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 || 3 |

«Учредитель – Российский СОДЕРЖАНИЕ новый университет ...»

-- [ Страница 2 ] --

Спектральная плотность мощности ХХ-составляющей (6) шума на выходе квадратичного детектора определяется вы ражением Мощность сигнала на выходе фильтра Ф1 будет равна Определим суммарную мощность СХ- и ХХ-составляющих На частоте = = 0 /4 имеем шума в полосе фильтра Ф1. С этой целью вначале определим автокорреляционные функции с СХ- и ХХ-составляющими (12) шума на выходе квадратичного детектора и по формуле Ви нера-Хинчина найдем спектральные плотности шума на час- Мощность ХХ-составляющей шума в полосе фильтра Ф1 бу тоте поднесущей и мощность шума в полосе фильтра Ф1. дет равна Автокорреляционная функция (АКФ) СХ-составляющей шума на выходе квадратичного детектора описывается вы- (13) ражением Определим отношение сигнал/шум (с/ш) в полосе фильтра (7) Ф (14) где R() - АКФ процесса A(t) или B(t). Здесь имеется в виду, что спектр ШПС и АЧХ фильтра Ф прямоугольной формы.

Следовательно, имеем где отношение сигнал/шум в полосе филь тра Ф.

Рассматривается РТС, в которой факт посылки сигнала на (8) приемной стороне заранее неизвестен и в которой применя ется статистический критерий оптимального обнаружения где 0 = 2·f ширина спектра ШПС, 2 мощность шума – критерий Неймана-Пирсона, а приемно-декодирующая в полосе фильтра Ф. аппаратура не обслуживается человеком и работает авто Автокорреляционная функция ХХ-составляющей шума на матически. В соответствии с критерием Неймана-Пирсона выходе квадратичного детектора равна вначале обеспечивается заданная и достаточная малая веро ятность ложного приема сигнала Рл = const, а затем прини (9) маются все меры для получения максимальной вероятности правильного приема сигнала Рк = max.

Спектральная плотность мощности СХ-составляющей шума Помехоустойчивость широкополосной РТС будем оцени в соответствии с формулой Винера-Хинчина определяется вать по величине коэффициента помехоустойчивости Кпу, выражением за который принимается отношение напряжения помехи Vп, взятой в полосе 1 кГц, к напряжению сигнала Vc на входе приемника, соответствующее вероятности Рк = 0,5. Коэф фициент определяется при условии непревышения вероят ности ложного приема заданной величины Рл за промежу ток времени, равный Та.

За коэффициент помехозащищенности Кпз принимается то же отношение Vn / Vc, при котором Рк = 0,5, но напряжение помехи берется не в полосе 1 кГц, а в полосе фильтра Ф, равной ширине спектра ШПС. Следовательно, коэффици Вычислив интегралы и приняв = = 0 /4, получаем ент помехозащищенности будет связан с коэффициентом помехоустойчивости соотношением (10) (15) 02_2011_SPT.indd 28 26.05.2011 14:41: ИССЛЕДОВАНИЯ где f – ширина спектра ШПС в кГц.

Число ошибок в приеме символов двоичной комбинации, как (20) случайная величина, имеет биномиальное распределение Положив в (20) Рк = 0,5, приходим к выражению для вероят ности правильного приема символа где Рэ – вероятность правильного приема символа двоичной (21) комбинации, число сочетаний из n по s, равное В нашем примере имеем Рэ = 0,707.

Вероятность ложного приема сигнала определяется по фор муле В схеме рис. 1 прием фазоманипулированного сигнала на поднесущей частоте может быть назван псевдокогерент (16) ным, т.к. в ней достигается практически такой же результат, как и при когерентном приеме. Следовательно, имеем где s – допустимое число ошибок в приеме символов, при котором еще обеспечивается заданная вероятность ложно го приема сигналов.

При достаточно большой разрядности кода можно перейти (22) от дискретного биномиального распределения к непрерыв ному гауссовскому (нормальному) распределению. Восполь- В нашем примере получаем q1 = 0,385.

зуемся такой возможностью и применив метод нормального Вернемся к формуле (14), которая приводится к биквадрат приближения по формуле Муавра-Лапласа получим ному уравнению (17) где Ф(х) – интеграл вероятности Лапласа, равный решив которое получаем (23) Здесь Tk = n·Tэ длительность n-разрядного двоичного сиг нала. В нашем примере m1 = 1200, q1 = 0,385. В соответствии с (23) Из (16) следует отношение сигнал /шум в полосе фильтра Ф будет равно q = 0,199.

(18) Коэффициент помехоустойчивости системы определяется по формуле где F(x) – функция, обратная интегралу вероятности Лап ласа. (24) Рассмотрим конкретный пример и определим показатели помехоустойчивости и помехозащищенности при следую- где полоса пропускания фильтра Ф берется в кГц. Для при щих исходных данных: веденных выше исходных данных в нашем примере получа заданная вероятность ложного приема сигнала Рл = 105 ем Kny = 0,458.

за время Та = 8,64·105 с;

Коэффициент помехозащищенности определим по форму разрядность кода n = 256;

ле (14) Knз = 5,017.

скорость передачи двоичной информации С = 100 бит/с;

Радиотехнические системы, работающие с широкополос длительность n-разрядного двоичного сигнала Тк = 2,56 с;

ными сигналами, по уровню обработки ШПС можно раз ширина спектра ШПС f = 120 кГц;

бить на три категории:

отношение полос пропускания фильтров Ф и Ф1 РТС, которые работают с широкополосными фазомани m1 = 1200. пулированными сигналами и в которых осуществляется В нашем примере, пользуясь соотношением Милса, имеем когерентный (квазикогерентный) прием радиосигнала F(1 – P) = 6,6. или прием на полосовой согласованный фильтр с после Тогда, в соответствии с (18), получим s = 75. дующим додетекторным декодированием;

РТС, в которых осуществляется согласованная додетек Вероятность правильного приема n-разрядного двоичного сигнала определяется выражением торная фильтрация ШПС;

РТС, в которых согласованная фильтрация осуществля (19) ется после детектирования ШПС.

В РТС первой категории приемник представляет собой ли По формуле Муавра-Лапласа имеем нейное устройство, и в нем отсутствует подавление сигна 02_2011_SPT.indd 29 26.05.2011 14:41: Спецтехника и связь № 2 ла помехой. Поэтому в РТС первой категории достигаются твии с формулой fmax = N·n·C в нашем примере составит максимально возможные уровни помехоустойчивости и по- fmax = 2,56 МГц.

мехозащищенности. Таким образом, требования к стабильности частоты и быс Однако для этого требуется высокая стабильность частоты тродействию цифровых устройств здесь являются весьма радиосигнала и чрезвычайно высокое быстродействие циф- умеренными.

ровых устройств обработки ШПС, которые на практике не Выводы всегда возможно реализовать.

В РТС второй категории требования, предъявляемые к ста бильности частоты сигнала и быстродействию цифровых 1. Широкополосные сигналы целесообразно применять, устройств обработки сигнала, существенно снижаются, но когда известна мощность помехи, т.е. когда имеет место помехоустойчивость и помехозащищенность РТС второй дуэльная ситуация «постановщик помех РТС», а узко категории будет значительно ниже. полосные сигналы – когда известна спектральная плот Рассмотренная в данной работе РТС, работающая с широ- ность мощности помехи.

кополосными ЧМ-сигналами, относится к РТС третьей кате- 2. По уровню обработки ШПС радиотехнической системы гории, в которой широкополосный сигнал непосредственно могут быть разбиты на три категории. В РТС первой ка поступает на вход детектора. Из-за сильного подавления тегории применяется когерентный прием или прием на сигнала помехой в детекторе помехоустойчивость РТС ока- ПСФ, а приемник представляет собой линейное устройс зывается значительно более низкой, чем при работе в тех тво. В РТС второй категории осуществляется додетектор же условиях с узкополосными сигналами. Например, РТС, ная согласованная фильтрация ШПС, в РТС третьей кате работающая с узкополосными ЧТ-сигналами, при некоге- гории – последетекторная согласованная фильтрация.

рентном приеме и приведенных выше исходных данных 3. Наиболее высокие показатели помехоустойчивости и по будет иметь коэффициент помехоустойчивости Kny = 3,0. мехозащищенности достигаются в РТС первой категории, Ширина преднамеренной сосредоточенной помехи в этом а самые низкие показатели – в РТС третьей категории, к случае будет равна f1 или шире. Это означает, что коэф- которой относится рассмотренная в данной работе РТС, фициент помехозащищенности будет равен коэффициенту работающая с широкополосными ЧМ-сигналами.

помехоустойчивости или превышать его. 4. Недостатком данной РТС является низкая помехоустой Преимущество рассмотренной РТС, прежде всего, заклю- чивость и невысокая помехозащищенность по отноше чается в энергетической скрытности передаваемых сиг- нию к широкополосной (заградительной) помехе.

налов, что снижает вероятность самого появления пред- 5. Достоинство рассмотренной РТС заключается в высокой намеренной помехи в канале связи. Поэтому она может скрытности сигналов и ее способности противостоять быть рекомендована для применения в условиях, когда мощной сосредоточенной в узкой полосе частот помехе, а существует активное радиопротиводействие со стороны также в сравнительной простоте технической реализации противника, несмотря на серьезное снижение помехоус- устройств формирования и обработки ШПС тойчивости.

Другое важное достоинство рассмотренной РТС заключа ется в том, что она способна противостоять мощным сосре доточенным в узкой полосе частот помехам. Действительно, сосредоточенная преднамеренная помеха появится в поло се фильтра Ф1 и нарушит нормальную работу РТС только в том случае, если в полосе фильтра Ф сосредоточенной поме хой будет поражена одна из составляющих АМ-сигнала. Ве роятность же такого события является достаточно низкой.

