Способ определения интермодуляционных параметров случайной антенны



Способ определения интермодуляционных параметров случайной антенны
Способ определения интермодуляционных параметров случайной антенны

 


Владельцы патента RU 2429495:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Поволжская государственная академия телекоммуникаций и информатики" (RU)

Изобретение относится к технике радиоизмерений и может быть использовано для определения параметров радиотехнических систем, объединенными термином «случайные антенны». Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности и достоверности результатов определения параметров случайной антенны, относящихся ко всем каналам утечки конфиденциальной информации, потенциально возможных в ней. Способ определения интермодуляционных параметров случайной антенны, включающий воздействие на случайную антенну, излучающую сигнал с частотой fc, электромагнитного излучения дополнительного передатчика с частотой f, характеризуется тем, что с помощью измерительного приемника определяют неизвестную частоту fc сигнала, излучаемого случайной антенной; рассчитывают минимально-возможное значение частоты дополнительного передатчика:

f∂.min=fс-fmin; если fc>f;

f∂.min=fс+fmin, если f>fc,

и максимально-возможное значение частоты дополнительного передатчика:

f∂.max=(fmax-mfc)/n;

с помощью генератора шума, подключенного к дополнительному передатчику, осуществляют внешнее воздействие на случайную антенну в полосе частот f∂.min÷f∂.mах и с помощью оконечного устройства, подключенного к измерительному приемнику, измеряют уровни плотности потока мощности П0 и Пi (или напряженности электрического поля Е0 и Еi), соответственно, на частотах fc и fi сигналов в месте расположения измерительного приемника; относительные уровни χим, интермодуляционных составляющих излучения случайной антенны рассчитываются по формулам

2 ил.

 

Изобретение относится к технике радиоизмерений и может быть использовано для определения параметров радиотехнических систем, объединенными термином «случайные антенны» (СА).

Наличие антенн (передающих, приемных, приемо-передающих) является характерным признаком любой радиосистемы и любого радиоканала. При этом под антенной понимается любое радиотехническое устройство, предназначенное для преобразования (как прямого, так и обратного) электромагнитной (ЭМ) энергии связанных волн в энергию свободно распространяющихся ЭМ волн (радиоволн).

К СА относятся излучатели ЭМ волн (источники ЭМ полей), не соответствующие либо традиционным схемам построения антенн, либо условиям, в которых принято определять их рабочие характеристики. Согласно [1-2], СА конструктивно входят в состав выходных каскадов передатчиков и входных каскадов приемников, размещаются случайным образом в случайно-неоднородных средах, представляют собой совокупность модулей стационарного и подвижного базирования, а также просто отсутствуют в явном виде - например, если. речь идет об ЭМ излучении элементов ЭВМ. Специфическими особенностями СА являются неопределенность их геометрических (число, размеры, пространственное расположение, ориентация элементов и т.д.) и электрических (уровни излучения, число каналов излучения и приема, рабочие частоты и т.д.) характеристик. Задача экспериментального определения параметров реальных многоканальных СА имеет в настоящее время важное значение для решения целого ряда прикладных задач: связанных с обеспечением электромагнитной совместимости и безопасности для окружающей среды радиосредств различного назначения, защитой конфиденциальной информации (КИ) от утечки по ЭМ каналам в инфокоммуникационных сетях [2-3] и т.д.

Известны методы определения параметров радиоэлектронных средств, характеризующие их взаимную электромагнитную совместимость [4-8]. Эти методы включают известные способы определения интермодуляционных (ИМ) характеристик [4-5], а также предложение использовать ИМ каналы для скрытной связи между абонентами с применением отражающих поверхностей с управляемыми параметрами [8]. Методический аппарат для оценки эффективности средств нелинейной радиосвязи и радиоподавления описан в [9].

