Диссертация (Разработка методов и моделей анализа и оценки устойчивого функционирования бортовых цифровых вычислительных комплексов в условиях преднамеренного воздействия сверхкоротких электромагнитных излучений), страница 2

К тому же, технология, обеспечивающая высокиескорости обработки информации, обладает повышенной чувствительностью к наведенным напряжениям и токам, вызванным электромагнитными полями от различных источников естественного и искусственного происхождения, включаяпреднамеренные силовые электромагнитные воздействия [35].8Особенно это относится к современным бортовым цифровым вычислительным комплексам, функционирующих в условиях преднамеренного воздействиясверхкоротких электромагнитных излучений, которые занимают особое место всистемах управления и контроля подвижными объектами, и все в большей степени оснащаются электронными элементами, чувствительными к электромагнитным воздействиям.

В связи с чем, сегодня особо остро стоит задача по защитебортовых цифровых вычислительных комплексов (БЦВК) от воздействия сверхкороткоимпульсного электромагнитного излучения (СКИ ЭМИ). Кроме того,имеется устойчивая тенденция всё большего использования в современных бортовых цифровых вычислительных комплексах микропроцессорных устройств свременами срабатывания единицы и доли наносекунд и значительного уменьшения уровней и длительности сигналов для передачи информации, а также появление более мощных стационарных и мобильных излучателей, формирующих периодические и однократные сверхкороткие электромагнитные импульсы и обладающие принципиально новыми качествами, отсутствующими у традиционныхисточников ЭМИ: соразмерностью длительности воздействующих импульсов сдлительностью информационных сигналов.Это приводит к тому, что уровень наведенных помех от ЭМИ становитсясопоставим с уровнем информационных сигналов и, как следствие, возрастает вероятность разрушения обрабатываемой информации циркулирующей в БЦВК, чтоподтверждается результатами экспериментальных исследований.

[2, 69, 91, 98-99,179, 186].Также установлено, что эти источники способны оказывать воздействия наБЦВК и его элементы, приводящие к частичному нарушению целостности и полной потери передаваемого информационного сигнала, а в некоторых случаях кнарушению функционирования элементов и узлов БЦВК. При этом важной особенностью данного воздействия является часто не физическое разрушениеэлементной базы вычислительных комплексов и физических каналов связи, аискажение обрабатываемой информации.В то же время существующие системы защиты БЦВК в условиях воздейст-9вия ЭМИ являются, как правило, малоэффективными, а в ряде случаев неприемлемыми как с технической, так и с экономической стороны, что существенноповышает важность решения проблемы по поиску новых методов обеспеченияустойчивого функционирования бортовых систем управления.Особую актуальность данная проблема приобретает еще и в связи с принятием нового поколения национальных и международных стандартов по электромагнитным явлениям и разработкой новых типов источников электромагнитнойэнергии, которые характеризуются более высокими значениями ЭМП и более короткими временными характеристиками, лежащими в наносекундной и субнаносекундной областях.

Новые параметры воздействующих электромагнитных полейсущественно отличаются от действующих ранее как по амплитудным, так и повременным характеристикам. Увеличены в 2-3 раза амплитуды напряженностиполей с длительностью фронта до нескольких долей наносекунд. Кроме того, невозможность учета всех факторов, влияющих на поражающее действие ЭМИ,сложность современного бортового оборудования затрудняют получение достоверной информации о степени поражения и механизмах поражения [3, 6, 38-41,149-152].Также в настоящее время Международная электротехническая комиссия(МЭК), являющаяся законодателем в области создания стандартов по электротехнике и электронике во всём мире, уделяет огромное внимание решению проблемыстандартизации, касающейся воздействия переходных электромагнитных явленийбольшой энергии.

В серию международных стандартов МЭК 61000 (в Россиикомплекс стандартов «Мороз»), регламентирующих мероприятия по обеспечениюустойчивости аппаратуры к воздействию ЭМИ, включен МЭК 61000-2-13, 2005"Электромагнитная совместимость. Сверхширокополосный электромагнитныйимпульс", определяющий форму и спектральный состав СШП ЭМИ.Решение проблемы обеспечения стойкости БЦВК к воздействию мощныхимпульсных электромагнитных полей представляет собой сложный многоэтапный процесс. Особенностью заданий на разработку БЦВК является наличие одновременно различных по спектру действующих ЭМИ, что требует анализа и оцен-10ки воздействия ЭМИ на отдельные элементы и узлы, а в конечном итоге на весьбортовой комплекс в целом.Деструктивное воздействие ЭМИ на бортовые вычислительные комплексыможет быть обусловлено как непосредственным воздействием импульсныхэлектромагнитных полей на элементы бортового комплекса, так и наведенными всоединительных линиях и цепях токами и напряжениями.

