Общие сведения. Радиоэлектронное противодействие (РЭП) и радиоэлектронная маскировка (РЭМ), как и радиоэлектронная разведка (РЭР)

РАДИОЭЛЕКТРОННОЕ ПРОТИВОДЕЙСТВИЕ И РАДИОМАСКИРОВКА

Общие сведения

Радиоэлектронное противодействие (РЭП) и радиоэлектронная маскировка (РЭМ), как и радиоэлектронная разведка (РЭР), являются неотъемлемой частью радиоэлектронной борьбы (РЭБ).

Радиоэлектронная борьба, как и любая системная конфигурация, допускает множество различных способов классификации составляющих ее структурных элементов. Ни одна из классификаций, скорее всего, не может претендовать на универсальность, так как не будет удовлетворять представлениям, предпочтениям и вкусам всех без изъятия специалистов в области теории и техники радиоэлектронной борьбы, а также смежных областей. Так, например, комплекс, оборудованный приемником радиотехнической разведки, и одновременно являющийся поставщиком помех для обнаруженных сигналов в линиях радиосвязи и боевого управления, решает чисто атакующие задачи. Такой же комплекс, обеспечивающий подавление помехами радиолокационных сигналов разведывательных станций, или комплекс, обеспечивающий маскировку помехами от средств радиоразведки собственных информативных излучений, решает чисто оборонительные (защитные) задачи.

В изложенном далее материале основное внимание уделено средствам и методам противодействия радиоэлектронной разведке и средствам и методам радиомаскировки, с учетом направленности предмета на изучение методов и способов защиты информации.

Итак, под радиоэлектронным противодействием и радиомаскировкой будем понимать мероприятия по активному и пассивному подавление радиоэлектронных средств и систем противника с целью снижения эффективности их работы, а также мероприятия по защите объектов, радиоэлектронных средств и систем направленные на снижение (исключение) их доступности средствам радиоэлектронной разведки. Для маскировки самое главное выбор способа обеспечения незаметности сигнала маскируемого радиоэлектронного средства (системы). Малые уровни мощности сигнала, доступного средству разведки, позволяют не применять мер по защите или допускают применения пассивных средств маскировки. Если пассивных способов и средств обеспечения незаметности не достаточно, приходится противодействовать, средствам разведки, применяя активные маскирующие помехи или ложные (с целью дезинформации и дезориентации разведки) сигналы. Применение активных способов защиты требует учета влияния маскирующих помех на собственные РЭС. Для разных систем в разных тактических ситуациях учет влияния активной маскировки на собственные РЭС должен проводиться по разному. Но, во всяком случае, этот учет основывается на определении уровня мощности маскирующих помех и устанавливает ограничения на этот уровень.

2.2 Радиомаскировка пассивная

2.2.1. Общие сведения

Целью пассивной радиомаскировки является снижение энергии сигнала, доступного средству разведки, с целью уменьшения его заметности. Для этого есть по крайней мере несколько путей. Во-первых, нужно проектировать защищенные системы так, чтобы они работали с возможно меньшими уровнями излучения. Такой эффект достигается за счет правильного выбора структур и свойств сигналов, а также надлежащих способов обработки сигнала в приемниках. Во-вторых, нужно использовать широкополосные сигналы (сигналы с большой базой В=DfТ>>1). Такие сигналы позволяют обеспечить большую параметрическую неопределенность для приемника средств разведки. Скрытность работы передатчиков также обеспечивается использованием сложных сигналов, а именно шумоподобных сигналов с шириной спектра несколько МГц, или сигналов с псевдослучайной перестройкой частоты в диапазоне до нескольких десятков МГц. Могут использоваться передатчики с модуляцией сигнала промежуточной частоты или двойной модуляцией. В-третьих, нужно снижать уровни побочных и непреднамеренных излучений радиоэлектронных систем и средств объектов разведки. Для основных излучений следует предусматривать пространственную развязку с приемниками средств разведки.

Два первых способа, безусловно, относятся к системной проблеме создания средств, защищенных от разведки, но выходят за рамки собственно конфликтного взаимодействия РЭР и РЭМ. Иное дело специальные способы снижения уровней непреднамеренных, побочных и вторичных (отраженных) излучений.

