авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 ||

«Закрытое акционерное общество Научно-производственный центр Фирма «НЕЛК» Программно-аппаратный комплекс поиска побочных электромагнитных ...»

-- [ Страница 3 ] --

Но на практике длина излучающей антенной практически никогда не согласована с первой гармоникой, так как самые длинные кабели – около 1.5метра (принтер и монитор) начина ют эффективно работать на частотах выше 100 МГц, а внутренние проводники исходя из их длины на частотах выше 400-500 МГц. Поэтому, реальная антенная система может быть согласована с длиной волны например, 10-й или более высокой гармоники. В этом случае, вклад качества антенной системы на частоте 10-й гармоники может быть значительнее за тухания сигнала 10-й гармоники и сигнал (напряженность поля) на частоте 10-й гармоники может иметь амплитуду сравнимую или даже выше, чем амплитуда 1-й гармоники. На практике это выглядит следующим образом: сначала амплитуды сигналов уменьшаются по мере увеличения номера гармоники, а затем, на частоте 400-500 МГц (т.е. 10-40 гармоника для монитора) неожиданно может быть зафиксирован резкий всплеск амплитуды сигнала ПЭМИН. Часто именно эти сигналы и определяют зону разведдоступности, так как на бо лее высоких частотах меньше затухание и ниже природный естественный шум.

Далее рассмотрим данные теоретические рассуждения на практическом примере. Для примера возьмем ставший уже хрестоматийным пример монитора ПЭВМ. Понятно, что первичным генератором сигналов является видеокарта, находящаяся в системном блоке ПЭВМ. В видеокарте находятся три ЦАП (для каждого луча R,G и B) которые передают импульсные сигналы амплитудой около 3 Вольт по кабелю к монитору. Далее, в мониторе эти сигналы усиливаются усилителями токов лучей до нескольких десятков вольт и пода ются на электронно-лучевую трубку.

Какие антенные системы имеются у связки ПЭВМ – монитор? Первая антенная систе ма это кабель, соединяющий видеокарту с монитором, длина которого составляет около 1.5м. Вторая антенная система – отрезки проводников идущих от усилителей токов лучей к ЭЛТ, длина которых составляет 15-25см. Анализируя эти две антенные системы, можно сделать вывод, что они обе принимают участие в процессе излучения сигнала и основной вклад в излучение низкочастотных сигналов следует ожидать от кабеля видеоадаптера, а вклад в излучение сигналов высших гармоник можно ожидать от видеомонитора. Данное разделение весьма условно и зависит от конструкции конкретного экземпляра ОТС, каче ства сборки и расположения его узлов и кабелей.

Практическое подтверждение данного тезиса заключается в следующем эксперименте:

настроившись на хорошо различимый сигнал ПЭМИН выключить монитор (если поступать более корректно, то вместо монитора необходимо к кабелю вместо монитора подключить нагрузку 75 Ом по каналам R,G и B). При этом сигнал ПЭМИ не пропадет, а только снизит свою амплитуду.

Излучающие свойства антенны зависят не только от ее длины, но и от положения ее в пространстве. Более того, проводник длиной 1 метр как антенна согласован с частотой 300МГц только в том случае, если этот проводник вытянут в прямолинейный отрезок. Если проводник каким-то образом скручен, зажгутован или проложен по криволинейной траек тории, то его резонансная частота как правило увеличивается. Поэтому, излучающие свой ства ОТС зависят от расположения его блоков и узлов.

Практически вышеприведенный тезис подтвердить очень просто: насторившись на сигнал ПЭМИН и не изменяя положения антенны изменить траекторию расположения ка беля монитора. Амплитуда сигнала ПЭМИ при этом изменится.

Из всего вышесказанного можно сделать несколько существенных практических вы водов.

Вывод1. Основной лепесток диаграммы направленности антенны должен охваты вать все элементы конструкции ОТС, являющиеся потенциальной излучающей антенной системой ПЭМИ.

Вывод2. Излучающая антенная система ПЭМИ зависит от расположения узлов и блоков ОТС и его кабельных линий. Поэтому, необходимо после проведения специсследо ваний (аттестационных испытаний) в протоколе сделать эскиз расположения блоков и уз лов ОТС, его кабельных линий, а также положения измерительной антенны, при которой был определен максимум сигнала. Данный эскиз необходим прежде всего тому, кто прово дит данные исследования, так как в случае контрольной проверки и другого положения уз лов ОТС могут быть получены другие результаты, и качество первоначально проводимых работ будет подвергнуто сомнению.

