокой скоростью перестройки по частоте.

Возможность обнаружения кратковременных сигналов при использовании перестраиваемых приемников зависит от скорости его перестройки в сравнении со скоростью изменения частоты сигнала, но при длительном анализе частотного диапазона вероятность обнаружения такого сигнала стремится к 1.

Рис. 1. Виды баз сигналов СРТС

Сигнал со случайной базой характеризуется появлением в случайные моменты времени радиоизлучения в произвольных участках частотного диапазона. Очевидно, что правильная идентификация такого сигнала традиционными методами крайне затруднительна. Рассмотрение сигнала СРТС как шумового процесса позволяет строить обнаружительные средства и комплексы оптимальным образом. Для такой ситуации оптимальными являются известные в радиотехнике энергетические приемники типа радиометров, применение которых для решаемой задачи  имеет ряд специфичных моментов, которые будут проанализированы в следующей статье.

Энергетический аспект при решении задачи обнаружения сигналов от СРТС означает определение требований к составным частям устройств радиомониторинга с учетом чувствительности приемника, мощности излучения и условий расположения СРТС. Очевидно, что при наличии искусственно вводимых ограничений на предельные значения параметров СРТС решение задачи обнаружения будет иметь пороговый характер, а, следовательно, существенно снижать потенциальную эффективность систем обнаружения. Можно решить эту проблему без использования энергетических характеристик, для чего рассмотрим обобщенную схему негласного контроля информации, представленную на рис. 2.

В качестве модели негласного контроля информации целесообразно рассматривать ситуацию оптимального приема сигнала СРТС на контрольном пункте, то есть организацию когерентного приема с учетом расстояния  и ослабления сигнала, вносимого конструкциями здания.

Рис. 2. Схема радиоконтроля сигналов от СРТС

Прием сигнала СРТС приемником обнаружения очевидно является некогерентным, так как параметры этого сигнала неизвестны, и возможности эффективного обнаружения определяются следующими предпосылками:

• расстояние  больше, чем расстояние , на котором размещена антенна устройства обнаружения;
• сигнал СРТС дополнительно ослабляется строительными конструкциями здания по трассе распространения.

Если СРТС рассчитана оптимальным образом, то мощность сигнала на входах обоих приемников можно связать между собой через дальности действия передатчика и мощность излучения передатчика. Используя известные выражения для канала радиосвязи можно получить простое соотношение между расстояниями  и  в следующем виде:

,

где символом  обозначена функция квантиля нормального распределения,  — ослабление по мощности, вносимое в сигнал конструкциями здания,  и  – вероятности ложной тревоги и правильного обнаружения на приемнике СРТС,  и  – вероятности ложной тревоги и правильного обнаружения для приемника обнаружения.

Формула получена для следующих условий при предположении идентичности распространения радиоволн по трассам до обоих радиоприемников:

• приемник на контрольном пункте осуществляет когерентный анализ;
• приемник обнаружения осуществляет некогерентный анализ;
• ослабление радиосигнала строительными конструкциями здания определяется множителем , который является частотно-зависимым для конструкций различного типа ().

Таким образом, требования к расположению устройств обнаружения сигналов СРТС могут быть определены только из некоторых нормативных соображений и конкретных условий на объекте контроля без учета энергетических показателей радиопередатчика СРТС. Выбор конкретных значений вероятностей ложной тревоги и правильного обнаружения для обоих приемников определяется требованиями к качеству приема сигналов и может быть сделан из следующих предположений:

• вероятность ложной тревоги  для приемника СРТС может быть выбрана порядка 10-3…10-2, так как ситуация ошибочного приема для негласного контроля не является существенно опасной;
• вероятность ложной тревоги для приемника обнаружения  должна быть существенно ниже, порядка 10-8…10-10, так как ошибочный прием в данном случае является критичным и приводит к дополнительным затратам на расшифровку ложных откликов;
• вероятность правильного обнаружения сигнала  для приемника СРТС должна быть достаточно высокой порядка 0.9…0.99, так как гарантированный прием сигнала является основным требованием к системам негласного контроля информации;
• вероятность правильного обнаружения  может быть выбрана такого же порядка 0.9…0.99, так как требование гарантированного обнаружения неизвестного сигнала следует также рассматривать как основное.

Для вариаций указанных значений нормативных параметров (,,,) соотношение между расстояниями  и  приводится к следующему виду:

.

При предельной ситуации, когда значения затухания сигнала, вносимого строительными конструкциями здания, неизвестно, целесообразно выбрать  и определять расстояние на основе простого соотношения . Для частот традиционного УКВ диапазона, используемого для передачи сигналов от СРТС, величина затухания строительными конструкциями незначительна, что делает правомерной выбор коэффициента , и, кроме того, не исключается и случай ослабления сигнала конструкциями и в тракте , что снимает проблему оценки влияния затухания сигнала на выбор параметров устройства обнаружения. Уменьшение расстояния  по сравнению с расстоянием  является платой за неизвестность параметров сигнала. Для самых жестких требований расстояние между антенной устройства обнаружения и антенной предполагаемого передатчика СРТС должно составлять не более 0.075 от расстояния между передатчиком и приемником СРТС. Так, например, при расстоянии до места возможного расположения контрольного пункта СРТС 100 метров, размещение антенн устройства обнаружения должно быть организовано таким образом, чтобы обеспечить расстояние от антенны искомого радиопередатчика до антенны обнаружителя не более 7.5 метра, то есть расстояние между антеннами (или положениями антенны) должно быть не более 15 метров. Для меньших расстояний до контрольного пункта проблема размещения антенн устройства обнаружения становится практически трудно разрешаемой.

