Торокин А.А. Инженерно-техническая защита информации, 2005

Детали объектов, их количество, характер расположения дают представление о сложном объекте и позволяют отличить его от по­ добных по форме.

Тени объектов возникают в условиях прямого солнечного ос­ вещения и являются важными демаскирующими признаками объ­ екта при наблюдении его сверху. Некоторые объекты (например, линии электропередачи, антенные мачты, ограждения и т. д.) час­ то распознают только по тени. Различают два вида тени: собствен­ ную, от элементов объектов, которая ложится на поверхность са­ мого объекта, и падающую, отбрасываемую объектом на фон. По падающей тени можно обнаружить объект, определить его бо­ ковые размеры, высоту, а также в ряде случаев и форму.

Важнейшим свойством поверхности объекта, определяющим его цвет и яркость, является коэффициент отражения поверхнос­ ти для различных длин волн и частот: в видимом, инфракрасном и радиодиапазоне.

Объекты по-разному отражают падающие на них лучи света. Например, коэффициент отражения листвы летом в ближнем инф­ ракрасном диапазоне в 3-5 раз выше, чем в видимом, а у бетонных и асфальтовых покрытий отличаются незначительно.

Отражательные свойства объектов описываются коэффициен­ тами (спектральными и интегральным) и индикатрисой отражения. Индикатриса отражения характеризует распределение силы отра­ женного света в пространстве. Интегральный коэффициент отра­ жения определяется в результате усреднения спектральных (на од­ ной длине волны) коэффициентов отражения в рассматриваемом диапазоне длин волн.

В зависимости от характера поверхности различают направ­ ленное (зеркальное), рассеянное (диффузное) и смешанное от­ ражения. Граница между ними условная и определяется соотно­ шением величин неровностей поверхности и длины падающей вол­ ны. Поверхность считается гладкой и отражение от нее зеркальное, если отношение среднеквадратичного значения высоты неровнос­ тей h к длине волны X менее единицы, шероховатой с диффузным отражением, если более двух. Следовательно, шероховатая поверх­ ность в видимом свете может в ИК-диапазоне выглядеть как глад­ кая. Диффузное отражение присуще мелкоструктурным элемен­

61

там, таким как песок, свежевыпавший снег. Большинство объектов земной поверхности имеют смешанную индикатрису отражения.

Яркость объекта, определяемая не только коэффициентами от­ ражения объекта, но и яркостью внешнего источника освещения, относится к косвенным признакам, таким как дым, пыль, его сле­ ды на различных поверхностях.

Любые тела излучают электромагнитные волны в ИК-диапа- зоне. Величина энергии, излучаемая любым телом с температу­ рой Т, пропорциональна в соответствии с формулой Стефана— Больцмана величине Т4. В ближней (0,75-1,3 мкм) и средней (1,2- 3,0 мкм) зонах ИК-излучения мощность теплового (собственного) излучения объектов значительно меньше мощности отраженного от объекта потока солнечной энергии. С переходом в длинноволно­ вую область ИК-диапазона мощность собственного излучения на­ гретых Солнцем объектов становится соизмеримой с мощностью отраженной ими солнечной энергии. Максимум энергии ИК-излу­ чения тел при температуре воздуха летом находится в диапазоне 3-5 и 8-14 мкм. Чем выше температура тела, тем больше излуча­ емая энергия, а ее максимум смещается в сторону более коротких волн. Поэтому нагретые тела с помощью соответствующих прибо­ ров могут наблюдаться в полной, с точки зрения человека-наблю- дателя, темноте.

При оценке излучений в инфракрасном диапазоне необходимо учитывать теплопроводность материалов объектов наблюдения. Нагреваясь от солнечных лучей, они к отраженному свету добав­ ляют повышающуюся с ростом температуры долю собственных излучений. В связи с этими свойствами в инфракрасном диапазоне появляется дополнительный признак— температура различных участков поверхности объекта по отношению к температуре фона.

Зрительный анализатор человека не воспринимает лучи в ин­ фракрасном диапазоне. Поэтому видовые демаскирующие призна­ ки в этом диапазоне добываются с помощью специальных прибо­ ров (ночного видения, тепловизоров), имеющих худшее разреше­ ние, чем глаз человека. Кроме того, видимое изображение на экра­ нах этих приборов одноцветное. Но изображение в инфракрасном диапазоне может быть получено при малой освещенности объек­

62

та или даже в полной темноте, а к демаскирующим признакам до­ бавляются признаки, характеризующие температуру поверхности объекта.

В общем случае к демаскирующим признакам объекта в ИКдиапазоне относятся:

• геометрические характеристики внешнего вида объекта (фор­ ма, размеры, детали поверхности);

• температура поверхности.

В радиодиапазоне наблюдается более сложная картина, чем при отражении света. Отражательные возможности поверхности в этом диапазоне определяются, кроме указанных для света, ее элек­ тропроводностью и конфигурацией относительно направления падающей волны. Большая часть суши отражает электромагнит­ ную волну в радиодиапазоне диффузно, спокойная водная поверх­ ность — зеркально.

Радиолокационное изображение объектов сложной формы (автомобиль, самолет и др.) формируется совокупностью отдель­ ных пятен различной яркости, соответствующих так называемым «блестящим точкам»» объектов, отражающих сигнал в направле­ нии радиолокационной станции (РЛС). «Блестящие точки» на экра­ не локатора создают элементы поверхности объектов, расположен­ ные перпендикулярно направлению облучения, а также элемен­ ты конструкции, которые после переотражений радиоволн внутри конструкции возвращают их к радиолокатору.

Наибольшей отражающей способностью в направлении антен­ ны радиолокационной станции обладают конструкции в виде 2-4 жестко связанных между собой взаимно перпендикулярных ме­ таллических или металлизированных плоскостей. Такие конструк­ ции называются уголковыми радиоотражателями, применяемы­ ми для имитации ложных объектов.

Конкретный вид радиолокационного изображения зависит от положения объекта относительно направления облучения, так как при изменении ориентации меняется количество и взаимное по­ ложение «блестящих точек». Обобщенные результаты анализа ра­ диолокационных изображений местности и объектов приведены в табл. 3.1 и 3.2 [6].

63

64

Примечание. ВПП — взлетно-посадочная полоса аэродрома.

Отражательная способность объекта в радиодиапазоне ха­ рактеризуется эффективной поверхностью (площадью) рассеяния (ЭПР). Эффективная поверхность рассеяния (отражения) соот­ ветствует площади металлической поверхности гипотетическо­ го объекта, который равномерно отражает во все стороны элект­ ромагнитную волну радиолокационной станции, а размещенный в месте нахождения реального объекта создает у приемной антенны радиолокационной станции такую же плотность потока мощнос­ ти, как и реальный объект. Следовательно, реальный объект заме­ няется моделью с определенной поверхностью рассеяния, интег­ ральные отражательные свойства которой соответствуют реально­ му объекту. Так как энергия отраженной волны зависит от конфи­ гурации поверхности облучаемого объекта, то значения его ЭПР имеют для одного и того же объекта большой разброс, зависящий от положения объекта относительно направления на радиолокаци­ онную станцию. Эффективная поверхность рассеяния человека со­ ставляет около 0,1-0,5 м2, легкового автомобиля — около 1-5 м2, грузового автомобиля 3-10 м2.

Так как частота колебаний электромагнитного поля радио­ локационной станции велика, (в 3-см диапазоне составляет около 10 ГГц), то в силу поверхностного эффекта в отражении электро­ магнитной волны принимает участие тонкий слой (порядка 0,01 мм) металлической поверхности объекта. Чем хуже электрическая про­ водимость объекта отражения, тем ниже коэффициент отражения и глубже проникает электромагнитная волна. Проникающая спо­ собность в дециметровом диапазоне для сухой почвы, например, может составлять 1-2 м. Отражение радиоволн сантиметрового

65

диапазона от бетона слабее, чем от металла, в 3-5 раз, а от кирпич­ ной кладки — в 8-10 раз.

