Методы измерения уровня ПЭМИ

При проведении специальных исследований необходимо измерять уровень ПЭМИ и рассчитать радиус зоны R2, характеризующий минимальное расстояние от технических средств, на границе и за пределами которого отношение сигнал/шум не превышает нормированного значения (рис. 11.3). В общем случае это расстояние может находиться в ближней, промежуточной или дальней (волновой) зоне.

В пределах каждой из зон затухание электромагнитной волны описывается различными аналитическими зависимостями. Для получения объективной величины следует правильно определять границы зон.

В настоящее время границы зон определяются условно, без достаточного математического или электродинамического обоснования. Так в качестве границы ближней зоны некоторые авторы принимают величину λ/2π, а дальней — λ. В ряде случаев ошибочно принимается, что в промежуточной зоне напряженность электрического поля обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника побочных излучений. Таким образом, при расчете радиуса R2 допускаются методические погрешности, что недопустимо при организации защиты информации ограниченного распространения от утечки за счет побочных электромагнитных излучений. Для многих технических средств обработки информации (ПЭВМ и др.) характерна большая величина амплитуды напряжения опасного сигнала и малая величина амплитуды тока. Такие источники относятся к электрическим излучателям.

Рис. 11.3. Определение радиуса зоны R2

Технические средства обработки информации полагаем точечным электрическим излучателем, поскольку его размеры существенно меньше расстояния до точки возможного перехвата информации. Представим техническое средство обработки информации в виде диполя, размещенного в точке О сферической системы координат, как показано на рис. 11.4.

Математические выражения для определения параметров поля источников ПЭМИ можно получить из классической теории технической электродинамики, используя выражение для векторного потенциала. Известно, что векторы напряженности магнитного Н и электрического Е полей связаны с векторным потенциалом зависимостями:

H = ´ rotA, E = rot rotA

Здесь

A =,

где e — абсолютная комплексная диэлектрическая проницаемость;

m — абсолютная магнитная проницаемость среды; I — ток в проводнике; l — длина проводника; r — расстояние от излучателя до измерительной антенны (точка наблюдения); k — волновое число.

Рис. 11.4. Модель излучателя электромагнитного поля

Разложим векторный потенциал на радиальную (A), угломестную (A) и азимутальную (A) составляющие:

A = I l cosq, A = – I l sinq, A = 0

В сферической системе координат составляющие вектора напряженности электрического поля описываются следующими выражениями:

E = –i e cosq (11.1)

E = –i e sinq (11.2)

E = 0

Вектор напряженности электрического поля имеет вид E = rE + qE. Силовые лини вектора E лежат в меридиональных плоскостях. Составляющая E достигает максимального значения при q = p/2 в экваториальной плоскости и равна нулю на оси диполя. Поэтому измерения ПЭМИ необходимо осуществлять в направлении максимального излучения технического средства при q = p/2. Составляющая E пропорциональна cosq и достигает максимума на оси диполя, а в экваториальной плоскости равна нулю.

С учетом волнового сопротивления среды без потерь

r =, скорости распространения

n = и длины волны l =,

выражение (11.2) для E можно представить в виде:

E = r I l (11.3)

При измерении напряженности электрической составляющей поля с помощью селективных микровольтметров используется режим пикового или квазипикового детектирования. В этом случае амплитуда напряженности электрической составляющей поля может быть выражена следующим образом:

E =, где (11.4)

E= r, E = r, E = r

Пространство вокруг точечного излучателя условно разделяется на три зоны — ближнюю промежуточную и дальнюю. Характер зависимости амплитуды электрической составляющей от дальности зависит от того, в какой зоне расположена точка наблюдения.

Рассмотрим зависимости амплитуды электрической составляющей в ближней, промежуточной и дальней зонах.

Ближняя зона

Под ближней зоной понимается область вокруг излучателя, для которой |kr| << 1, где k = 2p/l — волновое число. Следовательно, r << l/(2p). Учитывая, что |kr| << 1, принимаем |kr| = 0. В этом случае выражения (11.1) и (11.2) можно привести к виду:

E = –i cosq, E = –i sinq (11.5)

Дальняя зона

Под дальней зоной понимается область пространства вокруг излучателя, для которой |kr| >> 1 или r >> l/(2p). Пренебрегая слагаемыми с более высокими степенями r в знаменателе, получаем

E = i sinq (11.6)

Промежуточная зона

Под промежуточной зоной понимается область пространства вокруг излучателя, в котором расстояние r от излучателя до измерительной антенны соизмеримо с длиной волны l. Это означает, что ни одним из слагаемых в (11.3) пренебрегать нельзя. В данной зоне формула для расчета электрической составляющей поля имеет вид:

E = A,

где A = r I l /2 — энергетический коэффициент.

На рис. 11.5 и 11.6 представлены графики зависимостей составляющих напряженности электрического поля от расстояния до точки наблюдения на частотах 50 и 200 МГц. Видно, что вблизи источника преобладает квазистационарная составляющая E, которая обратно пропорциональна кубу расстояния до точки наблюдения (11.5), а в дальней зоне — составляющая поля излучения E, которая обратно пропорциональна расстоянию до точки наблюдения (11.6). В точке пересечения на удалении от источника, равном l/(2p), все три составляющие равны. С уменьшением длины волны данная точка смещается в сторону источника, что означает уменьшение размера ближней зоны.

Рис. 11.5.Напряженность электрического поля на частоте 50 Мгц	Рис. 11.6. Напряженность электрического поля на частоте 200 Мгц

Взаимное сравнение вклада каждой из составляющих в амплитуду напряженности электрического поля позволяет определить границы зон с достаточной для практики точностью.

Расстоянием до границы ближней зоны r назовем расстояние от источника ПЭМИ, на котором максимальная составляющая E в x раз превосходит вклад составляющей E. В пределах данного расстояния можно пренебречь составляющими E и E и считать, что результирующая амплитуда электрической составляющей поля равна составляющей E.

Из уравнения E = xE можно получить искомое выражение до границы ближней зоны r = l/(2px). Аналогично, для границы дальней зоны получаем r = xl/2p.

Величина принятого предельного вклада составляющих поля x зависит от требуемой для практических расчетов точности и может составлять от 3 до 10.

На рис. 11.5 и 11.6 указаны границы ближней и дальней зон при x = 10. На границе ближней (дальней) зоны можно ограничится значением x = 3, при котором в выражение (11.4) с учетом возведения члена в квадрат величинами E и E (E и E) можно пренебречь по сравнению с E (E). Так, для x = 3 граница ближней зоны составляет r = l/(6p), а граница дальней зоны — r = 3l/2p.

Ширина промежуточной зоны зависит от длины волны ПЭМИ и выбранной точности расчетов и равна

D = l

Рис. 11.7. Зависимость расстояний до границ зон от частоты ПЭМИ при x = 3

При x ³ 3 ширину промежуточной зоны можно определить выражением D» lx/(2p). Таким образом, на фиксированной частоте ширина промежуточной зоны зависит только от выбранной точности расчетов. В предельном случае при больших значениях x ширина полосы неограниченно возрастает, что приводит к необходимости учитывать все члены в выражении (11.4) независимо от удаления до источника ПЭМИ.

На рис. 11.7 представлены зависимости расстояний до границ ближней и дальней зон от частоты ПЭМИ при x = 3. Для стандартных (ГОСТ 16842-82) расстояний до измерителя, равных 1, 3 и 10 м на измеряемой частоте можно определить, в какой зоне располагается измеритель.

Глава 12

Методы и средства несанкционированного получения информации…

по техническим каналам