Сигналы на основе технического обзора

Лучшие брокеры бинарных опционов за 2020 год:
  • Бинариум
    Бинариум

    1 место — самый лучший брокер бинарных опционов за 3 года!
    Бесплатное обучение и демо-счет на любую валюту на сумму 1000 $.
    Заберите свой бонус за регистрацию:

Содержание

Разделы сайта

Хорев Анатолий Анатольевич,
доктор технических наук, профессор
Московский государственный институт электронной техники
(технический университет)

В статье приведена классификация технических каналов утечки акустической (речевой) информации. Рассмотрены способы и средства перехвата информации по прямым акустическим (воздушным), акустовибрационным (вибрационным), акустооптическим (лазерным), акустоэлектрическим и акустоэлектромагнитным (параметрическим) техническим каналам утечки информации.

Под акустической информацией обычно понимается информация, носителями которой являются акустические сигналы. В том случае, если источником информации является человеческая речь, акустическая информация называется речевой.

Первичными источниками акустических сигналов являются механические колебательные системы, например, органы речи человека, а вторичными — преобразователи различного типа, например, громкоговорители.

В соответствии с [5], под утечкой информации по техническому каналу понимается неконтролируемое распространение информации от носителя защищаемой информации через физическую среду до технического средства, осуществляющего перехват информации.

В зависимости от физической природы возникновения информационных сигналов, среды их распространения технические каналы утечки акустической (речевой) информации можно разделить на прямые акустические (воздушные), акустовибрационные (вибрационные), акустооптические (лазерные), акустоэлектрические и акустоэлек-тромагнитные (параметрические) [7].

Способы перехвата акустической (речевой) информации из выделенных помещений представлены на рис. 1.


Рис. 1. Классификация способов перехвата акустической (речевой) информации

Лучшие платформы бинарных опционов за 2020 год:
  • Бинариум
    Бинариум

    1 место — самый лучший брокер бинарных опционов за 3 года!
    Бесплатное обучение и демо-счет на любую валюту на сумму 1000 $.
    Заберите свой бонус за регистрацию:


Рис.2. Схема прямого акустического канала перехвата
акустической (речевой) информации


Рис. 3. Схема канала перехвата речевой информации
с использованием цифровых диктофонов


Рис. 4. Схема канала перехвата речевой информации
с использованием проводной микрофонной системы

В прямых акустических (воздушных) технических каналах утечки информации средой распространения акустических сигналов является воздух (рис. 2). В качестве датчиков средств разведки используются высокочувствительные микрофоны, преобразующие акустический сигнал в электрический.

В аппаратуре акустической разведки используются микрофоны различных типов с чувствительностью 30 — 60 мВ/Па, обеспечивающие регистрацию речи средней громкости на удалении до 7 -10 м от её источника. При этом частотный диапазон составляет в основном от 50 — 100 Гц до 5 — 20 кГц.

Перехват акустической (речевой) информации из выделенных помещений по данному каналу может осуществляться:

  • с использованием портативных устройств звукозаписи (диктофонов), скрытно установленных в выделенном помещении;
  • с использованием электронных устройств перехвата информации (закладных устройств) с датчиками микрофонного типа (преобразователями акустических сигналов, распространяющихся в воздушной среде), скрытно установленных в выделенном помещении, с передачей информации по радиоканалу, оптическому каналу, электросети 220 В, телефонной линии, соединительным линиям ВТСС и специально проложенным кабелям;
  • с использованием направленных микрофонов, размещённых в близлежащих строениях и транспортных средствах, находящихся за границей контролируемой зоны;
  • без применения технических средств (из-за недостаточной звукоизоляции ограждающих конструкций выделенных помещений и их инженерно-технических систем) посторонними лицами (посетителями, техническим персоналом) при их нахождении в коридорах и смежных помещениях (непреднамеренное прослушивание).

Использование тех или иных средств акустической разведки определяется возможностью доступа в контролируемое помещение посторонних лиц.

Если посторонние лица не имеют постоянного доступа в выделенное помещение, но имеется возможность его регулярного кратковременного посещения под различными предлогами (например, для проверки системы освещения, кондиционирования или уборки помещения), то для перехвата речевой информации могут использоваться портативные устройства звукозаписи (в основном цифровые диктофоны), которые скрытно устанавливаются в интерьерах помещений, как правило, непосредственно перед проведением закрытого мероприятия (рис. 3). После окончания мероприятия диктофон из помещения изымается. Такие устройства также могут камуфлироваться под предметы повседневного обихода, например, книги, письменные приборы, пачки сигарет и т.д.

В настоящее время зарубежными и отечественными фирмами выпускается огромное количество портативных цифровых диктофонов, которые очень легко спрятать практически в любом помещении. Цифровые диктофоны могут быть встроены в авторучку, наручные часы и т.п.

Недостатком способа перехвата речевой информации с использованием портативных диктофонов является необходимость повторного проникновения в выделенное помещение с целью изъятия диктофона для прослушивания записанных разговоров. Такого недостатка лишены электронные устройства перехвата информации (закладные устройства).

Под закладными устройствами обычно понимают портативные устройства съёма информации, скрытно внедряемые (закладываемые) в выделенные помещения, в том числе в ограждающие конструкции, оборудование, предметы интерьера, а также в технические средства и системы обработки информации, вспомогательные технические средства и системы [1].

Перехватываемая акустическими закладками информация может передаваться на приёмные пункты по радио- и оптическому каналам, специально проложенным линиям, электросети переменного тока, телефонным линиям и т.д.

В том случае, если имеется постоянный неконтролируемый доступ в выделенное помещение, в нём заранее могут быть установлены миниатюрные микрофоны, соединительные линии которых выводятся в специальные помещения, где устанавливается регистрирующая или передающая аппаратура. Причём длина соединительного кабеля может достигать 10 км. Такие системы перехвата акустической информации часто называют проводными микрофонными системами (рис. 4).


Рис. 5. Схема канала перехвата речевой информации
с использованием закладных устройств с передачей
информации по электросети напряжением 220 В


Рис. 6. Схема канала перехвата речевой информации
с использованием закладных устройств с передачей
информации по телефонной линии на высокой частоте


Рис. 7. Схема канала перехвата речевой информации
с использованием устройств типа «телефонного уха»
с передачей информации по телефонной линии на низкой частоте


Рис. 8. Схема канала перехвата речевой информации
с использованием закладных устройств
с передачей информации по радиоканалу

Чтобы микрофоны не были обнаружены, они выпускаются в сверхминиатюрном исполнении (диаметр менее 2,5 мм) и камуфлируются под предметы интерьера помещений. Современные технологии позволяют изготавливать субминиатюрные микрофоны, которые легко установить в оконной раме или в раме картины.

