Использование нелинейного локатора для раннего обнаружения устройств звукозаписи

Н.С. Вернигоров, член-корр. Петровской АН, д. т. н., профессор, лауреат премии Совмина СССРСтатья "Использование нелинейного локатора для раннего обнаружения устройств звукозаписи" была опубликована в журнале "Конфидент" (№4, 2001 год).и посвящена анализу и выбору технических средств нелинейной радиолокации, способных осуществлять эффективное раннее обнаружение (при попытке проноса на защищаемый объект) любых типов скрытой звукозаписывающей аппаратуры и устройств передачи информации по радиоканалу. Обсуждаются вопросы применения нелинейного локатора в системе "рамка", показан метод выбора модели в зависимости от конструктивного решения стационарной системы контроля. Использование нелинейного локатора для раннего обнаружения устройств звукозаписи.Защита интересов предприятий всегда строилась и строится не только на сохранении тайны при конфиденциальной переписке по классическим почтовым каналам и современной электронной почте, но и на неразглашении содержания приватных переговоров, происходящих без протоколирования. В настоящее время остро встала задача обеспечения защиты переговоров от скрытого протоколирования современными электронными средствами регистрации. К скрытым устройствам регистрации можно отнести устройства передачи сообщений в реальном масштабе времени по радиоэфиру с записью информации на большом расстоянии от собеседников и миниатюрную звукозаписывающую аппаратуру, находящуюся у кого-то из собеседников. Сегодня приобретение и использование скрытых средств передачи информации по радиоканалу резко ограничено вступившим в силу с 1996 г. законодательством. Остался наиболее простой и законный способ скрытой регистрации при помощи звукозаписывающей аппаратуры. Бурное развитие электроники привело к тому, что этот класс аппаратуры стал сверхминиатюрным по размерам и позволяет производить записи большого объёма, причём не на традиционный магнитный носитель, а на электронный накопитель информации. Отсутствие магнитного носителя привело к невозможности обнаружения данных устройств известными классическими средствами. На сегодня имеются два решения задачи защиты от скрытой звукозаписи. Наиболее известным и распространённым является способ постановки помехи с помощью генератора, излучающего сигнал специальной формы в метровом и дециметровом диапазонах длин волн. Второй способ строится на раннем обнаружении регистрирующей аппаратуры, то есть до начала встречи сторон. Настоящая статья посвящена анализу и выбору технических средств, способных осуществлять эффективное раннее обнаружение любых типов скрытой звукозаписывающей аппаратуры и устройств передачи информации по радиоканалу. Обнаружение любой радиоэлектронной аппаратуры производится с помощью известного технического средства - нелинейного локатора (НЛ). Принцип обнаружения с помощью НЛ опубликован во многих работах [1-4]. Конструктивно устройство может быть выполнено в виде классической рамки (аналог рамки металлодетектора) или установлено непосредственно в дверной проём кабинета [3]. Задача обнаружения электронных изделий в режиме «рамка» требует определения двух основных критериев, предъявляемых к НЛ:• параметры передатчика локатора, • параметры приёмника локатора. Под этими параметрами понимаются не только чисто энергетические характеристики, но и характеристики в совокупности с антенными системами каналов приёма-передачи сигнала локатора. Эти два параметра влияют ещё на два важнейших эксплуатационных критерия:• обнаружительная характеристика системы, • безопасность использования открытого источника ВЧ-излучения для окружающего персонала в течение длительного времени. Особенность заключается в том, что эти два критерия являются антагонистическими. Цель пользователя системы - обнаружить всё, имеющее отношение к радиоэлектронным устройствам, а это определяется обнаружительной характеристикой. Однако достижение поставленной цели может войти в противоречие с безопасностью работы с открытым ВЧ-излучением. Это противоречие может быть разрешимо при правильном выборе и оценке параметров самого НЛ.Технические характеристики нелинейного локатора, удовлетворяющие требованиям безопасности обслуживания. Вариант установки НЛ в системе «рамка» схематично показан на рис. 1. Для повышения вероятности обнаружения антенны располагаются с двух сторон. Примем средний рост человека 170 см, а условную ширину - 60 см. Тогда облучаемая поверхность составит (170х60)х2 = 20 400 см2. В соответствии с регламентирующим документом [5] допустимая плотность потока мощности, которой подвергается персонал непрерывно в течение рабочего дня, не должен превышать 10 мкВт/см2. Зная величину облучаемой поверхности, находим, что максимальная мощность источника излучения не должна превышать 10-5 Вт/см2х2, 04х104 см2 = 0, 204 Вт. Данная величина представляет собой среднюю мощность максимально допустимого излучения. Для локаторов с непрерывным режимом указанное значение мощности передатчика является средней мощностью.