Вывод3. Нельзя полагаться на то, что все ОТС из партии однотипных средств с точ ки зрения излучения ПЭМИН ведут себя одинаково. Внутренние проводники, соединяю щие отдельные цепи внутри ОТС (например, ленточный провод соединяющий плату усили телей токов лучей с ЭЛТ монитора) никак не закреплены и могут располагаться по произ вольной траектории, что изменяет их свойства как излучающей антенной системы.

Вывод4. Нельзя прекращать исследования после нахождения нескольких первых гармоник тестового сигнала сославшись на то, что амплитуды сигналов остальных гармо ник будут меньше. В связи с непредсказуемым характером излучающей антенной системы часто амплитуды сигналов на высоких номерах гармоник сравнимы или больше амплитуд сигналов на более низких гармониках.

Продолжим рассматривать состав и структуру излучающей антенной системы.

Как уже отмечалось выше, для высокочастотных сигналов не существует гальвани ческой развязки применяемой в обычном ее понимании для постоянного тока. Кроме того, задающие генераторы информационных импульсных сигналов модулируют цепи питания и наводят свои сигналы на цепях заземления и других цепях. Далее эти сигналы путеше ствуют по различным цепям и кабелям всей системы ОТС и с различной степенью энергии их можно найти на кабелях других периферийных устройств, кабелях питания, заземления и даже на металлических конструкциях основного ОТС и стойки в которой находится ОТС [1]. Для подтверждения данного факта можно провести простой эксперимент: отключите кабель монитора от видеокарты. Далее подключите токосъемники к кабелю принтера и за пустите тест. На кабеле принтера удается обнаружить хорошо различимый тестовый ви деосигнал в 7 из 10 случаев.

Предсказать энергию "своего" информационного сигнала наведенную на элементы конструкций ОТС и его периферийных устройств практически невозможно так как она за висит от множества факторов: от конструктивных характеристик элементов схем, от значе ния пассивных и реактивных составляющих переходных сопротивлений плат, разъемов, пространственным расположением проводных линий как ОТС так и его периферийных устройств. Данные значения могут изменяться при изменении взаимного расположения элементов конструкций, изменении положения кабелей или даже от качества соединений в разъемах (в [1] показано как влияет качество соединений кабелей в разъемах на энергию излученного сигнала). Тем не менее энергия информационных сигналов излучаемых до полнительными конструкциями ОТС может достигать существенных значений (до 20-30%) от энергии сигналов излучаемых "прямым" способом.

Следующая особенность излучающей распределенной антенной системы ОТС за ключается в том, что любое техническое средство (особенно выполненное не в соответ ствии с технологией конструирования СВЧ устройств) представляет собой сложную ин дуктивно-емкостную систему со множеством локальных резонансных контуров. Данные контуры могут являться источником информативных сигналов на частотах не кратных ча стотам первой гармоники тестового сигнала. Простое объяснение этому явлению заключа ется в том, что резонансные частоты имеющихся LC систем попадают на субгармоники ос новного тестового сигнала и "накачивают" их своей энергией. Полное объяснение этому явлению приведено в [ ]. Практически, каждый десятый монитор имеет хорошо различи мую частоту на котором виден тестовый сигнал и которая не является частотой кратной частоте первой гармоники тестового сигнала. Самое неприятное заключается в том, что предсказать повторяемость такого результата практически невозможно так как причина возникновения такого "левого" сигнала может заключаться в некачественном подсоедине нии разъема или в пространственном расположении элементов конструкции ОТС и его со единительных кабелей.

Отсюда следуют еще два важных вывода.

Вывод7. При проведении исследований нельзя ограничиваться только исследовани ем сигналов на частотах гармоник тестового сигнала. Для избежания пропуска возможного сигнала на частотах не кратных первой гармоники необходимо исследовать весь диапазон частот.

Вывод8. Исследовать ОТС необходимо в его полной штатной комплектности со всеми подключенными периферийными устройствами. Все кабели должны быть хорошо пригнаны в свои разъемы и качественно затянуты винтами. Все составные части ОТС начиная от металлического кожуха до отдельных плат и конструкций должны крепиться на штатных местах и быть хорошо затянуты крепежными винтами. Все периферийные устройства входящие в комплект ОТС должны быть подключены к ОТС и приведены в ра ботоспособное состояние.

Литература.

1. Л.П. Норенков. Эффект длинной линии в соединительных кабелях ПЭВМ. Вопро сы защиты информации. №3 1999г.

Приложение Статья. Проблемы автоматизации поиска ПЭМИН и их решения в авто матизированном комплексе "НАВИГАТОР".

Необходимость автоматизации специальных исследований на сегодняшний день ни у кого не вызывает сомнений. Многочасовой рутинный труд оператора автоматизированные комплексы с легкостью выполняют за несколько десятков минут. На первый план при этом неизбежно выходят вопросы качества, полноты, объективности и корректности проведения работ с использованием этой аппаратуры.