Для повышения качества перехваченных разговоров микрофоны устанавливаются вблизи мест возможного ведения разговоров, например, стола в комнате для ведения переговоров.

Регистрирующая или передающая аппаратура устанавливается, как правило, в местах, доступ в которые затруднён. В качестве регистрирующей аппаратуры обычно используются цифровые магнитофоны с длительным временем непрерывной записи (от 60 до 300 ч и более).

Для повышения качества и обеспечения возможности коррекции записанного разговора используются стереомагнитофоны и эквалайзеры.

При использовании стереомагнитофонов появляется возможность за счёт стереоэффекта дифференцировать и отделять от информативной разговорной речи такие помехи, как шумы бытовых приборов, внешние уличные шумы и т.д.

Эквалайзеры представляют собой специальные устройства с набором различных фильтров: верхних и нижних частот, полосовых, октавных, чебышевских и других. Эти фильтры включаются по определённой программе в зависимости от характера искажений сигнала и помех.

Наряду с эквалайзерами для повышения разборчивости речи используются специальные программно-аппаратные комплексы шумоочистки, позволяющие устранять шумы и искажения. При этом устраняются следующие типы искажений: шумы транспортных средств, сетевые наводки, типовые помехи телефонной сети и радиоканалов, плавная музыка, шумы бытовой техники (вентилятора, пылесоса, холодильника и т.п.), широкополосные и медленно меняющиеся шумы, компенсация неравномерности АЧХ диктофона и т.п.

Помещения оборудуются системой прослушивания микрофонного типа в основном при строительстве или реконструкции объекта.

Закладные устройства, использующие для передачи информации линии электропитания силовой сети напряжением 220 В (рис. 5), часто называют сетевыми закладками. Они могут быть установлены в электрические розетки, удлинители, бытовую аппаратуру, питающуюся от сети переменного тока, или непосредственно в силовую линию. Для приёма информации, передаваемой сетевыми закладками, используются специальные приёмники, подключаемые к силовой сети в пределах здания (силовой подстанции).

Принцип работы сетевой закладки мало чем отличается от принципа работы обычного радиопередатчика, у которого в качестве антенны используется силовой провод. Для передачи в основном используют частоты от 40 до 600 кГц (в ряде случаев могут использоваться частоты до 5 — 10 МГц).

С использованием сетевых закладок возможна передача информации на расстояния до 300 — 500 м в пределах одного или нескольких зданий, питающихся от одной низковольтной шины трансформаторной подстанции.

Кроме сети электропитания для передачи информации широко используются телефонные линии связи. Передача информации может осуществляться как на высокой, так и на низкой частотах.

При передаче информации по телефонной линии на высокой частоте (рис. 6) дальность передачи информации значительно выше, чем при передаче по сети 220 В, и может составлять несколько километров.

Наибольшее распространение среди закладных устройств, передающих информацию по телефонной линии, нашли устройства типа «телефонного уха» [7, 16], приём информации с которых может осуществляться с обычного или сотового телефона (рис. 7). Данное устройство включает в себя контроллер состояния телефонной линии, дешифратор, электронный коммутатор, микрофонный усилитель и непосредственно микрофон, устанавливаемый в контролируемом помещении. Устройство включается в разрыв телефонной линии, соединённой с «телефоном-наблюдателем».

После набора номера «телефона-наблюдателя» абонент транслирует в линию специальный кодированный тональный (звуковой) сигнал, вырабатываемый небольшим по размерам кодовым устройством («бипером»). В момент передачи сигнала «бипер» подносится к телефонной трубке.


Рис. 9. Схема канала перехвата речевой информации
с использованием полуактивного закладного устройства
с передачей информации по радиоканалу


Рис. 10. Схема канала перехвата речевой информации
с использованием закладных устройств с передачей информации
по оптическому каналу в инфракрасном диапазоне длин волн (ИК-закладки)


Рис. 11. Схема канала перехвата речевой информации
с использованием направленного микрофона


Рис. 12. Схема канала перехвата речевой информации
с использованием электронных стетоскопов
(акустовибрационный канал утечки)

Контроллер телефонной линии закладки подавляет два — три сигнала вызова, что обеспечивает скрытность работы устройства, и подаёт кодированный сигнал на дешифратор, где осуществляется его сравнение с эталонным, заранее введённым в память закладки. При совпадении передаваемого и эталонного сигналов контроллер телефонной линии закладки шунтирует линию сопротивлением 600 Ом (при этом АТС переключает «телефон-наблюдатель» на приём-передачу информации), а электронный коммутатор подключает к линии микрофон, что обеспечивает звонящему абоненту возможность прослушивания разговоров, ведущихся в помещении, где он установлен. К одному устройству контроля могут подключаться более пяти микрофонов.

Дальность передачи при использовании такой закладки практически не ограничена, так как вызов можно осуществлять по международным каналам телефонной связи. Выключение устройства происходит автоматически, когда подслушивающее лицо прерывает связь или при поднятии трубки на «телефоне-наблюдателе». Питание устройства осуществляется от телефонной линии, поэтому срок службы такой закладки практически не ограничен.

Роль закладного устройства типа «телефонного уха» может выполнять и обычный телефон с автоматическим определением номера (АОН), имеющий встроенный микрофон.

Аналогично в качестве «телефонного уха» можно использовать и телефоны сотовой связи.

Акустические закладки, передающие информацию по радиоканалу, представляют собой специальные миниатюрные радиопередатчики и часто называются радиозакладками (рис. 8).

Для передачи информации используются VHF (метровый), UHF (дециметровый) и GHz (ГГц) диапазоны длин волн. Наиболее часто используются диапазоны частот: 130 — 174 МГц; 350 — 460 МГц; 850 — 950 МГц, 1,1 — 1,3 ГГц, 1,8 — 1,9 ГГц и 2,4 ГГц. Однако не исключено использование и других поддиапазонов, например, 10 ГГц [9 — 15, 20, 25].

Приём передаваемой информации осуществляется на специальные приёмные устройства со встроенными цифровыми диктофонами.