К отмеченному выше следует добавить то обстоятельство, что рассмотренная широкополосная система отличается простотой технической реализации и не требует больших Литература аппаратных затрат.

Требуемая стабильность частоты в данном случае определя ется по формуле (25) 1. Шумоподобные сигналы в системах передачи информа ции. /Под. ред. проф. В.Б. Пестрякова. М.: Сов. радио, где f0 – частота поднесущей. В нашем примере f0 = 30 кГц, 1973. – 423 с.

Тk = 2,56 с. Следовательно, получаем 2. Л.Е. Варакин. Системы связи с шумоподобными сигнала ми. – М.: Радио и связь, 1985. – 383 с.

3. Справочник по теории вероятностей и математической статистике. – М.: Наука, 1985. – 643 с.

Если каждый символ двоичной комбинации будет пред- 4. Ашимов Н.М. Помехоустойчивость и помехозащищен ставлен N = 10 отсчетами, максимальная тактовая час- ность радиолиний управления. М.: Изд. ВИУ, 2000. – тота в цифровом декодирующем устройстве в соответс- 375 с.

02_2011_SPT.indd 30 26.05.2011 14:41: обзор обзор ХИСАМОВ1 Денис Франгизович, кандидат технических наук СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕДУРЫ ФАЗИРОВАНИЯ ПСЕВДОСЛУЧАЙНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ НА КАНАЛАХ С ЗАВИСИМЫМИ И НЕЗАВИСИМЫМИ ОШИБКАМИ Разработан математический аппарат для оценки вероятности неприема псевдослучайной последовательности (ПСП) в биномиальных и составных каналах с релеевскими замираниями при синхронизации по методу зачетного отрезка. На основе полученных результатов даны практические рекомендации по реализации систем синхронизации датчиков ПСП на каналах низкого качества.

Ключевые слова: синхронизация псевдослучайной последовательности, каналы с релеевскими замираниями, биномиаль ные каналы.

The mathematical technique to assess the pseudorandom sequence non-acceptance probability on the channels with the tropospheric dissipation and the ionospheric reection of radio waves, as well as in the binomial binary symmetrical channel (BSC) have been developed in the paper.

Keywords: synchronization of the pseudorandom sequence, the Rayleigh fading channels, the binomial channels.

можно считать постоянным, она равна: n 60, или для тро Вывод вероятности неприема ПСП в канале посферного канала, где обычно U = 1200…2 000 000 бод с релеевскими замираниями при разнесенном n 100 000.

приеме с автовыбором Сделанное предложение будет справедливо для систем синхронизации с «зачетным отрезком» [2], при длине за Предположим, что параметр релеевского канала не успе- четного отрезка (ЗОТ), для КВ-каналов n 60 и для тропос вает измениться на заданном интервале времени, то есть: ферных каналов n 100 000. Известно [2], что длина за четного отрезка может быть равной: к+m n N=2k1, где 1 = 2 =...= n =... Указанные каналы называются со ставными каналами с переменными параметрами (КПП) к длина линейного рекуррентного регистра (ЛРР) датчи [1]. Такие условия приближенно выполняются, напри- ка ПСП;

m емкость счетчика совпадений принятого из мер, для коротковолновых (КВ) каналов, если n·0 0,5 c, канала отрезка ПСП с опорной ПСП, формируемой на а для тропосферных каналов при условии n·0 0,05 c. Со- месте. Тогда для КВ-канала длина зачетного отрезка может ответственно с учетом скорости передачи по данным ка- изменяться в пределах: k+m n 60, а для тропосферного налам получим для КВ-канала n 0,5·U и тропосферного канала: k+m n 100 000. Для нахождения вероятности не n 0,05·U, где U скорость передачи в канале;

0 длитель- приема ПСП Рн опишем модель канала синхронизации по ность элементарного импульса. Учитывая, что в КВ-канале «зачетному отрезку» при сделанных предположениях.

максимальная скорость передачи равна 300 бодам, легко оп- Разобьем ПСП на интервале анализа N’ на блоки из n эле ределить максимальную длину блока, в котором параметр i ментов. Получим Z = N/n не пересекающих «зачетных от доцент кафедры комплексной защиты информации, Кубанский институт информзащиты, Краснодар.

02_2011_SPT.indd 31 26.05.2011 14:41: Спецтехника и связь № 2 резков». Будем считать, что «зачетные отрезки» не зави- Q число ветвей разнесения.

симы между собой [2, 3] и на длине ЗОТ, по определению Подставляя (3) в (1) получим:

составного канала с переменными параметрами посто янно. Тогда для вероятности неприема ПСП будет спра- (4) ведливо равенство Вывод вероятности неприема ПСП в (1) биномиальном, двоичном симметричном канале где Pбо(n)-вероятность безошибочного приема блока из n символов в составном КПП. По аналогии с составным каналом КПП для вероятности Для вероятности правильного приема ПСП в составном неприема ПСП в биномиальном, двоичном симметричном КПП будет справедливо выражение: канале (ДСК) будет справедлива оценка:

(2) (5) Известно [1], что вероятность безошибочного приема бло- А для вероятности правильного приема можем записать:

ка из n символов в составном канале находится как:

(6) (3) где P = 1/(2 + H2), H2 = a2/2 отношение средней энергии элемента сигнала где на входе приемника к спектральной плотности помехи.

По найденным формулам (1), (4), (5), (6) произведем срав нительную оценку вероятности неприема ПСП Рн в со ставном КПП при разнесенном приеме с автовыбором и в эквивалентном биноминальном канале ДСК.

Рис. 1. Вероятность неприема ПСП в биномиальном и в составном квазибиномиальном каналах связи 02_2011_SPT.indd 32 26.05.2011 14:41: МЕТОДЫ Сравнительная оценка вероятности неприема го отрезка. Действительно, из графиков видно, что при ПСП в биномиальном и канале с релеевскими в биноминальном канале n = 11, а в сос замираниями с автовыбором тавном n = 40.

Следовательно, в составном канале быстрее можно вой По формулам (1), (4), (5), (6) для различных значений Q, n ти в синхронизм. Это преимущество хорошо видно на и N были произведены сравнительные расчеты на ПЭВМ. рис. 2. С увеличением длины зачетного отрезка n вероят Результаты расчетов показаны на рис. 1 в виде графиков ность правильного приема в составном канале убы функций: и на рис. 2 в виде графи- вает значительно медленнее, чем вероятность правильно ков функций: го приема в эквивалентном биномиальном канале. То Анализ графиков рис. 1 показывает, что вероятность не- есть в составном КПП вероятность правильного приема приема Рн в составном КПП гораздо меньше, чем в эквива- ПСП сохраняется на достаточно высоком уровне даже лентном биноминальном канале. Причем при увеличении при увеличении n в несколько раз. Расчеты показывают, отношения сигнал\помеха Н2 эта разница увеличивается. что с увеличением ветвей разнесения Q или периода ПСП Например, для N = 127, n = 20, Q = 1 и Н2 = 8, вероятность N качественные показатели системы синхронизации ПСП неприема в составном канале на 3 десятичных поряд- в составном КПП резко улучшаются. То есть вероятность ка меньше, чем вероятность неприема в эквивалентном неприема стремится к нулю, а вероятность правильного 0, а 1) (рис. 3). Расче, а при Н2 = 18, эти вероятнос биномиальном канале приема ПСП к единице ( ти различаются на 4 десятичных порядка. С увеличением ты показывают, что прием с разнесением и автовыбором целесообразно использовать при Н2 8, так как на таких же n эта разница убывает. Например, если для N = 127, Q = 1, H2 = 18 и n = 20 вероятность неприема в составном каналах эффективность одиночного приема резко па канале меньше вероятности неприема в биномиальном на дает, например, из рис. 2 видно, что при N = 127, Q = 1 и Н2 = 1 даже при n = 10 вероятность правильного приема 4 порядка, то при n = 50 эта разница убывает и составля ет всего лишь два порядка. При увеличении длины ЗОТ ПСП 0,5.

n вероятность неприема в составном канале возрастает Необходимо отметить, что при данной методике расчета не быстрее, чем в биномиальном, то есть синхронизация в со- учитываются чистые интервалы длиной в n знаков, появ ставном канале более критична к выбору длины зачетного ляющиеся на стыках между смежными зачетными отрез отрезка, чем в эквивалентном биноминальном канале. Од- ками. Следовательно, (1) и (5) дают верхнюю оценку для нако при одинаковых вероятностях неприема вероятность Рн. Для сравнения на рис. 1 показан график вероятности ложной синхронизации в составном КПП будет меньше, неприема ПСП, как функция от длины зачетного отрезка чем в биноминальном, за счет удлинения самого зачетно- = (n), рассчитанный по точной формуле Козлова [4].

Рис. 2. Оценка вероятности правильного приема ПСП в биномиальном и в составном канале с замираниями 02_2011_SPT.indd 33 26.05.2011 14:41: Спецтехника и связь № 2 бок на «g» фиксированных местах при одинаковых соот ношениях сигнал/помеха Н2 больше, чем в биномиальном, и уменьшается при раздвижении единиц в образце оши бок [1], то есть можем записать:

(7) где – вероятность появления образца ошибок eIд с расположе нием единиц на фиксированных местах, при условии, что расстояние между смежными единицами n;

iд расстоя ние между смежными единицами в образце ошибок eIд.

Из (7) видно, что вероятность появления чистого интер вала из n символов между смежными ЗОТ будет меньше вероятности его непоявления, то есть существенного уве личения вероятности правильного приема ПСП в состав ном КПП за счет неучтенных ЗОТ ожидать не прихо дится. В частности, расчеты показывают, что при n = погрешность за счет неучтенных ЗОТ составит примерно два процента.