Побочные излучения создаются любыми радио- и телекоммуникационными системами за счет излучений на гармониках и субгармониках несущей, на комбинационных частотах различных колебаний, используемых для формирования основного излучаемого сигнала. В радиопередатчиках побочные излучения создаются также антеннами (излучениями по боковым лепесткам диаграмм направленности) и фидерным трактом. Характерно, что все эти излучения лежат вне основной пространственно-частотной полосы излучения маскируемых от разведки сигналов.

Непреднамеренные излучения создаются паразитными колебаниями, возникающими в электронных схемах устройств и приходятся на основную полосу спектра полезного сигнала, но тогда, когда этих излучений быть не должно. Например, при контроле и испытаниях, настройке и регулировке, регламентных работах на аппаратуре маскируемых радиоэлектронных систем и средств, при неисправностях возникающих из-за старения радиоэлементов и т.д.

Вторичные (отраженные) излучения создаются при активном воздействии на разведываемое средство сигналами различной частоты и формы. Это могут быть отраженные от объектов разведки излучения радиолокационных станций. Ко вторичным также относятся переизлучения радиоэлектронных средств, промодулированные информационным сигналом, при их случайном и (или) преднамеренном облучении высокочастотными сигналами (высокочастотное навязывание).

Основные технические меры снижения побочных, непреднамеренных и вторичных излучений при защите РЭС от средств радио- и радиотехнической разведок предусматривают: подавление паразитных генераций – источников побочных излучений, экранирование аппаратуры от внешних электромагнитных полей и для ослабления собственных излучений и фильтрацию помех.

Подавление источника помехи осуществляется оптимальным конструированием электрических схем и разводкой печатных плат с учетом требований минимизации паразитных генераций, создаваемых внутренними элементами устройств и схемотехникой. Эти меры включают уменьшение числа заземленных контуров, развязку цепей электропитания, устранение излучающих проводников, реконструкцию или устранение особенно шумящих (генерирующих) цепей.

Экранирование является конструктивным средством ослабления любых излучений и имеет большое значение как с точки зрения требований по восприимчивости к помехам, так и по предотвращению излучений информационных сигналов на основных частотах и за счет паразитных генераций.

Фильтрация является основным и эффективным средством подавления (ослабления) помех в цепях электропитания и заземления, в сигнальных цепях. Помехоподавляющие фильтры позволяют снизить помехи, как от внешних, так и от внутренних источников помех.

Для маскировки от средств радиолокационной разведки нужно уменьшать уровень отраженного сигнала или, что то - же самое, снижать эффективную поверхность рассеяния цели (ЭПР). Последнее достигается как за счет использования специальных малоотражающих форм объектов разведки, так и за счет применения мер по увеличению поглощения электромагнитной энергии целями (за счет применения специальных покрытий и других способов и средств).

2.2.2. Экранирование

Экранирование является одним из основных путей снижения влияния внешних электромагнитных полей и уменьшения собственных побочных и непреднамеренных излучений при защите РЭС и кабельных линий связи от средств радио- и радиотехнической разведок, средств радиоэлектронной разведки устанавливаемых на кабельных линиях связи и вблизи излучающих разведываемых объектов.

Экранируют кабели, в которых циркулирует защищаемая информация, отдельные узлы и блоки радиоэлектронной аппаратуры. Экранирование применяют и к радиоэлектронным системам целиком, создавая для этого специальные помещения, здания и сооружения. В полевых условиях для экранирования используют токопроводящие сетки и накидки.

Экранирующий эффект состоит в уменьшении мощности излучения Р_изл и характеризуется коэффициентом экранирования:

где Р _прин мощность излучения, принимаемая измерителем при тех же параметрах приемной антенны, но при наличии экрана.

Если электромагнитное излучение разложить на составляющие эффективность экранирования будет представляться в следующем виде:

где К_Е и К_Н коэффициенты ослабления по электрическому и магнитному полям.