Дальность передачи информации в основном зависит от мощности передатчика, вида используемых сигналов и условий размещения приёмного устройства. При мощности излучения передатчика 3 — 10 мВт дальность передачи информации составляет от 100 до 400 м. При использовании закладных устройств, построенных на основе средств сотовой связи, дальность передачи информации не ограничена.

Акустические радиозакладки могут быть построены по принципу классического передающего устройства, включающего как задающий генератор, так и модулятор. А могут быть построены по схеме полуактивного устройства типа «аудиотранспондера» или эндовибратора, в которых роль сигнала задающего генератора выполняет внешнее излучение (рис. 9).

Закладные устройства типа эндови-братора состоят из переизлучающей антенны, нагруженной на резонансную систему с изменяющимися под воздействием акустических колебаний параметрами (резонансный контур с нелинейными элементами или объёмный резонатор). Резонансная система настраивается на частоту облучающего сигнала [8, 21].

Эндовибратор выполняет роль вторичного излучателя. Уровень переизлучённого сигнала прямо пропорционален эффективной площади рассеяния эндовибратора, которая зависит от его электрических свойств, геометрических размеров и ориентации в пространстве. Периодическое изменение какого-либо из этих параметров под воздействием акустических колебаний приводит к амплитудной или фазовой модуляции отражённого сигнала.

Таким образом, при облучении высокочастотным гармоническим сигналом эндо-вибратора, в последнем при взаимодействии облучающего электромагнитного поля с антенной происходит образование вторичных радиоволн, то есть происходит переизлучение (вторичное излучение) сигнала. Изменение параметров резонансной системы или объёмного резонатора под воздействием акустического речевого сигнала вызывает изменение отражающих свойств антенны, что приводит к модуляции отражённого радиосигнала.

В эндовибраторах на основе объёмных резонаторов или резонансных линий роль микрофона (приёмника акустических колебаний) и модулятора выполняет подвижная диафрагма.

В качестве диафрагмы может использоваться тонкая металлическая мембрана или тонкий слой электропроводящей жидкости на дне резонатора. Изменение отражающих свойств антенны, подключённой к резонатору, происходит за счёт изменения добротности или резонансной частоты резонатора, вызванного перемещением диафрагмы под воздействием акустических колебаний.


Рис. 13. Схема канала перехвата речевой информации
с использованием радиостетоскопов
(акустовибрационный канал утечки)


Рис. 14. Схема канала перехвата речевой информации
с использованием лазерной акустической системы разведки
(акустооптический (лазерный) канал утечки)

Эта статья вас УДИВИТ:  Почему трейдеры делятся рабочими стратегиями


Рис. 15. Схема пассивного акустоэлектрического канала
утечки речевой информации


Рис. 16. Схема канала перехвата речевой информации
методом «высокочастотного навязывания»
(акустоэлектрический активный канал
утечки речевой информации)

В эндовибраторах на основе резонансных контуров роль микрофона (приёмника акустических колебаний) и модулятора выполняет нелинейный элемент, например, нелинейный резистор (угольный микрофон) или нелинейная ёмкость (конденсаторный микрофон). При воздействии акустических колебаний на нелинейный элемент происходит изменение добротности или резонансной частоты колебательного контура, а как следствие — изменение отражающих свойств антенны, которая на него нагружена.

В качестве антенны могут использоваться четвертьволновый или полуволновый вибраторы.

Один из первых эндовибраторов был встроен в герб США, изготовленный из ценных пород дерева, который был подарен послу США в СССР в 1945 году [4, 6].

Основой устройства являлся цилиндрический объёмный резонатор, на дно которого был налит небольшой слой масла. В верхней части цилиндра имелось отверстие диаметром 19 мм, через которое внутренний объём резонатора сообщался с воздухом контролируемого помещения. Верхняя часть была сделана из пластмассы и являлась радиопрозрачной для ультракоротких волн, но препятствием для акустических волн. В указанное отверстие была вставлена металлическая втулка, снабжённая четвертьволновым вибратором, настроенным на частоту 330 МГц. При этом собственный четвертьволновый вибратор внутри резонатора создавал внешнее поле переизлучения. При возникновении акустических колебаний (ведении разговоров вблизи резонатора) на поверхности масла появлялись микроволны (микроколебания), вызывавшие изменения добротности и резонансной частоты резонатора.

При облучении резонатора мощным источником излучения на частоте 330 МГц внутренний вибратор начинал переизлучать этот сигнал. А так как резонансная частота резонатора изменялась по закону изменения акустического (речевого) сигнала, переизлучаемый сигнал модулировался по амплитуде и фазе информационным (акустическим) сигналом.

Эндовибраторы не содержат элементов питания и полупроводниковых элементов, что значительно затрудняет их обнаружение, но малая величина изменения резонансной частоты или добротности резонатора (резонансного контура) ограничивает коэффициент модуляции отражённого сигнала и требует для обеспечения необходимой дальности перехвата акустической информации использования значительной облучающей мощности.

Закладные устройства типа аудио-транспондера позволяют получить больший коэффициент модуляции, чем в эндовибрато-рах, за счёт изменения параметров резонансного контура электронным способом. В отличие от эндовибратора в их состав входит микрофон и усилитель низкой (звуковой) частоты (УНЧ), сигнал которого подаётся на нелинейный элемент резонансного контура, например, варикап. Под действием сигнала с выхода УНЧ изменяется резонансная частота колебательного контура, на который нагружена антенна, и, следовательно, осуществляется амплитудная модуляция переотражённого сигнала [8, 17, 21].

Более сложные схемы аудиотранспон-деров позволяют помимо увеличения коэффициента модуляции усиливать отражённые высокочастотные колебания (ретрансляторы), изменять частоту несущей отражённого сигнала (конверторы), использовать другие более сложные виды модуляции (например, частотную, однополосную и т.п.).

По сути, аудиотранспондеры представляют собой управляемые внешним сигналом устройства, передающие информацию по радиоканалу, но в которых отсутствует задающий генератор. То есть такая закладка начинает работать только при облучении её мощным гармоническим высокочастотным зондирующим (опорным) сигналом.

Время работы аудиотранспондеров составляет несколько месяцев, так как потребляемый ток как в дежурном, так и рабочем режимах незначителен.

