Приемопередающее устройство защищенной волоконно-оптической системы передачи информации ограниченного доступа

Изобретение относится к компонентам защищенных волоконно-оптических систем передачи информации и может быть использовано в качестве приемопередающего устройства цифровой информации с ограниченным доступом по неконтролируемой территории. Техническим результатом является устранение необходимости регулировки уровня входного сигнала контроллера при подключении и в эксплуатации устройства в составе защищенных ВОСП. Для этого в приемопередающее устройство введены последовательно соединенные ЦАП, устройство согласования и регулятор, вход управления устройства управления излучателем соединен с первым выходным портом контроллера, второй выходной порт которого соединен со входом ЦАП, выход устройства согласования соединен со входом управления регулятора, выход которого соединен со входом усилителя, выход которого соединен с входом детектора, выход которого соединен со входом АЦП, вход регулятора соединен с выходом приемного оптического модуля. 2 ил.

 

Изобретение относится к компонентам защищенных волоконно-оптических систем передачи информации и может быть использовано в качестве приемопередающего устройства цифровой информации с ограниченным доступом по неконтролируемой территории.

Известен "Приемопередающий блок волоконно-оптической системы передачи информации" (см. Патент РФ №2239286 от 14.03.2003, опубликован в БИ №27.10.2004 г.). Устройство по своему функциональному назначению и составу наиболее близко к заявляемому устройству и поэтому взято за прототип.

Приемопередающий блок состоит из следующих компонентов: устройства управления излучателем, сумматора, излучателя, контрольного фотодетектора, интегратора, регулятора-сумматора, полосового фильтра, детектора, блока управления, цифроаналогового преобразователя, цифрового генератора, выходной и входной волоконно-оптических линий передачи (ВОЛП), приемного оптического модуля (ПРОМ), усилителя информационных сигналов, устройства решения, фильтра нижних частот, усилителя контрольного сигнала, фильтра верхних частот, детектора уровня, фильтра полосы контроля, цифроаналогового преобразователя (ЦАП), цифрового блока контроля (микроконтроллера), светового индикатора контроля, звукового излучателя.

Вышеуказанное устройство работает следующим образом. Входные информационные сигналы поступают на вход устройства управления излучателем, где формируется ток модуляции излучателя информационными сигналами. Величина тока может регулироваться по управляющему входу. Выходной сигнал устройства суммируется с током постоянного смещения и контрольным сигналом. Полученная сумма поступает на излучатель, который излучает оптический сигнал в ВОЛП.

Часть оптического сигнала поступает на контрольный фотодетектор, который преобразует входной оптический сигнал в электрический сигнал. С выхода фотодетектора сигнал поступает в две цепи: стабилизации средней оптической мощности излучателя и стабилизации амплитуды информационного и контрольного сигналов.

Цепь стабилизации средней мощности содержит интегратор и регулятор-сумматор. Интегратор формирует сигнал рассогласования средней излучаемой мощности от заданной величины. Выходной сигнал поступает на вход устройства, которое регулирует ток через излучатель, стремясь уменьшить рассогласование до минимума. Одновременно с этим устройство производит модуляцию постоянного тока переменным током контрольного сигнала, который формируется цифровым генератором и преобразуется в аналоговую форму ЦАП.

Цепь стабилизации амплитуды информационного и контрольного сигналов состоит из полосового фильтра, детектора, блока управления. Полосовой фильтр выделяет из сигнала контрольного фотодетектора контрольный сигнал, который детектором преобразуется в постоянный сигнал, величина которого пропорциональна амплитуде контрольного сигнала на входе. По этому входному уровню блок управления формирует постоянные уровни управления опорным напряжением ЦАП и устройством управления излучателем. Токи модуляции излучателя изменяются таким образом, чтобы свести к минимуму рассогласование входного постоянного сигнала с заданным напряжением. Кроме того, блок имеет управляющий вход, по которому поступает постоянный сигнал разрешения передачи из устройства контроля. В случае отсутствия этого сигнала блок не подает на ЦАП и устройство управления излучателем постоянные уровни, блокируя тем самым передачу информационных и контрольных сигналов.

