Бехтин М.А. Система обнаружения побочных информационных электромагнитных излучений технических средств (1006293), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Преобразованный тестовый сигнал может также модулировать одно илинесколько гармонических колебаний с частотами fj, излучаемых генераторамитехнического средстваξ k ( t ) = ∑ {Фk ( t ) ∗ hk ( t )} ⋅ Aj cos ( 2π f j t + θ j ) ,(3)jгде Aj, fj, θj – амплитуда, частота и начальная фаза j-го гармонического сигнала. Выражение (3) является наиболее общим математическим описанием преобразования тестового сигнала в отдельном блоке технического средства.Следует отметить, что, несмотря на сложность преобразований, которые могут происходить с тестовым сигналом в техническом средстве, в нём сохраняется информация об исходной тестовой последовательности. Наличие этой11информации в излучаемом сигнале позволяет впоследствии выделить характерные признаки информационных побочных электромагнитных излученийТС.Принимаемое измерительной системой побочное электромагнитное излучение анализируемого технического средства представляет собой аддитивную смесь информационного сигнала технического средства, белого шума ипомеховых сигналовeпр (t ) = eинф (t ) + eш (t ) + eп (t ) ,(4)где eинф(t) – информационная составляющая побочного излучения ТС, eш(t) –нормальный шум в полосе информационного сигнала, eп(t) – помеховые сигналы.Предложенный в диссертационной работе метод обнаружения информативных ПЭМИ технических средств основан на анализе взаимнокорреляционной функции (ВКФ) комплексной огибающей измеренного сигнала и комплексного опорного сигнала.
Превышение ВКФ в заданном временном интервале порогового значения означает наличие на анализируемойчастоте информационной составляющей ПЭМИ. При сканировании всегочастотного диапазона осуществляется поиск и регистрация частот, на которых имеется превышение порогового значения сигнала на выходе коррелятора. Пороговое значение определяется на основе анализа электромагнитнойобстановки вблизи исследуемого технического средства при выключенномтестовом режиме.
Использование комплексных сигналов при формированииопорного сигнала системы обнаружения позволяет повысить вероятность обнаружения по сравнению с алгоритмом, использующим модуль комплекснойогибающей измеренного сигнала.Рассмотрим основные этапы обработки ПЭМИ ТС. Принятый сигналпобочного электромагнитного излучения технического средства после преобразования в анализаторе спектра и переноса на промежуточную частоту поступаетна вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП). АЦП обеспечивает дискретизацию и квантование сигнала промежуточной частоты. Параметры АЦП выбираются исходя из максимальной частоты сигнала на выходе блока промежуточной частоты измерительного прибора и динамического диапазона полезногосигнала. С выхода АЦП дискретный сигнал sN[n] поступает на вход блока формирования квадратур, структурная схема, которого показана на рис.
1.12ФНЧsN[n]ФНЧsC[n]sS[n]Cos[n]Sin[n]ОпорныйгенераторРис. 1. Структурная схема блока формирования квадратур.Квадратурные составляющие получаются путем перемножения дискретного сигнала sN[n] с сигналами опорных генераторов, представляющихсобой гармонические колебания на промежуточной частоте FПЧ, сдвинутыепо фазе на π/2 друг относительно друга, и пропускания через фильтры низкихчастотsС [n] = (s N [n] ⋅ cos(2π FПЧ nTд )) ∗ hФНЧ [n],sS [n] = (s N [n] ⋅ sin (2π FПЧ nTд )) ∗ hФНЧ [n] ,(5)(6)где hФНЧ[n] – импульсная характеристика ФНЧ, Тд – период дискретизации.Комплексная огибающая измеренного сигнала s [ n ] формируется из квадратурных компонент следующим образом:s [ n ] = sC [ n ] + j sS [ n ] , n = 1,…, N ,(7)где sC[n], sS[n] – квадратурные составляющие комплексной огибающей измеренного сигнала, N – количество отсчетов измеренного сигнала.Комплексная огибающая измеренного сигнала s [ n ] поступает на входблока цифровой обработки.
В диссертации рассмотрены два блока цифровойобработки: амплитудный и квадратурный. В амплитудном блоке, структурнаясхема которого показана на рис. 2, осуществляется обработка модуля комплексной огибающей анализируемого сигнала, полученного на выходе амплитудного детектора (АД).s [ n]АДsАД[n]КорреляторrА[n]РУsО[n]Блок формированияопорного сигналаРешениеПорогКанал управленияРис. 2. Амплитудный блок обработки и принятия решения.13Сигнал на выходе детектора определяется по формулеsАД [ n ] = s [ n ] = sC2 [ n ] + sS2 [ n ] .(8)С выхода детектора действительный сигнал поступает на вход коррелятора, на другой вход которого подается действительный опорный сигналsO[n]. Взаимно-корреляционная функция двух сигналов определяется по формуле:1rА [n] =NN −1∑ s [m]⋅ s [n − m],АДm =0(9)Огде sАД[n] – сигнал на выходе амплитудного детектора, sO[n] – опорный сигнал. На выходе коррелятора оценивается максимальное значение корреляционной функции в интервале времени, соответствующему одному периодуопорного сигнала.
В решающем устройстве найденное значение максимумасравнивается с порогом и принимается решение о наличии, либо отсутствииинформационной составляющей в измеренном сигнале.Структурная схема предложенного квадратурного блока цифровой обработки показана на рис. 3.s [ n]КорреляторrQ [ n ]rQ [ n ]•РУРешениеsO [ n ]ПорогБлок формированияопорного сигналаКанал управленияРис.