Рис. 3. Вероятность правильного приема ПСП в В заключение отметим, что полученные результаты мож биномиальном канале и в канале с замираниями при ветвях разнесения Q = 1, Q = 2, Q = 3 но обобщить на КПП с произвольными параметрами ка нала i. Известно [1], что не зависит от конфигурации ошибок в зачетном блоке, а определяется лишь появлени = (n) при одинаковых Н2 идет ниже Видно, что кривая ем хотя бы одной ошибки.

кривой вероятности неприема ПСП в эквивалентном би- На основании этого с достаточной уверенностью можно номиальном канале = (n), но вероятность неприема утверждать, что количественные результаты по синхрони больше, чем в эквивалентном составном КПП. То есть зации ПСП полученные для составных КПП, будут спра хорошо сохраняется общая закономерность изменения ведливы и для каналов с произвольным значением пара вероятности неприема в биномиальном канале, рассчи- метра канала i.

танные по формуле Козлова и по формуле (5), полученной При выводе формул (1), (4), (5) предполагалось независи в данной работе, что указывает на верность предыдущих мость зачетных отрезков, хотя в реальных каналах связи выводов относительно сравнительного анализа синхрони- такая зависимость может наблюдаться. Поэтому важно зации ПСП в составном и биноминальных каналах связи. получение еще более общих соотношений для вероятнос В отличие от биномиального канала, оценка (4) для состав- тей Рн, учитывающих зависимость смежных зачетных от ного канала будет мало отличаться от истинной. Действи- резков между собой. Этим вопросам посвящены дальней тельно, в составном канале вероятность появления оши- шие исследования автора Литература 1. Коржик В.И., Финк Л.М. Помехоустойчивое кодирование дискретных сообщений в каналах со случайной структурой.

М.: Связь, 1975. – 275 с.

2. Хисамов Д.Ф. Расчет вероятности ложной синхронизации псевдослучайной последовательности по методу зачет ного отрезка в биномиальных каналах связи. / Сборник научных работ. – С.-Пб: СПб ВМИ, 2002. с. 5 7.

3. Хисамов Д.Ф. Граничные оценки вероятности синхронизации псевдослучайной последовательности на каналах с произвольным распределением ошибок. / Материалы международного конгресса «Математика в XXI веке»/ 25 июня 2003 г. Новосибирск: Академгородок, 2003. http://www.sbras.ru/ws/MMF-21/.

4. Козлов А.Ф. О вычислении вероятности неприема рекуррентного сигнала / Сборник научных трудов ЦНИИИС МО СССР. М.: 1964. № 4.

02_2011_SPT.indd 34 26.05.2011 14:41: обзор обзор ПЬЯНКОВ1 Олег Викторович, кандидат технических наук, доцент ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕРОЯТНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ СВЯЗИ ЦЕНТРОВ СИТУАЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ В статье рассматривается возможность применения аппарата теории массового обслуживания к расчету вероятност ных характеристик технических средств транкинговых систем связи, а также их выбору для использования в центрах ситуационного управления.

Ключевые слова: теория массового обслуживания, синтез уравнений.

In article possibility of application of the mass service theory apparatus to calculation of means trunking communication systems likelihood characteristics, and also to their choice for use in the situational management centres is considered.

Keywords: the theory of mass service, synthesis of the equations.

С тремительное развитие современных технологий в об- щих математических моделей и методов. Одним из возмож ласти телекоммуникаций позволяет использовать но- ных подходов решения данной задачи является использова вые формы организации управления на их основе. Повы- ние аппарата теории массового обслуживания [3, 4].

шение эффективности принятия управленческих решений Аппарат теории массового обслуживания обеспечивается консолидацией информационных ресурсов в едином центре, примером которых могут служить центры ситуационного управления [1]. Данные центры представля- Поскольку современные технические средства связи ют собой высокотехнологичные комплексы, включающие в (ТСС) могут обладать возможностью постановки в оче себя разнообразные технические средства приема-переда- редь поступающих вызовов (в терминологии теории мас чи, обработки и хранения данных, проведения видеоконфе- сового обслуживания – заявок, под заявкой будем пони ренцсвязи, информационные и информационно-аналити- мать присылаемый запрос о необходимости выполнения ческие системы и обслуживающий персонал. В частности определенных действий для его обслуживания), причем ситуационные центры могут создаваться для размещения очередь ограничивается только возможностями ТСС, то оперативных штабов органов внутренних дел при возник- систему связи можно считать смешанной системой массо новении кризисных ситуаций. При этом наибольшее значе- вого обслуживания.

ние приобретают средства связи, обеспечивающие наибо- Определим, каким условиям должны отвечать ТСС для их лее эффективное функционирование сотрудников ситуа- использования в центрах ситуационного управления. Для ционных центров, например, с помощью развертывания и этого будем считать поток заявок простейшим, а число пос использования транкинговых систем связи, что в частности тупивших заявок за интервал времени, распределенным является одним из приоритетных направлений развития по закону Пуассона систем профессиональной подвижной радиосвязи [2]. Од нако осуществление выбора технических средств, обеспе- (1) чивающих эффективную обработку поступающих данных в полной мере, не возможно без построения соответствую- где – интенсивность поступления заявок.

старший преподаватель Воронежского института МВД России.

02_2011_SPT.indd 35 26.05.2011 14:41: Спецтехника и связь № 2 x, В частности, вероятность, что за время не поступит ни од- (4) ab ной заявки, определяется как где a = 0, 1, 2 – категория обслуживаемой заявки, (2) b = 0, 1, 2 – категория заявки, поставленной в очередь.

Следовательно, обозначению 0x0 соответствует состояние Будем считать, что длительность обслуживания tоб одной за- ТСС, при котором обслуживается вызов высшей категории явки также распределена по показательному закону с плот- и один вызов этой же категории поставлен в очередь, обоз ностью распределения определяемой как начению x – отсутствие заявок в ТСС.

Построим схему переходов ТСС в виде графа в соответс (3) твии с требованием к транкинговым системам подвижной радиосвязи, рассмотренным выше.

где – интенсивность обслуживания заявок. Для упрощения графического представления смены со Одним из требований к транкинговым системам подвижной стояний ТСС на рис. 1 не отображены петли, имеющиеся радиосвязи органов внутренних дел является наличие трех у каждой вершины и соответствующие отсутствию смены категорий приоритета обслуживания: высшего, первого и состояний. Пунктиром проведены дуги графа, при исполь второго. При поступлении заявки высшей категории, ТСС зовании которых происходит потеря заявки, находящейся в приостанавливает обслуживание абонентов первой и вто- очереди. Веса дуг показывают интенсивность поступления рой категорий с постановкой их на ожидание. При поступ- заявок соответствующих категорий. Вес необозначенных лении заявки первой категории, ей предоставляется при- дуг равен интенсивности обслуживания. Дугами показа оритет по отношению к заявкам второй категории. Заявки ны разрешенные переходы, а возможность перескока через состояния, например, из 2х2 в х за малый промежуток време второй категории обслуживаются без приоритетов, при за нятости ТСС заявка становится в очередь. Вероятность од- ни, будем считать величиной высшего порядка малости по новременного поступления заявок одного типа будем счи- сравнению с вероятностью разрешенных переходов.

тать пренебрежимо малой, и учитывать ее не будем. Рассмотрим вероятности нахождения системы в каждом со Найдем выражения, позволяющие определить вероятност- стоянии ные характеристики работы ТСС, обладающего одним мес том в очереди, s = 1. p(t), 0p(t), 1p(t),..., apb(t).

Будем считать, что на вход системы поступает простейший Очевидно, что для любого момента времени поток с интенсивностями:

0 – для заявок высшей категории, (5) 1 – для заявок первой категории, 2 – для заявок второй категории. Зафиксировав момент времени t найдем вероятность Независимо от типа заявки интенсивность обслуживания p(t + t) того, что в момент t + t система будет находить будем считать одинаковой для всех и равной. Введем обоз- ся в состоянии х. Это может произойти следующими спосо начение состояние ТСС в виде: бами:

А – в момент t система находилась в состоянии х, и за время t не перешла из нее ни в 0х (не пришло ни одной заявки высшей категории), ни в 1х (не пришло ни одной заявки первой категории), ни в 2х (не пришло ни одной заявки второй категории);

В – в момент t система находилась в состоянии 0х, а за время t перешла из нее в х (заявка была обслужена);

С – в момент t система находилась в состоянии 1х, а за время t перешла из нее в х (заявка была обслужена);

D – в момент t система находилась в состоянии 2х, а за время t перешла из нее в х (заявка была обслужена).

По теореме сложения вероятностей имеем p(t + t) P(A) + P(B) + P(C) + P(D) (6) Вероятность того, что в момент t система была в состоянии х равна p(t). Вероятность того, что за время t не придет за явка высшей категории, равна, первой категории –, второй категории –.

По теореме умножения вероятность того, что не придет ни одна из них Рис. 1. Граф состояний ТСС С точностью до величин высшего порядка малости 02_2011_SPT.indd 36 26.05.2011 14:41: МЕТОДЫ (9) Следовательно, интегрированием можно получить значения всех вероятнос тей. Полученные вероятности можно использовать для рас чета относительной и абсолютной пропускной способности ТСС, вероятности отказа в обслуживании и др. Поскольку Найдем вероятность события В. Вероятность, что система планируется, что ТСС будет работать постоянно, то, несом находилась в состоянии 0х, равна 0p(t). Вероятность того, что ненно, будет интересным предельный установившийся ре за время t вызов был обслужен, равна с точнос- жим обслуживания заявок. Поскольку такой режим сущест тью до малых величин высшего порядка: вует для любой системы с отказами [4], найдем пределы рас сматриваемых вероятностей. Для этого заменим в системе из уравнений (8) производные нулями, а вероятности соот Следовательно, ветствующими пределами этих вероятностей. Тогда получим систему не из дифференциальных, а из алгебраических урав нений вида Аналогично для событий С и D (10) для решения которой необходимо добавить условие (9).