Теоретическое решение задачи экранирования, определение значений напряженности полей в общем случае чрезвычайно затруднительно, поэтому в зависимости от типа решаемой задачи представляется удобным рассматривать отдельные виды экранирования: электрическое, магнитостатическое и электромагнитное. Последнее является наиболее общим и часто применяемым, так как в большинстве случаев экранирования приходится иметь дело либо с переменными, либо с флуктуирующими и реже - действительно со статическими полями. Далее рассмотрены несколько таких частных случаев.

Экранирование плоской волны. Чтобы понять физику явления наиболее нагляден для рассмотрения эффект экранирования волн с плоским фронтом рассмотренный на рис. 2.1.

Плоская волна, падающая на экран, на границе области А частично отражается, а частично проходит через экран. Амплитуды обеих составляющих зависят от поверхностного сопротивления материала, из которого выполнен экран, и волнового сопротивления (для падающей волны) пространства.

Прошедшая за поверхность волна распространяется почти в том же направлении, что и падающая, но часть ее поглощается в материале экрана. На границе области В волна вновь частично отражается, а частично проходит в эту область. В результате в экранируемое пространство попадает энергия, оставшаяся после отражения на границах областей А и В, и после поглощения в материале экрана (отражением на границе В в большинстве случаев можно пренебречь).

Экранирующий эффект для плоских волн легко рассчитать. Каждый из перечисленных факторов влияющих на эффективность экранирования, рассчитывается отдельно, а полученные результаты суммируются:

где R, A, B – затухания при отражении, поглощении и внутреннем отражении соответственно.

Затухание при поглощении не зависит от типа падающей волны, а зависит от длины пути в материале экрана, частоты электромагнитных колебаний и свойств материала. Оно может быть рассчитано на основании соотношений:

где t –толщина экрана, мкм; f – частота колебаний, МГц; G и m -соответственно относительные (по отношению к меди) проводимость и магнитная проницаемость материала, из которого сделан экран.

Затухание при отражении определяется соотношением волнового сопротивления среды до экрана и поверхностного сопротивления экрана:

где Z _w и Z _b волновое сопротивление среды и поверхностное сопротивление материала экрана соответственно. Согласно этому уравнению затухание за счет отражения тем больше, а эффект экранирования проявляется тем лучше, чем меньше поверхностное сопротивление материала экрана (лучшие экраны из меди и/или серебра).

Учет коэффициента затухания В за счет многократного отражения на внешней границе экрана обычно не улучшает существенно точности расчета и обычно, кроме специальных случаев, им пренебрегают.

Как видно из вышеприведенных формул экранирование за счет отражения преобладает на низких частотах (за исключением случаев для магнитных полей в ближней зоне, когда затухание с ростом частоты увеличивается), а за счет поглощения на высоких частотах.

На рис. 2.2. показан механизм экранирования электрических статических полей.

Для осуществления электростатического экранирования используется явление электростатической индукции. Если источник электростатического поля защищен металлическим экраном, то в результате индукции на внутренней и внешней поверхности экрана произойдет разделение электрических зарядов (рис 2.а). При этом в стационарном режиме в любой момент времени внешняя поверхность экрана является носителем того же знака, что и источник (ИН). Если экран не заземлен, то рецептор наводки (РН) будет также подвержен воздействию поля источника наводки (ИН), как и при отсутствии экрана.

При заземлении экрана заряд, индуцированный на внешней поверхности экрана, отводится на корпус прибора или землю, и поле вне экрана становится равным нулю (рис. 2.б). Таким образом, электростатическое экранирование по существу сводится к замыканию электростатического поля на поверхность металлического экрана и отводу электрических зарядов на землю (корпус прибора). Заземление электростатического экрана является необходимым элементом при реализации электростатического экранирования.

Далее, на рис. 2.3, представлена эквивалентная схема замещения экрана. Здесь источником ЭДС является разность нулевого потенциалов земли (нулевой потенциал) и экрана. Нагрузкой выступает активное сопротивление заземляющего проводника, в качестве обкладок конденсатора емкости связи выступает поверхность экрана и нулевого потенциала, диэлектриком является воздушная среда.

Применение металлических экранов позволяет полностью устранить влияние электростатического поля. При использовании диэлектрических экранов, плотно прилегающих к экранируемому элементу, можно ослабить поле источника наводки в ε раз, где ε - относительная диэлектрическая проницаемость материала экрана. Если источник ЭДС является переменным, то заряды на этом элементе будут изменяться, а следовательно, будут изменяться и заряды, распределенные на внутренней поверхности экрана. Эти заряды в каждый момент времени будут стремиться иметь такую полярность, чтобы скомпенсировать поле, создаваемое источником наводки. Компенсация поля в данном случае не может быть полной, так как в результате появления тока в стенках экрана на них падает напряжение. Поэтому эффективность экранирования электрического поля оказывается зависимой как от толщины стенок, так и от проводимости материала экрана. С увеличением этих параметров остаточное поле за пределами экрана уменьшается, так как уменьшается падение напряжения на его стенках.

Экранирование магнитных полей. В пространстве, окружающем любую цепь, по которой протекает электрический ток, возникает магнитное поле, постоянное или переменное в зависимости от характера этого тока. Функциональные узлы и элементы аппаратуры, в которых протекают большие токи и имеют место малые перепады напряжения, создают в ближней зоне электромагнитные поля с преобладанием магнитной составляющей.

Постоянное магнитное поле никаких ЭДС в находящихся в этом поле проводниках не вызывает, а переменное поле возбуждает в проводниках переменные ЭДС. Если такой проводник является частью замкнутой электрической цепи, то под влиянием возникающей в нем ЭДС в цепи начинает протекать переменный электрический ток, магнитное поле которого будет направлено против возбуждающего первоначального поля, стремясь его скомпенсировать.

Магнитостатическое экранирование основано на замыкании магнитного поля в толще экрана, происходящем вследствие повышенной магнитной проводимости вещества, из которого он сделан.

Рассмотрим ситуацию, рис. 2.4, когда источником магнитного поля является виток провода, по которому протекает переменный ток ~ I. В этом случае существует необходимость обеспечения защиты внешнего пространства от влияния магнитного поля, созданного таким витком. С этой целью необходимо поместить виток провода в экран. Переменное магнитное поле витка, пронизывая экран, индуцирует в нем переменную ЭДС, вследствие чего по экрану протекают переменные вихревые токи. Магнитное поле, порождаемое этими токами, складывается во внешнем пространстве с полем экранируемого витка со сдвигом фаз, близким к 180°, и ослабляет его. Чем меньше сопротивление стенок экрана и чем больше их толщина, тем меньше различие между величинами напряженности магнитного поля вихревых токов, протекающих по экрану, и магнитного поля вне витка, создаваемого вне экрана. Чем ближе разность фаз этих полей к 180°, тем больше взаимная компенсация, меньше остаточное поле вне экрана, а, следовательно, больше эффективность экранирования.

С увеличением частоты магнитного поля распределение вихревых токов по сечению материала экрана становится все более неравномерным, т.е. проявляется поверхностный эффект, при котором происходит сосредоточение вихревых токов в поверхностных слоях экрана и ослабление переменного магнитного поля при проникновении его в толщину экрана. Чем выше частота магнитного поля, тем меньше глубина проникновения. Следовательно, экранирование магнитного поля обусловлено, во-первых, компенсацией этого поля магнитным полем вихревых токов, и, во-вторых, ослаблением магнитного поля при проникновении в толщину стенок экрана. До тех пор пока толщина стенок экрана меньше глубины проникновения, решающим может оказаться ослабление поля при проникновении его в толщину стенок экрана. Так как с ростом частоты магнитного поля глубина проникновения уменьшается, то уменьшается и магнитопроводность экрана, которая зависит от габаритов и магнитной проницаемости материала экрана. В этих условиях из-за существенного уменьшения эквивалентной толщины стенок экрана явление шунтирования магнитного поля не проявляется. Поэтому для обеспечения экранирования на высоких частотах в качестве материала экранов часто применяются немагнитные материалы.

Эффективность магнитостатического экранирования тем больше, чем больше магнитная проницаемость вещества , из которого сделан экран, и толщины этого экрана d.

Для получения высокого коэффициента экранирования стенки экрана приходится делать сравнительно толстыми или применять составной экран из нескольких слоев материалов с большой магнитной проницаемостью ( >> 1).