3. Квадратурный блок обработки и принятия решения.В квадратурном блоке комплексная огибающая сигнала s [ n ] поступаетнепосредственно на вход коррелятора, на второй вход которого подаетсякомплексный опорный сигнал. Взаимно-корреляционная функция двух комплексных сигналов находится какrQ [ n ] =1NN −1∑ s [ m] s [ n − m] ,m =0О(10)где s [ n ] – комплексная огибающая измеренного сигнала, s О [n] – комплекснаяогибающая опорного сигнала.В заключение рассмотрена статистическая теория принятия решения оналичии информационных сигналов в измеренном ПЭМИ технического средства.14В третьей главе рассмотрены характерные особенности сигналов технических средств обработки, хранения и передачи информации. На примере излучения от отдельных компонент персонального компьютера показана возможность выделения информационных ПЭМИ технических средств.
Произведенсинтез компьютерной модели побочного электромагнитного излучения ТС иматематической модели обработки измеренного сигнала в системе обнаруженияинформационных составляющих ПЭМИ технических средств.Синтезированная компьютерная модель системы обнаружения ПЭМИ ТСучитывает следующие параметры измерительного прибора:− диапазон перестройки частот;− полоса пропускания фильтра промежуточной частоты;− время анализа.Также в модели имеется возможность управлять частотами и уровнемизлучения информационной составляющей ПЭМИ ТС, уровнем помех с амплитудной и частотной модуляцией, а также параметрами белого гауссовского шума.
Результаты статистического моделирования для 1000 независимыхреализаций модели ПЭМИ ТС с шумом для ΔFПЧ = 100 кГц и отношения сигнал/шум QШ = 15 дБ для амплитудного и квадратурного каналов показаны нарис. 4.5433Плотность вероятностиПлотность вероятности6С информационным сигналомБез информационного сигнала21000.511.5Относительный уровень2С информационным сигналом21.510.5002.5Без информационного сигнала2.50.511.5Относительный уровень2а)б)Рис. 4. Гистограммы сигналов на выходе коррелятора амплитудного (а) иквадратурного (б) каналов. ΔFПЧ = 100 кГц, QШ = 15 дБ,“×” – результаты моделирования.Из рисунков видно, что сигналы на выходе коррелятора амплитудногоканала распределены по гауссовскому закону, а в квадратурном канале – позакону Райса.
Эксперименты показали, что при увеличении уровня шума математическое ожидание сигналов на выходе коррелятора амплитудного канала увеличивается вместе с увеличением дисперсии случайных величин. В то151Вероятность обнаруженияВероятность обнаруженияже время в сигналах на выходе коррелятора квадратурного канала при увеличении уровня шума дисперсия сигналов растет, а математическое ожиданиесигнала с информационной составляющей не изменяется. Результаты компьютерного моделирования показали, что увеличение полосы пропусканияфильтра промежуточной частоты анализатора спектра приводит к уменьшению дисперсии случайных величин на выходе коррелятора, а, следовательно,к увеличению вероятности правильного обнаружения и уменьшению вероятности ложной тревоги при фиксированном отношении сигнал/шум.По результатам статистического моделирования были получены зависимости вероятности правильного обнаружения от вероятности ложной тревоги (рабочие характеристики приемника).
Рабочие характеристики приемника для амплитудного и квадратурного каналов для разных значений отношения сигнал/шум для ΔFПЧ = 100 кГц показаны на рис. 5.0.8QШ = 10 дБ0.6QШ = 13 дБ0.40.200QШ = 16 дБPЛТ = 10%0.20.40.6Вероятность ложной тревоги0.810.8QШ = 13 дБ0.40.2001QШ = 10 дБ0.6QШ = 16 дБPЛТ = 10%0.20.40.6Вероятность ложной тревоги0.81а)б)Рис. 5. Рабочие характеристики амплитудного (а) иквадратурного (б) каналов.По рисункам видно, что для заданного отношения сигнал/шум и фиксированной вероятности ложной тревоги для квадратурного канала вероятностьпропуска информационной составляющей ПЭМИ ТС в 2-3 раза меньше чемдля амплитудного канала.
Аналогично можно показать, что для заданных вероятностей правильного обнаружения и ложной тревоги отношение сигналшум для квадратурного канала будет ниже. Например, для вероятности правильного обнаружения РD = 99% и вероятности ложной тревоги РFA = 10%выигрыш квадратурного канала в отношении сигнал/шум составляет 6 дБ.Проведенное моделирование системы обнаружения показало, что использование предложенного алгоритма обнаружения информационных составляющих ПЭМИ ТС позволяет повысить вероятность правильного обна-16ружения, уменьшить пороговое значение отношения сигнал/шум, а такжеувеличить точность определения частот информационных сигналов.В четвертой главе представлены результаты экспериментальных исследований побочных электромагнитных излучений технических средств на примере излучения от накопителя на жестких магнитных дисках персональногокомпьютера. Представлены основные сведения о накопителях на жестких магнитных дисках.
Показана структурная схема измерительной установки, использованной для обнаружения побочных электромагнитных излучений технических средств.Экспериментальные исследования по обнаружению информационных составляющих ПЭМИ технических средств проводились на базе измерительнойлаборатории Федерального государственного унитарного предприятия «Научно-производственное предприятие «Гамма». Схема экспериментального стендапоказана на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