После прохождения по ВОЛП оптические сигнал попадают на ПРОМ, который имеет в своем составе фотодетектор и усилитель фототока. На выходе ПРОМ формируется аналоговый сигнал пропорциональный входному оптическому сигналу. Полученный сигнал поступает на усилитель информационных сигналов и фильтр нижних частот. Полоса частот полосового усилителя соответствует полосе частот информационных сигналов. На выходе устройства формируются усиленные до требуемой амплитуды информационные сигналы. Устройство решения формирует на выходе цифровые информационные сигналы в требуемом формате. Усилитель может иметь в своем составе автоматическую регулировку усиления (АРУ).

Сигнал, поступающий на фильтр нижних частот, фильтруется таким образом, чтобы отделить контрольный сигнал от информационного сигнала. Далее, после усиления усилителем контрольного сигнала и фильтрации фильтром верхних частот выделенный контрольный сигнал поступает на детектор уровня. Детектор преобразует амплитуду контрольного сигнала в сигнал постоянного уровня. После этого с помощью фильтра выделяется требуемая полоса контроля. С выхода фильтра сигнал постоянного уровня поступает на АЦП, который формирует цифровой сигнал, поступающий для анализа в цифровой блок контроля (микроконтроллер). Блок контроля анализирует изменения входного цифрового сигнала таким образом, что выделяется опасный сигнал, соответствующий попытке съема информации с волоконно-оптической линии передачи.

В этом случае формируется сигнал тревоги, который поступает на звуковой излучатель и световой индикатор. На выходе блока снимается постоянный сигнал разрешения. В случае отсутствия опасного сигнала на выходе блока поддерживается постоянный уровень разрешения. Световой индикатор отражает текущее отклонение входного сигнала от установленного значения.

Приемопередающий блок обладает следующими недостатками:

1. Отсутствие автоматической настройки входного сигнала цифрового блока контроля при подключении к ВОЛП с различными коэффициентами передачи.

2. Отсутствие корректировки амплитуды входного сигнала блока контроля при эксплуатации.

3. Сложность реализации технических средств защиты информации от утечки по оптическому каналу.

Решаемая техническая задача - создание приемопередающего устройства с автоматической настройкой при подключении к ВОЛП с различными коэффициентами передачи и с периодической автоматической подстройкой при эксплуатации, а также упрощение технических средств зашиты информации от утечки по оптическому каналу.

Техническим результатом является устранение необходимости регулировки уровня входного сигнала контроллера при подключении и в эксплуатации устройства в составе защищенных ВОСП.

Этот технический результат достигается тем, что приемопередающее устройство защищенной волоконно-оптической системы передачи информации ограниченного доступа содержит оптический передатчик, включающий в себя устройство управления и излучатель, оптический выходной полюс которого соединен через волоконно-оптическую линию передачи с входным оптическим полюсом оптического приемника, включающего в себя последовательно соединенные приемный оптический модуль, усилитель-ограничитель и устройство решения, выход которого является электрическим выходом приемопередающего устройства, блок контроля, включающий в себя усилитель, детектор уровня и последовательно соединенные АЦП, контроллер и звуковой излучатель, при этом вход устройства управления излучателем является входом приемопередающего устройств. Новым является то, что в оптический приемник дополнительно введены последовательно соединенные ЦАП, устройство согласования и регулятор, вход управления устройства управления излучателем соединен с первым выходным портом контроллера, второй выходной порт которого соединен со входом ЦАП, выход устройства согласования соединен со входом управления регулятора, выход которого соединен со входом усилителя, выход которого соединен с входом детектора, выход которого соединен со входом АЦП, вход регулятора соединен с выходом приемного оптического модуля.

Совокупность существенных признаков заявляемого устройства позволяет исключить регулировку уровня входного сигнала контроллера. На фиг.1 представлена функциональная схема приемопередающего устройства.