Отражающая способность земной поверхности изменяется в широких пределах в зависимости от ее шероховатости, диэлектри­ ческой проницаемости материала и длины волны. Средняя удель­ ная (деленная на геометрическую площадь облучаемой поверхнос­ ти) ЭПР песчаной почвы составляет 0,003, луга летом — 0,01, кус­ тарника — 0,03, лесного массива — 0,05 [7].

К основным видовым демаскирующим признакам объектов радиолокационного наблюдения относятся:

•эффективная поверхность рассеяния;

•геометрические и яркостные характеристики (форма, размеры, яркость, детали);

•электропроводность поверхности.

Видовые демаскирующие признаки в радиодиапазоне добыва­ ются также с помощью тепловой радиолокации, приемники кото­ рой способны принимать сигналы собственных электромагнитных излучений и формировать на их основе изображения объектов. Так как возможности радиолокаторов, в особенности тепловых, весь­ ма ограничены по разрешению, то в радиодиапазоне выявляется меньший, чем в видимом диапазоне набор демаскирующих при­ знаков.

Таким образом, максимальное количество признаков внешне­ го вида объектов добывают в видимом оптическом диапазоне фо­ топриемники с высоким разрешением, к которым в первую очередь относятся глаз человека и фотопленка.

В инфракрасном и радиодиапазонах отсутствует такой инфор­ мативный признак как цвет. С увеличением длины волны ухудша­ ется разрешение значений признаков, например точность оценки размеров объекта и его деталей. Если в инфракрасном диапазоне по изображению можно измерять объекты на местности с точнос­ тью до долей мм, то максимальное разрешение радиолокационных станций составляет единицы метров. Поэтому на радиолокацион­ ном изображении будут отсутствовать многие детали объекта, на­ блюдаемые на его изображении в оптическом диапазоне. Однако в инфракрасном и радиодиапазонах проявляются дополнительные признаки, которые в видимом диапазоне отсутствуют.

66

Следовательно, видовые демаскирующие признаки объектов образуют признаковые структуры, отличающиеся в различных диапазонах длин электромагнитных волн. Эти свойства видовых демаскирующих признаков используются при комплексном добы­ вании информации и их необходимо учитывать при организации защиты.

Любой объект наблюдения можно рассматривать как слож­ ный объект, состоящий из более простых объектов, содержащих не только свои демаскирующие признаки, но и демаскирующие признаки сложного объекта. Например, прибор состоит из блоков, блоки из узлов и т. д. Новые оригинальные детали, узлы, блоки, придающие прибору новые свойства и параметры, представляют собой демаскирующие объекты, по внешнему виду которых мож­ но не только обнаружить прибор, но и определить его характерис­ тики. Вычленение из объекта защиты демаскирующих объектов позволяет решать вопросы защиты информации о нем путем за­ щиты информации о демаскирующих объектах. Это часто бывает сделать проще и на более высоком уровне безопасности информа­ ции. Например, демаскирующие объекты можно хранить и перево­ зить отдельно от других частей изделия, а собирать изделие на мес­ те его эксплуатации. Демаскирующие объекты классифицируются по информативности на именные, прямые и косвенные, по времени проявления — постоянные, периодические и эпизодические.

3.3.3. Демаскирующие признаки сигналов

Понятие «сигнал» достаточно емкое и в общем случае обоз­ начает изменяющуюся физическую величину, однозначно отобра­ жающую сообщение. Часто люди для передачи конфиденциальной информации обмениваются условными сигналами, используя для этого различные предметы, надписи, слова, звуки. Например, не­ знакомые люди при встрече обмениваются условными фразами. В радиоэлектронике под сигналом понимается изменяющаяся физи­ ческая величина.

По существу сигнал представляет распространяющийся в про­ странстве носитель с информацией, содержащейся в значениях его физических параметров. К сигналам относятся: собственные (обус­ ловленные тепловым движением электронов, радиоактивные) из­

67

лучения объектов, отраженные от объектов поля и волны, электро­ магнитные поля и электрический ток от созданных человеком ис­ точников сигналов. Информация, содержащая в любом сигнале,

представлена значениями его информационных параметров.

Классификация сигналов представлена на рис. 3.2.

