Акустические каналы утечки информации

 

где – эффективное значение звукового давления на поверхности (u=0).

На элемент dxdy поверхности u(x,y) действует векторная сумма двух сил.

Во-первых –  силы, создаваемой деформированной  мембраной (уже упомянутая выше жесткость  стекла). Проекция силы T(x,y,t) в направлении деформации (в направлении нормали к u(x,y)) будет, очевидно,

 

                 (1.17)

 

где ∆x и ∆y – углы, образованные вектором с соответствующими координатными осями.

Преобразуя (1.17), можно получить

 

  (1.18)

 

                                       (1.19)

 

                                      (1.20)

 

поэтому удельное значение силы , отнесенной к элементу поверхности , будет

 

            (1.21)

 

где – оператор Лаплпса.

Вектор этой силы колинеарен вектору силы звукового давления , поэтому их совместное действие сообщает элементу поверхности стекла ускорение

 

             (1.22)

 

где - объемная, а - поверхностная плотность стекла, вибрирующего под действием звуковой волны.

Используя в (1.22) соотношения (1.21) и (1.20) можно получить неоднородное дифференциальное уравнение в частных производных. Это уравнение гиперболического типа универсально для описания колебательных процессов на плоскости. Решением уравнения являются незатухающие пространственно-временные колебания мембраны . Граничные условия

 

                                             (1.23)

 

определяются  способом крепления стекла в раме. Целесообразно рассмотреть следующие  модели закрепления стекла и, соответственно, системы начальных условий.

- Стекло закреплено абсолютно жестко (по крайней мере – в направлении, нормальном плоскости )

 

                                                   (1.24)

 

- Края стекла свободны

 

                                           (1.25)

 

- Края стекла закреплены в эластичной опоре (резина, эластичная оконная замазка). При этом сила реакции опоры в соответствии с законом Гука пропорциональна величине относительной деформации

 

                                                  (1.26)

 

где - относительная деформация материала опоры; - модуль упругости материала опоры; S - площадь уплотнителя, на которую опирается стекло; Р(t) - сила звукового давления на стекло.

Решение краевой  задачи для граничных условий (1.24) будет

 

                (1.27)

где

   (1.28)

 

амплитуды колебаний  стекла, а

 

                                   (1.29)

 

Резонансные частоты пространственных гармоник колебаний стекла.

Для оконного и витринного стекла характерны следующие  значения величин, входящих в (1.28) и (1.29):

 

;

;

 

Учитывая  эти значения на основании можно  установить, что частота первого n=m=1, самого интенсивного резонанса колебаний стекла составляют

 

                                  (1.30)

 

Для пятимиллиметрового стекла м размером резонансная частота, согласно (1.30), составляет примерно 9,4 Гц, т.е. лежит ниже нижней частоты в спектре речи. Для стекол большего размера эта частота оказывается еще ниже. Поэтому соотношение (1.30) для амплитуды вынужденных колебаний центра стекла (х=0; у=0) при синусоидальном возбуждении можно упростить, и считать, что

 

                                       (1.31)

 

Как видно, амплитуда колебаний  стекла убывает с квадратом частоты возбуждающего сигнала.

Для граничных  условий вида (1.25) уравнение колебаний (1.22), очевидно, преобразуется к виду

 

                                             (1.32)

 

Очевидное решение (1.32) следует искать в виде

 

                                            (1.33)

 

где неопределенные коэффициенты А и находятся при подстановке (1.32) в (1.33). В результате такой подстановки можно определить:

 

                                        (1.35)

 

или, при уже  использованных выше параметрах стекла,

 

                                            (1.36)

 

Сравнивая (1.31) и (1.36) можно установить, что первая гармоника колебаний закрепленного стекла имеют в раза большую, амплитуду.     Стекло в эластичных опорах будет, очевидно, иметь колебания с некоторым средним значением амплитуды

 

                                        (1.37)

 

Для дальнейших расчетов используется максимальное оценочное  значение амплитуды колебаний стекла

 

                                                   (1.38)

 

В соответствии со схемой рисунок 2 вибрации стекла с амплитудой колебания точки отражения лазерного луча А вызывают изменение задержки принимаемого сигнала с амплитудой

 

                                                      (1.39)

 

где с – скорость света в среде распространения прямого и отраженного луча (в воздухе).

Изменение задержки приводит к модуляции фазы принимаемого сигнала, отраженного стеклом. Индекс фазовой модуляции

 

                                     (1.40)

 

где - угловая частота лазерного излучения; - модуль волнового вектора (пространственная частота); - длина волны лазерного излучения; - угол падения, образованный вектором и нормалью к поверхности стекла.

Из (1.40) следует, что максимальному значению индекса модуляции отраженного стеклом сигнала и, соответственно, максимальному уровню информационной составляющей в спектре этого сигнала отвечает нормальное падение луча на стекло и . К тому же, при нормальном падении на входе приемника будет присутствовать зеркально отраженный луч. Уровень зеркально отраженного луча больше, чем диффузно рассеянного и кроме того, при приемник системы перехвата можно совместить в пространстве с передатчиком. Дальнейшие расчеты выполняются именно для этого случая.

Таким образом, при возбуждении гармонических  колебаний стекла, фаза отраженного  сигнала модулируется по закону

 

  (1.41)

 

интеграла от Это значит, что мгновенная частота отраженного стеклом и принятого лазерным микрофоном принимаемого сигнала меняется в соответствии с функцией

 

                                    (1.42)

 

а производная  от изменения частоты

 

                                       (1.43)

 

с точностью  до несущественного знака "–" совпадает с формой акустического колебания. Сообщение на приемной стороне можно выделить частотным детектором с дифференцирующим фильтром на выходе.