1 - электрический вход устройства;

2 - устройство управления излучателем (драйвер);

3 - излучатель (светодиод, полупроводниковый лазер);

4 - выходной оптический полюс (разъемный оптический соединитель);

5 - ВОЛП;

6 - входной оптический полюс (разъемный оптический соединитель);

7 - приемный оптический модуль (ПРОМ);

8 - усилитель-ограничитель;

9 - устройство решения;

10 - электрический выход устройства;

11 - регулятор амплитуды;

12 - усилитель;

13 - детектор уровня;

14 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП);

15 - контроллер;

16 - звуковой излучатель;

17 - цифроаналоговый преобразователь (ЦАП);

18 - устройство управления;

19 - оптический передатчик;

20 - оптический приемник;

21 - блок контроля.

На фиг.2 приведены временные диаграммы автоматической настройки уровня входного сигнала контроллера.

Заявляемое устройство работает следующим образом. Входные цифровые информационные сигналы поступают на электрический вход устройства 1 (фиг.2А). Устройство управления излучателем 2 формирует ток модуляции излучателя 3. Информационный оптический сигнал поступает на выходной оптический полюс 4 и далее в ВОЛП 5.

После прохождения по ВОЛП 5 оптический сигнал попадает на входной полюс устройства 6 и далее на приемный оптический модуль (ПРОМ) 7. ПРОМ имеет в своем составе фотодетектор и усилитель фототока. На выходе ПРОМ формируется аналоговый сигнал, который далее поступает на входы двух устройств: усилителя-ограничителя 8 и регулятора амплитуды 11. С выхода усилителя-ограничителя 8 информационные сигналы поступают на вход устройства решения 9, которое восстанавливает амплитуду цифровых сигналов в требуемом формате (фиг.2А).

С выхода регулятора амплитуды 11 информационные сигналы поступают на усилитель 12, который увеличивает амплитуду сигналов до требуемой величины. С выхода усилителя 12 сигналы подаются на вход детектора уровня 13, который формирует на выходе постоянный уровень напряжения, величина которого пропорциональна амплитуде входного сигнала.

Полученный постоянный уровень подается на вход АЦП 14, где преобразуются в цифровую форму, и поступает на вход контроллера 15. Контроллер по специальному алгоритму проводит обработку входного сигнала и выделяет из него сигнал попытки несанкционированного доступа. В этом случае контроллер 15 формирует сигнал ТРЕВОГА на звуковой излучатель 18 и снимает сигнал разрешения передачи с управляющего входа устройства управления излучателем 2.

Автоматическая настройка при включении устройства производится следующим образом (фиг.2Б). Входной цифровой сигнал U₁ после передачи по ВОЛП, приема и преобразования ПРОМ 7 на выходе регулятора 11 имеет примерный вид, который представлен на чертеже (U₁₁). Амплитуда этого сигнала в зависимости от коэффициента передачи ВОЛП может иметь различное значение. Соответственно, напряжение постоянного уровня на выходе детектора 13 (U₁₃) также может принимать различные значения.

При включении контроллер 15 формирует на выходе цифровой сигнал, который соответствует минимальному коэффициенту передачи регулятора 11. Цифровой сигнал преобразуется в аналоговый вид с помощью ЦАП 17 и устройства согласования 18 и поступает на вход управления регулятора 11. После задержки, превышающей время переходных процессов в регуляторе 11, усилителе 12, детекторе уровня 13 и АЦП 14, контроллер сравнивает полученный на входе сигнал с нижним значением диапазона номинальных значений U_min. Если сигнал больше этого значения, контроллер выдает соответствующий сигнал управления звуковым излучателем 16, предупреждающий о необходимости уменьшения глубины модуляции информационным сигналом на передающем полюсе ВОЛП. Если полученный на входе сигнал не превышает U_min, контроллер формирует на выходе цифровой сигнал, который соответствует максимальному коэффициенту передачи регулятора 11. После соответствующей задержки контроллер сравнивает полученный на входе сигнал с верхним значением диапазона номинальных значений U_max. Если сигнал меньше этого значения, контроллер выдает соответствующий сигнал управления звуковым излучателем 16, предупреждающий о необходимости увеличения глубины модуляции информационным сигналом на передающем полюсе ВОЛП. Если полученный на входе сигнал превышает U_max, контроллер осуществляет изменение сигнала управления коэффициентом передачи регулятора 11 по методу наискорейшего спуска до тех пор, пока сигнал на входе контроллера максимально не приблизится к среднему значению диапазона номинальных значений U_н. После этого устройство автоматически переходит в режим передачи с контролем ВОЛП.