Рис. 3.2. Классификация сигналов

К аналоговым сигналам относятся сигналы, уровень (ампли­ туда) которых может принимать произвольные значения в опреде­ ленном для сигнала интервале.

Амплитуда простого и достаточно распространенного в при­ роде гармонического сигнала изменяется по синусоидальному за­ кону:

s(t) = Asin(cot + ф),

где А — амплитуда; ю = 2 n f — круговая частота колебания; ср —

фаза колебания.

Частота f измеряется в Гц и называется линейной. Большинство аналоговых сигналов имеют более сложную

форму. Периодические (повторяющиеся через время Тп — период) сигналы произвольной формы могут быть представлены в соот­ ветствии с формулой Фурье в виде суммы гармоничрских колеба­ ний:

68

s(t) = C + X C kcos(kft)it - ( Pk)’

k= l

где C0 — постоянная составляющая сигнала; Ck — амплитуда к-й гармоники сигнала (k= 1, 2 , n); kcOj и фк— частота и фаза к-й гармоники сигнала; со, — основная (1-й гармоники), частота.

Параметры ряда Фурье вычисляются по соответствующим формулам, например [8]. Ряд Фурье представляет собой математи­ ческую модель периодического сигнала, так же как любой цвет мо­ жет быть разложен на составляющие красного, зеленого и синего цветов. Совокупность гармонических (спектральных) составляю­ щих сигнала образует его спектр.

Амплитуда каждой спектральной составляющей характеризу­ ет энергию соответствующей гармоники основной частоты сигна­ ла. Чем выше скорость изменения амплитуды сигнала, тем больше в его спектре высокочастотных гармоник. Разность между макси­ мальной и минимальной частотами спектра сигнала, между кото­ рыми сосредоточена основная часть, например 95% энергии, назы­ вается шириной спектра AF. Пример графического изображения спектра периодического сигнала представлен насрис. 3.3.

Частоты составляющих спектра непериодического аналогово­ го сигнала непрерывно меняются. При наблюдении спектра такого сигнала на экране анализатора спектра положение и уровень раз­ личных спектральных составляющих непрерывно изменяются и спектр выглядит как сплошной.

Весьма удобной и широко применяемой является комплекс­ ная форма записи ряда Фурье, которая в соответствии с формулой Эйлера определяет тригонометрические функции через показа­ тельные: cos х = (ejx + е ~JX) / 2 и sin х = (eJX- е ~JX) / 2j. Представление сигнала в виде ряда Фурье в комплексной форме имеет вид:

k=n

s(t) = Ckejk“'‘. Как следует из приведенного выражения, спектр в

к = - п

комплексной форме, называемый линейчатым, симметричен отно­ сительно нуля, а С* = 1/2 Ск для к Ф0.

69

Рис. 3.3. Пример спектра периодического аналогового сигнала

В соответствии с изменением амплитуды аналогового сигна­ ла меняется его энергия или мощность, пропорциональная квадра­ ту амплитуды. В зависимости от времени измерения энергии сиг­ нала различают среднюю и мгновенную мощность. Десятичный логарифм отношения максимальной мгновенной мощности сигна­ ла к минимальной называется динамическим диапазоном сигна­ ла. Динамический диапазон речи диктора радио и телевидения со­ ставляет 25-30 дБ, вокального ансамбля — 45-65 дБ, а симфони­ ческого оркестра достигает 70-95 дБ.

Аналоговый сигнал описывается набором параметров, являю­ щихся его признаками. К ним относятся:

•частота или диапазон частот;

•амплтуда или мощность сигнала;

•фаза сигнала;

•длительность сигнала;

•вид модуляции;

•ширина спектра сигнала;

•динамический диапазон сигнала.

Удискретных сигналов амплитуда имеет конечный, заранее определенный набор значений. Наиболее широко применяется дво­ ичный (бинарный) дискретный сигнал: в ЭВМ, в телеграфии, при передаче данных. Информационные сигналы, циркулирующие в ЭВМ IBM PC, имеют два уровня амплитуды: низкий (L-уровень — 0 В) и высокий (Н-уровень — 5 В). Осциллограмма бинарного сиг­ нала показана на рис. 3.4.

70