Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Дослідження роботи нелінійних радіолокаторів на прикладі детектора «КАТРАН».
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2006
Тип роботи:
Методичні вказівки до лабораторної роботи
Предмет:
Методи та засоби захисту інформації
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НУ "ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА"
Методичні вказівки
до виконання лабораторної роботи N2
«Дослідження роботи нелінійних радіолокаторів
на прикладі детектора «КАТРАН»
Львів - 2006
Дослідження роботи нелінійних радіолокаторів на прикладі детектора «КАТРАН». Методичні вказівки до виконання лабораторної роботи для студентів спеціальності “Захист інформації з обмеженим доступом та автоматизація її обробки”.
Призначено для студентів спеціальності “Захист інформації з обмеженим доступом та автоматизація її обробки”.
Укладачі: Ю.Л. Пархуць, інж.
А.О. Чорний, інж.
Рецензенти: В.Б. Дудикевич, д.т.н., проф.
Л.Т. Пархуць, к.т.н., доц..
© ІКТАМ Національний університет “Львівська політехніка” 2006
Мета роботи: ознайомитися з принципом роботи нелінійних радіолокаторів, набути практичних навиків у пошуку закладних пристроїв за допомогою детектора “КАТРАН”.
Вступ
Робота нелінійного радіолокатора заснована на опромінюванні об‘єкта спектрально-чистим НВЧ - сигналом і на здатності об'єкту до прямого спектрального перетворення зондуючого сигналу і відбиттю його на гармоніках частоти зондування. Ці явища можливі за наявності у складі об'єкту елементів з нелінійними вольт-амперними характеристиками (ВАХ). або, як їх звичайно називають, просто нелінійних елементів - діодів, транзисторів, інтегральних мікросхем.
З теоретичних основ радіотехніки відомо, що спектр відгуку нелінійного елементу завжди відрізняється від спектру впливаючого сигналу, причому другий набагато ширший від першого. Візьмемо статичну ВАХ нелінійного елементу EMBED Equation.3 , наприклад напівпровідникового діода:
Її можна розвернути в статичний ряд:
EMBED Equation.3
де EMBED Equation.3 - струм спокою в робочій точці, EMBED Equation.3 - крутизна ВАХ в робочій точці, EMBED Equation.3 - перша похідна крутизна, EMBED Equation.3 - друга похідна крутизна і т.д. При дії на нелінійний елемент гармонійного сигналу EMBED Equation.3 , де EMBED Equation.3 - амплітуда сигналу, EMBED Equation.3 - кругова частота сигналу, відгук нелінійного елементу матиме вигляд:
EMBED Equation.3
Хоча при дії гармонічного сигналу на нелінійне з'єднання струм відгуку має нескінченний спектр, що містить всі гармоніки, на практиці ВАХ апроксимують кінцевим статичним многочленом. Причому номер найвищої гармоніки визначається степенем многочлена.
Серед реальних об'єктів нелінійні властивості найсильніше виражені у напівпровідникових n-p переходах, а також притискних металевих контактів. ВАХ більшості напівпровідникових переходів, що входять у всі елементи сучасної радіоелектронної апаратури, близькі до квадратичних. Саме ці нелінійні елементи і представляють об'єкт пошуку для нелінійного радіолокатора. ВАХ контактів різнорідних металів, а також контактів металл-оксид-металл, виникаючих в результаті корозії, апроксимуються многочленом третього ступеня. Такі контакти прийнято називати “хибними” переходами. Коли локатор опромінює напівпровідниковий перехід, відгук на другій гармоніці значно потужніший, ніж на третій.
При опромінюванні ж металевих контактів, навпаки, більш потужний відгук на третій гармоніці.
Якісні НЛ здатні порівнювати інтенсивність сигналів на другій і третій гармоніках і тим самим допомагають оператору відрізняти напівпровідникові переходи від помилкових. Правда, для цього локатору необхідно два приймачі з добре ізольованими каналами, що підвищує вартість пристрою.
Параметри нелінійних локаторів
Потужність відгуку об'єкту на n-й гармоніці (а значить, і ефективність виявлення) прямопропорційно залежності від потужності випромінювання локатора і оберненопропорційно - від квадрата частоти його випромінювання і номера гармоніки, що приймається. Чим менша частота випромінювання НЛ, тим менше загасання як зондуючого сигналу, так і сигналу відгуку від об'єкта.