Наиболее близким по технической сущности является способ определения уровней побочных ЭМ излучений ИМ типа по полю [5, с.63-66, рис.3.7] (прототип предлагаемого изобретения), включающий следующие основные операции:

- воздействие на контрольный передатчик с частотой fс ЭМ излучением дополнительного передатчика с частотой ƒ;

- калибровка и регулировка элементов измерительного тракта;

- расчет частот ИМ составляющих ƒu2=|ƒc±ƒ| второго порядка; ƒu3=2ƒc±ƒ; ƒu3=2ƒ±ƒc третьего порядка, а также, при необходимости, произвольного порядка ƒi=|mƒc±nƒ|, где m=1; 2; 3…; n=1: 2; 3…;

- измерение уровней мощности Рс (или напряжения Uc) сигнала, создаваемого на частоте ƒc контролируемым передатчиком на входе измерительного приемника;

- измерение уровней мощности Рi, (или напряжения Ui) ИМ составляющих, создаваемых на частотах ƒi на входе измерительного приемника при совместной работе контролируемого и дополнительного передатчиков;

- расчет относительных уровней χим для сигналов (или пересчет для ЭМ полей) для всех ИМ составляющих ƒiu2; ƒu3;…|mƒc±nƒ| с учетом результатов калибровки и регулировки элементов измерительного тракта.

Основным недостатком способа-прототипа является невозможность одновременного выявления и оценки с его помощью всех возможных каналов утечки КИ в СА, возникающих за счет ИМ эффектов. Кроме того, относительные уровни ИМ составляющих ЭМ излучения χим определяются здесь косвенным путем: с помощью пересчета значений уровней мощности Pc и Pi (или напряжений Uc и Ui,) на частотах ƒс и ƒi сигналов на входе измерительного приемника, тогда как предпочтительным, с точки зрения снижения погрешности измерений, является прямой способ определения χим. Кроме того, в реальных СА ни частота ƒc, ни структурная схема контролируемого передатчика и его параметры заранее не известны, а подключать и калибровать какие-то элементы измерительного тракта, включая измерительный приемник непосредственно к СА (без чего нельзя определить значения χим, с помощью способа-прототипа) невозможно.

Решение проблемы состоит в том, чтобы, во-первых, вместо гармонического сигнала с частотой ƒ использовать шумовой сигнал в полосе частотƒ∂.min÷ƒ∂.max с помощью подключенного к дополнительному передатчику генератора шума (noise generator) и, во-вторых, определять значения χим по результатам непосредственного измерения уровней ЭМ излучения на частотах ƒc и ƒi.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности и достоверности результатов определения параметров СА, относящихся ко всем каналам утечки КИ, потенциально возможных в ней. Дополнительным результатом является повышение эффективности процесса определения параметров СА за счет возможности его автоматизации.

Предлагаемый способ определения интермодуляционных параметров случайной антенны, включающий воздействие на случайную антенну, излучающую сигнал с частотой ƒс электромагнитного излучения дополнительного передатчика с частотой ƒ; расчет частот интермодуляционных составляющих излучения случайной антенны ƒi=|mƒc±nƒ|, где m=1; 2; 3…; n=1; 2; 3…; измерение уровней мощности Рс (или напряжения Uc) сигнала, создаваемого на частоте ƒc случайной антенной на входе измерительного приемника; измерение уровней мощности Рc, (или напряжения Ui) интермодуляционных составляющих излучения случайной антенны, создаваемых на частотах ƒi на входе измерительного приемника при совместной работе случайной антенны и дополнительного передатчика и расчет относительных уровней χим для всех интермодуляционных составляющих излучения случайной антенны с частотами ƒi=|mƒc±nƒ| по формулам

где Кc и Ki - значения коэффициентов передачи по мощности измерительного тракта, соответственно, на частотах ƒc и ƒi; при этом с помощью измерительного приемника определяют неизвестную частоту ƒc сигнала, излучаемого случайной антенной; рассчитывают минимально-возможное значение частоты дополнительного передатчика:

f∂.min=fс-fmin; если fc>f;

f∂.min=fс+fmin, если f>fc,

и максимально-возможное значение частоты дополнительного передатчика:

f∂.max=(fmax-mfc)/n;

с помощью генератора шума, подключенного к дополнительному передатчику, осуществляют внешнее воздействие на случайную антенну в полосе частот ƒ∂.min÷ƒ∂.max и с помощью оконечного устройства, подключенного к измерительному приемнику, измеряют уровни плотности потока мощности П0 и Пi, (или напряженности электрического поля E0 и Ei), соответственно, на частотах ƒc и ƒi сигналов в месте расположения измерительного приемника; относительные уровни χим интермодуляционных составляющих излучения случайной антенны рассчитываются по формулам

На Фиг.1 приведена структурная схема аппаратурной реализации прототипа - известного способа определения уровней побочных излучений ИМ типа по полю (см. [5], с.63, рис.3.7), где l - дополнительный передатчик; 2 - направленный ответвитель; 3 - контролируемый передатчик; 4 - фильтр; 5 - аттенюатор; 6 - измерительный приемник; 7 - экранированная камера.

На Фиг.2 приведена структурная схема реализации предлагаемого способа определения параметров СА, где l - дополнительный передатчик; 2 - генератор шума; 3 - исследуемая СА; 4 - измерительный приемник; 5 - оконечное устройство.

Предлагаемый способ осуществления следующим образом.

Рассмотрим отличия предлагаемого способа от способа-прототипа. В способе-прототипе на первом этапе на контролируемом передатчике 3 (см. Фиг.1) устанавливают выбранную частоту ƒс; на дополнительном передатчике 1 - частотуƒ с заданной расстройкой Δƒ=ƒc (знак и значения расстройки Δƒ определяют значения ИМ частот 2-го порядка fu2 и 3-го порядка ƒu3). Измерительный приемник 6 настраивают на частоту ƒc и производят калибровку измерительного тракта, включающего направленный ответвитель 2, фильтр 4 и аттенюатор 5, размещенные в экранированной камере 7 (результатом калибровки является значение коэффициента передачи по мощности на частоте ƒc измерительного тракта Кс). Затем включают контролируемый передатчик 3 и на частоте ƒc производят измерение мощности Рc (или напряжения U0) сигнала на входе измерительного приемника 6, после чего контролируемый передатчик 3 выключают.

На втором этапе определяют частоты ИМ составляющих второго порядка:

Fu2=fc+f=2f+Δf; fu2=fc-f=Δf; если fc>f;

Fu2=fc+f=2fc+Δf; fu2=f+fc=Δf; если f>fc;

и частоты ИМ составляющих третьего порядка:

Fu3=2fc+f=2f+fс+Δf; fu3=2fc-f=fc+Δf; если fc>f;

Fu3=2f+fc=2fc+f+Δf; fu3=2f-fc=f+Δf; если f>fc.

На частотах ИМ составляющих 2-го порядка ƒu2 и 3-го порядка ƒu3 производят калибровку измерительного тракта, включающего направленный ответвитель 2, фильтр 4 и аттенюатор 5, размещенные в экранированной камере 7 (результатом калибровки является значение коэффициента передачи по мощности на i-ой частоте ƒi; где i=1÷4, измерительного тракта Кi).

На третьем этапе включают контролируемый передатчик 3 на частоте ƒc и дополнительный передатчик 1 на частоте ƒ одновременно. Измерительный приемник 6 поочередно настраивают на частоты ИМ составляющих ƒi и каждый раз измеряют мощность Pi (или напряжение Ui) сигнала на входе измерительного приемника 6, после чего относительные уровни ИМ составляющих ЭМ излучения χим рассчитывают по формулам

Применительно к условиям решаемой задачи: исследованию эффективности реальных СА, способ-прототип обладает следующими недостатками.

1. Любого единственного значения расстройки Δƒ (любого единственного значения частоты внешнего воздействия на СА - в обозначениях прототипа это частота ƒ) недостаточно для того, чтобы выявить все возможные каналы утечки КИ в СА, возникающие за счет ИМ эффектов.

2. Относительные уровни ИМ составляющих ЭМ излучения χим в прототипе определяются путем пересчета значений уровня мощности Рс и Рi (или напряжения Uc и Ui) на частотах ƒс и ƒi сигналов на входе измерительного приемника 6 с учетом результатов предварительной калибровки измерительного тракта Кс; Кi, что связано с ростом погрешности определения χим (ввиду влияния погрешности измерения указанных величин) по сравнению с определением значения χим, непосредственным путем - по результатам измерения уровней ЭМ излучения на частотах ƒс и ƒi.

3. В исследуемой СА принципиально невозможно устанавливать необходимые значения ƒс; подключать и калибровать элементы измерительного тракта (направленный ответвитель, фильтр, аттенюатор); подключать измерительный приемник непосредственно к СА - без чего определить значения χим с помощью способа-прототипа невозможно.

Поэтому в предлагаемом изобретении предлагается, во-первых, вместо гармонического сигнала с частотой ƒ использовать шумовой сигнал в полосе частот ƒ∂.min÷ƒ∂.max путем подключения к дополнительному передатчику генератора шума и, во-вторых, определять значения χим по результатам непосредственного измерения уровней ЭМ излучения на частотах ƒc и ƒi.

В предлагаемом способе на первом этапе с помощью измерительного приемника 4 и оконечного устройства 5 определяется частота ƒc сигнала, излучаемого СА 3 (см. Фиг.2), и так как полоса частот ƒmin÷ƒmax измерительного приемника 4 известна, на основании равенств

fmin=fc-f; если fc>f;

fmin=f-fc; если f>fc,

определяется ƒ∂.min - минимально-возможное значение частоты дополнительного передатчика 1:

f∂.min=fc-fmin; если fc>f;

f∂.min=fc+fmin; если f>fc.

Максимально-возможное значение частоты ƒ при этом ищется из условия

fmax=mfc+nf;

откуда следует

f∂.max=(fmax-mfc)/n.

На втором этапе с помощью генератора шума 2, подключенного к дополнительному передатчику 7, осуществляют внешнее воздействие на СА 3 в пределах полосы частот ƒ∂.min÷ƒ∂.max. При этом с помощью оконечного устройства 5, подключенного к измерительному приемнику 4, фиксируют и измеряют уровни плотности потока мощности П0 и Пi, (или напряженности электрического поля E0 и Еi) на частотах ƒc и ƒi сигналов в месте расположения измерительного приемника 4.

На третьем этапе относительные уровни ИМ составляющих ЭМ излучения χим рассчитывают по формулам

В отличие от прототипа предлагаемый способ, во-первых, позволяет определить все возможные каналы утечки КИ в СА, которые могут быть обнаружены в полосе ƒmin÷fmax измерительного приемника 4. Во-вторых, необходимость в калибровке элементов измерительного тракта отпадает, поскольку для определения χим используются измеренные значения уровней плотности потока мощности П0 и Пi (или напряженности электрического поля E0 и Еi) на частотах ƒc и ƒi в месте расположения измерительного приемника 4, а не уровней мощности Р0 и Рi (или напряжения Uo и Ui) сигналов в измерительном тракте приемника 4 (в прототипе - приемника 6). В-третьих, измерительный приемник 4 и оконечное устройство 5 могут быть выполнены в виде единого устройства - например анализатора частотного спектра сигнала (производства Rode & Schwarz и др.) с цифровым выходом. В-четвертых, при реализации оконечного устройства 5 в виде панорамного видеоиндикаторного прибора результат исследования СА может быть получен как в виде спектрограммы - графика частотной зависимости χим (ƒ), так и на всех его представляющих интерес дискретных точках χимi), что обеспечивает дополнительные сервисные удобства при интерпретации полученных результатов.

Предлагаемый способ универсален, прост и эффективен, он удобен для реализации и позволяет наглядно контролировать структуру исследуемых ЭМИ путем визуального анализа спектрограмм. Поскольку оконечное устройстве 5 может иметь цифровой выход для подключения ЭВМ, процесс определения χим(ƒ) и χимi) легко поддается автоматизации.

Источники информации

1. Маслов О.Н. Случайные антенны // Электросвязь, №7, 2006. - С.12-15.

2. Кечиев Л.Н., Степанов П.В. ЭМС и информационная безопасность в системах телекоммуникаций. М.: ИД «Технологии», 2005. - С.320.

3. Маслов О.Н., Шашенков В.Ф. Защита информации: аспект электромагнитной совместимости и безопасности // Вестник связи. 2005. №2. - С.65-72.

4. Управление радиочастотным спектром и электромагнитная совместимость радиосистем. Под ред. Быховского М.А. М.: Эко-Трендз, 2006. - 376 с.

5. Бадалов А.Л., Михайлов А.С. Нормы на параметры электромагнитной совместимости РЭС. Справочник. М.: Радио и связь, 1990. - 272 с.

6. Бубнов Г.Г., Никулин С.М., Серяков Ю.Н. и др. Коммутационный метод измерения характеристик ФАР. М.: Радио и связь, 1988. - 120 с.

7. Воронин Е.Н., Шашенков В.Ф. Микроволновая селективная голография. М.: Радио и связь, 2003. - 535 с.

8. Способ радиосвязи и системы его реализации // Головков А.А., Волобуев А.Г, Чаплыгин А.А. и др. Патент RU 2271065 C1 от 09.06.2004, опубл. 27.02.2006, бюлл. №6.

9. Алиев Д.С., Авдеев В.Б., Ваганов Е.С., Ваганов М.С., Панычев С.Н. Методический аппарат для оценки эффективности средств нелинейной радиосвязи и радиоподавления // Телекоммуникации, №7, 2007. - С.35-40.

Способ определения интермодуляционных параметров случайной антенны, включающий воздействие на случайную антенну, излучающую сигнал с частотой fc, электромагнитного излучения дополнительного передатчика с частотой f, расчет частот интермодуляционных составляющих излучения случайной антенны fi=|mfc±nf|, где m=1, 2, 3…; n=1, 2, 3…; измерение уровней мощности Рс (или напряжения Uc) сигнала, создаваемого на частоте fc случайной антенной на входе измерительного приемника; измерение уровней мощности Рi (или напряжения Ui) интермодуляционных составляющих излучения случайной антенны, создаваемых на частотах fi на входе измерительного приемника при совместной работе случайной антенны и дополнительного передатчика, и расчет относительных уровней χим для всех интермодуляционных составляющих излучения случайной антенны с частотами fi=|mfc±nf| по формулам

где Кс и Кi - значения коэффициентов передачи по мощности измерительного тракта соответственно на частотах fc и fi, отличающийся тем, что с помощью измерительного приемника определяют неизвестную частоту fc сигнала, излучаемого случайной антенной; рассчитывают минимально возможное значение частоты дополнительного передатчика:
f∂.min=fс-fmin; если fc>f;
f∂.min=fс+fmin, если f>fc,
и максимально возможное значение частоты дополнительного передатчика:
f∂.max=(fmax-mfc)/n,
с помощью генератора шума, подключенного к дополнительному передатчику, осуществляют внешнее воздействие на случайную антенну в полосе частот |f∂.min÷f∂.max| и с помощью оконечного устройства, подключенного к измерительному приемнику, измеряют уровни плотности потока мощности П0 и Пi (или напряженности электрического поля Е0 и Еi) соответственно на частотах fc и fi сигналов в месте расположения измерительного приемника; относительные уровни χим интермодуляционных составляющих излучения случайной антенны рассчитываются по формулам



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области обеспечения информационной безопасности переговоров в выделенных помещениях путем выявления возможных угроз по формированию каналов утечки акустической (речевой) информации через волоконно-оптические системы связи и может быть использовано в системах защиты конфиденциальной речевой информации.

Изобретение относится к области радиотехники. .

Изобретение относится к способу и устройству для определения напряженности поля помехи в самолете. .

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для определения безопасности для окружающей среды. .

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано для измерения эллиптичности электромагнитной волны волноводных устройств. .

Изобретение относится к средствам радиомониторинга электронного оборудования в контролируемой зоне и может быть использовано для выявления в этой зоне несанкционированно установленных радиоэлектронных устройств (НУОЭУ).

Изобретение относится к средствам контроля работы электронного оборудования и может быть использовано для контроля и идентификации сложных многопараметрических объектов (МПО), характеризующихся наличием излучаемого ими электромагнитного поля.

Изобретение относится к технике радиоизмерений и может быть использовано для определения параметров радиотехнических систем, объединенных термином «распределенные случайные антенны».

Изобретение относится к средствам радиомониторинга электронного оборудования и может быть использовано с целью обнаружения несанкционированно установленных на объекте электронных устройств (НУОЭУ), преимущественно малогабаритного типа.

Изобретение относится к микроволновой радиометрии

Изобретение относится к микроволновой радиометрии

Изобретение относится к микроволновой радиометрии

Изобретение относится к устройствам для измерения или индикации электрических величин

Изобретение относится к индикации и измерениям напряженности электрического и магнитного полей промышленной частоты

Изобретение относится к области антенных измерений и может быть использовано для высокоточного определения местоположения и мощностей источников излучения однопозиционной активной или пассивной локационной системой

Изобретение относится к микроволновой технике

Изобретение относится к электротехнике, в частности к контролю облучения электромагнитными полями

Изобретение относится к электромагнитным испытаниям транспортных средств на уровень излучаемой ими напряженности электромагнитного поля
Наверх