Недостатком радиозакладок является возможность обнаружения их радиоизлучений специальными приёмными устройствами и комплексами радиоконтроля. С целью устранения этого недостатка разработаны закладные устройства, передающие информацию по оптическому каналу в инфракрасном, невидимом глазу диапазоне (0,8 — 1,1 мкм) [10, 13, 16]. Такие закладки иногда называют «инфракрасными» или ИК-закладками (рис.10). Инфракрасный передатчик преобразует акустические колебания в световые, используя при этом широтно-импульсную модуляцию. Для приёма информации, передаваемой такими закладками, используются приёмники оптического излучения. Дальность передачи информации составляет до 500 — 800 м [21].


Рис. 17. Схема акустоэлектромагнитного пассивного канала утечки речевой информации


Рис. 18. Схема акустоэлектромагнитного активного канала утечки речевой информации

Способы внедрения закладных устройств в выделенные помещения во многом зависят от режима доступа в них.

В случае, если окна (форточки) в выделенном помещении открыты, возможно прослушивание разговоров в этом помещении с использованием направленных микрофонов, расположенных за пределами контролируемой зоны (рис. 11).

Разведка может вестись из соседних зданий или автомашин, находящихся на автостоянках, прилегающих к зданию.

В основном используются три вида направленных микрофонов: параболические (рефлекторные), трубчатые («микрофон-труба») и микрофонные решётки.

С использованием направленных микрофонов возможен перехват речевой информации из выделенных помещений при наличии открытых оконных проёмов (форточек или фрамуг) в условиях города (на фоне транспортных шумов) на расстояниях до 50 — 100 м. За городом при оптимальных условиях дальность разведки может составлять до 100 — 150 м днём и до 500 м в ночное время. Частотный диапазон направленных микрофонов составляет от 30 — 500 Гц до 12 — 20 кГц [10, 11, 16, 22].

В акустовибрационных (вибрационных) технических каналах утечки информации акустические сигналы, возникающие при ведении разговоров в выделенном помещении, при воздействии на строительные конструкции (стены, потолки, полы, двери, оконные рамы и т.п.) и инженерно-технические коммуникации (трубы водоснабжения, отопления, канализации, воздуховоды и т.п.), вызывают в них упругие (вибрационные) колебания, которые и регистрируются датчиками средств разведки.

Для перехвата речевой информации по виброакустическим каналам в качестве средств акустической разведки используются электронные стетоскопы (рис. 12) и закладные устройства с датчиками контактного типа (рис. 13). Наиболее часто информация с таких закладных устройств передаётся по радиоканалу, поэтому их называют радиостетоскопами.

В качестве датчиков электронных стетоскопов используются контактные микрофоны (вибропребразователи), чувствительность которых составляет 50 — 100 мкВ/Па, что даёт возможность прослушивать разговоры и улавливать слабые звуковые колебания (шорохи, тиканье часов и т.д.) через бетонные и кирпичные стены толщиной до 100 см, а также двери, оконные рамы и инженерные коммуникации.

Электронные стетоскопы и закладные устройства с датчиками контактного типа позволяют перехватывать речевую информацию без физического доступа «агентов» в выделенные помещения.

Электронные стетоскопы, как правило, устанавливаются в служебных и технических помещениях, смежных с выделенным помещением. При этом их датчики располагаются непосредственно на поверхностях стен, на перегородках, трубах систем отопления и водоснабжения.

Радиостетоскопы ввиду своей миниатюрности устанавливаются в малозаметных местах на наружных поверхностях зданий, на оконных проёмах и рамах, за дверными проёмами, на перегородках, трубах систем отопления и водоснабжения, коробах воздуховодов вентиляционных и других систем.

Возможности по перехвату информации будут во многом определяться затуханием информационного сигнала в ограждающих конструкциях и уровнем внешних шумов в месте установки контактного микрофона.

Акустооптический (лазерный) технический канал утечки информации образуется при облучении лазерным лучом вибрирующих в акустическом поле, возникающем при ведении разговоров, тонких отражающих поверхностей (стекол окон, картин, зеркал и т.д.). Отражённое лазерное излучение (диффузное или зеркальное) модулируется по амплитуде и фазе (по закону вибрации поверхности) и принимается приёмником оптического (лазерного) излучения, при демодуляции которого выделяется речевая информация (рис.14). Причём лазер и приёмник оптического излучения могут быть установлены в одном или разных местах (помещениях).

Для перехвата речевой информации по данному каналу используются сложные лазерные акустические системы разведки (ЛАСР), иногда называемые «лазерными микрофонами».

Лазерная акустическая система разведки состоит из источника когерентного излучения (лазера) и приёмника оптического излучения, оснащённого фокусирующей оптикой. Для обеспечения высокой механической устойчивости передатчика и приёмника, что крайне необходимо для нормальной работы системы, последние устанавливаются на треножных штативах. Передатчик и приёмник переносятся в обычном портфеле-дипломате. Как правило, в таких системах используются лазеры, работающие в невидимом глазу ближнем инфракрасном (ИК) диапазоне длин волн (0,8 — 3,5 мкм) [3, 18, 19, 21].

Принцип действия лазерного микрофона заключается в следующем. Передатчик осуществляет облучение наружного оконного стекла узким лазерным лучом. Приёмник принимает рассеянное отражённое излучение, модулированное по амплитуде и фазе по закону изменения акустического (речевого) сигнала, возникающего при ведении разговоров в контролируемом помещении. Принятый сигнал детектируется, усиливается и прослушивается на головных телефонах или записывается на магнитофон. Для улучшения разборчивости речи в приёмнике используется специальное шумоподавляющее устройство.

Для наведения лазерного луча на цель совместно с передатчиком и приёмником используются специальные устройства — визиры.

Данные системы наиболее эффективны для прослушивания разговоров в помещениях небольшого размера, которые по своим акустическим характеристикам близки к объёмному резонатору, когда все двери и окна помещения достаточно хорошо герметизированы. Эффективны они и для подслушивания разговоров, ведущихся в салонах автомашин.

Современные ЛАСР позволяют «снимать» информацию не только с наружных, но и с внутренних оконных стекол, зеркал, стеклянных дверей и других предметов.

С целью повышения дальности разведки в оконном стекле могут устанавливаться специальные отражатели (триппель-призмы). Особенностью триппель-призм является их способность отражать монохроматическое оптическое излучение в направлении его источника независимо от их взаимного расположения. Размеры триппель-призмы могут быть очень маленькие (менее 50 мкм), поэтому их довольно трудно обнаружить.