Заключение Отсюда получаем, что Решение полученной системы уравнений (и подобным ей при других условиях) позволит определить значения предельных вероятностей всех состояний axb, среднее время ожидания начала обслуживания, вероятность отказа и другие характе ристики системы связи. Однако оценку эффективности об или работки заявок можно осуществить, зная лишь вероятность нахождения системы в «наихудшем» состоянии, при кото ром поступающие заявки на обслуживание будут отклонены (в рассматриваемом случае такому состоянию соответствует 0x0, т.е. когда обслуживаются и находятся в очереди заявки с Перенося p(t) в левую часть, деля на t и переходя к пределу высшим приоритетом). Вероятность отказа в предельном слу при t 0, получим дифференциальное уравнение для p(t): чае можно найти в соответствии с [4] следующим образом:

(7) Аналогичные дифференциальные уравнения могут быть со- В то же время для оптимизации выбора ТСС можно задать ми ставлены и для других вероятностей состояний. нимальное значение вероятности появления наихудшего слу чая 0p0 и предложить решения по его изменению, например, Синтез систем уравнений путем увеличения мест в очереди каждого ТСС или увеличе нием числа ТСС, используемых в ситуационных центрах Процесс составления уравнений вида (7) для решения дан ной задачи можно упростить. Введем обозначения:

Литература avb – вершина графа, соответствующая состоянию axb, Ev(avb) – множество входящих дуг вершины avb, Eis(avb) – множество исходящих дуг вершины avb, 1. Меньших В.В., О.В. Пьянков, И.В. Щербакова. Моделиро Vv(avb) – множество вершин v, смежных с avb, соединен- вание информационных систем центров ситуационного ных с помощью входящих в вершину avb дуг, управления: Монография.– Воронеж: Научная книга, 2010.

v(e) – вес дуги e, – 127 с.

p(avb) – вероятность состояния axb, 2. Концепция «Развитие профессиональной подвижной ра Тогда диосвязи в Российской Федерации (2008 2015 гг.)». Минис терство информационных технологий и связи Российской Федерации, одобрена Правительственной комиссией по (8) федеральной связи (Протокол № 3 от 19 декабря 2007 г.).

3. Клейнрок Л. Теория массового обслуживания. – М.: Маши Составив систему уравнений в соответствии с (8) и указав ностроение, 1979. – 432 с.

начальные условия 4. Вентцель Е.С. Теория вероятностей – М.: Наука, 1969. – 576 с.

02_2011_SPT.indd 37 26.05.2011 14:41: Спецтехника и связь № 2 ГОЛУБИНСКИЙ1 Андрей Николаевич, кандидат технических наук ДВОРЯНКИН2 Сергей Владимирович, доктор технических наук, профессор К ВОПРОСУ О ПАРАМЕТРИЗАЦИИ РЕЗУЛЬТАТОВ АКУСТИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА ПРИ РЕАЛИЗАЦИИ КОНТАКТНО РАЗНОСТНОГО МЕТОДА АУДИОИДЕНТИФИКАЦИИ Рассмотрены вопросы распространения звуковых волн в теле человека. Предложена аппроксимация амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) тела человека с учетом различных видов затухания звука. Результаты аппроксимации могут быть ис пользованы при практической реализации контактно-разностного метода аудиоидентификации.

Ключевые слова: идентификация, голос, параметризация, речевой сигнал, рассеяние, поглощение, амплитудно-частотная ха рактеристика.

The questions of sound waves propagation in a human body are examined. The approximation of the amplitude-frequency response of a human body with the account of various kinds of sound attenuation is developed. Results of approximation can be used at realization of contact-dierent audioidentication method on practice.

Key words: identication, voice, parameterization, speech signal, scattering, absorption, amplitude-frequency response.

В настоящее время системы управления, безопасности, для ограничения и разграничения доступа к устройствам и связи и информационные системы часто используют системам, к средствам электронно-вычислительной техни аутентификацию личности для различных целей. При этом ки, к конфиденциальной информации, к услугам (например, две ее составные части – идентификация (установление) и телекоммуникационным, информационным, банковским и верификация (подтверждение) личности по голосу [1] – на- др.), а также к охраняемым зонам и помещениям. Особое ходят все более широкое применение в системах для огра- преимущество подобных систем проявляется при органи ничения несанкционированного доступа к информацион- зации удаленного легитимного доступа с использованием ным или материальным ресурсам. общедоступных телекоммуникационных каналов голосовой Аутентификация личности по особенностям голоса име- связи. Так, технология верификации говорящего компании ет ряд привлекательных сторон. Во-первых, существуют Veri Voice обеспечивает доступ к закрытым страницам Web различные хорошо развитые сети голосовой связи, во- с удаленного компьютера;

удаленный доступ посредством вторых, звуковые карты фактически стали стандартным идентификации голоса и Remote Access Server (RAS) компа оборудованием современных персональных компьюте- нии Microsoft использует двухключевую идентификацию ров. Кроме того, этот процесс опознавания является тра- с помощью верификации голоса и смарт-карт при доступе диционным для людей и не вызывает психологической к локальным и удаленным приложениям. Для регистрации неприязни. система «просит» пользователя произнести пароль – пос Методы голосовой идентификации широко применяются ледовательность случайных цифр. Голосовой отпечаток на практике. Автоматическое распознавание человека по занимает обычно от 2 до 5 кБ, а фраза-пароль длится около его голосовым характеристикам может быть использовано двух секунд звучания [2].

старший преподаватель Воронежского института МВД России, – декан факультета кибернетики НИЯУ МИФИ, Москва.

02_2011_SPT.indd 38 26.05.2011 14:41: ИССЛЕДОВАНИЯ В качестве недостатка биометрических систем идентифи кации личности по голосу необходимо отметить, прежде всего, то, что парольную фразу трудно сохранить в тайне.

Современные средства акустического прослушивания поз воляют достаточно успешно осуществлять несанкциониро ванное копирование парольной фразы. Как потенциальное противодействие указанной угрозе используют случайный розыгрыш парольных фраз, а в последнее время также ком бинирование с другими методами биометрической аутенти фикации [3]. Кроме того, ожидается, что полное исключе ние подобной опасности произойдет только при переходе к идентификации личности на произвольных фразах.

В этой связи дальнейшим развитием аутентификации лич ности по голосу является контактно-разностный метод [4], использующий инвариантные акустические характеристи ки костно-мышечной ткани человеческого тела как вибро акустического тракта передачи парольного аудиосигнала от голосового или иного источника до секретной точки ау диосъема в качестве нового биометрического параметра для идентификации [5], дополнительно к известным и новым перспективным, фазовым голосовым признакам [6, 7].

Рис. 1. Схема контактно-разностной Метод лежит в основе создания и применения контактно аудиоидентификации разностных систем аудиоидентификации, работающих с ис пользованием как традиционного, как правило, воздушного канала распространения парольного звука, слова, фразы от снятия парольного аудиосигнала с пальца, приложенного к голосового источника с их подачей на микрофон (ларинго- высокочувствительному вибродатчику, визуально похож на фон), так и виброакустического, с подачей прошедшего по процесс снятия отпечатка этого пальца со сканера и не вы нему парольного аудиосигнала на высокочувствительный зывает какого-либо отторжения у испытуемого. Несмотря вибродатчик, контактируемый с точкой аудиосъема. на это отметим, что отпечаток пальца является статическим Таким образом, на выходах систем мы имеем два аудиосиг- биопризнаком, который можно заменить муляжом при уда нала. Один эталонный, снятый непосредственно у источ- ленном доступе. В альтернативном подходе мы имеем дело ника звука и им сгенерированный. Второй, тестируемый, с динамическим биопризнаком, характеристики которого полученный в результате акустического зондирования вы- меняются время от времени, поскольку связаны с самим па бранного участка человеческого тела. Понятно, что после- рольным аудиосигналом, словом, фразой, случайным обра дующая разностная обработка указанных выходных аудио- зом выбираемыми из базы, словаря, и результатом его про сигналов и вычисление по ним как традиционных голосовых хождения по выбираемому тракту человеческого тела.

[8], так и новых биопризнаков, связанных с коэффициента- Отметим также, что количество секретных точек аудиосъе ми аппроксимации АЧХ и ФЧХ индивидуальной структуры ма и подключения, также несоизмеримо больше, чем десять выбранного участка костно-мышечной ткани, при прохож- отпечатков пальцев на руках. Все это повышает надежность дении по нему парольного аудиосигнала, позволит повысить всей системы контактно-разностной аудиоидентификации, надежность и помехоустойчивость контактно-разностной делает ее более гибкой и защищенной.

аудиоидентификации личности по сравнению с существу- В этой статье рассматриваются вопросы выделения группы ющими методами и подходами. признаков, связанных только с АЧХ виброакустического Заметим, что в ряде приложений в качестве парольного тракта распространения парольного аудиосигнала. Призна сигнала может использоваться не только речь, но и любой ки, выделяемые из ФЧХ тестируемого тракта звукопереда акустический сигнал с заданными свойствами от специаль- чи, будут рассмотрены в последующих статьях.

ного звукового генератора, подключенного через вибро- Таким образом, акустическую модель тела человека можно излучатель к начальной точке (входу) выбранного участка представить в виде сложной уникальной системы провод человеческого тела, рассматриваемого как канал звукопе- ников звукового сигнала, формируемого в носоглотке при редачи. Точками подключения и съема аудиосигнала могут произнесении каких-либо звуков. Использование специ быть любые точки тела (рис. 1). Удобней и предпочтитель- альных датчиков ларингофонного типа позволяет регист ней использовать открытые участки, например, шеи, ладо- рировать звуковые сигналы, распространяющиеся через ней, запястьев и пальцев рук. Прототипы виброизлучателей биологические жидкости, мягкие и твердые ткани человека, и вибродатчиков с необходимыми характеристиками уже с последующим формированием индивидуального биомет имеются на рынке безопасности. рического образа.

Одним из примеров реализации системы контактно-разно- При идентификации сигналы снимаются с выбранной об стной аудиоидентификации может служить речевая систе- ласти регистрации колебаний – это может быть, например, ма с ларингофоном, приложенным к шее, и вибродатчиком, голова, плечо, локоть, запястье руки, колено и т.п. Следует к которому прикладывается один из пальцев руки. Процесс отметить, что для различных точек наблюдения (областей 02_2011_SPT.indd 39 26.05.2011 14:41: Спецтехника и связь № 2 регистрации) сигнала, вследствие разных трактов звукопе- пластина и др. [11 – 13]. Строгое решение задачи дифрак редачи, акустические характеристики принимаемых коле- ции звуковой волны на жестком и мягком цилиндре, сфере баний будут отличаться. Таким образом, если злоумышлен- можно найти в литературе [11, 14, 15]. Так как большинство ник не знает область регистрации акустического сигнала, то неоднородностей имеют характерные размеры (a) меньше фальсификация такого принимаемого колебания сущест- или много меньше длины звуковой волны (), то явление венно усложняется. дифракции звука на неоднородности сложной формы мож На сегодняшний день сигнал, регистрируемый ларинго- но рассматривать как рассеяние в приближении теории Рэ фоном, описать с достаточной степенью точности весьма лея [14, 15].

проблематично вследствие того, что тело человека является В случае аппроксимации неоднородности сферой, отноше весьма сложной по своей структуре средой распростране- ние интенсивности рассеянной волны к падающей (жест ния звуковых волн. Описание акустических свойств чело- кая сфера, низкие частоты ka 1, дальняя зона kr 1, где веческого тела должно учитывать форму и структуру неод- k = 2/ – волновое число) [16]:

нородной биологической среды распространения звуковых волн, включающую в себя: кожу, мышцы, хрящи, костную ткань, жировую ткань, сосуды, кровь и т.д. [9, 10]. (1) Цель работы – анализ видов затухания звуковых волн в теле человека, аппроксимация амплитудно-частотной ха- где a – радиус сферы;

– угол между направлением рассе рактеристики тела человека применительно к контактно- яния и направлением, противоположным направлению пада разностному методу голосовой идентификации. ющей волны;

f = c/ – частота звуковой волны;

c – скорость При произнесении речевого сигнала с практической поло- звука в среде. Заметим, что для малых частиц (ka 1) на сой частот примерно от 70 Гц до 4 кГц (диапазон, где нахо- встречу падающей волне рассеянная энергия в 25 раз боль дится подавляющее большинство энергии речевого сигнала, ше, чем в направлении волны.

для вокализованного речевого сегмента: нижняя граница При аппроксимации неоднородности цилиндром отноше соответствует частоте основного тона, а верхняя – частоте ние интенсивности рассеянной волны к падающей (жест четвертой форманты) также распространяются звуковые кий цилиндр, низкие частоты ka 1, дальняя зона kr 1, колебания посредством мышц человека, его костей, мягких волна падает перпендикулярно к цилиндру) [16]:

тканей, сосудов, кожи и т.д. Регистрируемое колебание в точке приема представляют собой сигнал, прошедший не который тракт звукопередачи тела человека, интенсивность (2) которого уменьшается (ослабляется, затухает) из-за влияния различных факторов. Заметим, что различные спектраль- где a – радиус основания цилиндра. Для малых частиц, на ные составляющие акустических колебаний, проходящих встречу падающей волне рассеянная энергия в 9 раз боль через тело человека, будут ослабляться по-разному. При- ше, чем в направлении волны.

чем, если характеризовать частотные свойства человечес- Характеристики рассеяния для неоднородностей различ кого тела амплитудно-частотной характеристикой |K(j)|, то ных форм можно найти в литературе [17 – 19].

правомерно возникают вопросы: «Как различные факторы Поглощение (тепловое затухание) звуковых волн в теле че влияют на затухание звука?» и «Какие частоты сильнее под- ловека можно условно разделить на два типа, первый из ко вержены затуханию, чем это обусловлено?» торых – поглощение в твердых телах. Данный тип поглоще Проанализируем основные виды затухания звуковых коле- ния обусловлен внутренним трением и теплопроводностью баний при распространении в теле человека. Звуковая вол- [20], при этом отношение интенсивности волны прошедшей на, сгенерированная голосовыми связками при распростра- в среде расстояние l к интенсивности падающей волны:

нении в человеческом теле затухает вследствие:

расширения волнового фронта;

рассеяния на неоднородностях среды распространения;

(3) поглощения звуковых волн в твердых телах, жидкостях и газах. где a – коэффициент поглощения по интенсивности [Нп/ Остановимся подробнее на каждом из видов затухания зву- см], который для твердых тел пропорционален частоте ковых волн. a(f) ~ f;

– некоторая константа.

При распространении от реального источника излучения Второй тип – поглощение звуковых волн в жидкостях и га сферической звуковой волны ее интенсивность (Jr) умень- зах, которое обусловлено [18, 20]:

сдвиговой вязкостью;

шается обратно пропорционально квадрату расстояния объемной вязкостью;

(Jr ~1/r2), а для цилиндрической волны обратно пропорцио теплопроводностью среды;

нально расстоянию (Jr ~ 1/r).

релаксационным поглощением (включает в себя колеба Тело человека является неоднородной средой распростра нения акустических волн, при этом в процессе распростра- тельную релаксацию, структурную релаксацию, пово нения звуковых волн происходит их переизлучение раз- ротно-изомерную релаксацию, диссоциацию растворен личными неоднородностями. Аппроксимация неоднород- ных веществ в растворах электролитов и др.).

ностей может осуществляться различными элементарными Коэффициент (классического) поглощения по интенсивнос фигурами, такими как: цилиндр, сфера, эллипсоид, конус, ти, учитывающий сдвиговую и объемную вязкости, а также 02_2011_SPT.indd 40 26.05.2011 14:41: ИССЛЕДОВАНИЯ теплопроводность среды имеет вид [13, 18, 20]: или, если частота в герцах, а затухание в Нп/см:

(4) (5е) где – плотность среды;

и – коэффициенты сдвиговой Обобщая функциональные зависимости выражений (5а) – и объемной вязкости соответственно;

– коэффициент (5г), можно записать следующую аппроксимацию коэффи теплопроводности;

Cp и Cv – теплоемкости среды при пос- циента поглощения, учитывающего классическое и молеку тоянном давлении и объеме соответственно. лярное поглощение:

Коэффициент (молекулярного) релаксационного поглоще ния, как правило, аппроксимируется на основе экспери ментальных данных различными функциональными зави- (6) симостями, которые определяются составом жидкости или газа. Наиболее широко процессы релаксационного погло- где G – константа;

fTk – частота релаксации для k-го иона в щения исследованы для морской воды, при этом для ионной среде, зависящая от температуры среды (T);

Hk – эмпири релаксации наряду с вязкостью коэффициент поглощения ческие постоянные для k-го иона в среде.

аппроксимируют следующими выражениями: Таким образом, отношение интенсивности волны прошед шей в среде расстояние l к интенсивности падающей волны 1) формула, полученная Либерманом [17, 18]:

имеет вид:

(5а) (7) где fT – частота релаксации, обратная времени релаксации;

A и B – некоторые эмпирические постоянные, зависящие Приведем таблицу скорости распространения звука (c) в от ионного состава морской воды;

воздухе, воде, некоторых тканях тела человека, а также 2) формула Шулькина и Марша, справедливая на частотах плотности (), акустические сопротивления (Ra = c) при 3 500 кГц [18, 19]: t = 25° C, здесь же указаны глубины проникновения волны в среду (Le) по данным из [9] и глубины полупоглощения (L2) по данным из [10] (глубина проникновения волны в среду (5б) Le = L2 /ln(2) 1,443·L2), для частоты 1 МГц (табл. 1).

В табл. 2 приведены коэффициенты поглощения (a, Нп/см) C и D – некоторые константы. Заметим, что на низких для частоты f1 = 1 МГц, рассчитанные по выражению (9) на (f fT) и высоких (f fT) частотах, коэффициент погло- основе данных из [9, 10]:

щения становится пропорциональным квадрату частоты – соответственно (8) и а на резонансной частоте (f = fT): ;

(9) 3) формула Торпа, работающая в диапазоне частот от 100 Гц до 3 кГц [18, 19]: Также в табл. 2 приведены коэффициенты поглощения в пересчете на другую частоту f2 (100 Гц и 1 кГц), при следу ющих условных приближениях: пропорционально квадрату (5в) частоты для жидкостей (и газов), т.е., например, для крови:

или, если частота в герцах, а затухание в неперах на санти метр (1дБ/км = 0,115·10-5 Нп/см): (10) и пропорционально частоте для твердых тел (условно счита (5г) лись твердыми телами: костная, мышечная и жировая тка ни, а также кожа):

4) в диапазоне частот от 16 Гц до 60 кГц данные опытов удов летворительно аппроксимируются аналитической зависи мостью, предложенной Шихи и Хэлли [17, 19]: (11) Заметим, что в общем случае следует учитывать дисперсию (5д) скорости звука, то есть ее изменение в зависимости от час тоты [17–20].

02_2011_SPT.indd 41 26.05.2011 14:41: Спецтехника и связь № 2 Таблица Глубина Глубина, кг/ Ra, Глубина проникновения c, c, м/с проникновения м3 кг/(м2·с) Вещество м/с полупоглощения, волны в среду, [9] волны в среду, [10] [10] [10] L2, см [10] Le = L2/ln(2), Le, см [9] см [10] Воздух 346 1,3 430 Вода 1496 1000 1,49·10 Кровь 1515 50 35 50, Жировая 1,32· 1460 904 15 3,3 4, ткань Мышечная 1,54· 1568 1550 994 5 2,1 3, ткань 1,6· Мозг 1538 1520 1053 Кожа 3 Костная 3360 – 6,22· 3660 1700 1 0,23 0, ткань 1,7· Печень 1570 1570 1083 Таблица f1 = 1 МГц f2 = 1 кГц f2 = 100 Гц Вещество, Нп/см, Нп/см, Нп/см, Нп/см, Нп/см, Нп/см [9] [10] (по данным [9]) (по данным [10]) (по данным [9]) (по данным [10]) Кровь (ж) 2·10-8 1,98·10-8 2·10-10 1,98·10- 0,02 0, Жировая ткань (Т) 6,7·10-5 2,1·10-4 6,7·10-6 2,1·10- 0,067 0, Мышечная ткань (Т) 2·10-4 3,3·10-4 2·10-5 3,3·10- 0,2 0, Кожа (Т) 3,3·10-4 3,3·10- 0,33 Костная ткань (Т) 10-3 3·10-3 10-4 3·10- 1 Как видно из табл. 2, поглощение в теле человека должно 3 и 4 – константы, характеризующие рассеяние;


G1 и G2, быть очень мало для речевого диапазона частот. Коэффици- Ak и Bk – константы, характеризующие поглощение.

ент поглощения в децибелах на сантиметр, рассчитывается Так как показатель экспоненты в выражении (12), как пра с учетом, что 1дБ/см = 0,115 Нп/см. вило, много меньше единицы, то, раскладывая экспоненту в Таким образом, учитывая затухание звуковых волн в теле ряд Тейлора и ограничившись первыми двумя членами раз человека вследствие расширения волнового фронта, рассе- ложения, получим:

яния на неоднородностях среды распространения (1), (2), а также поглощения в твердых телах, жидкостях и газах (3), (6) можно предложить следующую аппроксимацию отно шения интенсивности регистрируемой волны к начальной интенсивности, применительно к контактно-разностному методу голосовой идентификации: (13) На основе выражения (13) можно получить следующую ап проксимацию АЧХ полиномом шестой степени (соответс твует релаксационным эффектам на низких, высоких и ре (12) зонансных частотах):

где |K(j)|2 – квадрат АЧХ участка тела человека;

K0 – кон- (14) станта, соответствующая максимальному значению АЧХ;

02_2011_SPT.indd 42 26.05.2011 14:41: ИССЛЕДОВАНИЯ здесь 1, 2, 6 – коэффициенты аппроксимации АЧХ тела рассеянием звука на неоднородностях;

дифракционными человека, характеризующие вектор {n} уникальных био- потерями, связанными с утечкой энергии из канала рас метрических параметров человека;

также должно выпол- пространения;

нелинейными эффектами, возникающими няться условие при распространении звука [21]. Также можно выдвинуть гипотезу о том, что аномально высокое затухание связано с поглощением в пористых средах (резонансные и тепловые эффекты в костных и жировых тканях и др.) [22], и много.

кратным рассеянием звуковых волн на различных неодно родностях тела человека [9, 10].

Следует отметить, что затухание звука в диапазоне от Таким образом, проанализированы различные виды затуха 70 Гц до 4 кГц может существенно превышать расчетное зна- ния звуковых волн речевого диапазона в теле человека, на чение, вычисленное на основе формул (1) – (5), это может основе проведенного анализа предложена аппроксимация быть связано с рядом низкочастотных релаксационных про- амплитудно-частотной характеристики участка тела чело цессов различных ионов в крови человека [13, 18];

поглоще- века применительно к контактно-разностному методу голо нием воздушными пузырьками и газовыми включениями;

совой идентификации Литература 1. Болл Р.М. Руководство по биометрии / Р.М. Болл, Дж.Х. Коннел, Ш. Панканти, Н.К. Рахта, Э.У. Сеньор. – М.: Техносфера, 2007. – 368 с.

2. http://www.des-crypto.ru/itsecur/voice/ 3. http://biometr.chat.ru/GL-1/2/Vois/IdentiVois.html 4. Дворянкин С.В. Об удаленной биометрической идентификации обучаемых на основе контактно-разностной речевой обработки парольных фраз / С.В. Дворянкин, С.Б. Гаврилюк, А.Г. Калиновский / XI международная научная конференция «Цивилизация знаний: Проблемы модернизации России». Сборник материалов. – М.: РосНОУ, 2010.

5. Патент РФ №2263358: МПК G 10 L 15/06, G 10 L 17/00. Способ автоматического распознавания человека с использовани ем акустических сигналов, снимаемых с тела человека / С.Л. Бочкарев, В.В. Андрианов, И.В. Бочкарев – № 2003136444/09.

Заявл. 11.12.03. Опубл. 27.10.05. Бюл. № 30.

6. Дворянкин С.В. Использование вектора приведенных начальных фаз гармоник речевого сигнала как дополнительного при знака верификации говорящего / VI международная научная конференция «Информатизация и информационная безо пасность правоохранительных органов». Сборник трудов. – М.: Академия управления МВД России, 1996. – С. 174 – 177.

7. Воробьев В.И. Межкомпонентная фазовая обработка речевых сигналов для их распознавания и идентификации дикто ров / XVIII сессия Российского акустического общества. Сборник трудов XXII сессии РАО. – М.: ГЕОС, 2006. – Т. 3. – С.

48 – 52.

8. Милошенко А.А. Разработка методики использования широких фонетических категорий в задачах верификации дикто ра: автореф. дис. канд. техн. наук. – Москва, 2010. – 24 с.

9. Родзин В.И. Основы экологического мониторинга / В.И. Родзин, Г.В. Семенцов. – Таганрог: Таганрогский радиотехничес кий институт, 1988. – 260 с.

10. Федорова В.Н. Краткий курс медицинской и биологической физики с элементами реабилитологии / В.Н. Федорова, Л.А.

Степанова. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005. – 624 с.

11. Лепендин Л.Ф. Акустика. – М.: Высшая школа, 1978. – 448 с.

12. Крылов В.В. Основы теории излучения и рассеяния звука. – М.: Изд-во МГУ, 1989. – 118 с.

13. Красильников В.А. Введение в акустику. – М.: Изд-во МГУ, 1992. – 152 с.

14. Стретт Дж.В. (лорд Рэлей) Теория звука. – 2-е изд. – M.: ГИТТЛ, 1955. – Т. 2. – 476 с.

15. Морз Ф. Колебания и звук. – М.-Л.: ГИТТЛ, 1949. – 496 с.

16. Ржевкин С.Н. Курс лекций по теории звука. – М.: Изд-во МГУ, 1960. – 336 с.

17. Сташкевич А.П. Акустика моря. – Л.: Судостроение, 1966. – 351 с.

18. Урик Р.Дж. Основы Гидроакустики. – Л.: Судостроение, 1978. – 442 с.

19. Рожин Ф.В. Общая гидроакустика / Ф.В. Рожин, О.С. Тонаканов. – М.: Изд-во МГУ, 1988. – 160 с.

20. Ультразвук / под ред. И.П. Голяминой. – М.: Советская энциклопедия, 1979. – 400 с.

21. Физика океана: Гидродинамика океана / Под ред. В.М. Каменковича, А.С. Монина. – M.: Наука, 1978. – Т. 2. – 439 с.

22. Фурдуев В.В. Электроакустика. – М.-Л.: ГИТТЛ, 1948. – 514 с.

02_2011_SPT.indd 43 26.05.2011 14:41: Спецтехника и связь № 2 КОЗЛАЧКОВ1 Сергей Борисович МЕТОДИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ОЦЕНКИ ЗАЩИЩЕННОСТИ РЕЧЕВОЙ ИНФОРМАЦИИ В статье проведен сопоставительный анализ методов оценки защищенности речевой информации. Показаны проблемы повы шения точности и достоверности определения разборчивости речи, связанные с совершенствованием методов шумоочистки и обработки информации.

Ключевые слова: выделенные помещения, разборчивость речи, шумоочистка.

In article the comparative analysis of an estimation’s methods of the speech information protection is carried out. Accuracy increase and reliability of the speech legibility denition problems connected with perfection of the noise ltering methods and the information processing are shown.

Keywords: allocated premises, speech legibility, noise ltering.

В настоящее время для целей обеспечения безопасности искажения, наличие ключевых семантических элементов и речевой информации (РИ), циркулирующей в выделен- др.), влияющих на разборчивость речи. Объективные (инс ных помещениях (ВП) используются различные методы, трументально-расчетные) методы оценки разборчивости оценивающие интегральный критерий – разборчивость речи в зависимости от вида измеряемых параметров можно речи (РР) [5]. разделить на три группы: формантные, модуляционные и Всего насчитывается несколько десятков методов расчета и эмпирические.

измерения разборчивости речи. Условно все методы разде- Классификация основных отечественных и зарубежных ляют на два класса: объективные и субъективные. При этом объективных методов оценки разборчивости речи пред необходимо учитывать, что во многих объективных методах ставлена на рис. 1.

используются экспериментальные результаты, полученные Считается, что из всех представленных наибольшей точнос в процессе субъективных артикуляционных испытаний. тью оценок обладают методы, основанные на формантной К объективным относятся методы, основанные на инстру- теории речи, наименьшей – эмпирические [2]. На постсо ментальных измерениях численных значений параметров ветском пространстве при оценке защищенности РС в ос речевых сообщений (РС), к субъективным – базирующие- новном используются различные версии формантного ме ся непосредственно на экспертных оценках. К недостаткам тода, среди которых наибольшее распространение получи субъективных методов, следует отнести низкую оператив- ли версии Н.Б. Покровского и М.А. Сапожкова [2].

ность, трудоемкость и сложность получения результатов. Основные отличия вариантов формантного метода заключа При этом их несомненным преимуществом (например, ме- ются в различном толковании и учете влияния частных пара тода артикуляционных испытаний) являются универсаль- метров – формантного спектра речи и коэффициентов вос ность. А высокая достоверность обеспечивается значитель- приятия формант. Так, в зарубежной версии формантного ным объемом анализируемых статистических данных. метода AI (Articulation Index) и его модификациях считается, В свою очередь объективные (инструментально-расчетные) что разборчивость речи пропорциональна средней разно методы обладают высокой оперативностью, но имеют огра- сти между пиковым уровнем речи и эффективным уровнем ничения принципиального характера, сужающие область маскирующего шума в 20-ти равноартикуляционных либо в их применения. Это обуславливает их относительное разно- 1/1 или 1/3 октавных полосах [11]. Алгоритмически этот ме образие по учету специфических факторов (реверберация, тод во многом схож с отечественным методом определения – старший преподаватель МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва 02_2011_SPT.indd 44 26.05.2011 14:41: МЕТОДЫ Рис. 1. Классификация объективных методов оценки разборчивости речи спектр – понятие вспомогательное и необязательное [4].


Корректное сопоставление коэффициента восприятия фор мант р(Е) с учетом различий отечественных версий прове дено в работах украинских ученых [2 4], результирующие графики представлены на рис. 2. Частотная зависимость коэффициента восприятия формант р(Е) и различия в оп ределении форматного спектра здесь учтены при определе нии значений В (разница между уровнями спектра речи и спектра формант, дБ), изменяющихся в пределах от 5 до 12, дБ (версия Н.Б. Покровского).

Анализ представленных графиков показывает, что различия в линейной части усредненных графиков коэффициента вос приятия методов Н.Б. Покровского и М.А. Сапожкова состав ляют около 1,5 дБ, что представляется незначительным, т.к.

сопоставимо с инструментальной погрешностью измерений [10]. При малых отношениях сигнал/шум результаты оце нивания разборчивости могут существенно отличаться, что объясняется принципиальной трудностью организации ис Рис. 2. Сопоставление зависимостей коэффициентов следований в условиях малых отношений сигнал/шум [3].

восприятия от относительного уровня интенсивности Особое внимание следует обратить на значительные от формант Е для различных версий формантного метода личия от всех остальных варианта Ю.С. Быкова, что обус ловлено использованием специфических испытательных тестов [9]. Целью исследований Ю.С. Быкова была оценка разборчивости по версии Н.Б. Покровского [11]. В версии разборчивости команд, передаваемых экипажам боевых ма М.А Сапожкова при расчетах также оперируют пиковы- шин (танков, самолетов и т.п.) по каналам радиотелефонной ми значениями уровней сигнала и маскирующего шума, а связи. В этом случае появляется возможность дополнитель спектр формант отождествляется со спектром речи, в то ного повышения разборчивости за счет сравнения принима время как Н.Б. Покровский не отождествляет спектр речи емого сообщения с определенным тематическим словарем.

и спектр формант и, кроме того, оперирует с эффективны- Сопоставление оценок защищенности РИ по версиям ми уровнями сигнала и шума. Примечательно, что в каждой Н.Б. Покровского и М.А. Сапожкова по критерию словесной отечественной версии формантного метода формантный разборчивости W приводит к неоднозначным результатам, спектр определяется по-иному. Исходя из этих фактов не- как это показано на рис. 4. Так, по версии Н.Б. Покровско которые исследователи делают вывод, что формантный го при малых интегральных отношениях сигнал/шум белый 02_2011_SPT.indd 45 26.05.2011 14:41: Спецтехника и связь № 2 Рис. 3. Зависимость словесной разборчивости W от соотношения сигнал/шум (SNR, дБ) по Н.Б. Покровскому (а) и М.А. Сапожкову (б) шум лишь ненамного уступает розовому шуму по маскирую щим свойствам. Между тем, по версии М.А. Сапожкова, бе лый шум обладает наихудшими маскирующими свойствами при малых интегральных отношениях сигнал/шум [3].

В целом различия в линейной части графиков для однотип ных маскирующих шумов составляют около 6 дБ, что согла суется с разбросом оценок значений коэффициента вос приятия формант р(Е) (рис. 2).

Однако гораздо большее влияние на оценку РР оказывают иные факторы: априорные данные (тематические словари) о содержании переговоров, современные методы шумо очистки, возможности лингвистического анализа, много кратное прослушивание записанных РС. При этом многие из вышеперечисленных факторов не находят адекватного отражения в действующих методиках.

Так, современные методы ведения акустической речевой разведки [8, 13] позволяют на этапе предварительного изуче ния объекта разведки собрать не только априорные данные Рис. 4. Зависимость словесной разборчивости W от о семантике сообщений, но и получить образцы (сигнатуры) интегрального соотношения сигнал/шум (SNR), в полосе голосов возможных участников переговоров. В этом случае частот 90 – 11 200 Гц для разных видов помех:

необходимо учитывать возможность повышения фактичес- 1 – речеподобный шум (из белого);

2 – речевая помеха кой разборчивости речи W относительно оценок, получен- (речевой хор из отрезков связных текстов);

3 – розовый ных по действующим в настоящее время методикам. шум;

4 – белый шум;

5 – формантоподобная помеха Результаты некоторых проведенных исследований (рис. 4) (речевой хор с огибающей, соответствующей спектру формант) также показали, что разборчивость резко возрастает, если реципиенту дается возможность сравнения перехваченных речевых сообщений с заранее заданным тематическим сло варем [1]. приведенными на рис. 3, могут составлять от 4 до 7 дБ.

Сопоставительный анализ графиков позволяет сделать вы- Процесс восприятия звуков слуховым анализатором челове вод об увеличении словесной разборчивости при использо- ка может быть разделен на три ступени: акустическую, фоне вании связных текстов для одинаковых видов помех и рав- тическую и лингвистическую [12]. На первой ступени сигнал ном соотношении сигнал/шум. анализируется как физический процесс, определяется комп Особое внимание следует обратить на принципиальное лекс его параметров. На второй ступени происходит сравне сходство графиков с результатами, полученными Ю.С. Бы- ние параметров сигнала со «стандартами» памяти и первич ковым (рис. 3) для коэффициента восприятия, а также на об- ное распознавание звука речи. На третьей ступени, не учиты щий характер графиков W, отличающихся от более пологого ваемой действующими методиками, производится уточнение характера зависимостей, приведенных на рис. 4. Различия звука речи по вероятностным связям между звуками речи (по в оценках защищенности РИ, в соответствии с графиками, смыслу). В случае непреднамеренного прослушивания и при 02_2011_SPT.indd 46 26.05.2011 14:41: МЕТОДЫ Таблица 1. Значения коэффициентов улучшения отношения сигнал/шум при использовании цифровых методов шумоочистки Номер Диапазон возможных значений коэффициентов улуч Среднегеометрическая частота полосы fi, Гц полосы шения отношения сигнал/шум xi, дБ 1 125 1,5 – 2, 2 250 4,0 – 7, 3 500 4,0 – 7, 4 1000 3,0 – 6, 5 2000 1,5 – 3, 6 4000 0,5 – 1, 7 8000 0,2 – 0, артикуляционных испытаниях ограничиваются преимущес- утечки по техническим каналам. /Доклады ТУСУРа, июнь твенно первыми двумя ступенями [12], при этом анализ РС 2010, № 1 (21), часть 1.

осуществляется в режиме реального времени. 2. Гавриленко А.В., Дидковский В.С., Продеус А.Н. Сравни В режиме отложенного анализа записи РС разборчивость тельный анализ некоторых методов оценки разборчи речи существенно возрастает за счет комплексного исполь- вости речи. /Акустический симпозиум «Консонанс-2007».

зования лингвистического анализа (третья ступень) и мето- Тезисы доклада, 2527 июля (вересень) 2007. – Киев, 2007.

дов шумоочистки [8]. – С. 54 65.

Так, проведенные теоретические и экспериментальные 3. Гавриленко О.В., Дидковский В.С., Продеус А.Н. Расчет исследования [6 8] показали, что при использовании сов- и измерение разборчивости речи при малых отношени ременных процедур цифровой обработки речи возможно ях сигнал-шум. Часть 1. Корректное измерение функции повышение отношения сигнал/шум на 0,2 – 7 дБ в каждой распределения речевого сигнала / Электроника и связь.

октавной полосе. Численные значения коэффициента улуч- Тематический выпуск «Проблемы электроники», 2007.

шения отношения сигнал/шум xi приведены в табл. 1. ч. 1. – С. 137 141.

При определении численных значений xi необходимо прини- 4. Гавриленко О.В., Дидковский В.С., Продеус А.Н. Сопос мать во внимание, что с появлением новых, более совершен- тавление версий формантного метода оценки разборчи ных методов и способов шумоочистки значения xi могут воз- вости речи. / Электроника и связь, Тематический выпуск расти. Пределы такого роста определить достаточно сложно, «Проблемы электроники», 2008. ч. 1. – С. 227 230.

поскольку отсутствуют методы и способы объективной оцен- 5. Герасименко В.Г., Лаврухин Ю.Н., Тупота В.И. Методы ки эффективности различных методов шумоочистки. защиты акустической речевой информации от утечки по Учитывая эти обстоятельства, можно считать, что в опреде- техническим каналам. – М.: РЦИБ «Факел», 2008. – 256 с.

ленной степени значения xi, приведенные в табл. 1, носят 6. Дворянкин С. В., Харченко Л. А., Козлачков С.Б. Оценка за условный характер. Таким образом, суммарный, с учетом щищенности речевой информации с учетом современных различий версий формантного метода и фактора исполь- технологий шумоочистки. /Вопросы защиты информа зования тематических словарей, разброс корректируемых ции. М.: ФГУП «ВИМИ», 2007. № 2 (77). С. 37 40.

значений xi при определении параметров РР может соста- 7. Дворянкин С.В. Эксперименты по восстановлению иска вить от 4 до 10 дБ. женной шумами речи. /Управление безопасностью, май 2004.

Выводы 8. Дворянкин С.В., Макаров Ю.К. Хорев А.А. Обоснование критериев эффективности защиты речевой информа 1. Существующие методы оценки защищенности РИ слож- ции./ Защита информации. Инсайд, 2007. – № 2 – С. но в полной мере адаптировать к задачам объективной – 25.

оценки защищенности РИ, циркулирующей в ВП. 9. Калинцев Ю.К. Разборчивость речи в цифровых вокоде 2. Численные значения оценочных критериев, полученные рах. М.: Радио и связь, 1991. 220 с.

с использованием субъективных характеристик слухово- 10. Покровский Н.Б. Расчет и измерение разборчивости го восприятия, не могут гарантировать защищенность РИ, речи. – М.: Гос. Издательство литературы по вопросам циркулирующей в ВП. связи и радио, 1962. – 392 с.

3. Целесообразно рассмотреть возможность использования 11. Рашевский Я.И., Каргашин В.Л. Обзор зарубежных ме иных дополнительных критериев и новые методы оценки тодов определения разборчивости речи. /Специальная защищенности РИ техника, №№ 4 6, 2002, №1, 2003.

12. Сапожков М.А. Речевой сигнал в кибернетике и связи.

М.: Связьиздат, 1963. – 472 с.

Литература 13. Хорев А.А. Техническая защита информации: учеб. по собие для студентов вузов. /Т.1. Технические каналы 1. А.П. Бацула, А.А. Иванов, И.Л. Рева, В.А. Трушин. О досто- утечки информации. – М.;

НПЦ «Аналитика», 2008. – верности оценки защищенности речевой информации от 436 с.: ил.

02_2011_SPT.indd 47 26.05.2011 14:41: Спецтехника и связь № 2 БОЛЬШОВ1 Олег Анатольевич, кандидат технических наук, доцент ПОРОГОВЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ПРИ ВОКОДЕРНОЙ СВЯЗИ (ОРТОГОНАЛЬНЫЙ ВОКОДЕР) В данной статье представлены результаты исследований, направленных на обеспечение информационной безопасности ра диоканалов связи, по которым передаются речевые сообщения при вокодерной связи. На основании эмпирических данных о порогах слуховой чувствительности человека определены некоторые пороговые соотношения сигнал/шум на входе разве дывательного приемника, при которых оператор разбирает сообщения слабо, на пределе возможного. Полученные данные предназначены для разработки норм защищенности цифровых радиоэлектронных средств и систем связи.

Ключевые слова: ортогональный вокодер, пороговые сигналы, защита информации.

This paper represents the results of studies designed to provide information security of radio communication channels transmitting speech messages. On the basis of empirical data on the human hearing sensitivity thresholds, some threshold signal noise ratios were determined at the input of an intelligence receiver, where an operator can hardly read messages at the lowest possible limit.

The received data will provide development of security standards for radio electronic communication facilities and systems.

Key words: vocoder, threshold signals, information protection.

И нформационная революция, происшедшая в мире за Но применение способов и средств защиты, естественно, последние годы, привела к интенсивному развитию должно быть соразмерно степени опасности утечки инфор средств связи и вычислительной техники. В процессе ин- мации. Применительно к проблеме защиты информации в форматизации происходит кардинальная смена мировоз- радиоканалах передачи речи это означает, что целесообраз зрения людей на роль научных знаний и ценность интеллек- ность применения средств и методов обеспечения инфор туальной собственности. мационной безопасности должна определяться качеством Всякая информация лишь до тех пор чего-нибудь стоит, пока речи в акустическом канале разведывательного приемника.

она несет в себе элемент новизны. А новой информация яв- До тех пор пока оператор средств перехвата не разбирает ляется до тех пор, пока она не становится общеизвестной. В речевые сообщения – нет необходимости в противодейс противном случае ценность ее падает до нуля. Поэтому не твии радиоэлектронной разведки противника. Но разбира случайно, что наряду с интенсивным развитием средств и ет он речевые сообщения – и уже требуется маскировка систем передачи все более значимой становится проблема сигнала от технических средств оппонента. Это положение обеспечения защиты информации. Защита информации выдвигает актуальную проблему определения пороговых в системах связи – весьма важная составляющая обеспе- уровней безопасных мощностей сигналов как в акустичес чения гарантий безопасности личности. Но не только это- ких, так и в радиоканалах утечки речевой информации. Ак го. Различные системы и сети связи всегда использовались туальность указанной проблемы подтверждается тем, что для передачи информации конфиденциального характера показатель устойчивости против несанкционированного и с более или менее высоким эффектом применяли разно- доступа к сигналу не является основным показателем качес образные способы защиты от ущерба, который может быть тва при создании радиоэлектронных систем (РЭС). Так це причинен несанкционированным доступом к циркулирую- лью защищаемой системы является определение ограниче щим в системах сведениям. Проблемы защиты информации ния на нижнее значение соотношения сигнал/шум на входе и несанкционированного доступа к ней приняли антагонис- собственного приемника, когда гарантированно обеспечи тический характер в постановке, известной из теории игр. вается высокая разборчивость на выходе – в акустическом Московский авиационный институт (ГТУ), доцент кафедры радиосистем передачи информации и управления.

02_2011_SPT.indd 48 26.05.2011 14:41: ИССЛЕДОВАНИЯ значений соотношения сигнал/шум на входе приемника, канале приемника абонента. Однако при штатных условиях когда обеспечивается хорошая разборчивость.

эксплуатации радиосистемы всегда имеются технические Для систем и средств защиты речевой информации от не каналы утечки за счет непреднамеренных электромагнит санкционированного доступа (перехвата), напротив, инте ных излучений, которыми сопровождается передача речи.

ресна оценка предельно малых уровней сигналов на пороге Следовательно, вполне естественным и логичным становит разборчивости (то есть в области, где работает аппаратура ся стремление к незаконному, несанкционированному об несанкционированного доступа к речевым сообщениям).

ладанию конфиденциальной информацией, передаваемой Задача определения таких пороговых сигналов возникает по связной линии. При этом для системы противодействия при защите информации в системах связи разных типов и представляет интерес оценка максимально допустимого со классов. В том числе и в системах связи, использующих во отношения сигнал/шум на входе разведывательного прием кодеры.

ника, при котором еще обеспечивается достаточная защи Речевой сигнал, с учетом разброса его параметров и инди щенность информации и исключается возможность озна видуальных особенностей для разных людей, имеет доволь комления несанкционированного пользователя с речевым но широкий динамический диапазон. Соответственно он сообщением. Последнее условие также отражает особую требует для передачи по каналу связи низкого уровня помех актуальность проблемы защиты информации в радиокана и высокой верхней границы неискаженной передачи. В ре лах передачи речи.

альных каналах верхняя граница бывает жестко ограничена Актуальность исследований в области информационной бе требованиями согласования при переходах в другие каналы, зопасности констатируется и рядом принятых в последнее перегрузкой усилителей и другими причинами. А уровень время законов, не имеющих аналогов во всей предшествую помех бывает довольно высоким. Поэтому пропустить ре щей истории России, а также соответствующими подзакон чевой сигнал через канал без искажений невозможно из-за ными актами, которых уже много, но еще явно не достаточ перегрузки сильных и маскировки слабых по уровню звуков но для четкого и корректного регулирования отношений в речи. Выход один – сжать или ограничить динамический области защиты информации.

диапазон речевого сигнала до величины динамического диа Учитывая отмеченные выше особенности обеспечения без пазона канала, повысив тем самым помехозащищенность опасности информации, исходя из практических потреб передачи речи и ее разборчивость на приеме. Компрессия ностей, автором для научных исследований была избрана динамического диапазона необходима и для обработки ре проблема оценки степени защищенности информации, ко чевого сигнала в тех случаях, когда он должен подвергать торой оперируют технические системы, создающие каналы ся преобразованиям типа вокодерных (от английских слов утечки за счет побочных и непреднамеренных электромаг voice– голос и coder– кодировщик).

нитных излучений речепреобразующих устройств.

Для телефонных каналов в соответствии с принятым стан Изменение экономических отношений и безусловное при дартом спектр речи ограничивается полосой частот от знание прав граждан и юридических лиц на владение, ис fH = 300 Гц до fB = 3,4 кГц, а частоту дискретизации принима пользование и распоряжение интеллектуальной собствен ностью придает особую актуальность проблеме защиты ют fД = 8 кГц [3]. При этих условиях требуемая скорость пе конфиденциальной информации, передаваемой по каналам редачи дискретизированной речи соответствует величине связи. RK = fДn 2fB = 6,8 кбит/с, где n – число двоичных символов Мероприятия и средства обеспечения защиты информации в кодовой комбинации, передающей амплитуду речевого должны планироваться и осуществляться с учетом степени сигнала. Покажем, что цифровая передача речевого сигнала опасности каналов утечки (то есть нормативов защищен- имеет очень большую избыточность.

ности). Оценку степени защищенности каналов передачи Будем полагать, что под звуками речи понимается фонемы.



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 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.