Таким чином, частота випромінювання - один з основних параметрів НЛ. Для більшості нелінійних локаторів вона – близька до 915 МГц (відповідно, друга гармоніка 1830, а третя -2745 МГц). Рідше використовують частоту порядку 888 МГц (відповідно, друга гармоніка - 1776, а третя - 2664 МГц). Як правило, локатори працюють на одній фіксованій частоті, проте деякі з них мають декілька каналів. Оскільки локатори з обмеженою частотною смугою часто конфліктують з іншими електронними пристроями, переважно застосовуються НЛ з достатньо широким діапазоном частот і автоматичним знаходженням вільних каналів. Так, в США на частоті 888 Мгц можлива інтерференція з сигналами стільникових телефонів.
Хоча потужність випромінювання принципово підвищує виявляючу здатність локатора, не менш важливою є і чутливість приймача. НЛ з низькою потужністю випромінювання, але з достатньо чутливим приймачем може володіти вищими характеристиками по виявленню, ніж потужний локатор з малочутливим приймачем. Крім того, потужний НЛ може ненавмисно вивести з ладу електронні пристрої, а також завдати шкоди здоров'ю людей.
Напряму з потужністю випромінювання пов'язаний режим випромінювання. Більшість нелінійних радіолокаторів працює в безперервному режимі і потужність їх випромінювання практично не перевищує 3 Вт. Нелінійний локатор з потужністю 2 Вт здатний знайти підслуховуючий апарат усередині бетонної стіни на відстані декількох сантиметрів від антени або захований глибоко в грунті. Локатори з нижчою потужністю (50-100 мВт) знаходять такі прилади тільки в двох сантиметрах від антени.
Деякі НЛ використовують імпульсний режим, що має свої переваги. Локатор, що працює в імпульсному режимі, споживає значно менше електроенергії, що знижує вимоги до джерела живлення. Крім того, при потужності в імпульсі, що досягає 300 Вт, середня потужність опромінювання, якій піддається оператор, дуже мала - значно менше, ніж при 3-5 Вт в безперервному режимі.
Не останню роль в роботі НЛ відіграють його ергономічні параметри. Більшість локаторів мають важкий приймач-передавач, який оператор переносить за допомогою ременя на шиї або плечі. Антену треба тримати в руці. Кабелі, що сполучають антену з приймач-передавачем, часто заважають роботі, чіпляючись за меблі. На деяких НЛ дисплей розташований на приймач-передавачі, що змушує оператора стежити за його показами одночасно з переміщенням антени. Значно зручніше, коли дисплей розміщений на рукоятці. Краще всього розташовувати дисплей на антенній штанзі - при цьому оператор може одночасно прочитувати покази дисплея і переміщати антену.
Робота нелінійного локатора
В процесі роботи нелінійні радіолокатори виконують три основні функції: детектування (виявлення), визначення місцезнаходження і ідентифікація об'єкта.
Детектування відбувається в тому випадку, якщо амплітуда відбитого сигналу перевищує пороговий рівень. При цьому світлова або звукова сигналізація інформує оператора, що передбачуваний об‘єкт знаходиться в полі дії опромінюючого сигналу антени.
Визначення місцезнаходження об'єкта відбувається шляхом зіставлення амплітуди і пеленга відбитого сигналу. Амплітуда відбитого сигналу росте у міру наближення антени до його джерела під час проведення пошуку. Анізотропія діаграми спрямованості антени дозволяє оператору, змінюючи кут напряму антени, визначати напрям на джерело відбитого сигналу по його максимальному рівню.
Ідентифікація об'єкта проводиться по результату аналізу відбитого сигналу об'єкта, що знаходиться в зоні дії випромінювання антени. У тих моделях НЛ, які приймають відгук від об'єкта одночасно на другій і третій гармоніках випромінюваного сигналу, ідентифікація об'єкта звичайно відбувається шляхом порівняння рівнів сигналів обох приймальних трактів по показах лінійних індикаторів. Як правило, електронні об'єкти з напівпровідниковими переходами генерують сигнал на другій гармоніці випромінюваного сигналу на 20-40 дБ потужніший, ніж на третій. “Хибні” переходи, навпаки, генерують сигнал на третій гармоніці на 20-40 дБ потужніші, ніж на другій.