Комплекс "Навигатор" – один из первых автоматизированных комплексов для проведе ния специальных исследований технических средств на сверхнормативные ПЭМИН. Он имеет многолетнюю историю эксплуатации в ведущих организациях, занимающихся спе циальными исследованиями в России и других странах СНГ. История развития комплекса – это история общения с нашими клиентами и партнерами, учет их опыта и пожеланий.

Именно этот обобщенный опыт и знания, реализованные на практике, позволяют нам отра зить в данной статье пути решения некоторых проблемных вопросов автоматизации специ альных исследований. Надеемся, что рекомендации и найденные нами решения будут по лезны как разработчикам подобных изделий, так и специалистам.

Общая методика проведения работ Автоматизация поиска и измерения параметров сигналов ПЭМИН выявила необходи мость четкого разделения процесса специальных исследований на следующие этапы: поиск сигналов ПЭМИН, измерение их параметров и расчет требуемых значений защищенности.

Практика ручных измерений часто ставит этот порядок под сомнение: из-за рутинности и большого объема работ процесс поиска и измерения параметров сигналов ПЭМИН часто совмещается.

В автоматизированных комплексах последовательное выполнение этих работ легко реа лизуемо и даже необходимо для создания оптимальных условий приема при поиске сигна лов ПЭМИН. Дело в том, что используемые в автоматизированных комплексах анализато ры спектра имеют меньшую чувствительность и селективность, чем селективные микро вольтметры (СМВ) и измерительные приемники. Кроме того, любые программные алго ритмы идентификации сигналов ПЭМИН гораздо менее селективны, чем человеческая ин туиция. Это часто приводит к пропуску слабых, искаженных и зашумленных сигналов ПЭМИН. Поэтому, для автоматизированного поиска ПЭМИН предпочтительно создать наилучшие условия приема, а измерение параметров сигналов и шума проводить отдельно на корректном расстоянии, при необходимости используя рекомендуемые полосы пропус кания и совмещая эту операцию с поиском максимального лепестка диаграммы направлен ности и вектора поляризации.

Поиск сигналов ПЭМИН Методы поиска сигналов ПЭМИН – это, пожалуй, то главное, что отличает представ ленные на рынке комплексы друг от друга. Общее требование к методам поиска одно: он должен обеспечить обнаружение всех сигналов ПЭМИН – как на частотах гармоник, так и на частотах паразитной генерации и нелинейных преобразований. О методах поиска пого ворим ниже, а пока остановимся на этапе, предшествующем поиску, - формировании зада ния на поиск сигналов ПЭМИН.

Задание на поиск сигналов ПЭМИН Задание на поиск сигналов ПЭМИН - это специфическое понятие, возникшее одновре менно с появлением автоматизированных комплексов. Если при ручном поиске оператор интуитивно применяет корректные правила работы к каждому исследуемому техническому средству, то для компьютерной программы необходимо точно указать, что и с какими настройками делать, т.е. необходимо сформировать задание.

В задании следует указать начало и конец частотного диапазона, полосу пропускания, используемую антенну и временные параметры сканирования. По поводу частотного диа пазона, полосы пропускания и антенны вопросов обычно не возникает. Вместе с тем на временных параметрах сканирования необходимо остановиться отдельно.

Допустим, тестовый сигнал имеет период повторения 1 Гц, тогда сигнал в эфире тоже возникает и пропадает с соответствующей скважностью. Для того, чтобы не пропустить сигнал при ручном исследовании, оператор интуитивно перестраивает частоту СМВ с ша гом 1 Гц/с. Компьютеру необходимо это указать, так как анализатор спектра может прово дить измерения в тысячах частотных точках ежесекундно.

Неучет данного фактора приводит к тому, что при сканировании диапазона частот низ кочастотные сигналы ПЭМИН (клавиатуры, принтера, диска и даже монитора) могут быть не зафиксированы или зафиксированы с искаженной формой или ампли тудой. На рисунке 1 представлен спектр сигнала ПЭМИН монитора, искаженный кадровым синхроим пульсом при неправильно установленных временных параметрах сканирования. Рисунок Временные параметры сканирования устанавли ваются путем задания необходимого времени скани рования анализатора спектра или путем статистической обработки данных при многократ ных измерениях (использовании панорамы максимумов за некоторое количество раз изме рений). В комплексе "Навигатор" реализован как метод накопления с последующим усред нением или поиском максимумов, так и метод задания времени сканирования. Установка правильного времени сканирования позволяет корректно учитывать временные параметры тестового сигнала при поиске, а накопление и усреднение данных измерений позволяет ис кать сигналы ПЭМИН в сложной шумовой обстановке.