Лазерные акустические системы разведки имеют дальность действия при приёме диффузно отражённого излучения до 50 — 100 м, при приёме прямого отражённого луча — до 200 — 300 м, а при установке на оконных стеклах триппель-призм — более 500 м [11, 23, 24].

Акустоэлектрические технические каналы утечки информации возникают вследствие преобразования информативного сигнала из акустического в электрический за счёт «микрофонного» эффекта в электрических элементах вспомогательных технических средств и систем (ВТСС).

Некоторые элементы ВТСС, в том числе трансформаторы, катушки индуктивности, электромагниты вторичных электрочасов, звонков телефонных аппаратов, дроссели ламп дневного света, электрореле и т. п., обладают свойством изменять свои параметры (ёмкость, индуктивность, сопротивление) под действием акустического поля, создаваемого источником акустических колебаний. Изменение параметров приводит либо к появлению на данных элементах электродвижущей силы (U), изменяющейся по закону воздействующего информационного акустического поля, либо к модуляции токов, протекающих по этим элементам, информативным сигналом. Например, акустическое поле, воздействуя на якорь электромагнита вызывного телефонного звонка, приводит к его колебанию. В результате чего изменяется магнитный поток сердечника электромагнита. Изменение этого потока вызывает появление электродвижущей силы (ЭДС) самоиндукции в катушке звонка, изменяющейся по закону изменения акустического поля.

ВТСС, кроме указанных элементов, могут содержать непосредственно электроакустические преобразователи. К таким ВТСС относятся некоторые датчики пожарной сигнализации, громкоговорители ретрансляционной сети и т.д. Эффект электроакустического преобразования акустических колебаний в электрические часто называют «микрофонным эффектом». Причём из ВТСС, обладающих «микрофонным эффектом», наибольшую чувствительность к акустическому полю имеют абонентские громкоговорители и некоторые датчики пожарной сигнализации.

Перехват акустических колебаний в данном канале утечки информации осуществляется путём непосредственного (гальванического) подключения к соединительным линиям ВТСС, обладающим «микрофонным эффектом», специальных высокочувствительных низкочастотных усилителей (пассивный акустоэлектрический канал). Например, подключая такие усилители к соединительным линиям телефонных аппаратов с электромеханическими вызывными звонками можно прослушивать разговоры, ведущиеся в помещениях, где установлены эти аппараты. Но вследствие незначительного уровня наведённой ЭДС дальность перехвата речевой информации, как правило, не превышает нескольких десятков метров.

Активный акустоэлектрический технический канал утечки информации образуется путём несанкционированного контактного введения токов высокой частоты от соответствующего генератора в линии (цепи), имеющие функциональные связи с нелинейными или параметрическими элементами ВТСС, на которых происходит модуляция высокочастотного сигнала информационным. Информативный сигнал в данных элементах ВТСС появляется вследствие электроакустического преобразования акустических сигналов в электрические. В силу того, что нелинейные или параметрические элементы ВТСС для высокочастотного сигнала, как правило, представляют собой несогласованную нагрузку, промоду-лированный высокочастотный сигнал будет отражаться от неё и распространяться в обратном направлении по линии или излучаться. Для приёма излучённых или отражённых высокочастотных сигналов используют специальные приёмники с достаточно высокой чувствительностью [2].

Такой метод перехвата информации часто называется методом «высокочастотного навязывания».

Аппаратура «высокочастотного навязывания» может подключаться к соединительной линии ВТСС на удалении до нескольких сот метров от контролируемого помещения.

Акустоэлектрический канал утечки информации в основном используется для перехвата разговоров, ведущихся в помещении, путём подключения к линии телефонного аппарата, установленного в контролируемом помещении, специальных низкочастотных усилителей (рис. 15) или аппаратуры «высокочастотного навязывания» (рис. 16).

Акустоэлектромагнитные (параметрические) технические каналы утечки информации можно разделить на пассивные и активные.

Образование пассивного акустоэлектро-магнитного канала утечки информации связано с наличием в составе некоторых ВТСС высокочастотных генераторов. В результате воздействия акустического поля меняется давление на все элементы высокочастотных генераторов ВТСС. При этом изменяется (незначительно) взаимное расположение элементов схем, проводов в катушках индуктивности, дросселей и т.п., что может привести к изменениям параметров высокочастотного сигнала, например, к модуляции его информационным сигналом. Поэтому этот канал утечки информации часто называется параметрическим. Это обусловлено тем, что незначительное изменение взаимного расположения, например, проводов в катушках индуктивности (межвиткового расстояния) приводит к изменению их индуктивности, а следовательно, к изменению частоты излучения генератора, то есть к частотной модуляции сигнала. Или воздействие акустического поля на конденсаторы приводит к изменению расстояния между пластинами и, следовательно, к изменению его ёмкости, что, в свою очередь, также приводит к частотной модуляции высокочастотного сигнала генератора. Наиболее часто наблюдается паразитная модуляция информативным сигналом излучений гетеродинов радиоприёмных и телевизионных устройств, находящихся в выделенных помещениях и имеющих конденсаторы переменной ёмкости с воздушным диэлектриком в колебательных контурах гетеродинов.

Радиоизлучения, модулированные информативным сигналом, возникающие при работе различных генераторов, входящих в состав технических средств, или при наличии паразитной генерации в узлах (элементах) технических средств, установленных в выделенном помещении, могут быть перехвачены средствами радиоразведки. Данный акустоэ-лектромагнитный (параметрический) технический канал утечки информации называется пассивным (рис. 17).

Активный акустоэлектромагнитный канал утечки информации может быть реализован путем «высокочастотного облучения» помещения, где установлены ВТСС, обладающие «микрофонным эффектом» (рис. 18). При облучении мощным высокочастотным сигналом помещения, в котором установлено ВТСС, в последнем при взаимодействии облучающего электромагнитного поля с его элементами, обладающими «микрофонным эффектом», происходит амплитудная и фазовая модуляция вторичного излучения по закону изменения речевого сигнала. Для перехвата информации по данному каналу необходимы специальный высокочастотный генератор с направленной антенной и специальный радиоприёмник.

По материалам учебного пособия: Хорев А.А. «Техническая защита информации»: учеб. пособие для студентов вузов. В 3 т. Т. 1. Технические каналы утечки информации. -М.: НПЦ «Аналитика», 2008. — 436 с.

Эта статья вас УДИВИТ:  Tradingview полный обзор

Литература

1. ГОСТР 51275-99. Защита информации. Объект информатизации. Факторы, воздействующие на информацию. Общие положения: — Введ. 2000-01-01. — М.: Изд-во стандартов, 1999. -11 с.

