Общие сведения о нелинейных локаторах

Именно эта проблема и привела к появлению совершенно нового вида поискового прибора, получившего название нелинейного радиолокатора. Своим названием он обязан заложенному физическому принципу выявления подслушивающих устройств.

Дело в том, что технические средства промышленного шпионажа являются радиоэлектронными устройствами. В их состав входят полупроводниковые элементы (диоды, транзисторы, микросхемы), для которых характерен нелинейный вид вольт-амперной характеристики, связывающей протекающий через p-n-переход электрический ток i с приложенным напряжением u (см. рис. 220).

Рис. 220. Характеристика p-n-перехода

Рис. 221. Характеристика случайного МОМ-перехода

Наличие такой нелинейной связи приводит к возникновению на выходе полупроводникового прибора бесконечно большого количества переменных напряжений (гармоник) с частотами fn = n х fo, где n = 1,2,3,.. (любое натуральное число), а fo— частота зондирующего сигнала, действующего на входе полупроводникового прибора. Сам факт возникновения сигнала с частотой fo на входе полупроводникового элемента обязан явлению наведения ЭДС и токов в случайных антеннах, которыми могут оказаться проводники печатных плат или другие компоненты ЗУ при облучении их высокочастотным сигналом.

Таким образом, нелинейный локатор - это прибор, который просто реализует следующий принцип: излучает электромагнитную волну с частотой f0, а принимает переизлученные сигналы на частотах fn. Если такие

сигналы будут обнаружены, то в зоне действия локатора есть полупроводниковые элементы, и их необходимо проверить на возможную принадлежность к ЗУ.

В соответствии с вышесказанным нелинейный радиолокатор обнаруживает только радиоэлектронную аппаратуру и, в отличие от классического линейного радиолокатора, «не видит» отражений от окружающих предметов, то есть обладает высокой избирательностью.

Источниками помех для его работы могут служить контакты со слабым прижимом, для которых характерно наличие промежуточного окисного слоя (сваленные вместе металлические канцелярские скрепки, монеты, плетеные сетки) или просто подвергнутые коррозии металлы. В редких случаях (при большой мощности излучения) нежелательный эффект могут дать паяные и сварные соединения.

Причина возникновения указанных помех связана с тем, что слабые металлические контакты, как правило, представляют собой квазинелинейные элементы с неустойчивым p-n-переходом, вызванным наличием окислов на поверхности металлов. В физике полупроводников подобные структуры известны как «металл - окисел - металл», а нелинейные элементы такого типа называются МОМ-структурами. Вольт-амперная характеристика случайного соединения, в отличие от характеристики p-n-перехода, обычно симметрична. Примерный вид ее показан на рис. 221.

Методы селекции сигнала в нелинейных радиолокаторах на фоне подобных помех подробно будут рассмотрены ниже.

Впервые принципы нелинейной радиолокации были применены еще в середине 70-х годов, когда на контрольно-пропускных пунктах заводов и складов были установлены устройства предупреждения о попытке скрытного выноса радиоаппаратуры или ее электронных компонентов. После этого идеей заинтересовались спецслужбы и стали разрабатываться приборы обнаружения скрытых электронных средств разведки и радиовзрывателей.

Несмотря на свою специфичность принципы нелинейной локации нашли себе и «мирное применение». Так, например, в настоящее время получили широкое распространение системы обнаружения несанкционированного выноса предметов из магазинов, поиск людей в снежных завалах и разрушенных зданиях, контроль багажа авиапассажиров и т. д.

Первым устройством, поступившим на вооружение спецслужб, в частности ЦРУ, был локатор Superscout, серийный выпуск которого начался с 1980 года. В 1981 году появился британский Broom (см. рис. 222), который несколько уступал американскому аналогу. Наш отечественный се-

рийный локатор появился в 1982 году и назывался «Орхидея». Правда, раньше ему предшествовали несколько уникальных образцов,но они были сняты с появлением «Орхидеи».

Рис. 222. Нелинейный радиолокатор Broom ESM

В настоящее время на российском, рынке представлено около двух десятков типов нелинейных радиолокаторов. Как правило, это портативные приборы отечественного и импортного производства стоимостью от $2000 до $30000. Имеющий место разброс цен обусловлен различными техническими характеристиками, важнейшими из которых являются возможность идентификации электронных и контактных источников помех, способы индикации принимаемых сигналов, габариты, вес, тип питания.

В России производится почти столько же моделей нелинейных локаторов, сколько в США и Англии вместе взятых. Однако западные производители предлагают многофункциональные приборы с широким набором сервисных функций, что естественно влияет на цену ($25 0О0~$ЗО 000). Российские производители держат качество приборов на должном уровне при сохранении относительно доступных цен:($2 000-$ 10 000), за счет чего многофункциональность локаторов отходит на второй план.

Основные характеристики нелинейных радиолокаторов.

К основным характеристикам нелинейных радиолокаторов относятся: значения рабочих частот зондирующих сигналов; режим излучения и мощность передатчика; форма, геометрические размеры и поляризация антенн; точность определения местоположения переизлучающего объекта; чувствительность приемника; максимальная дальность действия и глубина, на которой возможно обнаружение закладки внутри радиопрозрачного материала; количество анализируемых гармоник; размеры, вес и тип питания радиолокатора. Рассмотрим эти характеристики более подробно.

Значения рабочих частот передатчиков всех типов локаторов находятся в пределах от 400 до 1000 МГц (рабочие частоты приемников, соответственно, составляют удвоенную или утроенную частоту передатчиков). Большинство отечественных и зарубежных образцов работают в диапазоне, близком к 900 МГц. Такой выбор обусловлен компромиссом в решении следующего противоречия.

С одной стороны, чем ниже частота зондирующего излучения, тем лучше его проникающая способность внутрь предметов и сред, в которых могут быть спрятаны ЗУ, и больше относительный уровень высших гармоник в переизлученном сигнале.

С другой - чем выше частота излучения, тем уже диаграмма направленности антенны локатора при фиксированных геометрических размерах, следовательно выше плотность потока мощности зондирующего сигнала (кроме того, на высоких частотах лучшими свойствами обладают случайные антенны, в качестве которых выступают ножки навесных элементов, проводники печатных плат и т. п., а их размеры, как известно, невелики).

К сожалению, многие нелинейные радиолокаторы функционируют на фиксированных частотах без возможности перестройки. Причина такого подхода - упрощение схемотехнических решений, то есть существенное снижение цены. Расплачиваться за такое упрощение приходится худшими эксплуатационными характеристиками, так как на частотах приема могут присутствовать излучения посторонних радиоэлектронных средств. И если даже уровни мешающих сигналов невелики, их может быть достаточно для нарушения нормальной работы радиолокаторов, так как чувствительность приемных устройств очень велика.

Естественно, более удобны в эксплуатации локаторы, имеющие возможность перестройки в определенном диапазоне. Так, например, в нелинейном локаторе Orion (NJE-400) фирмы Research Electronics International (REI) предусмотрен автоматический режим выбора рабочей частоты в диа-

пазоне 880-1000 Мгц. Не оптимальное значение определяется по наилучшим условиям приема для 2-й гармоники частоты зондирующего сигнала.

От рабочей частоты зависит форма и геометрические размеры антенн, важной характеристикой которых является поляризация. Передающие антенны имеют, как правило, линейную, а приемные - круговую поляризацию.

Точность определения местонахождения радиоэлектронного устройства, которую позволяют достигать используемые размеры антенн, соответствует нескольким сантиметрам. Например, для локаторов «Родник» (cм. рис. 223) и «Циклон» это 2 см.

Рис. 223. Нелинейный радиолокатор Родник-2М

Следующей группой характеристик нелинейных локаторов являются режим работы передатчика, излучаемая мощность и чувствительность приемника.

В зависимости от режима работы нелинейные локаторы делятся на локаторы с непрерывным и импульсным излучением. Практически все зарубежные приборы и некоторые отечественные работают с непрерывными зондирующими сигналами малой мощности (10-850 мВт). Большинство отечественных локаторов работают в импульсном режиме излучения с пиковой мощностью 5-400 Вт, Из-за простоты используемых приемных устройств импульсные локаторы значительно дешевле непрерывных.

Следует отметить,, что высокая мощность и характер излучения импульсных локаторов могут создать определенные проблемы, в плане электромагнитной совместимости со средствами связи, навигации, телевеща-

ния, датчиками пожарной и охранной сигнализации. Кроме того, зондирующее излучение оказывает негативное воздействие на операторов, эксплуатирующих аппаратуру. Поэтому, в соответствии с санитарными нормами, мощность современных локаторов ограничена максимальным значением 3-5 Вт для непрерывного режима и средним значением 0,1-1,5 Вт (до 400 Вт в импульсе) - дли импульсного. Однако даже при таких ограничениях у оператора после часа работы часто начинают болеть глаза, так как именно они наиболее чувствительны к СВЧ-излучению.

Некоторые современные нелинейные локаторы имеют возможность изменения мощности зондирующего сигнала. Так, в локаторе NJE-400 уровень непрерывного излучения регулируется в пределах от 0,01 до1 Вт, а в радиолокаторе «Циклон-М» пиковое значение импульсной мощности - от 80 до 250 Вт. Более того, приемник локатора Superbroom Plus снабжен функцией автоматического установления мощности излучения в зависимости от величины принимаемого сигнала на 2-й гармонике.

Чувствительность приемников современных нелинейных локаторов лежит в пределах от 10^-15 до 10^-11 Вт. У импульсных она несколько хуже, что объясняется соответствующим превосходством пиковой мощности импульсных передатчиков (примерно на 35-40 дБ). В большинстве радиолокаторов используются приемники с регулируемой чувствительностью. Диапазон регулировки этого параметра составляет 30-50 дБ.

В соответствии с законом сохранения энергии (чем выше номер принимаемой гармоники n, тем меньше ее амплитуда) в современных локаторах анализируются только 2-я и 3-я гармоники зондирующего сигнала. И тем не менее, нелинейные радиолокаторы являются приборами ближнего действия, так как коэффициент преобразования энергии облучающего сигнала в энергию высших гармоник очень мал. Конкретная дальность действия зависит от множества факторов. В первую очередь, это тип обнаруживаемого устройства, наличие у него антенны и ее длина, условия размещения объекта поиска (в мебели, за преградами из дерева, кирпича, бетона и т. п.). Максимальное расстояние, на котором возможно выявление ЗУ ограничено величиной 0,5 м. Данное значение соответствует варианту работы на открытых площадях или в больших необорудованных помещениях, например таких, как готовящийся к сдаче строительный объект. Для офисных помещений возможности обнаружения еще скромнее. Это связано с высокой концентрацией различных «помеховых» объектов (канцелярские принадлежности, оргтехника и т. п.).

С понятием максимальной дальности действия тесно связана максимальная глубина обнаружения объектов в маскирующей среде. Для строи-

тельных конструкций она может достигать несколько десятков сантиметров. Например, локаторы серии «Циклон» обнаруживают радиоэлектронные изделия в железобетонных стенах толщиной до 50 см, в кирпичных и деревянных до 7 см.

Важной характеристикой является и количество анализируемых гармоник переизлученного сигнала. Так как одновременный прием на двух гармониках зондирующего сигнала дает неоспоримые преимущества по сравнению с однотональньм приемом: он дает возможность осуществлять идентификацию обнаруженных объектов.

Современные нелинейные локаторы имеют небольшие размеры, вес и позволяют работать как от электросети, так и от автономных источников питания (аккумуляторов).

Например, у нелинейною локатора «Онега» (см. рис. 224) вес приемо-передаюшего блока составляет 2 кг, а антенны со штангой - 0,8 кг (см. рис. 225).

Рис. 224. Нелинейный радиолокатор Онега-2М

Вес нелинейного локатора «Циклон-М» в упаковке (кейсе) - 5,5. кг (при этом вес приемопередающего блока составляет 1,2 кг). У нелинейного локатора «Orion» (NJE-400) приемопередающий блок и антенна закреплены на одной телескопической штанге, и общий вес конструкции не превышает 1,8 кг. Для удобства работы в этом локаторе используются беспроводные «инфракрасные» наушники.

Рис. 225 Нелинейный радиолокатор Онега-2М

Конструктивное исполнение изделий «Переход», «Родник-ПМ» и «Энвис» дает оператору возможность работать без постоянного перемещения приемопередающего блока аппаратуры, который размешен в чемодане типа «атташе-кейс». Блок соединен с антенным датчиком кабелем длиной 5-7 м. Узел управления и индикации аппаратуры (регулировка мощности и чувствительности, световые индикаторы, гнездо головных телефонов) размещен на антенном датчике.

Иногда нелинейные локаторы выполняются в ранцевом варианте.