Чувствительностьэлементов и узлов БЦВК к воздействию ЭМИ в зависит от целого ряда факторов,в частности, положения относительно направления векторов электрического имагнитного полей, геометрических размеров электрических цепей и контуров, ихконфигурации, взаимных связей, номиналов электрических нагрузок, величинемкостных и индуктивных связей с элементами конструкций системы иокружающей средой, качества экранирования и т.д.При этом, следует иметь в виду, что даже для тех элементов и узлов БЦВК,корпусакоторыхмогутвыполнятьрольэлектромагнитныхэкранов,электромагнитные импульсы будут оказывать деструктивное воздействие черезсоединительные линии и разъемы. Таким образом, все виды проводящих систем,имеющихся в бортовом комплексе, играют роль коллекторов опасной энергииЭМИ. Наведенные в проводниках токи и напряжения могут привести либо кэлектрическому пробою (изоляции кабеля), либо к повреждению подключенных кпроводникам устройств, если в них имеются чувствительные к перенапряжениюэлементы.

Наведенные импульсы могут разрушить и нарушить работу элементовБЦВК почти одновременно в ряде мест [82, 84, 130].Особую опасность для элементов и узлов БЦВК, кроме наличия возможныхпротяженных проводящих систем, представляют также сравнительно низкая электрическая прочность элементов и, напротив, высокая чувствительность к электрическим помехам. Отдельно следует отметить, что актуальность данной работыопределяется созданием в России Системы национальных стандартов по защитеинформации от преднамеренного электромагнитного воздействия в целях выявления, противодействия и минимизации последствий воздействия ЭМИ. В частности, появление проектов и вновь разработанных национальных стандартов, рег-11ламентирующих обеспечение устойчивости радиоэлектронной аппаратуры (РЭА),в первую очередь, военного и специального назначения, к воздействию СШПЭМИ, в которых впервые выдвинуты требования по стойкости к воздействияммощных электромагнитных импульсов техногенного происхождения.

А такжепринятие в России стандарта, регламентирующего требования по стойкости РЭАк СШП ЭМИ - с июля 2008 г. введен ГОСТ Р 52863-2007 «Защита информации.Автоматизированные системы в защищенном исполнении. Испытания на устойчивость к намеренным силовым электромагнитным воздействиям. Общие требования».Кроме того, данная работа согласуется и с требованиями рекомендацийНТС ВПК от 23 марта 2007 г. № ВПК (НТС)-8прс по завершению создания в рамках комплексной программы развития АСУ ВС РФ на период до 2015 г. защищенных от электромагнитных воздействий средств автоматизированных системвоенного назначения (АСВН).И, наконец, глобализация мирового сообщества, интернационализациярынков, вступление России в ВТО – выдвигают дополнительные требования, и вэтих условиях особую роль начинают играть стандарты, на соответствие которымпроводится обязательная сертификация технических средств.

Обязательноесоответствие их требованиям является неотъемлемым фактором созданияконкурентоспособнойинсталляции,продукции,эксплуатациипоэтомуметодологиярадиоэлектронногопроектирования,оборудованиядолжнаадаптироваться под эти изменения, ориентируясь на безусловное выполнениетребований стандартов при минимальных временных и материальных затратах,включая и требования к намеренным силовым электромагнитным воздействиям.Проведенный анализ позволил выделить следующие направления исследований по данной проблеме в нашей стране и за рубежом:- разработка методов расчета параметров электромагнитного поля (ЭМП);- исследование воздействия электромагнитного импульса на БЦВК с учетомусловий эксплуатации и конструктивных особенностей объекта применения;12- разработка специальных методов оценки воздействия электромагнитногоимпульса на БЦВК и установление перечня параметров, определяющих поражающее действие ЭМИ;- разработка системных методов и средств обеспечения устойчивости БЦВКк заданным воздействиям излучения.Значительный опыт теоретического решения вопросов взаимодействияэлектромагнитных полей с конструкциями электронных средств накоплен в области ЭМС.

Методы и технические решения, эффективно применяемые для обеспечения ЭМС, могут быть частично использованы для снижения уязвимостиБЦВК в условиях воздействия ЭМИ [59, 122, 124]. По мере роста быстродействияБЦВК, требования к электрическим параметрам систем и помехозащищённостиустройств ужесточались, что заставляло проводить более детальный анализ, основанный на более совершенных математических моделях.На сегодняшний день несколькими научными школами, возглавляемымироссийскими (Ю.В. Парфеновым, Н.В. Балюком, Ю.