Основы инженерно-технической защиты информации

Упрощенная структура типового комплекса средств приведена на рис. 3.8.

Типовой комплекс включает:

- приемные антенны;

- радиоприемник;

- анализатор технических характеристик сигналов;

- радиопеленгатор;

- устройство обработки сигналов;

- устройство индикации и регистрации.

Антенна предназначена для преобразования электромагнитной волны в электрические сигналы, амплитуда, частота и фаза которых соответствует аналогичным характеристикам электромагнитной волны.

В радиоприемнике производится селекция сигналов по частоте, усиление и детектирование (демодуляция) выделенных радиосигналов с целью получения сигнала на носителе в виде электрических первичных сигналов: речевых, цифровых данных, видеосигналов.

Для анализа радиосигналов после селекции и усиления они подаются на входы комплекса измерительной аппаратуры, осуществляющей автоматическое или автоматизированное измерение их параметров: частотных, временных, энергетических, вида модуляции, видов и структуры кодов и др. Эти комплексы различаются по диапазонам частот, функциям, принципам построения (аналоговые, цифровые).

Радиопеленгатор определяет направление на источник излучения (пеленг) или его координаты. Устройство обработки и регистрации производит первичную обработку информацию (сведений и данных) и регистрирует ее для последующей обработки. Каждое из этих средств характеризуется набором определенных функций и параметров.

а). Антенны

Антенны преобразуют энергию электромагнитной волны в электрические сигналы и представляют конструкцию из токопроводящих элементов, размеры и конфигурация которых определяют эффективность преобразования. Для обеспечения эффективного излучения и приема в широком диапазоне используемых радиочастот создано большое количество видов и типов антенн, классификация основных из которых представлена на рис. 3.9.



Рис. 3.9 Классификация антенн

Назначение передающих и приемных антенны ясно из их наименований. По своим основным электрическим параметрам они не отличаются. Многие из них в зависимости от схемы подключения (к передатчику или приемнику) могут использоваться как передающие или приемные. Однако если к передающей антенне подводится большая мощность, то в ней принимаются специальные меры по предотвращению пробоя между элементами антенны, находящиеся под высоким напряжением.

Эффективность антенн зависит от согласования размеров элементов антенны с длинами излучаемых или принимаемых волн. Длина согласованной с длиной волны электромагнитного колебания штыревой антенны близка к /4, где - длина рабочей волны. Поэтому размеры и конструкция антенн отличаются как для различных диапазонов частот, так и внутри диапазонов.

Если для стационарных антенн требование к геометрическим размерам антенны может быть достаточно просто выполнено для коротких и ультракоротких волн, то для антенн, устанавливаемых на мобильных средствах, оно неприемлемо. Например, рациональная длина антенны для обеспечения связи на частоте 30 МГц составляет 2.5 м, что неудобно для пользователя. Поэтому применяют укороченные антенны, но при этом уменьшается их КПД. По данным [16] укорочение антенны в 2 раза уменьшает КПД до 60%, в 5 раз (до 50 см) - до 10%, а КПД антенны, укороченной в 10 раз, составляет всего около 3% от рационального варианта.

По конструкции антенны разделяются на проволочные (вибраторные), рупорные, параболические, рамочные, спиральные, антенные решетки и различные их комбинации.

Возможности антенн как приемных, так и передающих определяются следующими характеристиками:

- диаграммой направленности;

- коэффициентом полезного действия;

- коэффициентом направленного действия;

- коэффициентом усиления;

- полосой частот.

Диаграмма направленности представляет графическое изображение уровня принимаемого сигнала от угла поворота антенны в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Диаграммы изображаются в прямоугольных и полярных координатах (см. рис. 3.10).

Рис. 3.10 Диаграмма направленности антенн

Они могут иметь разнообразный и изрезанный характер, определяемый механической конструкцией и электрическими параметрами. Лепесток диаграммы направленности с максимумом мощности излучаемого или принимаемого электромагнитного поля называется главным или основным лепестком, остальные боковыми и задними. Соотношение между величинами мощности основного лепестка по сравнению с остальными характеризует направленные свойства антенны. Ширина главного лепестка диаграммы измеряется углом между прямыми, проложенными из начала полярных координат до значений диаграммы, соответствующих половине максимальной мощности излучения или 0.7 напряжения электрического сигналов приемной антенны. Чем уже ширина диаграммы направленности антенны, тем выше ее коэффициент направленного действия.

Коэффициент направленного действия (КНД) определяет величину энергетического выигрыша, который обеспечивает направленная антенна по сравнению с ненаправленной.

Потери электрической энергии в антенне оцениваются коэффициентом полезного действия (КПД), равного отношению мощности сигнала на выходе реальной антенны к мощности сигнала идеальной антенны без потерь.

Произведение этих двух коэффициентов определяет коэффициент усиления антенны (КУ). Так как КНД >1, а КПД <1, то коэффициент усиления в зависимости от значений сомножителей может теоретически принимать значения как меньше, так и больше 1. Чем выше КУ, тем больший энергетический эффект обеспечивает антенна, но тем точнее необходимо ориентировать направление основного лепестка на источник излучения. Для параболической антенны коэффициент усиления антенны рассчитывается по формуле

КУ=4Sэф/2,

где Sэф - эффективная площадь зеркала антенны;

- длина электромагнитной волны.

Для линейных антенн (например, вибраторов) КУ характеризуется действующей высотой или длиной hа=Еа/Е, где Еа - максимальное значение наводимой в антенне электродвижущей силы, Е - напряженность электромагнитного поля в точке приема. Полоса частот, в пределах которых сохраняются заданные технические характеристики антенны, называется полосой ее пропускания.

Создание антенн с высоким коэффициентом усиления и широкой полосой пропускания представляет основную проблему в области конструирования антенн. Чем выше КУ, тем труднее обеспечить широкополосность антенны. В зависимости от полосы пропускания антенны разделяются на узкополосные, широкополосные, диапазонные и широкодиапазонные.