Антенный коммутатор К формированию задания следует также отнести вопросы, связанные с применением ан тенного коммутатора при использовании нескольких антенн. Антенный коммутатор в из вестной степени облегчает проведение измерений. В то же время применение антенного коммутатора приводит к появлению "измерительного канала" в схеме измерений, необхо димости обязательной его аттестации и периодической поверки (сертификации). Дополни тельные погрешности, вносимые коммутатором, могут превышать изначальную погреш ность измерительного тракта. Поэтому мы считаем предпочтительным применять такие ме тодики измерений, которые позволяют свести к минимуму коммутацию антенн и работать без коммутатора. В программе "Навигатор" реализована методика, которая позволяет про водить полный комплекс работ по поиску и измерению сигналов ПЭМИН последовательно с каждой антенной (в любом сочетании электрических и магнитных антенн, эквивалентов сети, токосъемников и пробников), а потом объединять все полученные ранее данные. При чем, программа сама отсортирует их по назначению в зависимости от типа использованных антенн и проведет расчет необходимых параметров.

Методы поиска сигналов ПЭМИН Не вдаваясь в сравнительный анализ методов поиска, применяемых в различных авто матизированных комплексах, остановимся на методах, реализованных в комплексе "Нави гатор". На сегодняшний день в комплексе "Навигатор" реализованы четыре основных ме тода поиска сигналов ПЭМИН, а также их комбинации.

Первый, самый простой и понятный метод – метод сравнения панорам. Он основан на том, что при включении тестового режима в радиоэфире появляются новые сигналы (сиг налы ПЭМИН), которые легко обнаружить путем сравнения двух панорам: с включенным и выключенным тестовым сигналом. Этот универсальный метод позволяет находить как сиг налы ПЭМИН, так и сигналы, промодулированные тестовым сигналом. На практике выяс нилось, что данным методом устойчиво обнаруживаются только сильные сигналы, превы шающие уровень шума не менее, чем на 6–10 дБ. Более слабые сигналы модулируются шумом и обнаруживаются нестабильно.

Для обнаружения слабых сигналов в программу были введены алгоритмы накопления и усреднения, которые уже давно применяются с целью выделения сигналов из шума. На ри сунке 2 показан один и тот же участок спектра, полученный без усреднения (левая часть рисунка) и с усреднением 15 раз (правая часть рисунка). Примене ние алгоритмов усреднения на сер тификационных испытаниях поз волило устойчиво обнаруживать сигналы, находящиеся всего на 0. Рисунок 79 дБ выше уровня шума и даже на 1дБ ниже уровня шума (Отчет о проведении сертификационных испытаний. Книга 1. стр. 50-52).

По просьбе тех операторов, которые любят "покопаться" в графиках, спектрах и пано рамах и не слишком доверяют автоматизации, в комплексе "Навигатор" был реализован метод аудио-визуального поиска сигналов ПЭМИН. Его суть заключается в том, что опе ратор с помощью полоски скроллинга "листает" графики панорам, полученные при вклю ченном и выключенном тестовом сигнале (рисунок 3). Подозри тельные сигналы исследуются по виду осциллограмм, спектро грамм и демодулированному аудиосигналу, которые появля ются сразу после нажатия кнопки Рисунок мышки на сигнале. Если опера тор идентифицировал его, как сигнал ПЭМИН, все данные о сигнале заносятся в список.

Фактически, ручной метод поиска с помощью СМВ только на слух, "вслепую", был преобразован нами в метод поиска, использующий визуальную картину и аудиоподкраску.

Известно, что 90% информации человек получает глазами, поэтому эффективность работы выросла многократно: анализ оператором графиков панорам в данном режиме обычно за нимает не более 3-4 минут. Обычно этим методом обнаруживаются только те сигналы, ко торые можно услышать в динамиках и увидеть на графиках, то есть сигналы, имеющие от ношение сигнал/шум больше 2-4дБ. Реализация в "Навигаторе" методов накопления и усреднения при получении панорам обеспечила визуальное обнаружение даже тех сигна лов, которые на слух идентифицируются с большим трудом.