Алгоритм  обработки сигнала, отраженного  стеклом и принимаемого фотоприемником лазерного микрофона, иллюстрируется схемой рисунок 3.

На нелинейном элементе фотоприемника можно выделить биения разностной частоты , содержащие извлекаемую информацию и одновременно промодулировать колебанием этих биений колебание гетеродина на частоте . На этой промежуточной частоте осуществляется основное усиление принятого сигнала. Частотная демодуляция может осуществляться разными схемами. В частности, может быть применена схема следящего частотного демодулятора, при соответствующем выполнении которой на выходе можно сразу получить сигнал, пропорциональный производной от изменения частоты. Дифференцирование можно осуществить и в усилителе низкой частоты после демодуляции.

 

Рисунок 1.9 - Прием и обработка сигнала в лазерном микрофоне

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Расчет оконечного каскада оптического приемника

 

2.1 Расчет УНЧ

 

 

При выборе транзистора будем руководствоваться  следующими требованиями к его техническим  характеристикам:

-постоянный ток коллектора не  менее 120 мА;

-предельная частота усиления более 8,5 МГц;

Приведённым требованиям удовлетворяет  кремниевый n-p-n транзистор PN2222. Данный транзистор имеет следующие электрические параметры:

- Максимальная рассеиваемая мощность: 0,5Вт

- Максимально допустимое напряжение  коллектор-база: 60В

- Максимально допустимое напряжение  коллектор-эмиттер: 30В

- Максимально допустимое напряжение  эмиттер-база: 5В

- Максимальный постоянный ток  коллектора: 0,8А

- Граничная частота коэффициента  передачи тока: 250МГц

- Статический коэффициент передачи  тока: 100

Для используемого  в схеме транзистора по справочным данным определяют максимально допустимые значения коллекторного тока и напряжения и максимальную рассеиваемую мощность на семействе выходных вольт-амперных характеристик (ВАХ) транзистора строится линия нагрузки БВ, исходя из следующих условий:

 

˂                                             (2.1)

 

˂                                                  (2.2)

 

Выполнение  неравенства (2.1) необходимо потому, что коллекторный ток

насыщенного транзистора должен быть меньше максимального  допустимого тока . Коэффициент 0,8 гарантирует выполнение этого неравенства при разбросе сопротивления резистора и нестабильности питания . Выполнение неравенства (2.2) обеспечивает надёжную работу транзистора в режиме отсечки или при обрыве цепи базовых резисторов, когда напряжение на коллекторе транзистора поднимается почти до .

 

Рисунок 2.1 - Выходная и входная характеристика транзистора PN2222

 

Рабочая точка  , ,

 

сопротивление коллекторного резистора  определяется:

 

                              (2.3)

 

Величина сопротивления Rб1 определяется как

 

                          (2.4)

 

2.2 Расчет детектора

 

 

Для того что бы нагрузочная цепь выполняла роль частотного фильтра,  
Подавляещего высокочастотные спектральные составляющие, потребуем выполнение равенств:

 

˂˂                                                      (2.5)

 

 - частота сигнала

Для выбираем сопротивление нагрузки:

 

 

 

Коэффициент детектирования определяется:

 

                                                 (2.6)

 

где

 

 

 2.3 Программная часть

 

 

 

Рисунок 2.2 – Окно расчета усилителя низкой частоты

 

 

 

 

 

Расчет детектора

 

 

 

Рисунок 2.3 –  Окно расчета детектора

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Технико-экономическое обоснование

 

3.1 Резюме

 

 

В настоящее время спецслужбы различных стран и недобросовестно конкурирующие фирмы для несанкционированного получения речевой информации все чаще используют дистанционные портативные средства акустической разведки. Самыми современными и эффективными считаются лазерные системы акустической разведки (ЛСАР), которые позволяют воспроизводить речь, любые другие звуки и акустические шумы при лазерно-локационном зондировании оконных стекол и других отражающих поверхностей. . Особая привлекательность таких систем обусловлена тем, что они позволяют решать задачи съема речевой информации максимально безопасно, на расстоянии, опосредованно, избегая необходимости захода в интересующее помещение с целью размещения там подслушивающего устройства, что всегда связано с риском. Кроме того, и выявление работающего лазерного микрофона очень сложно, а в ряде случаев технически неосуществимо. Стоимость продаваемых на Западе комплексов составляет десятки тысяч долларов.

Однако из печати известно, что лазерные микрофоны широко использовались против сотрудников советского (российского) посольства и консульств в США, подслушивались разговоры даже в семьях их сотрудников по месту жительства. Поэтому можно полагать, что так как опытные специалисты в состоянии скрытно применять подобные устройства, то весьма вероятно привлечение лазерных систем для решения задач конкурентной борьбы уже в ближайшем будущем.

 

3.2 Характеристика проекта

 

 

Целью данной части дипломной  работы является определение трудоемкости научно-исследовательской работы (НИР), построение линейного графика выполнения НИР, оценка удельного веса творческого  труда по этапам научно-исследовательской  работы (НИР), расчет себестоимости  дипломной работы, определение прибыли  и договорной цены НИР, оценка научной  и научно-технической результативности работы.