При роботі з радіолокаторами, що приймають відгук тільки на другій гармоніці, ідентифікація об'єкту вимагає від оператора додаткових дій. Річ у тому, що деякі об'єкти з нелінійними металевими контактами, такі як залізобетонні конструкції, опори будь-якого устаткування, меблеві пружини, що контактують з головкою гвинта, цвяхи, що мають контакти з іншими металевими об'єктами усередині стіни, електричні вимикачі, контакти люмінесцентних ламп, скріпки для паперу і т.п. дають помилкові сигнали не тільки на непарних, але іноді і на парних гармоніках. Оскільки ці контакти механічно нестабільні, їх ВАХ також нестабільна і суттєво залежить від механічної дії. Якщо до помилкового переходу прикласти невисоку фізичну вібрацію, можна порушити кристалічну структуру корозійних і біметалічних переходів, що приведе до модуляції відбитого сигналу з частотою вібрації. На напівпровідникові n-p переходи вібрація не діє. Використовуючи і індикатор, і навушники, оператор простукує області пошуку, наприклад невеликим гумовим молоточком. Сигнал від електронних пристроїв в цьому випадку не зміниться, і в навушниках не буде ніякого шуму. Металеві джерела при простукуванні викликають безладні нестабільні покази індикатора і шумовий звук (тріск) у навушниках.
Тут доречно відзначити, що будь-який НЛ повинен мати в своєму складі додаткову апаратуру - гнучкий волоконно-оптичний прилад (для візуальних спостережень), металодетектори, зуболікувальні дзеркала, м'які молотки, ліхтарики і навіть іноді рентгенівську апаратуру.
При роботі із НЛ найчастіше можливо не тільки виявляти електронні пристрої, але й визначити їхній тип при прослуховуванні демодульованих аудіосигналів. Наприклад, при виявленні працюючого магнітофона можна почути аудіосигнал від записуючої головки. Більше того, якісний НЛ забезпечує прослуховування синхронізуючого відеосигналу при виявленні більшості дешевих відеокамер. При використанні FM-демодуляції іноді можна почути характерні періодичні або інші унікальні звуки, викликані перемиканням фази в працюючих електронних пристроях. Тому важливо практикуватися у використанні НЛ, щоб легко розпізнавати характерні звуки, властиві певним електронним пристроям. Нелінійний локатор повинен забезпечувати якісну аудіодемодуляцію як в АМ-, так і в FМ - режимах, щоб використати її можливості для ідентифікації з'єднань. Використання цього методу дозволяє домогтися дуже великої дальності виявлення за умови, що оператор може кваліфіковано оцінювати FM-демодульований сигнал високоякісного приймача. У той час як індикатор може показувати незначний відгук, що може бути прийнятий за підвищення фону, то прослуховування сигналу однозначно показує на нелінійне з'єднання. Використання FM-модульованого сигналу дозволяє значно поліпшити можливості детектування НЛ, якщо приймач має якісний аудіодемодулятор і хорошу ізоляцію від передавача. Однак режим модульованого сигналу не забезпечує можливості розрізняти дійсний напівпровідник від помилкового.
Як правило, пошукові роботи з НЛ починають з повільного сканування антеною будь-якої поверхні в зоні пошуку при відключеному випромінюванні. Оператор буквально “фарбує” кожну поверхню, включаючи стіни, підлогу, стелю, устаткування. Ця процедура призначена для виявлення генеруючих електромагнітні поля приладів і займає багато часу - звичайно вона проходить зі швидкістю 0,2-0,4 м/хв.
Далі вже при включеному опромінюючому сигналі антеною сканують стіни і інші поверхні на відстані від них принаймні 2-3 м, що дозволяє знайти і ізолювати предмети, що створюють перешкоди. Після очищення зони пошуку від цих предметів відстань до НЛ скорочується до 1-1.5 м і процедура повторюється. Врешті-решт відстань скорочується до 0,5 м або безпосереднього контакту з об'єктом і проводиться декілька операцій перевірки при поступовому підвищенні потужності випромінювання НЛ від мінімально можливого рівня до максимального значення.