Следующий метод, реализованный в комплексе – метод поиска по гармоникам. Дан ный метод является модификацией хорошо известного метода поиска сигналов по гармони кам. Обычный метод поиска сигналов ПЭМИН в окрестностях частот гармоник по ряду причин оказался малоэффективным. Прежде всего потому, что сигналы приходилось ис кать, не имея представления об оптимальных условиях приема. Гораздо более эффектив ным оказался другой метод, состоящий в прогнозировании частоты гармоники, очень точ ной настройке на нее и последующем подборе оптимальной полосы пропускания, исходя из конкретных условий приема. При работе "вручную" проблема заключалась в точном изме рении частоты первой гармоники и расчете других гармоник. Автоматизация данного про цесса позволила рассчитывать и далее подстраивать частоту первой гармоники (с точно стью до сотой доли герца) по частоте каждой следующей найденной гармоники. В данном методе поиска эффективно используется свойство пикового детектора: амплитуда сигнала не изменяется при изменении полосы пропускания, а шум уменьшается пропорционально корню квадратному из полосы пропускания. Таким образом, уменьшая полосу пропускания до оптимальных величин, удалось резко повысить чувствительность поиска. Практические результаты показали, что данным методом легко обнаруживаются даже такие сигналы, ко торые опытному оператору найти крайне трудно или в пределах разумного времени найти просто невозможно. Для многих сверхслабых сигналов достаточно отстроиться от найден ной частоты на половину полосы пропускания или изменить полосу пропускания, как сиг нал пропадает.

Приведем пример, зафиксированный в протоколах сертификационных испытаний (От чет о проведении сертификационных испытаний. Книга 1. стр. 114). При проведении кон трольных специсследований данным методом было найдено и задокументировано сорок шесть сигналов ПЭМИ. При очень тщательном ручном анализе того же технического сред ства с помощью СМВ был найден только сорок один сигнал. Причина заключается в том, что при ручном анализе использовались не оптимальные условия поиска. Перебор всех ва риантов приема с целью поиска оптимальных при ручной работе занял бы не один день.

Тридцать – сорок частот ПЭМИН монитора или частоты ПЭМИН выше 1 ГГц – нор мальное явление для этого метода обнаружения. Метод поиска по гармоникам отлично справляется с любой шумовой обстановкой и прошел испытания в сложнейшей помеховой обстановке вычислительного центра. Как пример, можно привести факт обнаружения сиг нала ПЭМИН в спектре сигнала радиовещательной станции FM диапазона.

Следует отметить, что данный метод поиска должен использоваться в сочетании с дру гими методами, так как он исключает поиск сигналов паразитной генерации (модуляции) и сигналов нелинейных преобразований.

Отраженный в последнее время в рекламе корреляционный метод поиска наряду с до стоинствами имеет и ряд недостатков. Этот метод поиска давно известен разработчикам фирмы "НЕЛК". Его модификации широко применяются в комплексах "Крона", предназна ченных для ведения радиоконтроля и поиска закладочных устройств. К недостаткам корре ляционного метода следует отнести:

ограниченную применимость данного метода: он эффективен только при ис следовании мониторов, поскольку другие устройства ПЭВМ не имеют ярко выра женной картины тестового сигнала;

необходимость использования полосы пропускания, захватывающей не только центральный сигнал, но и, как минимум, два боковых лепестка модуляционной со ставляющей (в противном случае искажается форма сигнала), что ограничивает вы бор полос пропускания и не позволяет использовать более узкие полосы пропуска ния, обеспечивающие наилучшее отношение сигнал/шум, что снижает чувствитель ность поиска данным методом;

нестабильность результатов при работе с зашумленными (искаженными) сиг налами, что приводит к пропуску сигналов, имеющих отношение сигнал/шум 6 дБ и ниже.

Данные недостатки были учтены при разработке параметрическо-корреляционного метода обнаружения сигналов ПЭМИН мониторов, реализованного в комплексе "Навига тор". Суть его заключается в следующем: графику каждого сигнала ставится в соответствие его параметрический образ, который содержит аналитические зависимости, однозначно описывающие каждый сигнал. Параметрические образы сигналов формируются так, что они не зависят от полосы пропускания.

На этапе принятия решений сравниваются параметрические образы, а не графики сиг налов. При измерении параметров сигнала выбирается та полоса пропускания, которая обеспечивает оптимальное отношение сигнал/шум. Алгоритм измерения параметров адап тирован к поиску зашумленных и искаженных сигналов: достаточно, чтобы амплитудно частотные и амплитудно-временные параметры сигналов имели небольшое превышение над амплитудой шума независимо от величины этой амплитуды. Данные меры позволяют производить поиск слабых сигналов и сигналов в сложной шумовой обстановке.

Кроме идентификации "своих" сигналов из списка подозрительных, программа прогно зирует частоту первой гармоники и ищет весь ряд частот гармоник, автоматически исполь зуя методы "экспертного" режима. Метод является полностью автоматическим. Никаких дополнительных данных (о частоте первой гармоники, форме сигнала и т.д.) не требуется.

Вмешательство оператора в работу комплекса при использовании данного метода необхо димо только дважды: чтобы включить тестовый режим и чтобы его выключить для измере ния уровня шума найденных сигналов и получения контрольных графиков шума в отчет.

Реализация вышеперечисленных методов обнаружения сигналов ПЭМИН позволила со кратить время поиска сигналов ПЭМИН в комплексе "Навигатор" до 5-10 минут при прове дении специсследований наиболее распространенных технических средств (монитор, прин тер и др.). При этом вопросы качества поиска остались сравнимы или даже выше чем при ручной многочасовой работе.

Измерение параметров сигналов ПЭМИН При измерениях параметров сигнала ПЭМИН проводят измерения пикового значения его амплитуды с учетом диаграммы направленности и вектора поляризации. Так же на дан ной частоте проводят измерение индустриального шума. Гораздо реже необходима опера ция измерения временных характеристик импульсов (пачек импульсов) тестового сигнала.


Эта операция, как правило, нужна при исследовании нового или нестандартного техниче ского средства для определения параметров тестового сигнала, и желательно, чтобы авто матизированный комплекс умел ее проводить (рисунок 4).

Определение максимальной амплитуды излучаемого сигнала осуществляется путем проведения двух операций: поиска максимального лепестка диаграммы направленности и вектора поляризации и непосредственно самого измерения амплитуды.

Первая операция трудно поддается автоматизации, так как перемещение антенны (или вращение поворотного стола) осуществляется вручную. Для того, чтобы эту операцию мог выполнять один человек, не бегая при этом от измерительного прибора к антенне, можно использовать звуковой сигнал, изменяющий свою тональность или амплитуду пропорцио нально результатам измерений, или метод, реализованный в комплексе "Навигатор": каж дое измерение сопровождается приятным женским голосом, озвучивающим результат из мерения.

Измерение амплитуды сигнала – задача, для автоматизации достаточно сложная. В мет рологии для измерения параметров сигналов разрабатываются методики, которые указыва ют, что и как следует измерять в зависимости от формы сигнала и поставленных задач. Для задач специсследований таких методик нет. Ясно одно – для измерения пиковых значений амплитуды сигнала необходимо использовать пиковый детектор, а для измерения спек тральной плотности мощности шума системы активной защиты следует использовать де тектор среднеквадратических значений.

Алгоритмов измерения амплитуды нестабильных сигналов в действующих нормативно методических документах не приводится, потому что при использовании СМВ проблема стабильности измерений решается сама собой. Относительно длительные по времени флюктуации амплитуды (низкочастотная нестабильность) оператор не учитывает, а моду лирующее воздействие шума (высокочастотная нестабильность) усредняет индикаторная стрелка, которая имеет достаточно большую инерционность.

Анализаторы спектра и измерительные приемники могут производить тысячи измере ний в секунду. Можно говорить, что данные приборы в отличие от СМВ регистрируют мгновенные значения сигнала, которые могут существенно отличаться друг от друга под влия нием шума и других факторов. На практике это выглядит как "дре безг" амплитуды сигна Рисунок ла, представленного в спектральной или временной плоскости (рисунок 4). Такой дребезг в зависимости от уров ня шума и отношения сигнал/шум может достигать + 6-10 дБ, что соответствует 200-300%.

Естественный выход из данной ситуации – накопление статистической информации и ее обработка.

Наилучшим методом накопления статистических данных о амплитуде сигнала считает ся измерение амплитудно-временных характеристик продетектированного радиосигнала в режиме нулевого обзора анализатора спектра. В этом режиме последовательно, через малые промежутки времени измеряется уровень продетектированного радиосигнала. На рисунке показана форма такого радиосигнала, развернутого во времени, где хорошо видны пачки "информативных" сигналов и кадровые синхроимпульсы, и, следовательно, можно легко определить, какую часть временной последовательности радиосигнала можно использовать для определения амплитуды сигнала а какую нет.

Из-за воздействия эфирных факторов картинка сигнала может довольно сильно иска жаться (рисунок 5). Если выборки сигнала происходят в однократном режиме с участием оператора, то оператор сам определяет, какую из "картинок" можно использовать для опре деления уровня сигнала или шума. Если же эта операция происходит автоматически, про грамма, не имея представления о степени искажения, может выбрать для измерения пара метров ПЭМИН "картинку" с сильными искажениями сигнала.

Для устранения низкочастотной нестабильности при измерений полей существуют спе циальные методики. Например, методика измерения напряженности поля промышленных передатчиков рекомен дуют для селекции вре менной нестабильности сигнала в эфире после довательно проводить не менее десяти измерений и использовать медиан ный метод обработки Рисунок 5 результатов измерений.

С учетом специфики специсследований в комплексе "Навигатор" реализован как медианный метод обработки результатов, так и методы усреднения и поиска максимума из совокупности накопленных данных.