2. Изделие «Арфа — автомат»: техническое описание и инструкция по эксплуатации. -М.: Нера — С, 2005. — 14 с.

3. Лазерный микрофон. Опубликовано: 12.07.2001 г. [Электронный ресурс].

4. Сергеев А. Лев Термен: разведчик, ученый, музыкант//Русский предприниматель. — 2002. -№ 2(3). [Электронныйресурс]. — Режим доступа: http://www.ruspred.ru/arh/02/33.php.

5. Техническая защита информации. Основные термины и определения. Р 50.1.056 — 2005: Рекомендации по стандартизации. Утв. Приказом Ростехрегулирования от 29.12.2005 № 479-СТ. — Введ. 2006-06-01. — М.: Стандартинформ, 2006. — 20 с. + [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://lawrussia.ru/texts/legal_406/doc406a224x257.htm.

6. Технические средства разведки: учеб. пособие; под ред. В.И. Мухина. — М: РВСН, 1992.- 335 с.

7. Хорев А.А. Техническая защита информации: учеб. пособие для студентов вузов. В 3 т. Т. 1. Технические каналы утечки информации. — М.: НПЦ «Аналитика», 2008. — 436 с.

8. Широкополосный регистратор модуляции вторичного излучения «Ревиз — 1800»: техническое описание. — М.: Группа компаний STT, 2004. — 33 с.

9. Anti terror equipment: catalog. — Germany: PKI Electronic Intelligence, 2008. — 116 р. + [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.pki-electronic.com/

10. Anti-terror equipment: catalog. — Germany: PK Electronik International FRG, 1998. — 101 р.

11. Audio spy microphones [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.gia-servizi.com/prodotti/indexen.htm.

12. Audio Surveillance [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.gcomtech.com/default.aspx.

14. Audio surveillance [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.pki-electronic.com/

15. BSWA Technology: рroduct Catalogue. — China, BSWA Technology Co., Ltd, 2008. — 29р. + [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.bswa-tech.com.

16. Covert audio intercept: catalog. — USA.: Serveillance Technology Group (STG), 1993. — 32 p.

17. Drahtlose Audioubertragungssysteme: catalog. — Germany: Hildenbrand — Elektronic, 1996 — 25 S.

18. Laser — 3500 Laser Room Monitoring System [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.spyzones.com/laser.html.

19. Laser microphone [Электронныйресурс]. — Режим доступа: http://cxem.net/ik/ik2.php.

20. Wahl G. Minispione-Schaltungstechnik. — Baden-Baden: Verl. fur Technik und Handwerk (vth-Fachbuch). Bd. 3. Laser-Abhoranlage, VHF/UHF-Minispione, Telefon-Minispione, Micro-Fernsteuersender und -empfanger, Minispion-Aufspurgerate, Plasma- und Laserguns. — 3. Aufl. — 2001. — 173 S.

21. Wahl G. Minispione-Schaltungstechnik. — Baden-Baden: Verl. fur Technik und Handwerk (vth-Fachbuch). Bd. 2. Oszillatoren fur Minispione; Passive Minispione; UKW-Leistungssender;Video-Modulatoren; Minispione-Abwehrgerate; Verzeichnis handelslieblicher Uberwachungs- und Abwehrgerate. — 4. Aufl. -1998. — 107р.

22. Рarabolic-microphones SME PR-1000. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://mineroff-nature.com.

23. Security and surveillance products. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://endoacustica.com/index_en.htm.

24. Special Equipment. — Germany: SIM Security & Electronic System GmbH, 2006. — 65 р.

Классификация технических каналов утечки информации. Информационный сигнал и его характеристики

Модуляция сигналов

Процесс модуляции требует участия, по крайней мере, двух величин. Одна из них содержит всю передаваемую информацию и называется модулирующим сигналом, вторая представляет собой высокочастотное несущее колебание, которое модулируется посредством изменения одного или нескольких параметров. Необходимость в модуляции аналоговой информации возникает, например, когда нужно передать низкочастотный (например, голосовой) аналоговый сигнал через канал, находящийся в высокочастотной области спектра.

Для решения этой проблемы амплитуду высокочастотного несущего сигнала изменяют (модулируют) в соответствии с изменением низкочастотного сигнала. Модулируемый сигнал при этом называется несущим. В подавляющем большинстве случаев в качестве несущего используется синусоидальное колебание, имеющее три параметра – амплитуду, частоту и фазу. В зависимости от изменяемого параметра различают три основных вида модуляции – амплитудную, частотную и фазовую.

Амплитудная модуляция — вид модуляции , при которой изменяемым параметром несущего сигнала является его амплитуда.

Частотная модуляция – вид модуляции , при которой изменяемым параметром несущего сигнала является частота.

Фазовая модуляция — вид модуляции , при которой изменяемым параметром несущего сигнала является фаза.

Все три вида модуляции цифровых данных изображены на рисунке 12.8.

Максимальное значение информационного параметра несущей относительно его номинального значения называется глубиной модуляции , а максимальное отклонение значения информационного параметра несущей относительно максимального изменения информационного параметра модулирующего сигнала – индексом модуляции.

При модуляции дискретного сигнала в качестве информационных признаков могут использоваться длительность импульса, частота повторения и др.

Выделение информации из модулированного электрического сигнала производится путем его обратных преобразований – демодуляции в детекторе приемника. Демодуляция обеспечивается путем сравнения текущей структуры полученного сигнала с эталонной. Эталонная признаковая структура при ЧМ- модуляции определяется частотой настройки контура детектора, для АМ- модуляции – усредненной амплитудой несущего колебания на выходе детектора, ФЗ – модуляции – значением фазы несущего колебания до его модуляции .

Из-за влияния помех сигналы при передаче и приеме будут отличаться. Степень их отличия будет зависеть от отношения сигнал/шум на входе демодулятора. При этом если мощность несущего сигнала намного больше, чем помех, искажение будет незаметным.

В общем случае любое сообщение можно описать с помощью трех основных параметров:

  • — динамический диапазон;
  • — диапазон частот;
  • — длительность передачи.

Произведение этих параметров называется объемом сигнала. В пространстве объем сигнала можно представить в виде параллелепипеда ( рис. 12.9).

Для обеспечения неискаженной передачи сообщения необходимо, чтобы характеристики канала передачи (среды распространения) и приемника соответствовали ширине спектра и динамическому диапазону сигнала.

Если полоса частот среды распространения или приемника уже полосы сигнала, то для уменьшения искажения сигнала уменьшают ширину его спектра. При этом для сохранения объема сообщения в том же значении, увеличивают длительность передачи. Если необходимо передавать сигнал в реальном времени, то есть без изменения длительности передачи, полоса пропускания приемника должна совпадать с шириной спектра сигнала.

Опасные сигналы и их источники

Сигналы, передающие защищаемую информацию, которые могут быть перехвачены злоумышленником с последующим извлечением этой информации, называются опасными. Опасные сигналы подразделяются на два вида: функциональные и случайные. Функциональные сигналы создаются техническим средством обработки информации для выполнения заданных функций. К основным источникам функциональных сигналов относятся:

  • источники систем связи;
  • передатчики радиотехнических систем;
  • излучатели акустических сигналов;
  • люди.

Принципиальным отличием функциональных сигналов от случайных является то, что владелец информации знает о возможных рисках нарушения безопасности информации и может принять соответствующие меры по снижению риска до допустимых значений.

Однако работа современных средств по обработке, хранению и передаче информации сопровождается явлениями и физическими процессами, которые могут создавать побочные радио- или электрические сигналы. Такие сигналы называются случайными опасными сигналами. Эти сигналы возникают вне зависимости от желания владельца информации и зачастую без проведения специальных исследований, выявить их практически невозможно.

К техническим средствам, которые могут быть источниками случайных опасных сигналов, относятся:

  • средства телефонной проводной связи;
  • средства мобильной связи и радиосвязи;
  • средства электронной почты;
  • СВТ;
  • аудиоаппаратура и средства звукоусиления;
  • радиоприемные устройства;
  • видеоаппаратура;
  • телевизионные средства;
  • средства линейной радиотрансляции и оповещения.

Случайные опасные сигналы могут создаваться следующими электрическими приборами:

  • средства системы электрочасофикации;
  • средства охранной сигнализации;
  • средства пожарной сигнализации;
  • оргтехника (в частности, принтеры);
  • средства системы кондиционирования и вентиляции;
  • бытовые приборы и другая техника, имеющая в составе элементы преобразования акустической информации в электрические сигналы;
  • электропроводящие коммуникации здания, проходящие через контролируемую зону[12.7].

В зависимости от принадлежности циркулирующей в технических средствах информации к защищаемой и открытой, технические средства делятся на основные технические средства и системы (ОТСС) и вспомогательные технические средства и системы (ВТСС). Важным здесь является то, что ВТСС не обрабатывают защищаемую информацию, но при этом могут находиться в пределах контролируемой зоны совместно с ОТСС. При определенных условиях ВТСС могут стать источниками случайных опасных сигналов, следовательно, они нуждаются в защите наряду с ОТСС.

Обзор способов точного позиционирования персонала на основе современных методов определения координат

Автор статьи

Дмитрий Покатаев, support@naviawireless.ru

Опубликовано в журнале «Вестник Электроники» №1 (65) 2020

В последнее время значительно увеличился интерес к системам контроля персонала, причем если раньше самым востребованным устройством была электронная проходная, то сейчас есть интерес и к определению местонахождения работника на самом предприятии. Конечно, различные считыватели на дверях позволяют на основе персональных карт сотрудников отследить местоположение с точностью до помещения, но на открытых территориях они уже бесполезны. Здесь на первый план выходят системы на базе носимых устройств с возможностью определения точных координат и дальнейшей передачи их в диспетчерский центр для обработки или на другие носимые устройства. Это класс систем RTLS (Real-time Locating Systems) — системы позиционирования в режиме реального времени. Задачей данных систем является контроль не только рабочего времени, но и фактического местопребывания в конкретный момент с целью определения нахождения в опасных зонах и предупреждения об опасностях, а также оценки состояния здоровья.

В статье представлены только системы, использующие для определения позиции и передачи данных радиоканал. Другие типы систем, например ультразвуковые, рассматриваться не будут. При этом будут описаны в основном типичные решения и методы позиционирования, а не конкретные системы конкретных производителей и их особенности.

Когда задается вопрос: «Как я могу узнать, где находится сотрудник в настоящий момент?» — конечно, все сразу вспоминают о GPS, хотя правильнее говорить, наверное, GNSS (Global Navigation Satellite System) — глобальная спутниковая навигационная система. Ведь, кроме GPS, есть еще ГЛОНАСС, BeiDou, Galileo, с которыми многие современные приемники могут работать одновременно. Основное преимущество данного типа систем — отсутствие необходимости размещать наземную инфраструктуру у потребителя. Но при этом существенными ограничениями становятся возможность работы в основном на открытом пространстве, позиционирование антенны для хорошей видимости неба, достаточно большой расход электроэнергии на выделение сигнала спутников принимаемого сигнала (работа корелляторов) и решение навигационной задачи (работа вычислительного ядра). Эти две задачи составляют до 80% энергопотребления приемника. Хотя самые экономичные приемники потребляют ток всего 15–20 мА при напряжении 3,3 В в режиме слежения и немного более при поиске и захвате сигналов, традиционные системы передачи данных от таких приемников в диспетчерский центр потребляют в десятки и даже сотни раз больший ток. Например, GSM-модем при передаче в режиме GPRS потребляет ток 300–400 мА, а при поиске сети — до 1,5 А. Поэтому и спутниковым приемникам, и радиоканалу на основе GSM появилось много альтернатив, о которых пойдет речь далее.

Сначала о том, какие варианты систем возможны. Приведу несколько классификаций систем с краткими комментариями.

По методу определения координат

  1. На основе данных спутниковых систем навигации.
  2. На основе данных о видимых базовых станциях GSM.
  3. На основе данных о видимых базовых станциях Wi-Fi.
  4. На основе пассивных стационарных маяков с известным положением и активными носимыми устройствами.
  5. На основе сканирующих станций и пассивных носимых устройств.
  6. Комбинированные.

Сразу следует сказать, что все шесть пунктов реализует или может реализовать современный смартфон, поэтому смартфон или планшет обычно служат основой многих систем позиционирования. Причем смартфон может не только самостоятельно принимать и анализировать сигналы, но и выступать как объект наблюдения, если включен соответствующий режим Bluetooth Low Energy или режим AP-Mode модуля Wi-Fi.