Сканування плоских поверхонь відбувається із швидкістю 0.03 м/с, складних — ще з меншою. В результаті для перевірки невеликого офісу (менше 20 м2) необхідно 2-3 год, офісу середнього розміру — 3-4 год, а для більших установ — 6-8 год. або навіть декілька днів.
Методи нелінійної радіолокації застосовні також для дистанційного виявлення малорозмірних об'єктів. Тут об'єктами пошуку можуть стати різні радіокеровані пристрої, пристрої промислового шпигунства, стрілецька зброя, уламки літаків і вертольотів, переносні радіостанції (у тому числі і вимкнені) і т,д. Об'єктами пошуку можуть бути також спеціальні нелінійні мітки, використовувані для прихованого позначення різних об'єктів і ділянок місцевості, а також людей (наприклад, рятувальників в важкодоступних місцях). Експерименти показали, що для дистанційного пошуку нелінійних об'єктів оптимальна частота не повинна перевищувати 1 ГГц, а для збільшення дальності дії локатора доцільно використовувати потужні радіоімпульси з великою шпаруватістю. При потужності в імпульсі 50 кВт і шпаруватості 1000 дальність виявлення з повітря малорозмірних об'єктів складе 300-350 м.
Рекомендації з пошуку
Забрати, по можливості, з контрольованого приміщення, наявні електронні пристрої. Якщо цього зробити не можна, то обстеження необхідно вести при зниженій потужності випромінювання.
Установити максимальну вихідну потужність і один з режимів роботи приймача.
Розташувати антенний блок паралельно обстежуваній поверхні на відстані не більше 10 см.
Повільно переміщаючи антенний блок, паралельно обстежуваній поверхні і змінюючи орієнтацію антен, проаналізувати характер зміни прийнятого сигналу по другій і третій гармоніках. (У режимах ЧМ і АМ рівень гучності повинен бути максимальним, у режимі «RSSI» частота повторення сигналів повинна бути максимальною).
Аналіз рівнів прийнятого відбитого сигналу по другій і третій гармоніках здійснюється по кількості засвічених світлодіодів на відповідній індикаторній шкалі.
Відведіть антенний блок від досліджуваної поверхні або зменшіть вихідну потужність і повторіть дослідження, викладені в п. 9.4. даної інструкції.
При виявленні штучного р-п переходу, як правило, спостерігається стійке світіння світлодіодів індикатора по другій гармоніці відбитого сигналу. При простукуванні передбачуваного місця знаходження р-п переходу, покази світлодіодів не змінюються.
При виявленні природного р-п переходу, спостерігається стійке світіннсвітлодіодів індикатора по третій гармоніці відбитого сигналу. При інтенсивному постукуванні по досліджуваній поверхні покази індикаторів по третій гармоніці, як правило, змінюються.
Завдання
Підготувати прилад до роботи.
По можливості, забрати з контрольованого приміщення усі електронні пристрої.
Провести пошук закладного пристрою, захованого в контрольованому приміщенні (закладний пристрій розміщується викладачем перед початком роботи).
За показами індикатора зробити висновок про типи р-п переходів, наявних в закладному пристрої.
Визначити максимальну відстань до закладного пристрою, на якій детектор виявляє його. Дослід провести для всіх режимів вихідної потужності.
Вимкнути живлення закладного пристрою і повторити виконання п.5.
Помістити закладний пристрій (у ввімкненому режимі) в екранований корпус і повторити виконання п.5. (Результати виконання п. 5 - 7 оформити у вигляді таблиці).
Визначити вплив різного типу перегородок (гіпсова/цегляна стіна, дерев’яні / металеві двері, меблі і т.д.) на виявлення закладного пристрою. Навести отримані результати рівнів сигналу (кількість засвічених поділок на індикаторі) без перешкод і з перешкодами.
Дослідити залежність виявлення закладного пристрою від режиму роботи приймально-передавального блоку (RSSI,CW,AM,FM). Навести отримані результати рівнів сигналу для кожного режиму роботи при фіксованій відстані до закладного пристрою.
Зробити висновки, що випливають з виконання даної роботи.
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора