Демаскирующие признаки сигналов

Понятие «сигнал» достаточно емкое и в общем случае обоз­начает изменяющуюся физическую величину, однозначно отобра­жающую сообщение. Часто люди для передачи конфиденциальной информации обмениваются условными сигналами, используя для этого различные предметы, надписи, слова, звуки. Например, не­знакомые люди при встрече обмениваются условными фразами. В радиоэлектронике под сигналом понимается изменяющаяся физи­ческая величина.

По существу сигнал представляет распространяющийся в про­странстве носитель с информацией, содержащейся в значениях его физических параметров. К сигналам относятся: собственные (обус­ловленные тепловым движением электронов, радиоактивные) излучения объектов, отраженные от объектов поля и волны, электро­магнитные поля и электрический ток от созданных человеком ис­точников 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 (ампли­туда) которых может принимать произвольные значения в опреде­ленном для сигнала интервале.

Амплитуда простого и достаточно распространенного в при­роде гармонического сигнала изменяется по синусоидальному за­кону:

где А — амплитуда; со = 2 яf— круговая частота колебания; ф — фаза колебания.

Частота f измеряется в Гц и называется линейной.

Большинство аналоговых сигналов имеют более сложную форму. Периодические (повторяющиеся через время Т_п — период) сигналы произвольной формы могут быть представлены в соот­ветствии с формулой Фурье в виде суммы гармонических колеба­ний:

где С — постоянная составляющая сигнала; C_k — амплитуда k-й гармоники сигнала (k = 1, 2,..., n); kco, и <p_k— частота и фаза Цй гармоники сигнала; to, —• основная (1-й гармоники), частота.

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

Амплитуда каждой спектральной составляющей характеризу­ет энергию соответствующей гармоники основной частоты сигна­ла. Чем выше скорость изменения амплитуды сигнала, тем больше в его спектре высокочастотных гармоник. Разность между макси­мальной и минимальной частотами спектра сигнала, между кото­рыми сосредоточена основная часть, например 95% энергии, назы­вается шириной спектра ДР. Пример графического изображения спектра периодического сигнала представлен на рис. 3.3.

Частоты составляющих спектра непериодического аналогово­го сигнала непрерывно меняются. При наблюдении спектра такого сигнала на экране анализатора спектра положение и уровень раз­личных спектральных составляющих непрерывно изменяются и спектр выглядит как сплошной.

Весьма удобной и широко применяемой является комплекс­ная форма записи ряда Фурье, которая в соответствии с формулой Эйлера определяет тригонометрические функции через показа­тельные: cos х = (e^jx + e ~^jx) / 2 и sin x = (е^^х - е~^jx) / 2j. Представление сигнала в виде ряда Фурье в комплексной форме имеет вид:

. Как следует из приведенного выражения, спектр в комплексной форме, называемый линейчатым, симметричен отно­сительно нуля, а С* = 1/2 C_k для k Ф 0.

I

Рис. 3.3. Пример спектра периодического аналогового сигнала

В соответствии с изменением амплитуды аналогового сигна­ла меняется его энергия или мощность, пропорциональная квадра­ту амплитуды. В зависимости от времени измерения энергии сиг­нала различают среднюю и мгновенную мощность. Десятичный логарифм отношения максимальной мгновенной мощности сигна­ла к минимальной называется динамическим диапазоном сигна­ла. Динамический диапазон речи диктора радио и телевидения со­ставляет 25-30 дБ, вокального ансамбля — 45-65 дБ, а симфони­ческого оркестра достигает 70-95 дБ.

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

•частота или диапазон частот;

•амплитуда или мощность сигнала;

•фаза сигнала;

•длительность сигнала;

•вид модуляции;

•ширина спектра сигнала;

•динамический диапазон сигнала.

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

Рис. 3.4. Осциллограмма бинарного сигнала

Дискретный сигнал характеризуется следующими параметра­ми: амплитудой А и мощностью Р, длительностью импульса т, пе­риодом Т или частотой F_n = 1 / Т_п повторения импульсов (для пе­риодических дискретных сигналов), шириной спектра сигнала ДР, скважностью импульсов а = Т_п / т_и.

Спектр дискретного периодического сигнала содержит бес­конечное количество убывающих по амплитуде гармоник. Вид спектра для бинарного периодического сигнала иллюстрируется рис. 3.5.

Рис. 3.5. Пример спектра бинарного периодического сигнала

Он характеризуется следующими свойствами:

•форма огибающей спектра описывается функцией |sinf/fj;

•амплитуда гармоник C_k имеет нулевое значение в точках k / т_и,
k=l,2,...;

•в области частот спектра (0-1/т) располагаются а—1 гармо­
ник;

•постоянная составляющая сигнала равна А/а.

Учитывая, что большая часть энергии сигнала сосредоточена в области частот 0—1/т, ширина спектра бинарного периодического сигнала приблизительно оценивается по формуле: ДР_и ~ 1/т_н. Ширина спектра телеграфного сигнала в виде двоичной последо­вательности, ограниченного третьей гармоникой, оценивается ве­личиной AF ~ i_;5v, где v — скорость передачи в бодах (двоичных символах в секунду). Например, ширина спектра телеграфного сигнала, передаваемого со скоростью 50 Бод, приблизительно рав­на 75 Гц.

При прохождении дискретных сигналов по реальным электри­ческим цепям радиотехнических средств в силу их частотно-из­бирательных свойств и ограниченной полосы пропускания спектр сигналов изменяется, в результате чего искажается их форма и уменьшается крутизна импульсов. Прямоугольный импульс при­обретает колоколообразную форму. В результате этого размывает­ся граница между формами аналогового и дискретного сигналов. Искажения формы и уменьшение амплитуды импульсных сигна­лов в проводах кабелей ограничивают дальность их передачи, на­пример, для обеспечения межмашинного обмена данными в ло­кальных сетях.

По физической природе сигналы могут быть акустическими, электрическими, магнитными, электромагнитными (в радиодиа­пазоне — радиосигналы), корпускулярными (в виде потоков эле­ментарных частиц) и вещественными, например, пахучие добавки в газ подают сигнал об его утечке.

Сигналы по виду передаваемой информации делятся на ре­чевые, телеграфные, телекодовые, факсимильные, телевизион­ные, о радиоактивных излучениях и условные. Телеграфные и те­лекодовые сигналы используются для передачи буквенно-цифро­вой информации с низкой и высокой скоростью соответственно. Факсимильные и телевизионные сигналы обеспечивают передачу неподвижных и подвижных изображений. Сигналы радиоактив­ных излучений являются демаскирующими признаками радиоак­тивных веществ. Условные сигналы несут информацию, содержа­ние которой предварительно определено между ее источником и получателем, например горшок с цветком на подоконнике в лите­ратурных произведениях о разведчиках — о провале явки.

Вид информации, содержащейся в сигнале, изменяет его де­маскирующие признаки: форму, ширину спектра, частотный и динамический диапазон. Например, стандартный речевой сиг­нал, передаваемый по телефонной линии; имеет ширину спектра 300-3400 Гц, звуковой — 16-20000 Гц, телевизионный — 6-8 МГц и т. д. Произведение В = ДР_с Т, называется базой сигнала. Если В ~ 1, то сигнал узкополосный, при В > 1 — сигнал широкополос­ный.

По времени проявления сигналы могут быть регулярными, время появления которых получателю информации известно, на­пример сигналы точного времени, и случайные, когда это время не­известно. Статистические характеристики проявления случайных сигналов во времени могут представлять собой достаточно инфор­мативные демаскирующие признаки источников, прежде всего, об их принадлежности и режимах функционирования. Например, по­явление в помещении радиосигнала во время ведения в нем разго­воров может с достаточно высокой вероятностью служить демас­кирующим признаком закладного устройства с акустическим ав­томатом.

По аналогии с демаскирующим объектом и с такой же целью целесообразно ввести понятие демаскирующий сигнал, факт об­наружения которого может служить информативным признаком объекта защиты. Например, побочные излучения на определен­ной частоте конкретной радиостанции могут служить в качестве ее прямого, а иногда именного признака. Во время войны по «по­черку» работы на ключе опознавали радиста и выявляли радиоиг­ру, затеянную противником.