Для локаторов с импульсным режимом излучения средняя мощность определяется как импульсная мощность, делённая на скважность: Римп./Q, где Q = 1/F?, F - частота следования импульсов, Гц; ?- длительность импульса, с. Основные параметры НЛ приведены в специальной литературе [6, 7]. С учётом потерь мощности при делении, потерь в кабелях СВЧ и за счёт КСВН антенн локатора допустимая средняя мощность передатчика может составлять 0, 7 Вт. Необходимо помнить, что это значение равно сумме воздействующей мощности облучения с двух сторон. Ни одна модель НЛ с непрерывным режимом излучения не удовлетворяет требованиям безопасности для обслуживающего персонала [6, 7]. Напротив, все импульсные локаторы, несмотря на их кажущиеся значительные величины излучаемой импульсной мощности, полностью удовлетворяют требованиям безопасности при обслуживании. Из этого также следует, что при решении вопроса применения средств защиты от скрытой звукозаписи с помощью постановки помехи ВЧ- и СВЧ-генераторами необходимо учитывать безопасность руководителя, в кабинете которого находится и эксплуатируется данная аппаратура.Технические характеристики нелинейного локатора для обнаружения аппаратуры записи в режиме «рамка». Запишем уравнение радиолокационного наблюдения для нелинейной локации [4]:

где Рприним. - максимальное значение чувствительности локатора; Ризл.- мощность генератора; Gизл., Gприн. - коэффициент усиления приёмной и передающей антенн соответственно; ? = c/f - длина волны излучения, f - частота излучения, с - скорость света; ?(Ризл., f) - коэффициент преобразования на n-й гармонике, который зависит от мощности и частоты излучения; G1, G2, - коэффициенты усиления эквивалентных приёмной и передающей антенн объекта соответственно; k1(f) - коэффициент ослабления объектом падающей мощности на рабочей частоте; k2(f) - коэффициент ослабления преобразованной объектом мощности на частоте гармоники; kперед. - коэффициент передачи мощности в антенно-фидерном тракте за счёт потерь; r - расстояние до объекта обнаружения. При известных параметрах это выражение позволяет произвести инженерный расчёт обнаружительной характеристики любого локатора. Обратимся к рис. 1 и рассмотрим требования, предъявляемые к параметрам антенн. Прежде всего оценим необходимую и достаточную зону обнаружения на теле человека, в которой может располагаться электронное устройство. Первой очевидной зоной является расстояние от плеча до щиколоток. При среднем росте 170 см эта зона ВС составит 130-140 см, или 65-70 см вверх и вниз от оси антенн. Произведя простой расчёт по схеме рис. 1 из ВС = 2AD tg(?/2), получаем, что угол излучения (обзора) ? = 109°-113°. Чем меньше расстояние от антенн до объекта, тем меньше абсолютное значение зоны обзора. Угол падения излучения является характеристикой приёмоизлучающих антенн или их диаграммой направленности. Из диаграммы направленности вытекает важный параметр антенн - их коэффициент усиления. Чем уже диаграмма направленности (меньше величина ?), тем выше коэффициент усиления и меньше пространственная зона обнаружения. Расчётные значения зоны обнаружения для всех моделей НЛ, полученные из их значений диаграммы направленности (табл. 1) при расстояниях до объекта 30 см и 50 см приведены в табл. 2. Расстояние 30 см характерно при установке НЛ в стандартный дверной проём, шириной 90 см, а 50 см - для двухстворчатого дверного проёма, либо отдельно стоящей рамки шириной 120 см.

Из расчёта следует, что требуемой зоне обнаружения наиболее полно отвечают локаторы с диаграммой антенн ??90°. С другой стороны, напрашивается вопрос - для чего увеличивать зону обнаружения, если объект записи располагается или в кармане брюк, или во внутреннем кармане пиджака? При такой постановке вопроса зона обнаружения для среднего роста в 170 см составит всего 70-75 см. При установке НЛ в дверной проем 90 см этому требованию отвечают все модели, кроме «NR-900М1». Если ширина проёма составляет 120 см, тогда требованиям по зоне обзора отвечают все показанные типы локаторов. Второе требование к антеннам - вид поляризации излучённого электромагнитного поля (ЭМП). Требование к поляризации вытекает из следующего. Объект обнаружения, например диктофон, представляет собой плату с печатными проводниками, на которой установлены полупроводниковые элементы. Эти проводники представляют собой набор элементарных вибраторов, ориентированных в пространстве (в кармане, портфеле, папке и т. д.) произвольным образом, что означает неопределённость их статистической поляризации как при приёме основной частоты генератора, так и при излучении преобразованной гармоники. Для того чтобы объект обнаружения принимал частоту излучения с максимальной эффективностью, независимо от его ориентации в пространстве, необходимо излучение с круговой поляризацией. Это же требование предъявляется и к приёмной антенне локатора - для приёма переизлучённого сигнала от объекта на преобразованной гармонике с произвольной поляризацией, приёмная антенна локатора должна иметь круговую поляризацию. По поляризационным характеристикам локатор «Родник-23» в стационарном режиме может не подойти принципиально, поскольку обладает линейной поляризацией. Это будет показано ниже. Локатор «Онега-3» обладает эллиптической поляризацией. Вероятность обнаружения его составляет 100 % (R1/R1), где R1 - малая полуось эллипса, R2 - большая полуось эллипса. При R1 = R2 эллипс вырождается в окружность - круговая поляризация, при R1 = 0 эллипс (окружность) вырождается в линию - линейная поляризация. Соответственно, чем меньше отношение полуосей эллипса, тем меньше вероятность обнаружения по сравнению с круговой поляризацией. Этот фактор с очевидностью может привести к пропуску объекта. Прежде чем произвести расчёт требуемой чувствительности приёмника, определяющей обнаружительную способность НЛ в режиме «рамка», рассмотрим значения всех входящих в (1) параметров. Коэффициент 0, 5 перед Ризл. означает деление мощности передатчика на два идентичных канала. Коэффициент преобразования ?(P, f) является основополагающим. Коэффициенты ослабления сигналов k1(f) и k2(f) зависят от частоты по следующим причинам. Падающий на объект сигнал претерпевает отражение от поверхности одежды, которая имеет произвольную и сложную форму, ослабляется (поглощается) тканью одежды и корпусом объекта и при определённом положении тела человека в зоне обнаружения поглощается телом человека. Излучённый объектом сигнал на гармонике также испытывает отражение и поглощение тканью, но наибольший вклад вносит поглощение телом человека, ибо объект практически соприкасается с телом. Наиболее ярким примером этого служит использование радиомикрофона, расположенного в одежде человека. Так, при мощности радиопередатчика в 5 мВт на частоте 400-450 МГц дальность в свободном пространстве составит 450 м. Передача сигнала при расположении этого передатчика вблизи тела человека происходит на расстояние всего 50-70 м. Основное ослабление обусловлено только поглощением излучаемой энергии телом человека. Чем выше частота излучения, тем больше коэффициент поглощения. Значения коэффициентов усиления G1, G2, эквивалентных приёмно-передающих антенн объекта обнаружения в настоящее время не поддаются строгой оценке. Ранее [4] было показано расчётное значение ?(P, f) для СВЧ-диода, нагруженного на полуволновой симметричный вибратор и его экспериментальное значение, полученное для свободного пространства со всеми известными параметрами (1). Строгое математическое определение всех этих коэффициентов для сложного объекта не представляется возможным, поэтому наиболее приемлемый способ - определять экспериментально. С этой целью был проведён эксперимент по определению обнаружительных характеристик конкретного изделия - цифрового диктофона с электронным накопителем Samsung SVR-820 (время записи - 8 часов) на частотах излучения локаторов по табл. 1 - 680 МГц и 900 МГц при прочих равных параметрах. Это позволило определить общее значение величины: A = ?(Ризл., f) G1G2k1(f)k2(f) (2) В эксперименте принималось следующее: G1изл. = G2изл.; P1изл. = P2изл.; f1 = 680 МГц (? = 0, 441 м), f2 = 900 МГц (? = 0, 333 м); r = 0, 5 м. Длины кабелей незначительные, поэтому потерями в них можно пренебречь. Поляризация антенн на обеих частотах - круговая. По результатам эксперимента для цифрового диктофона SVR-820 получено следующее:

A1(680 МГц) = 1, 67х10-4 A2(900 МГц) = 3, 15х10-9

Для реального локатора коэффициент kперед. определяет величину мощности, подводимой к антенне, с учётом потерь в антенно-фидерном тракте. Потери в пассивном делителе мощности (он же является пассивным сумматором мощности для приёмника) составят по 5 % на деление и суммирование, что учитывается коэффициентом 0, 95. Длина кабелей тракта в каждом канале должна составлять 2 м. Для СВЧ-кабеля РК50-2-26 затухание на рабочих частотах локаторов, приведённых в табл. 1, составляет: 680 МГц - 0, 7 дБ/м; 1400 МГц - 0, 8 дБ/м; 900 МГц - 0, 8 дБ/м; 1800 МГц - 1, 0 дБ/м [8, 9]. Тогда ослабление сигнала передатчика и приёмника в каждом канале по кабелям составит для частоты 680-1360 МГц - 3, 2 дБ или 2, 1 раза, что равно коэффициенту передачи сигнала 1/2, 1= 0, 476. Для частоты 900-1800 МГц - 3, 6 дБ или 2, 3 раза, а коэффициент передачи сигнала составит 0, 435. Примем КСВН радиочастотных соединителей кабелей и антенн равным 1, 5. Тогда коэффициент передачи мощности в канале за счёт потерь на отражение сигнала составит 0, 95. Общий коэффициент передачи мощности в приёмо-передающем тракте одного канала будет ранен произведению всех коэффициентов и составит для частоты680-1360 МГц - kперед. = 0, 41; для 900-1800 МГц - kперед. = 0, 373. Таким образом, определены все необходимые параметры для расчёта по формуле (1) требуемой чувствительности приёмника НЛ, которая достаточна для обнаружения объекта записи при проходе через систему «рамка». Расчётное значение требуемой чувствительности Рприним. приёмника НЛ для двух значений расстояний 30 см и 50 см до конкретного аппарата звукозаписи - диктофона SVR-820 и конкретного типа локатора приведены в табл. 2.

В лаборатории ГРУ ГШ были проведены экспериментальные испытания по обнаружению другого объекта - радиомикрофона, который находился в платяном шкафу в нагрудном кармане пиджака [6]. Расстояние от стенки шкафа до объекта составляло 40 см. Чувствительность, при которой обнаруживался объект, составила для локатора с частотой f = 680 МГц - 75 дБ («Циклон»), для локатора с частотой f = 900 МГц - 95 дБ («NR-900M1»), При использовании параметров по табл. 1, получены следующие значения коэффициентов: A1(680 МГц) = 8, 4х10-7; A2(900 МГц) = 8, 2х10-9, соответствующие объекту - радиомикрофону. Как видно из двух экспериментов, значение коэффициента А, пропорционального всем входящим в формулу (1) важнейшим характеристикам системы, очень разнится в зависимости от типа объекта обнаружения. При этом очевидна зависимость этих характеристик от рабочей частоты локатора. Следует отметить ещё одну особенность применения НЛ в режиме «рамка», а именно необходимость обеспечения помехозащищённости в режиме ожидания, когда контролируемая зона является свободной. Главная помеха в этом режиме возникает за счёт посторонних внешних объектов, попадающих под облучение каждым каналом системы. Для отстройки от возможных неустранимых внешних помех в режиме ожидания требуется запас по чувствительности приёмника, превышающий необходимую чувствительность обнаружения искомого объекта. Эта величина ?Р дБ есть разность между максимальной чувствительностью приёмника локатора по его ТТХ и требуемой чувствительностью Рприним. для обнаружения объектов в зоне контроля. Данные по величине ?Р для объекта в виде диктофона SVR-820 приведены в табл. 2. Следует помнить, что для другого типа объекта эта величина может меняться как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения. Чем больше значение общего коэффициента А и больше запас по чувствительности ?Р, тем с большей вероятностью система обнаружит максимально большее количество любых скрытых объектов. Несмотря на запрет использования средств передачи информации по радиоэфиру, нельзя сбрасывать со счётов, что эти средства не будут применены во время конфиденциальных переговоров. Для раннего обнаружения этих устройств зона обнаружения должна соответствовать 130-140 см, ибо очевидно, что радиопередатчик может быть установлен под воротничок рубашки, пиджака, галстук и т. д.Заключение. Анализ показал, что нелинейный локатор является эффективным средством раннего обнаружения аппаратуры звукозаписи и передачи информации по радиоканалу, которое можно отнести к системам ограничения доступа или к системам стационарного контроля. В стационарном режиме работы локатора применение третьей гармоники невозможно в силу резкого уменьшения коэффициента преобразования ?(P, f) и, как следствие, уменьшение общего коэффициента А в формуле (2). Проведён анализ применения в системе контроля наиболее перспективных отечественных нелинейных локаторов, показан метод выбора модели в зависимости от конструктивного решения стационарной системы и получены следующее результаты. 1. Локатор «Циклон» отвечает необходимым требованиям, имея достаточный запас по чувствительности для отстройки от внешних помех, а плавная регулировка чувствительности позволяет произвести точную настройку. 2. Локатор «NR-900M1» удовлетворяет предъявляемым требованиям, но, в силу дискретной регулировки чувствительности приёмника - минус 10 дБ на ступень, может возникнуть ситуация, когда при отстройке от внешней помехи чувствительность окажется недостаточной для обнаружения требуемого объекта. 3. Локатор «Онега-3» будет работать на границе чувствительности приёмного тракта, практически не имея запаса по чувствительности для отстройки от помех. Кроме этого, эллиптическая поляризация может привести к пропуску объектов. 4. Локатор «Родник-23», по расчётам, на первый взгляд удовлетворяет требованию по чувствительности приёмного тракта и имеет достаточный запас чувствительности для отстройки от помех. Однако, несмотря на это, чувствительности приёмника может оказаться недостаточно в силу линейной поляризации. Это связано с тем, что излучаемый линейно поляризованный сигнал будет восприниматься объектом не полностью, поскольку ориентация элементарных антенн объекта произвольная, что для объекта эквивалентно уменьшению мощности излучения генератора. Аналогичное происходит при приёме преобразованного сигнала на гармонике. Приёмная антенна локатора с линейной поляризацией будет принимать преобразованный сигнал объекта не в полной мере. Эти два фактора приведут к тому, что истинная требуемая чувствительность приёмника для обнаружения объектов с вероятностью до 100 % окажется значительно выше не только расчётной, но и заданной по ТТХ. Если же его применение потребуется, необходимо понимать, что вероятность пропуска объектов будет высока. Этот факт указан и в протоколе лаборатории ГРУ ГШ [6], где сказано, что для обнаружения объекта с высокой вероятностью с помощью данной модели требуется обследование в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Очевидно, что в стационарном режиме «рамка» это сделать невозможно. Кроме этого, данная модель локатора, в силу его высокой средней мощности, не удовлетворяет требованиям безопасности. За дополнительными разъяснениями и консультациями автор просит читателей обращаться в редакцию журнала.

Литература1. Притыко С.М. Нелинейная радиолокация: принцип действия, область применения, приборы и системы // Системы безопасности. 1995. № 6. С. 67.2. Вернигоров Н.С. Нелинейный локатор - эффективное средство обеспечения безопасности в области утечки информации // Конфидент. 1996. № 1. С. 67.3. Вернигоров Н.С. Нелинейный локатор в системах ограничения доступа и контроля // Частный сыск. Охрана. Безопасность. 1998. № 8. С 36.4. Вернигоров Н. С. Принцип обнаружения объектов нелинейным радиолокатором // Конфидент. 1998. № 4. С. 68.5. СанПиН 2.2.4/2.1.8.055 - 96. Электромагнитные излучения СВЧ диапазона.6. Топоровский П. Средства нелинейной радиолокации: реальный взгляд // Системы безопасности. 1998. № 6. С. 94.7. Хорев А.А. Методы и средства поиска электронных устройств перехвата информации. М.: МО, 1998. Ч. 3. С. 224.8. «Кабель радиочастотный РК50-2-26 Технические условия ТУ 16-505.256-71».9. Белоруссов Н.И., Гроднев И.И. Радиочастотные кабели. М., «Энергия». 1978, С. 328.