Экранирующие материалы и конструкции экранов. Для экранирования электрических полей используют материалы с высокой электропроводностью. Эффективность такого экрана, как видно из выше приведенных формул, бесконечно велика на очень низких частотах и падает с их ростом. Экранировать магнитные поля более сложно, поскольку затухание из-за отражения равно нулю для некоторых сочетаний материалов и частот. С уменьшение частоты ослабление магнитного поля из-за отражения и поглощения в немагнитных материалах (например, в алюминии) падает, поэтому трудно создать магнитный экран из немагнитных материалов. На высоких частотах, где экранирование обеспечивается и поглощением и отражением, выбор материала менее критичен. Магнитные материалы обеспечивают лучшее экранирование от плоских волн за счет поглощения, в то время как электропроводящие материалы – за счет отражения.

Принято считать, что большинство жестких механических материалов обладают хорошими экранирующими свойствами. На звуковых частотах эта закономерность не соблюдается, и для магнитного экранирования следует применять материалы с высокой магнитной проницаемостью.

На низких частотах стальной экран, магнитная проницаемость которого может быть достаточно высока (или экран из другого электропроводящего материала со значительной магнитной проницаемостью), оказывается эффективнее медного по поглощению. Однако для повышения его эффективности приходится увеличивать толщину экранирующего листа. Кроме того, с ростом частоты магнитная проницаемость всех материалов быстро уменьшается, причем тем значительнее, чем больше ее начальное значение. Поэтому материалы с большой магнитной проницаемостью (104 Гн/м) целесообразно использовать только до частот порядка 1 кГц. При больших значениях напряженности магнитного поля из-за насыщения материала ферромагнетика его магнитная проницаемость падает тем резче, чем больше начальное значение проницаемости.

Для того, чтобы избежать эффекта насыщения экран делают многослойным, при этом желательно, чтобы каждый последующий (по отношению к экранируемому излучению) слой имел большее начальное значение магнитной проницаемости, чем предыдущий, так как эквивалентная глубина проникновения электромагнитного поля в толщину материала обратно пропорциональна произведению его магнитной проницаемости и проводимости. Той же толщины, но исполненные многослойно экраны более эффективны, так как дополнительно обеспечивают многократное отражение электромагнитной энергии на границе раздела свободное пространство-экран. Наиболее эффективны экраны из комбинаций магнитных и немагнитных слоев, например, сочетание медного и стального слоев.

В ряду специально изготавливаемых для экранирования материалов находятся различные аморфные сплавы. На основе которых созданы экраны с коэффициентом экранирования до 60 дБ. Из аморфных ферромагнетиков также разработаны магнитные экраны для квазистатических полей (магнитного поля земли). Для магнитного экранирования малых объемов возможно применение аморфного ферромагнитного микропровода.

Таблица 2. 1

Электромагнитные материалы используемые для экранирования

Хорошее качество экранирования требует очень высокой однородности экранов, т.е. постоянства их проводимости, диэлектрической и магнитной проницаемости. При надлежащем выборе параметров сплошной непрерывный металлический экран подавляет на 100 дБ и более излучения любой частоты в диапазоне от постоянного тока до видимого света. Но непрерывность экранов нарушается стыками сопрягаемых деталей и элементами конструкции (паяными и сварными швами, винтами, заклепками и отверстиями под них), а также отверстиями для ввода и вывода кабелей, вентиляции, освещения экранируемого пространства. Все эти конструктивные и технологические неоднородности нарушают качество экранирования и даже работают как антенны. Для уменьшения излучения (увеличения затухания) щелями и стыками сплошных элементов экрана, размеры и конфигурацию щелей выбирают так, чтобы они работали подобно запредельным волноводам на частотах экранируемых полей.

Затухание в таких щелях можно выразить, основываясь на критерии граничной частоты волновода f _гр формулой

где L –глубина щели или ширина перекрытия сопрягаемых деталей, мм; f – частота экранируемого поля, МГц; f гр – граничная частота. (Для прямоугольной щели f гр. = 150 ´10³/g, для круглой щели f гр. = 175,5 ´10³/g, где g –наибольший поперечный размер щели, мм).

Существует несколько способов уменьшить влияние щелей на эффективность экранирования. Если экран монтируется винтами (заклепками) то затухание можно существенно увеличить, уменьшая g за счет более частого расположения крепежных деталей. Эффективным бывает применение специальных электромагнитных прокладок.

Электромагнитные прокладки бывают: плетеные проволочные; из проволоки, ориентированно погруженной в диэлектрик; из проводящей пластмассы и из эластомера (проводящий полимер), гребенчатые. Прокладки из проволоки, ориентированно погруженной в диэлектрик, изготовляют из монелевой или алюминиевой проволоки, имеющей изоляционное покрытие. Эту проволоку погружают либо в сплошной, либо в пористый силоксан с плотностью примерно 150 шт./см² перпендикулярно рабочим поверхностям и с выступом над ними на несколько десятков микрометров для проникновения через слой окисла или смазки на соединяемых поверхностях. Такие прокладки обеспечивают как электромагнитное уплотнение, так и герметизацию. Прокладки из проводящей пластмассы, изготовляемые погружением серебряных шариков в силоксановую резину или в виниловый эластомер, также обеспечивают электромагнитное уплотнение и герметизацию.

Гребенчатые прокладки штампуют различной конфигурации из бериллиевой бронзы, рабочие поверхности покрывают липким слоем. С их помощью уплотняют двери, крышки и другие крупные детали. Кроме перечисленных выпускают прокладки из фольгированного пористого неопрена с большой степенью сжатия. С нефольгированной стороны такую прокладку покрывают липким слоем синтетического каучука.

Надежный электрический контакт между двумя и более металлическими поверхностями обеспечивается токопроводящими смолами и красками с графитовым наполнителем. Например, эпоксидные смолы с серебряным наполнителем заменяют пайку. Вентиляционные отверстия экранов закрывают плоскими или объемными (сотовыми) решетками или сетками.

Непрерывность экрана нарушается не только вентиляционными отверстиями, но и отверстиями для индикаторных, измерительных и регулировочных приборов В этих случаях применяют либо окно с проводящим слоем, либо оптически прозрачную подложку. Из регулировочных приборов при помощи специальных втулок формируют запредельные волноводы.

При экранировании помещений основное требование ко всем типам электромагнитных экранов – максимально возможное затухание электромагнитной волны на выходе из материала экрана.

Электромагнитный экран обычно выполняется в виде электрогерметичного стального, главным образом, из оцинкованной листовой стали и сеток из тонкой медной проволоки или медных листов, корпуса. Экраны оснащают специальными фильтрами (соответствующие приведены в разделе 4.2.3,) для ввода электрических и жизнеобеспечивающих коммуникаций. В зависимости от требуемой эффективности, экран исполняют однослойным или многослойным, иногда в виде электромагнитных ловушек, обеспечивающих экранировку электромагнитных волн на величину до (60…100) дБ в диапазоне частот (0,1…1500) МГц.

С внутренней стороны помещение облицовывается конструкционным радиопоглощающим материалом, для предотвращения образования стоячих волн с частотами более 1 ГГц и для создания более комфортной экологической обстановки.

В качестве радиопоглощающих материалов могут использоваться пеностекло различных марок, обеспечивающее эффективность экранирования до 20 дБ, или базальтовые волокна, выполненные с определенным количеством полупроводящих нитей.

В случаях, например, облицовки ограждающих конструкций ферритовыми радиопоглощающими покрытиями типа «Феррилен», «Форпост» или ферритодиэлектрическими поглотителями электромагнитных волн (ФДПЭВ), коэффициент экранирования помещения будет составлять (20…40) дБ в радиодиапазоне до 1000 МГц.

Стены помещений могут отделываться гибкими тканевыми коврами из аморфных материалов или электропроводящими тканями. В качестве экранирующей ткани возможно применение различных углетканей или металлизированных пленок. Например, радиозащитная ткань типа «Восход» обеспечивает затухание радиосигнала в диапазоне частот (1…12000) МГц около (40…60) дБ.

В более простых случаях могут использоваться радиопоглощающие краски. Краска типа «Тиколак», нанесенная на поверхности ограждающих конструкций помещения одним слоем толщиной в 70 мкм, снижает интенсивность излучений в 3…4 раза.

Некоторые экранирующие материалы приведены в табл. 2.

Таблица 2.2.