Узкополосные антенны обеспечивают прием сигналов в диапазоне 10% от основной частоты. У широкополосных антенн эта величина увеличивается до (10-50)%, диапазонные антенны имеют коэффициент перекрытия (отношение верхней частоты полосы пропускания антенны к нижней) составляет 1.5-4, а у широкополосных антенн это отношение достигает значений в интервале 4-20.

Совокупность однотипных антенн, расположенных определенным образом в пространстве, образуют антенную решетку. Сигнал антенной решетки соответствует сумме сигналов от отдельных антенн. Различают линейные (одномерные) и плоские (двухмерные) антенные решетки. Антенные решетки, у которых можно регулировать фазы сигналов отдельных антенн, называют фазированными антенными решетками. Путем изменения фаз суммируемых сигналов можно менять диаграмму направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях и производить быстрый поиск сигнала по пространству и ориентацию антенны на источник излучения.

б). Радиоприемник

Радиоприемник - основное техническое средство перехвата, осуществляющего поиск, селекцию, прием и обработку радиосигналов. В состав его входят устройства, выполняющие:

- перестройку частоты настройки приемника и селекцию (выделение) нужных радиосигналов;

- усиление выделенных сигналов;

- детектирование (съем информации);

- усиление видео или низкочастотного первичного сигнала.

Различают два вида радиоприемников: прямого усиления и супергетеродинные. Появившиеся первыми приемники прямого усиления уступили супергетеродинным почти во всех радиодиапазонах, за исключением сверхвысоких частот. Такая тенденция объясняется более высокой селективностью и чувствительностью супергетеродинного радиоприемника по сравнению с приемником прямого усиления.

В приемниках прямого усиления, как следует из названия, сигнал на входе приемника (выходе антенны) селектируется и усиливается без изменения его частот. Качество информации, снимаемой с этого сигнала, тем выше, чем меньше уровень помех (сигналов различной природы с частотами, близкими частоте настройки приемника). В идеале цепи селекции должны обеспечивать П - образную форму с полосой пропускания, равной ширине спектра селектируемого сигнала.

Такие фильтры имеют многозвенную, достаточно сложную конструкцию из тщательно настраиваемых LC - элементов или реализуются с использованием поверхностных акустических волн.

Сложность проблемы обеспечения избирательности в радиоприемниках прямого усиления обусловлена техническими трудностями создания одновременно перестраиваемых по частоте узкополосных фильтров с высокими показателями по селективности, в особенности при их промышленном производстве. Только на сверхвысоких частотах удалось достигнуть высоких показателей по чувствительности и избирательности благодаря применению в широкополосных цепях высокой частоты специальных материалов и устройств: фильтров из железоиттриевого граната и малощумящих ламп бегущей волны.

В супергетеродинном приемнике проблема одновременного обеспечения высоких значений чувствительности и селективности решена путем преобразования принимаемого высокочастотного сигнала после его предварительной селекции и усиления в усилителе высокой частоты в сигнал постоянной частоты, называемой промежуточной частотой (см. рис. 3.11).

Рис. 3.11 Структура супергетеродинного приемника

После преобразования усиление и селекция выполняются применительно к сигналам промежуточной частоты. Для постоянной промежуточной частоты задачи по обеспечению высокой избирательности и чувствительности решаются проще и лучше. Преобразователь частоты состоит их гетеродина и смесителя. Гетеродин представляет собой перестраиваемый вручную или автоматически высокочастотный генератор гармонического колебания с частотой, отличающейся от частоты принимаемого сигнала на величину промежуточной частоты. Процесс преобразования частоты происходит в смесителе, основу которого составляет нелинейный элемент (полупроводниковый диод, транзистор, радиолампа). На него поступают принимаемый сигнал с частотой fс и гармонический сигнал гетеродина с частотой fг. На выходе смесителя создается множество комбинаций гармоник принимаемого сигнала и колебаний гетеродина, в том числе на промежуточной частоте fп=fс- fг. Селективные фильтры усилителя промежуточной частоты пропускают только сигналы промежуточной частоты, которые усиливаются до величины, необходимой для нормальной работы детектора. Однако супергетеродинному приемнику присущ ряд недостатков, вызванных процессом преобразования частоты. Они состоят в том, что фильтры усилителя промежуточной частоты пропускают не только полезные сигналы, частота которых равна fс=fг+fп,, но и ложные с частотой fл= fг - fп, симметричной (“зеркальной”) по отношению к частоте гетеродина fг. Помехи на “зеркальной” частоте ослабляются путем двойного или даже тройного преобразования частот в супергетеродинном приемнике. Промежуточная частота каждого последующего преобразования понижается. В результате этого первую промежуточную частоту можно без ущерба для избирательности приемника выбрать достаточно высокой. При больших значениях промежуточной частоты “зеркальная” частота существенно отличается (на удвоенную промежуточную частоту) от сигнала и подавляется входными фильтрами радиоприемника.

Возможности радиоприемника определяются следующими техническими характеристиками:

- диапазоном принимаемых частот;

- чувствительностью;

- избирательностью;

- динамическим диапазоном;

- показателями качества принимаемой информации;

- эксплуатационными параметрами.

Диапазон принимаемых частот обеспечивается шириной полосы пропускания селективных элементов входных фильтров и фильтров усилителя высокой частоты. Настройка же приемника на нужную частоту производится путем механической или электронной перестройкой частоты гетеродина. При поиске сигналов важной характеристикой является скорость перестройки, которая в панорамных приемниках (приемниках для быстрого обзора радиодиапазонов) достигает сотни МГц за 1 мксек.

Чувствительность радиоприемника оценивается минимальной мощностью или напряжением сигнала на его входе, при которой на выходе приемника достигается отношение сигнал/помеха и мощность (напряжение), необходимые для нормальной работы оконечной аппаратуры или восприятия информации человеком. Такая чувствительность называется реальной. Предельная чувствительность соответствует мощности (напряжения) входного сигнала, равного мощности шумов входных цепей радиоприемника. Информация полезного сигнала мощностью менее мощности шумов радиоприемника настолько сильно ими искажается, что передача информации возможна только при кодировании ее специальными помехоустойчивыми кодами.

В диапазонах дециметровых и более коротких волн чувствительность измеряют в ваттах или децибелах по отношению к уровню в 1 мВт (дБм), на метровых и более длинных - в микровольтах (мкВ). Реальная чувствительность современных профессиональных супергетеродинных приемников дециметровых и сантиметровых волн находится в пределах 10-12--10-14 Вт, приемников метровых и более длинных волн составляет 0.1-10 мкВ.

Избирательность приемника оценивается параметрами амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) его селективных цепей, определяющей зависимость коэффициента усиления приемного тракта от частоты. Избирательность приемника максимальная, когда его амплитудно-частотная характеристика повторяет форму спектра принимаемого сигнала. В этом случае будут приняты все его спектральные составляющие, но не пропущены спектральные составляющие других сигналов (помех). Практически реализовать это требование чрезвычайно трудно, так как спектр сигналов с различной информацией имеет изрезанную постоянно меняющуюся форму и существуют большие технически проблемы при формировании амплитудно-частотной характеристики сложной заданной формы.

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) радиоприемника характеризует величину пропускания его селективных цепей в зависимости от частоты колебания сигнала. В качестве идеальной АЧХ рассматривается П_образная форма с шириной, равной средней ширине спектра сигнала.

Избирательность реального приемника оценивается двумя основными показателями: шириной полосы пропускания и коэффициентом прямоугольности АЧХ радиоприемника, реальная форма которой имеет колоколообразный вид.

Ширина полосы пропускания определяется на уровне 0.7 по напряжению, а коэффициент прямоугольности - отношением полосы пропускания на уровне 0.1 к полосе пропускания на уровне 0.7. Чем более пологой является АЧХ радиоприемника, тем шире полоса пропускания на уровне 0.1 по отношению к уровню 0.7 и тем больше величина коэффициента прямоугольности. Коэффициент пропускания позволяет количественно оценить пологий характер амплитудно-частотной характеристики радиоприемника. Чем ближе коэффициент прямоугольности АЧХ к 1, тем круче ее скаты и тем меньше помех «пролезет» по краям полосы пропускания. С целью уменьшения мощности помех, прошедших в тракт приемника, ширину его полосы пропускания устанавливают соответствующей ширине спектра сигнала. В приемниках для приема сигналов, существенно отличающихся по ширине, например, речи и телеграфа, ширину полос пропускания различных селективных цепей изменяют путем коммутации селективных элементов (катушек индуктивности, конденсаторов).

Так как активные элементы усилительных каскадов радиоприемника (транзисторы, диоды и др.) имеют достаточно узкий интервал значений входных сигналов, при которых обеспечивается линейное усиление сигналов, то при обработке сигналов с амплитудой вне этих интервалов возникают их нелинейные искажения и, следовательно, искажение информации. В реальных условиях уровни сигналов на входе приемников, используемых для добывания информации, существенно отличаются. Например, громкость речи при приеме сигналов закладных устройств меняется в широких пределах при перемещении говорящего человека в помещении. Динамический диапазон характеризует возможности приемника по безискаженному приему сигналов различной мощности. Величина динамического диапазона оценивается отношением максимального уровня к минимальному уровню принимаемого сигнала и измеряется в децибелах. При недостаточном динамическом диапазоне возникают искажения электрических сигналов, соответствующих громким звукам.

Для повышения динамического диапазона современные радиоприемники содержат устройство автоматической регулировки усиления (АРУ) приемного тракта в соответствии с уровнем принимаемого сигнала.

Несоответствие амплитудно-частотной и фазовой характеристик, динамического диапазона радиоприемника текущим характеристикам сигнала приводят к частотным, фазовых и нелинейным искажениям сигнала и потере информации.

Частотные искажения вызываются подавлением или изменениями составляющих спектра входного сигнала. Из-за частотных искажений сигнал на входе демодулятора приобретает форму, отличающуюся от входной.

Фазовые искажения сигнала возникают из-за нарушений фазовых соотношений между отдельными спектральными составляющими сигнала при прохождении его цепям тракта приемника.

Искажения, проявляющиеся в появлении в частотном спектре выходного сигнала дополнительных составляющих, отсутствующих во входном сигнале, называются нелинейные. Нелинейные искажения вызывают элементы радиоприемника, имеющие нелинейную зависимость между выходом и входом. Они возникают при превышении отношения значений максимальной и минимальной напряженности электромагнитной волны в месте приема динамического диапазона радиоприемника.

Эти виды искажений приводят к изменению информационных параметров сигнала на входе демодулятора и, как следствие, к искажению информации после демодуляции. Кроме указанных электрических характеристик возможности радиоприемников оцениваются также по их надежности, оперативности управления, видам электропитания и потребляемой мощности, массо-габаритным показателям.

Большие возможности по перехвату радиосигналов в широком диапазоне частот предоставляют сканирующие приемники, некоторые типы которых приведены в табл. 3.6 [71].

Таблица 3.6

Тип, фирма	Диапазон, МГц	Чувст., мкВ	Дин. диапазон, дБ	Полоса ПЧ, кГц	Размеры, см	Масса, кг
ESMA, R&S	20-1300	0.23	75	8/15/30/100/2000	22х15х46	20
ESMC	20-1300	0.23	75	8/15/30/100/200	22х15х46	12
AR3000A, AOR	0.15-2000	0.35	*	2.4/12/180	14x8x20	1.2
AR8000	0.5-1900	0,35	*	2.4/12/80	15x7x4	0.4
AR5000	0.01-2600	0.32	*	6.3/15/30/110/220	22x10x25	3.5
R7000A, ICOM	0.1-2000	0.5	50	2.8/6/15/150	29x11x28	8
R7100A	0.1-2000	0.35	50	2.8/6/15/150	24x9x25	6
R8500	0.1-2000	0.5	50	2.2/5.5/12/150	9x11x31	7

Примечание: чувствительность определена в режиме узкополосной ЧМ при отношении сигнал/шум на выходе детектора в полосе телефонного фильтра 12 дБ на частотах до 500 МГц.

Особенностью этих радиоприемников является возможность очень быстрой (электронной) перестройки в широком диапазоне частот. Кроме того, наиболее совершенные из сканеров содержат устройство «памяти», которое запоминает вводимые априори, а также в процессе поиска, частоты радиосигналов, не представляющие интерес для оператора. В результате такого запоминания резко сокращается время просмотра широкого диапазона частот.

Средства измерения признаков сигнала включают большой набор различных программно-аппаратных устройств и приборов, в том числе устройства панорамного обзора и анализа спектра, измерители временных параметров дискретных сигналов, определители видов модуляции и кода.

Разрешение по наклонной дальности в РСА обеспечивается, как и в других РЛС БО, за счет импульсного режима их работы.

При наблюдении земной поверхности с помощью РСА предъявляются жесткие требования к прямолинейности траектории полета самолета, к стабильности амплитудно-фазовых характеристик приемопередающего тракта РЛС и устройств обработки сигналов, параметров среды распространения и характеристик отражения радиоволн наблюдаемых объектов. Для цифровой обработки сигналов требуется так же большая память бортового компьютера.

Наряду с тенденцией повышения частот для улучшения разрешающей способности радиолокатора в последнее время появились локаторы, использующие более низкие частоты - в пределах дециметровых и метровых волн. Главное преимущество низких частот - существенное увеличение проникающей способности облучающих сигналов. Для сухой почвы она может достигать нескольких метров. Это значит, что РЛС может наблюдать сигналы, отраженные не только от поверхности Земли или объекта, но и различными неоднородностями в глубине. Появляются дополнительные демаскирующие признаки объектов и возможность их наблюдения при маскировке, например, естественной растительностью.

3.3 Способы и средства подслушивания

Подслушивание - метод добывания информации, носителем которой является акустическая, гидроакустическая и сейсмическая волны. Этот метод добывания имеет столь же долгую историю, как и наблюдение. Во времена отсутствия специальных технических средств информация добывалась путем подслушивания речи и других звуковых сигналов ушами злоумышленника. Термин “подслушивание” сохранился и после появления разнообразных технических средств, позволяющих существенно увеличить дальность подслушивания. Некоторые из этих средств размыли границу между наблюдением и перехватом. Подслушивание, например, телефонных разговоров путем подключения приемника электрических сигналов к телефонному кабелю можно рассматривать также как перехват электрических сигналов телефонной сети.

Различают непосредственное подслушивание и подслушивание с помощью технических средств.

При непосредственном подслушивании акустические сигналы, распространяющиеся от источника звука прямолинейно в воздухе, по воздухопроводам или через различные экраны (двери, стены, окна и др.), принимаются слуховой системой злоумышленника.

Слуховая система человека обеспечивает прием акустических сигналов в диапазоне звуковых (20-20000 Гц) частот, границы которого для разных людей колеблются в широких пределах и изменяются с возрастом. Предел слышимости у молодых людей составляет 16-20 кГц, для пожилых людей он снижается в среднем до 12 кГц. Диапазон интенсивности воспринимаемых ухом звуков очень велик. На частоте 2000 Гц наиболее интенсивный звук, который человек может вынести, примерно в 1012 интенсивнее самого слабого воспринимаемого звука. Для представления уровня интенсивности звука при таком огромном диапазоне применяют относительную меру в дБ по отношению к порогу слышимости звука на частоте 1000 Гц. Интенсивность звука человек оценивает как его громкость. Между психологическим восприятием громкости и физической интенсивностью звука нет прямого соответствия. Громкость звука зависит не только от его интенсивности, но и от частоты. При постоянной интенсивности звуки очень высокой и очень низкой частоты кажутся более тихими, чем звуки средней частоты. Порог слышимости слуховой системы на частоте 20 Гц выше порога в диапазоне 2000-5000 Гц примерно на 70 дБ, а на частоте 10000 Гц приблизительно на 15 дБ. Следовательно, максимальная дальность непосредственного подслушивания изменяется в широких пределах в зависимости от спектра звуков говорящего человека. Женский голос равной интенсивности слышен на большем расстоянии, чем мужской.

Уши человека плохо приспособлены для восприятия звуков, распространяющихся в твердой среде. С этой целью используются устройства - стетоскопы, которые передают колебания поверхности твердой среды распространения в слуховые проходы ушей человека. Стетоскопы широко применяются в медицинской практике для прослушивания звуков в теле человека, Они представляет собой один или два гибких звукопровода в виде резиновых или из других синтетических материалов трубок, соединенных с контактной площадкой и передающих звуковое колебание от поверхности твердого тела к ушам человека. Эти звукопроводы локализуют и направляют звуковую волну к ушам человека, а также изолируют ее от акустических помех в окружающем пространстве. Для добывания информации применяются стетоскопы, у которых площадка, контактирующая с твердой поверхностью твердой среды распространения, соединена с мембраной микрофона. Для прослушивания структурных звуков подобный акустоэлектрический преобразователь (датчика) стетоскопа прижимают или приклеивают к поверхности стены или трубы.

Основной недостаток непосредственного подслушивания - малая дальность, составляющая для речи средней (нормальной) громкости единицы и десятки метров в зависимости от уровня помех. На улице города дальность слышимости днем составляет всего несколько метров.

Подслушивание с помощью технических средств осуществляется путем:

- перехвата акустических сигналов, распространяющихся в воздухе, воде и твердых телах;

- перехвата опасных сигналов от вспомогательных технических средств и систем; - применения лазерных систем подслушивания;

- с использованием закладных устройств;

- высокочастотного навязывания.

Конкретный метод подслушивания реализуется с использованием соответствующего технического средства. Для подслушивания применяют следующие технические средства:

- акустические приемники, в том числе направленные микрофоны;

- приемники опасных сигналов;

- акустические закладные устройства;

- лазерные системы подслушивания;

- устройства подслушивания путем высокочастотного навязывания.

Акустические приемники проводят селекцию по пространству акустических сигналов, распространяющихся в атмосфере, воде, твердых телах, преобразуют их в электрические сигналы, усиливают и селектируют по частоте электрические сигналы, преобразуют их в акустическую волну для обеспечения восприятия информации слуховой системой человека. Кроме того, электрические сигналы с выхода приемника подаются на аудимагнитофон для регистрации акустической информации.

Типовая структура акустического приемника приведена на рис. 3.12.

Рис. 3.12 Структурная схема акустического приемника

а). Микрофоны

Микрофон выполняет функцию акустоэлектрического преобразования и в, основном, определяет чувствительность и диапазон частот принимаемых акустических сигналов. Конструкция микрофона определяет его диаграмму направленности.

В настоящее время созданы микрофоны, в которых используются для акустоэлектрических преобразований различные физические процессы. Классификация микрофонов приведена на рис. 3.13.

Угольные микрофоны являются наиболее древними акустоэлектрическими функциональными преобразователями. Они представляют собой круглую коробочку с гранулированным древесным углем, закрываемую тонкой металлической упругой крышкой - мембраной. К электроду, укрепленному на дне коробочки, и мембране подается напряжение около 60 В, под действием которого в массе угольного порошка протекает электрический ток. Принцип работы угольного микрофона основан на изменении сопротивления угольного порошка, находящегося между мембраной и неподвижным электродами. Акустические волны приводят мембрану микрофона в колебательное движение, под действием которой изменяется степень сжатия угольного порошка и площадь соприкосновения его гранул друг с другом. В результате этого сопротивление порошка и сила протекающего через него тока меняется в соответствии с громкостью звука, т. е. производится запись информации путем амплитудной модуляции электрического тока.

Сопротивление угольного микрофона зависит от его положения в пространстве относительно источника акустического сигнала, зернистости и технологии обработки порошка, тока питания и других факторов. Это сопротивление может составлять у низкоомных микрофонов 35-65 Ом, среднеомных - 65-145 Ом и высокоомных-145-300 Ом [17]. Угольные микрофоны имеют низкую стоимость, создают без дополнительного усилителя уровни сигналов, достаточные для передачи их на большие (десятки км) расстояния. Однако они узкополосные, имеют низкую чувствительность и нуждаются в мощном источнике тока. Используются в телефонной проводной связи.

Конструкция электродинамических микрофонов аналогична конструкции электродинамического громкоговорителя. Чувствительность их составляет 1.6-2 мВ/Па. Динамические микрофоны относительно просты, надежны в работе, могут работать в широком диапазоне температур и влажности, устойчивы к сотрясениям и широко применяются в различной звукоусилительной и звукозаписывающей аппаратуре.

В электромагнитном микрофоне в результате колебаний мембраны из ферромагнитного материала возникает эдс индукции в обмотке неподвижной катушки с сердечником, по которой протекает постоянный ток.

Конденсаторный микрофон представляет собой капсюль, состоящий из двух параллельно расположенных пластин-электродов, один из которых массивный, другой - тонкая мембрана. Электроды образуют конденсатор, емкость которого зависит от площади пластин и расстояния между ними. К электродам подводится через резистор поляризующее постоянное напряжение. При воздействии на мембрану звуковых волн изменяются расстояния между электродами и емкость конденсатора. В результате через сопротивление протекает ток и возникает напряжение, амплитуда которых пропорциональна звуковому давлению на мембрану. При расстоянии между обкладками 20-40 мкм и поляризующем напряжении в несколько десятков вольт чувствительность микрофона достигает 10 мВ/Па. Конденсаторные микрофоны имеют высокая чувствительность, равномерную частотную характеристику в звуковом диапазоне, но стоимость их также высока. Используются в основном как измерительные микрофоны.

Разновидностью конденсаторного микрофона является электретный микрофон, мембрана которого выполнена из полимерных материалов (смол), способных в сильном электрическом поле и при высокой температуре заряжаться и сохранять электрический заряд продолжительное время. Такие материалы называют электретами. Мембрана из электрета металлизируется, между пластинами возникает разность потенциалов 45-130 В. Электретные микрофоны дешевле конденсаторных, не нуждаются во внешнем источнике и широко применяются для звукозаписывающей аппаратуры, в том числе для негласного подслушивания.

Действие пьезоэлектрического микрофона основано на возникновении эдс на поверхности пластинок из пьезоматериала, механически связанных с мембраной. Колебания мембраны под давлением акустической волны передаются пьезоэлектрической пластине, на поверхности которой возникают заряды, величина которых соответствует уровню громкости акустического сигнала.

По направленности микрофоны разделяются на ненаправленные, двухсторонней, односторонней направленности. Направленность микрофона определяется по уровню сигнала на его выходе в зависимости от поворота микрофона по отношению к источнику акустической волны в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Ширина диаграммы направленности микрофона оценивается в градусах на уровне 0.5 (0.7) от максимальной мощности (амплитуды) электрического сигнала на его выходе. Чем уже ширина диаграммы направленности микрофона, тем меньше доля помех попадает на его мембрану из направлений, отличающихся от направления на источник акустического сигнала с информацией. Пространственное ограничение помех повышает отношение сигнал/помеха на мембране микрофона. Частотные искажения при преобразовании акустической волны в электрический сигнал определяются неравномерностью частотной характеристики микрофона. Она определяет отклонения уровня спектральных составляющих звукового сигнала на выходе преобразователя по отношению к входному сигналу.

Для добывания информации особый интерес представляют остронаправленные микрофоны, которые позволяют существенно увеличить дальность подслушивания. Острая направленность микрофонов обеспечивается за счет соответствующей конструкции микрофона, которую можно представить в виде акустической антенны с соответствующей диаграммой направленности. Такая диаграмма направленности формируется различными акустическими антеннами, содержащими плоскую, трубчатую и параболическую поверхности.

Акустическая антенна параболического микрофона представляет собой параболическое зеркало диаметром примерно 300 мм, в фокусе которого размещается мембрана микрофона. Коэффициент усиления такого микрофона достигает 80 дБ

Трубчатый остронаправленный микрофон состоит из одной трубки диаметров около 80 мм или набора трубок, длины которых согласованы с длинами волн акустического сигнала. В торце трубок укрепляется мембраны микрофонов. Наибольшая длина трубки или их набора не превышает 650 мм. Коэффициент усиления такого микрофона достигает 90 дБ.

На основе параболической и трубчатой акустических антенн создан, например, градиентный направленный микрофон UM 124.2, который состоит из трубки диаметром 20 мм в поролоновом ветрозащитном чехле, параболического отражателя диаметром 175 мм из акриловой пластмассы и капсюля микрофона. Длина микрофона составляет в зависимости от модификации 150 или 200 мм. Ширина диаграммы направленности такого микрофона уменьшена до 30, 20 и 10 градусов (для разных модификаций).

Поверхность плоского направленного микрофона встраивается в стенку атташе-кейса или в жилет, носимый под рубашкой и пиджаком, и передает колебания мембранам микрофонов, укрепленных на плоской поверхности. За счет увеличенной площади поверхности, воспринимающей колебания акустической волны, ширина диаграммы направленности составляет 20-25 градусов. Такой микрофон обеспечивает съем речевой информации на удалении до 50 метров от источника.

Рекламируемые возможности по дальности подслушивания направленных микрофонов (100 и более метров) завышаются. По оценке [56] реальная дальность подслушивания речевой информации на улице города составляет при коэффициенте направленного действия микрофона 15 дБ всего 6-12 м.

По диапазону частот микрофоны разделяются на узкополосные и широкополосные. Узкополосные микрофоны предназначены для передачи речи. Широкополосные микрофоны имеют более широкую полосу частот и преобразуют колебания в звуковом и частично ультразвуковом диапазонах частот.

По способу применения микрофоны разделяются на воздушные, гидроакустические (гидрофоны) и контактные. Последние предназначены для приема структурного звука . Например, контактный стетоскопный микрофон UM 012, прикрепленный к стене помещения, позволяет прослушивать разговоры в соседнем помещении при толщине стен до 50 см. Модификацией контактных микрофонов являются ларингофоны и остеофоны, воспринимающие и преобразующие в электрические сигналы механические колебания (вибрации) связок и хрящей гортани или кости черепа говорящего. Эти приборы мало чувствительны к внешним шумам и позволяют передавать речевую информацию из помещений с высоким уровнем акустических шумов.

Возможности микрофонов определяются следующими характеристиками:

- осевой чувствительностью на частоте 1000 Гц;

- диаграммой направленности;

- диапазоном воспроизводимых частот колебаний акустической волны;

- неравномерностью частотной характеристики;

- масса-габаритными характеристиками.

Чувствительность - один из основных показателей микрофона и оценивается коэффициентом преобразования давления акустической волны в уровень электрического сигнала. Так как чувствительность микрофона для разных частот акустических колебаний различная, то она определяется на частоте наибольшей чувствительности слуховой системы человека, - 1000 Гц. Измерения проводятся для акустической волны, направление распространения которой перпендикулярно поверхности мембраны, в вольтах или милливольтах мВ на Паскаль (В/Па, мВ/Па). Чувствительность микрофона зависит в основном от параметров физических процессов в акустоэлектрических преобразователях и площади мембраны микрофона. К наиболее чувствительным микрофонам относятся электродинамические, электретные и пъезоэлектрические.

Чувствительность микрофона повышается с увеличением площади мембраны приблизительно в квадратической зависимости. Например, чувствительность конденсаторного микрофона с диаметром мембраны 6 мм, составляет 1.5-4 мВ/Па, для диаметра 12 мм_12.5 мВ/Па, а при диаметре 25 мм она увеличивается до 50 мВ/Па.

По конструктивному исполнению микрофоны бывают широкого применения, специальные миниатюрные и специальные субминиатюрные, применяемые в различных закладных устройствах.

Электрические сигналы на выходе микрофонов, используемых для добывания информации, усиливаются в устройстве усиления и регистрации до величины, необходимой для их записи с помощью аудиомагнитофона или преобразования в акустический сигнал для обеспечения восприятия информации человеком.

б). Аудиомагнитофоны

Для регистрации информации широко применяются магнитофоны с вынесенными и встроенными микрофонами, в которых в единой конструкции объединяются функции микрофона и магнитофона. Последние называют диктофонами. Диктофоны для скрытного подслушивания имеют пониженные акустические шумы лентопротяжного механизма, металлический корпус для экранирования высокочастотного электромагнитного поля коллекторного двигателя, в них могут отсутствовать генераторы стирания и подмагничивания.

Характеристики некоторых типов миниатюрных магнитофонов, используемых для подслушивания, указаны в табл. 3.7.

Таблица 3.7

Тип, фирма	Размеры, мм	Вес, г	Примечание
L400, Olympus	73х20х52	90	Запись до 3 ч
L200, Olympus	107х15х51	125	Можно носить в нагрудном кармане
PK 1985, PK Electronic	55х87х21	160	Питание 1.5 В, время работы 11 ч
Sony-909, Sony	68х65х19	*	В металлическом корпусе, 4 дорожки
AD, Knowledge Express	65х102х17	108	Запись на удалении до 15 м
TP-X900, Aiwa	167х94х43	315	Шифрование при записи

Запись производится на микрокассете со скоростью 2.4 или 1.2 см/с, длительность записи в зависимости от скорости и типа кассеты составляет от 15 мин. до 3-х часов. Различные модели диктофоны могут иметь следующие сервисные функции: активация записи голосом, возможность подключения внешнего микрофона, автостоп и автореверс, жидкокристаллический дисплей с индикацией режимов работы и расхода ленты.
в). Приемники опасных сигналов

Для приема опасных сигналов, несущих речевую конфиденциальную информацию, используют как бытовые, так и специальные приемники радио и электрических сигналов. Однако возможности бытовой радиоприемной аппаратуры ограничены узким диапазоном частот, выделенной для радиовещания. В диапазоне длинных волн и средних волн радиовещание осуществляется в интервале 148-1607 кГц, а в ультракоротком диапазоне в РФ - 64-74 МГц, в странах Западной Европы - 88-108 МГц.

Все более широкое распространение для подслушивания применяют сканирующие приемники, рассмотренные выше.

Для выделения, приема, усиления опасных электрических сигналов, распространяющихся по телефонным, радиотрансляционным и другим линиям, применяются селективные и специальные усилители низкой частоты. Специальные усилители содержат селективные элементы со специфическими характеристиками для выделения, например, опасных сигналов из сигналов электропитания, содержат датчики для дистанционного съема сигналов, а также имеют конструкцию, удобную для переноса и автономной работы в различных условиях скрытного подслушивания.

г). Закладные устройства

С целью обеспечения реальной возможностью скрытного подслушивания и существенного повышения его дальности широко применяются закладные устройства (закладки, радиомикрофоны, “жучки”, “клопы”). Эти устройства перед подслушиванием скрытно размещаются в помещении злоумышленниками или привлеченными к этому сотрудниками организации, проникающими в помещение под различными предлогами. Такими предлогами могут быть посещения руководства или специалистов посторонними лицами с различными предложениями, участие в совещаниях, уборка и ремонт помещения, ремонт помещения и технических средств и т. д.

Закладные устройства в силу их большого разнообразия конструкций и оперативного применения создают серьезные угрозы безопасности речевой информации во время разговоров между людьми практически в любых помещениях, в том числе в салоне автомобиля.

Разнообразие закладных устройств порождает многообразие их вариантов их классификаций. Вариант классификации указан на рис. 3.14.



Рис. 3.14 Классификации закладных устройств

По виду носителя информации от закладных устройств к злоумышленнику их можно разделить на проводные и радиозакладки. Носителем информации от проводных закладок является электрический ток, который распространяется по направляющим - электрическим проводам. Проводные закладки, содержащие микрофон для преобразования акустических речевых сигналов в электрические, относятся к акустическим закладным устройствам, а ретранслирующие электрические сигналы с речевой информации, передаваемые по телефонной линии, образуют группу проводных телефонных закладок.

Первые представляют собой:

- субминиатюрные микрофоны, скрытно установленные в бытовых радио- и электроприборах, в предметах мебели и интерьера и соединенные тонким проводом с микрофонным усилителем или аудиомагнитофоном, размещаемыми в других помещениях;

- миниатюрные устройства, содержащие микрофон, усилитель и формирователь сигнала, передаваемого, как правило, по телефонным линиям и цепям электропитания.

Проводные акустические закладки в виде микрофона имеют высокую чувствительность и помехоустойчивость, но наличие провода демаскирует закладки и усложняет их установку, в особенности в условиях дефицита времени. Поэтому такие закладки могут устанавливаться во время ремонта или в помещениях с возможностью достаточно простого и длительного доступа в них людей, например, в номера гостиниц. Закладки, использующие цепи электропитания, устанавливаются в основном в местах подключения проводов электропитания к выключателям, сетевым.

Радиозакладки лишены недостатков проводных, но у них проявляется другой демаскирующий признак - радиоизлучения. В зависимости от вида первичного сигнала радиозакладки можно разделить на аппаратные и акустические. Аппаратные закладки устанавливаются в телефонных аппаратах, ПЭВМ и других радиоэлектронных средствах. Входными сигналами для них являются электрические сигналы, несущие речевую информацию (в телефонных аппаратах), или информационные последовательности, циркулирующие в ПЭВМ при обработке конфиденциальной информации. В таких закладках отсутствует необходимость в переписывании информации с акустического носителя на носитель среды распространения, что упрощает их конструкцию, и имеется возможность использования для электропитания энергию средства. Модуляция несущего колебания в них производится сигналами, циркулирующими в аппарате (в телефоне - электрическими аналоговыми сигналами, в ПЭВМ - дискретными бинарными сигналами), а для питания используется или энергия электрических сигналов или питающие напряжения аппарата, в котором установлена закладка.

Наиболее широко применяются акустические радиозакладки, позволяющие наиболее просто и скрытно устанавливать в различных местах помещения. Простейшая акустическая закладка содержит (см. рис. 3.15) следующие основные устройства: микрофон, микрофонный усилитель, генератор несущей частоты, модулятор, усилитель мощности, антенну.

Рис. 3.15 Структурная схема акустической закладки

Микрофон преобразует акустический сигнал с информацией в электрический сигнал, который усиливается до уровня входа модулятора. В модуляторе производится модуляция колебания несущей частоты, т. е. производится перезапись информации на высокочастотный сигнал. Для обеспечения необходимой мощности излучения модулированный сигнал усиливается в усилителе мощности. Излучение радиосигнала в виде электромагнитной волны осуществляется антенной, как правило, в виде отрезка провода.

В целях сокращения веса, габаритов и энергопотребления в радиозакладке указанные функции технически реализуются минимально-возможным количеством активных и пассивных элементов. Простейшие закладки содержат всего один транзистор.

По диапазону частот закладные устройства отличаются большим разнообразием. На ранних этапах использования закладных устройств частоты излучений их привязывали к частотам бытовых радиоприемников в УКВ-диапазоне. При массовом появлении у населения бытовых радиоприемников увеличилась опасность случайного перехвата сигналов радиозакладок посторонними лицами. Поэтому большинство типов современных закладок имеют более высокие частоты в УВЧ-диапазоне.

Для более 96% радиозакладок рабочие частоты сосредоточены в интервале 88 МГц_501 МГц, причем с частотами 92.5 МГц_169.1 МГц выпускаются 42% радиомикрофонов, а с частотами 373.4 МГц_475.5 МГц - 52% радиомикрофонов [50]. Наиболее интенсивно используется диапазон частот 449.7 МГц_475.5 МГц, в котором сосредоточены рабочие частоты 36% образцов.

Продолжается тенденция дальнейшего повышения частот, в том числе с переходом в ГГц диапазон. С увеличением частоты передатчика уменьшается уровень помех, что позволяет снизить минимально-допустимый уровень мощности и соответственно его габариты, а также длину антенны.

В интересах повышения скрытности для радиозакладных устройств осваивается ИК-диапазон. Однако в силу большего по сравнению с радиоволнами затухания ИК-лучей в среде распространения и необходимостью прямой видимости между излучателем ИК-закладки и фотоприемником применение подобных закладных устройств ограничено.

Кроме диапазона частот на условия передачи закладкой информации влияет стабильность частоты ее передатчика. Для простых схемных решений передатчика закладки значения ее частоты изменяются в значительных пределах от температуры и питающего напряжения. Кроме того, на величину изменения (дрейфа) частоты излучения закладок, установленных вблизи рабочего места человека, например, под столешницей письменного стола, могут оказывать влияние емкость человека. Величина дрейфа рабочей частоты радиокаладок может достигать единиц мГц. В результате этого радиоприемник, настроенный на частоту радиозакладки, через некоторое время “теряет” радиосигнал. Это обстоятельство имеет важное значение для обеспечения автоматического приема сигналов радиозакладок, например, в случае, когда подслушивание производится аппаратурой в автомобиле при отсутствии в нем оператора. Поэтому частоты около половины предлагаемых на рынке радиозакладок стабилизируются. Повышение стабильности обеспечивается путем включения в колебательный контур схемы передатчика элементов, стабилизирующих его частоту. В качестве таких элементов применяются пьезоэлектрические материалы, прежде всего, кристаллы кварцы. Частота стабилизации зависит от вида среза кристалла кварца, толщины и размеров его пластины, включенной в цепь генератора. Стабилизация частоты излучения радиозакладки усложняет ее схему и увеличивает габариты передатчика, но существенно улучшает удобство работы. Другой проблемой, возникающей при применении закладных устройств, является обеспечение их энергией в течение приемлемого для подслушивания времени. Возможности современной микроэлектроники по созданию закладных устройств в чрезвычайно малых габаритах ограничиваются в основном, массо-габаритными характеристиками автономных источников питания (химических элементов). Микрогабаритные источники тока, широко применяемые в электронных часах, обеспечивают работу закладных устройств в течение короткого времени (нескольких дней при минимально-допустимой мощности излучений для дальности до сотни метров). Для закладных устройств используются гальванические элементы с высокой удельной энергией - ртутно-цинковые, серебряные и литиевые. Усредненные характеристики этих элементов приведены в табл. 3.8 [73].

Таблица 3.8

Тип элемента	Рабочее напряжение, В	Максимальная емкость, Ач/кг	Плотность энергии, Втс/кг	Срок хранения, лет
Ртутный	1.2-1.25	185	120	3
Серебряный	1.5	285	130	2.5
Литиевый	3	750	350	5

Емкость гальванического элемента пропорциональна габаритам и весу. Габариты используемых в малогабаритных устройствах цилиндрических и кнопочных элементов указаны в табл. 3.9, а плоских - в табл. 3.10 [73].

Таблица 3.9

Обозначение габаритов	Диаметр, мм	Высота, мм
Цилиндрические
ААА	8.2	40.2
АА	10.5	44.5
А	14.5	50.5
Кнопочные
М5	7.86	3.56
М8	11.7	3.3
М15	11.7	5.34
М20	15.7	6.1
М30	16	11.1
М40	16	16.8

Таблица 3.10

Обозначение габаритов	Длина, мм	Высота, мм	Ширина, мм
F15	14.2	3.02	14
F20	23.9	3.02	14
F25	22.6	5.85	22.6
F30	31.8	3.3	21.4
F40	31.8	5.35	21.4

Наиболее распространены ртутно-цинковые элементы. В них в качестве анода используются оксид ртути (HgO), катода - смесь порошка ртути и цинка или сплава индия с титаном, а электролита - 40% щелочь. Для малогабаритных приборов отечественной электропромышленностью созданы элементы типов РЦ-31С, РЦ-33С иРЦ-55УС с удельной энергией 600-700 кВт/м3.

Электрические параметры ряда отечественных ртутно-цинковых элементов и батарей, предназначенных для питания малогабаритных радиоэлектронных устройств, указаны в табл. 3.11.

Таблица 3.11

Обозначение	Напряжение, В	Емкость, Ач	Ток разряда, мА	Габариты, мм	Масса, г
РЦ-31	1.25	0.07	1	11.5х3.6	1.3
РЦ-53	1.25	0.25	10	15.6х6.3	4.6
РЦ-55	1.25	0.5	10	15.6х12.5	9.5
РЦ-57	1.25	1.0	20	16х17	15
РЦ-59	1.25	3.0	60	16х50	44
РЦ-65	1.25	1.0	20	21х13	18.1
РЦ-75	1.25	1.5	30	25.5х13.5	27
РЦ-85	1.22	2.5	50	30.1х14	39.5
РЦ-93	1.25	13.0	300	31х60	170
2РЦ-55с	2.68	0.45	10	16.2х27	20
3РЦ-55с	4.02	0.45	10	16.2х40	30
4РЦ-55с	5.36	0.45	10	16.2х53	40
5РЦ-55с	6.7	0.45	10	16.2х66	50
6РЦ-63	7.2	0.6	10	23х48	71

Среди гальванических источников тока зарубежного производства широкое применение находят элементы фирм Duracell, Varta, Kodak. Технические характеристики малогабаритных гальванических элементов фирмы Duracell в табл. 3.12 [74].

Таблица 3.12

Тип	Напряжение, В	Номинальная емкость, Ач	Диаметр, мм	Высота, мм
D392	1.5	0.05	7.9	3.6
D391	1.5	0.05	11.6	2.1
D389, D390	1.5	0.08	11.6	3.1
D386	1.5	0.12	11.6	4.2
D357H/10L14	1.5	0.17	11.6	5.4
LR54	1.5	0.04	11.6	3.0
LR43	1.5	0.08	11.6	4.2
LR44	1.5	0.10	11.6	5.4
DL2016	3.0	0.07	20.0	1.6
DL2032	3.0	0.18	20.0	3.2

Увеличения времени эксплуатации и повышения скрытности работы закладного устройства достигается путем обеспечения в нем автоматического подключения к источнику питания наиболее энергоемкого устройства - передатчика по акустическому или радиосигналу. В первом варианте в состав закладки включается устройство (акустоавтомат), подключающее к источнику питания передатчик при появлении на мембране микрофона акустического сигнала. В тишине, например, в ночное время во включенном состоянии (в “дежурном” режиме) находится лишь микрофонный усилитель с исполнительными электронным реле. При возникновении в помещении акустических сигналов от разговаривающих людей реле подключает передатчик и закладное устройство излучает радиосигналы с информацией. После прекраще...