Для учета высокочастотной нестабильности сигнала (модулирующего воздействия шу ма) в комплексе использован математический аппарат определения наличия шумовой со ставляющей модуляции сигнала и компенсации ее влияния для Гауссовского шума.


Применение вышеизложенных методов измерения "стабилизирует" результаты измере ний. Нестабильность результатов измерений при использовании данных методов даже в сложной шумовой обстановке редко превышает 1 дБ (12 %), что является отличным показа телем для повторяемости результатов измерений.

Документирование результатов работы.

Каждый заказчик желает, чтобы работа была выполнена грамотно, корректно и в пол ном объеме. Каждый исполнитель хочет, чтобы результаты его работы не подвергались со мнению. А контролирующий орган желает и того, и другого. Можно ли удовлетворить по желания всех этих лиц? Да, если фотографировать или снимать на видеокамеру весь про цесс работы. А можно сделать так, как это реализовано в комплексе "Навигатор": каждый найденный сигнал в протоколе, сформированном в Microsoft Word, сопровождается своим "портретом" (рисунок 6). Данный "портрет" является рисунком, на котором отображены осциллограмма сигнала и панорамы сигналов с включенным и выключенным тестовым сигналом. Подделать несколько десятков рисунков гораздо сложнее, чем провести честные специсследования. Кроме этого, в таблице найденных сигналов отображается информация о кратности обнаруженных частот ПЭМИН частоте тестового сигнала, используемого в расчетах. Это позволяет контролировать весь ряд гармоник, наличие сигналов паразитной генерации и правильность выбора используемых параметров расчета.

Проблема выбора детектора.

Данная проблема не связана напрямую с автоматизацией, но существенно влияет на ре зультаты работы и вызывает много споров.

Параметры, свойства, характеристики и ка либровочные данные детекторов определены в международном документе C.I.S.P.R 16, на осно вании которого выпускаются национальные стандарты (в России - ГОСТ Р 51319-99).

Данный документ определяет, что пиковые значения сигналов произвольной формы измеря Рисунок ются пиковым детектором, так как он обладает малым временем заряда и большим время разряда ("extremely large ratio of discharge-time constant to charge-time constant", - C.I.S.P.R 16, стр. 65). Это позволяет фиксировать макси мальные всплески сигнала за время измерения (время измерения в каждой частотной точке устанавливается большим или равным 1/ПП, где ПП - используемая полоса пропускания).

Результат измерения данным детектором отвечает смыслу термина «амплитуда сигнала».

Результат измерения амплитуды сигнала не зависит от полосы пропускания (точнее, зави сит тогда, когда отношение сигнал/шум мало – в этом случае сигнал складываются с шу мом как корень квадратный из суммы квадратов, и этот фактор учитывается при проведе нии расчетов). Результат измерения Гауссовского шума пропорционален корню квадратно му из полосы пропускания (C.I.S.P.R 16, приложение М).

Детектор среднеквадратических значений рекомендован для измерения шума (спек тральной плотности мощности шума), так как "производит корректные измерения шума независимо от его источника" (C.I.S.P.R 16, стр. 159). Результат измерений данным детек тором имеет смысл среднеквадратичной мощности (после нормировки – спектральной плотности шума). Результат измерения любого шума пропорционален корню квадратному из полосы пропускания (C.I.S.P.R 16, приложение М). Результат измерения амплитуды лю бого сигнала зависит от полосы пропускания.

Другие детекторы (квазипиковый, средний и др.) предназначены для измерения пара метров сигналов при использовании специальных методик. Результаты измерений этими детекторами не несут смысла какой-либо физической величины. Так, в частности, квазипи ковый детектор применяется для унификации измерения радиопомех. Квазипиковый детек тор имеет нормированные времена заряда и разряда, результат измерения амплитуды сиг нала с использованием такого детектора зависит от формы сигнала.

Результаты измерений, проведенных с использованием различных детекторов, связаны между собой определенными соотношениями в зависимости от формы и параметров сигна ла. Так, для Гауссовского шума выполняются следующие условия Ешума = Ешума сред некв. = Ешума среднего/0.88 = Ешума квазипик./1.85. Для периодических импульсных сиг налов определено, что Есигн.пиков. = Есигн.квазипик./P(a), где P(a) – функция, представ ленная в виде графика (C.I.S.P.R 16, стр.221, рис 39). Значение функции P(a) изменяется от 0.95 до 0.1 в зависимости от многих факторов, в том числе и от временных параметров сиг нала.

Эксперименты, проведенные специалистами фирмы НЕЛК совместно со специалистами НИИ Автоматической Аппаратуры показали, что разница результатов измерений уровня ПЭМИ монитора для DOS теста (12.6МГц) между пиковым и квазипиковым детектором составляет 6-7 дБ. Для других режимов работы монитора эта разница будет другой, так как в тестовом сигнале изменится частота меандра и временные соотношения между пачками импульсов и строчными и кадровыми синхроимпульсами. Таким образом, использование квазипикового детектора приводит к существенной ошибке при измерении пикового значе ния амплитуды сигнала. Величина этой ошибки уже нормирована в C.I.S.P.R 16. Пиковая амплитуда сигнала, измеренная квазипиковым детектором, в зависимости от формы сигна ла составляет 0.1-0.95 от истинного значения.

Исходя из понимания, что разные детекторы несут разный физический смысл, инду стриальный шум так же, как и сигнал, необходимо измерять пиковым детектором, ибо при проведении дальнейших расчетов вычитать из напряжения мощность некорректно. А вот измерять шум системы активной зашиты необходимо среднеквадратичным детектором, так как при расчетах он заменяет нормированный шум, выраженный в единицах спектральной плотности мощности. При отсутствии среднеквадратичного детектора шум можно измерять квазипиковым детектором или детектором средних значений (детектор средних значений имеется практически у любого анализатора спектра) и результат измерений делить соответ ственно на 1.85 или 0.88. Это вполне законная и нормативно обоснованная операция, кото рая используется в комплекс "Навигатор" при отсутствии среднеквадратичного детектора и которая проходит испытание при метрологической сертификации.

В заключение отметим, что в погоне за максимальной автоматизацией мы не должны забывать о следующем:

1. Полное доверие результатам работы полученных автоматическим методам по иска сигналов ПЭМИН является чрезмерно смелым поступком. Ответственность за результаты исследований несет не программа, а оператор. Какой бы хороший алго ритм поиска не использовался, результаты его работы целесообразно проконтролиро вать, так как на сегодняшний день человеческий интеллект, опыт и интуиция далеко обгоняют компьютерный разум. Компьютеру лучше поручить то, что он умеет делать лучше человека – сбор, хранение, обработку информации и представление ее в удоб ном для принятия решений виде.

2. Полная автоматизация процесса поиска сигналов ПЭМИН "отучает" опытного и "не обучает" малоопытного оператора мыслить самостоятельно. Любая "внештат ная" ситуация ставит такого оператора в тупик.

3. Наш опыт создания и эксплуатации комплекса "Навигатор" и многих других автоматизированных комплексов неопровержимо доказывает, что эффективность ав томатизированных режимов по критерию времени и качества работы выше, чем в эф фективность работы комплексов, в которых реализованы полностью автоматические методы поиска и идентификации ПЭМИН.

Последний абзац нисколько не означает, что применять автоматизацию при специаль ных исследованиях вредно. Просто необходимо в разумных пропорциях сочетать автома тические и автоматизированные методы работы.

Мы уверены, более близкое знакомство с предлагаемыми разработками убедит Вас в том, что в России есть надежные отечественные автоматизированные комплексы для про ведения исследований ПЭМИН.

P.S. В данной статье затронута только малая часть общих проблем проведения специс следований. Приглашаем всех заинтересованных специалистов к обсуждению данных про блем на нашем сайте www.nelk.ru. На сайте можно познакомиться с предыдущими публи кациями на данную тему, задать вопросы, высказать свои мысли и предложения.

Комплекс "НАВИГАТОР". Краткие характеристики.

Назначение. Предназначен для автоматизации процесса специальных исследований и контроля защищенности.

Средства измерений. Любые средства измерений, удовлетворяющие требованиям реша емой задачи – анализаторы спектра или измерительные приемники. Входные преобразова тели – антенны, токосъемники, эквиваленты сети, пробники. Состав аппаратных средств и дополнительные опции к ним определяет Заказчик.

Решаемые задачи. Специсследования - расчет значений R2,r1,r1'. Контроль защищенно сти – расчет отношения c/ш на границе контролируемой зоны в том числе с учетом реаль ного затухания и использовании САЗ. Расчет требуемой защищенности цепей электропита ния, заземления и линий связи (как при измерении тока, так и напряжения), в том числе с учетом затухания и фильтров. Поиск сигналов электроакустических преобразований.

Частотный диапазон. Для поиска частот ПЭМИН ограничен характеристиками средств измерений. При расчете ограничен используемыми методиками Гостехкомиссии РФ и ис пользуемыми методиками МРП.

Юридическая база. Все необходимые для работы сертификаты Гостехкоммиссии Рос сии, метрологический сертификат соответствиям на комплекс, свидетельство о метрологи ческой аттестации программного обеспечения средств измерений физических объектов и полей на программное обеспечение.



Pages:     | 1 | 2 ||
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.