С энергетических позиций принцип действия устройств обнаружения типа индикаторов электромагнитного поля имеют определенные преимущества, так как при перемещении по пространству обследования достигается требуемое или меньшее расстояние между антеннами радиопередатчика и индикатора (однако следует учитывать ограниченность модели СРТС для индикаторов поля в части необходимости работы СРТС в режиме излучения при обследовании, а также пониженную чувствительность индикатора с учетом различий его полосы рабочих частот по сравнению с шириной спектра сигнала).

Стационарные автоматизированные комплексы в настоящее время оборудуются системой приемных антенн (например, комплексы серии «АРК»), что позволяет обеспечить обнаружение сигнала в нескольких помещениях. С учетом разработанных требований количество приемных антенн комплекса может быть определено в зависимости от предполагаемого расстояния до возможного контрольного пункта.

Для типовых ситуаций это число не так уж значительно, так как расстояние 15 метров соответствует установке их примерно через помещение шириной 5-6 метров. При меньших дистанциях до контрольного пункта (15-20 метров) оптимальное применение стационарных комплексов радиоконтроля становится проблематичным, так как расстояние между приемными антеннами в этом случае должно быть не более 3 метров, что увеличивает требуемое количество антенн почти в 30 раз.

Пространственный аспект заключается в предполагаемом наличии у антенны передатчика СРТС направленных свойств с учетом расположения контрольного пункта. При оценке влияния энергетического аспекта предполагалось, что приемные антенны контроля и обнаружения работают в идентичных условиях. В традиционном частотном диапазоне УКВ создание направленных свойств у малогабаритных антенн является проблематичным и обычно антенна представляет собой диполь с круговой диаграммой направленности. С повышением частотного диапазона СРТС такая возможность становится более реальной, например, за счет применения не дипольных, а вибраторных антенн, позволяющих обеспечить некоторую направленность. Самым существенным является отличная от нуля вероятность неудачного размещения приемных антенн обнаружителя в угловых зонах с минимальным излучением в нужном направлении. Учет направленных свойств существенно ухудшит требования к минимальному расстоянию антенны обнаружителя до антенны передатчика, а в диапазоне СВЧ может вообще привести к сложной ситуации необходимости размещения приемных антенн на наружных поверхностях зданий со стороны расположения контрольного пункта.

Временной аспект заключается в необходимости совпадения времени функционирования передатчика СРТС в режиме излучения и настройки приемника обнаружения на соответствующий частотный диапазон. Из рис. 1 видно, что для сигналов со случайной базой или кратковременных посылок, а также для СРТС с внешним управлением, такое совпадение носит вероятностный характер. Поисковые устройства по этому фактору можно разделить на две группы:

• индикаторы электромагнитного поля и сканеры, которые предполагают непрерывность излучения искомого сигнала при проведении обследований;
• стационарные комплексы обнаружения, рассчитанные на длительное наблюдение сигналов в частотном диапазоне.

Первая группа поисковых средств рассчитана на обнаружение излучений от СРТС непрерывного действия, которые в настоящее время представляют еще достаточно обширный класс средств негласного контроля информации. Путем перемещения таких поисковых устройств в определенной мере решаются и проблемы энергетического и пространственного аспектов. Для принятой модели сигнала такие поисковые средства практически оптимальны по принципу действия.

Вторая группа поисковых средств рассчитана на обнаружение сигналов СРТС более широкого класса и основной проблемой является соответствие требований к времени перестройки приемников обнаружения возможным моделям временных параметров СРТС. Возможный подход к разработке требований на скорость перестройки приемников будет рассмотрен в следующих статьях. Однако, исходя из общих соображений можно утверждать, что при бесконечно большом времени наблюдения за сигналом в контролируемом частотном диапазоне будут гарантированно обнаружены сигналы СРТС с произвольными характеристиками излучения во времени, в том числе и кратковременные передачи или сигналы с ППРЧ.

Таким образом, использование радиоизлучения передатчиков СРТС как демаскирующего признака, может быть оптимизировано как по структуре поисковых устройств в зависимости от модели обнаруживаемого сигнала, так и от условий расположения контрольного пункта. При этом, основными факторами, позволяющими проводить оптимизацию поисковых устройств, являются:

• ориентация на сигнал СРТС как сигнал со случайной базой, то есть шумовой процесс, демодуляция которого не имеет смысла в рамках решения задачи противодействия негласному контролю информации;
• при обнаружении сигналов СРТС, которые спроектированы оптимальным образом, антенна (антенны) устройств обнаружения должна располагаться на определенном минимальном расстоянии от антенны искомого передатчика СРТС;
• поисковые средства типа широкополосных индикаторов электромагнитного поля и сканеров могут применяться для обнаружения сигналов от СРТС, работающих в режиме непрерывного излучения, при условии перемещения их в пространстве для достижения минимальных расстояний между антеннами поискового устройства и передатчика;
• автоматизированные стационарные комплексы радиомониторинга позволяют выявлять радиосигнал от СРТС более широкого класса с произвольными видами управления режимом работы СРТС, но требуют обоснования требований на скорость перестройки по частоте применяемых базовых приемников.

При практическом использовании имеющихся на рынке специальной техники поисковых и обнаружительных средств и комплексов в конкретных ситуациях требуется четкое представление о моделях сигналов СРТС, подлежащих обнаружению, или консультация специалиста по оптимизации построения систем обнаружения сигналов применительно к условиям дислокации защищаемого объекта.