При эксплуатации периодически производится сравнение входного сигнала контроллера с номинальным значением U_н (фиг.2В). Если величина входного сигнала выходит за пределы допуска ΔU, то производится установка номинальной величины сигнала по методу последовательного приближения с равномерным увеличением или уменьшением коэффициента передачи регулятора 11.

Возможность подключения к ВОЛП во время изменения коэффициента передачи регулятора 11 исключается следующим образом. Перед началом изменения коэффициента передачи регулятора 11 в отдельных регистрах контроллера запоминаются значение сигнала на входе контроллера U₀ и соответствующее ему значение цифрового сигнала U_y0 управления коэффициентом усиления. После установки номинальной величины сигнала на входе контроллера в другие регистры записываются новое значение входного сигнала U₁ и соответствующее ему значение цифрового сигнала управления U_y1. Далее контроллер формирует цифровой сигнал U_y0 и производит сравнение значения входного сигнала с запомненным ранее значением U₀. Если разность сигналов превышает допустимую величину, контроллер формирует сигнал ТРЕВОГА и запрещает передачу информации. В случае допустимой разности сигналов контроллер вновь формирует цифровой сигнал U_y1 и сравнивает значение входного сигнала с U₁. При допустимой разности сигналов контроллер переводит устройство в режим передачи с контролем ВОЛП. В противном случае контроллер формирует сигнал ТРЕВОГА и запрещает передачу информации.

Для подтверждения работоспособности заявляемого устройства и экспериментального определения параметров был собран макет приемопередающего блока. Устройство управления излучателем было выполнено на СВЧ транзисторах 2Т643А-2 и источнике тока на операционном усилителе (ОУ) 1053УД2А и транзисторе 2Т3102Е. В качестве излучателя использовался передающий оптический модуль HFBR-1312T. В качестве приемного оптического модуля использовался HFBR-2316T. Усилитель-ограничитель и усилитель выполнены на микросхеме 500ЛП116, устройство решения - на компараторе 597СА1А.

Регулятор амплитуды представляет собой каскад "общий исток" на двухзатворном полевом транзисторе 2П327А. Детектор уровня выполнен на импульсном диодном мосте 2D523B. АЦП и контроллер выполнены на основе микроконтроллера PIC16C717 со специально разработанным программным обеспечением. Звуковой излучатель - пьезозвонок с управлением.

Макет устройства обеспечивал передачу цифровой информации со скоростью 125 Мбит/с по стандарту 100Base-FX и контроль изменения величины внесенных потерь в ВОЛП на уровне 0,05 дБ, высокую вероятность обнаружения попыток доступа к ВОЛП и низкую величину вероятности ложных срабатываний.

Приемопередающее устройство защищенной волоконно-оптической системы передачи информации ограниченного доступа, содержащее оптический передатчик, включающий в себя устройство управления излучателем и излучатель, оптический выходной полюс которого соединен через волоконно-оптическую линию передачи с входным оптическим полюсом оптического приемника, включающего в себя последовательно соединенные приемный оптический модуль, усилитель-ограничитель и устройство решения, выход которого является электрическим выходом приемопередающего устройства, блок контроля, включающий в себя усилитель, детектор уровня и последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, контроллер и звуковой излучатель, при этом вход устройства управления излучателем является входом приемопередающего устройства, отличающийся тем, что в оптический приемник дополнительно введены последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь, устройство согласования и регулятор, вход управления устройства управления излучателем соединен с первым выходным портом контроллера, второй выходной порт которого соединен со входом цифроаналогового преобразователя, выход устройства согласования соединен со входом управления регулятора, выход которого соединен со входом усилителя, выход которого соединен с входом детектора, выход которого соединен со входом аналого-цифрового преобразователя, вход регулятора соединен с выходом приемного оптического модуля.