Рис. 1. Фиксированная инфраструктура RTLS

По типу получаемых координат

  1. Абсолютные координаты.
  2. Относительные координаты.
  3. Относительные взаимные координаты в группе без прямой привязки к местности.

Не всегда нужны точные географические координаты в общемировой системе координат, часто достаточно просто привязки положения к конкретному участку местности. При этом такие локальные системы значительно проще и экономичнее, но поскольку обычно это не GNSS-системы, они предполагают определенную наземную инфраструктуру и, возможно, большие расходы на обслуживание, чем системы на базе GNSS. Если посмотреть чисто физическую реализацию, сначала всегда определяется именно относительное положение передатчика и приемника, что характерно для всех типов систем. Как правило, определяется расстояние или угол приема сигнала. Затем полученные данные служат основой определения глобальных координат, если это необходимо.

По точности получаемых координат

  1. Метровая точность.
  2. Дециметровая точность.
  3. Сантиметровая точность.

Если в 60-х годах прошлого века километровая точность глобальной навигационной системы считалась неплохим результатом, то теперь она даже не вошла в нашу классификацию. Это произошло из-за улучшения математических методов и, самое главное, большей доступности вычислительных ресурсов в системах навигации и очень значительного роста производительности мобильных вычислительных систем. Сантиметровая и дециметровая точность зачастую просто результат хорошей цифровой фильтрации сигнала или применения удачной математической модели ее распространения. Причем это характерно для всех систем — как локальных, где сигнал распространяется на расстоянии
в десятки и сотни метров, так и глобальных, где сигнал передается на тысячи километров, как, например, в спутниковых системах.

По месту получаемых координат

  1. В диспетчерском центре.
  2. В самом носимом устройстве.
  3. В других носимых устройствах (при определении взаимных координат).

Рис. 2. Принцип опзиционирования в группе без привязки к абсолютным координатам

Не всегда необходимо и возможно получение координат в мобильном устройстве — обычно координаты получает диспетчер в специализированном диспетчерском центре, и маршруты движения записываются сервером для дальнейшего анализа, если это понадобится. Во всех случаях выгоднее вычислять и обрабатывать координаты мобильных устройств на сервере, ведь у стационарного сервера энергоэффективность значительно выше, чем у мобильного устройства с питанием от аккумулятора. Но если устройство не вычисляет координаты и не отправляет их, нагрузка по передаче данных о его положении для последующего вычисления координат обычно ложится на дополнительную инфраструктуру в виде базовых станций и их каналы связи с сервером.

По наличию обратной связи с носимыми устройствами

  1. Без обратной связи с носимыми устройствами.
  2. С обратной связью с носимыми устройствами.

Иногда требуется передавать данные на носимое устройство для оповещения персонала о различных экстренных ситуациях. Обратный канал связи может быть организован по протоколу самой сети позиционирования или как дополнительная опция с собственным радиоканалом, но этот вариант всегда менее эффективен по расходу электроэнергии, а потому такой метод применяется редко.

Эта статья вас УДИВИТ:  Индикатор Канал Дончиана обзор, описание, настройка

По времени работы без подзарядки

  1. В течение суток или одной смены.
  2. Длительный период (более суток и до года).
  3. Многолетний период (срок работы более одного года).

Именно необходимость в увеличении длительности работы носимых устройств и уменьшении их массы определяет тенденцию к переходу от традиционных GNSS-систем к различным малопотребляющим меткам, пусть даже при этом требуется дорогая наземная инфраструктура.

По типу энергопотребления радиоканала

  1. Стандартный.
  2. Малопотребляющий (ток потребления при передаче до 100 мА).
  3. Сверхмалопотребляющий (ток потребления при передаче до 10 мА).

Энергопотребление устройства напрямую определяет размер аккумулятора в нем и соответственно массу и габариты, поэтому тенденция сделать радиоканал как можно более энергоэффективным за счет оптимизации протоколов обмена становится все более очевидной. При такой оптимизации мощности передатчиков падают незначительно, просто они работают все более короткое время и передают данные с более высокой скоростью. Причем за счет более совершенных типов модуляции достигается уверенный прием на больших расстояниях.

По типу контролируемых событий

  1. Без контроля дополнительных событий.
  2. С контролем доступа в определенные зоны.
  3. С контролем двигательной активности.
  4. С контролем медицинских параметров (пульс, частота дыхания).
  5. С контролем физических параметров среды (например, наличие определенных веществ в воздухе, погружение в жидкость).

Типичным примером устройств такого типа является всем знакомый фитнесс-браслет. Для таких устройств, обычно работающих в формате Bluetooth Low Energy, характерно измерение пульса и параметров двигательной активности. При этом они имеют радиоканал Bluetooth Low Energy, действующий на расстоянии до 50, а в ряде случаев и до 100 м на открытой местности и допускающий двухсторонний обмен данными. Конечно, если необходимо, создаются и более сложные устройства подобного типа, измеряющие больше параметров. Но и самая простая метка способна контролировать проход в определенные зоны, а события может формировать программное обеспечение сервера.

По типу обслуживаемых объектов

  1. Условно одномерные (стволы и штреки шахт).
  2. Двумерные (территории предприятий, расположенных на равнинной местности).
  3. Трехмерные (здания и карьеры).

Рис. 3. Принцип времени распространения сигнала ToF

Отдельно следует сказать, что первый тип и частично третий тип исключают применение спутниковых систем и альтернативные системы для них просто незаменимы.

По типу корпуса носимого устройства

  1. Метка.
  2. Браслет.
  3. В формате носимой радиостанции.

Формат носимой радиостанции обычно применяется для устройств с обратной связью, хотя элементы обратной связи возможны и в устройствах первого и второго типа. Кроме того, чисто формат носимой радиостанции определяется тяжелыми климатическими условиями работы, длительным сроком службы без подзарядки и, соответственно, большим аккумулятором, применением специальных антенн при наличии приемника, интеграцией дополнительных функций мониторинга и обратной связи.

По месту получения координат носимого устройства

  1. В носимом устройстве с передачей данных о координатах на сервер по дополнительному радиоканалу.
  2. В самой системе с получением координат в базовых станциях и передачей на сервер.
  3. Координаты вычисляет сервер после получения данных от базовых станций.
  4. Координаты вычисляет сервер после получения данных от устройств.

Как уже говорилось выше, выгоднее перенести сложные вычисления из мобильного устройства в стационарный компьютер, но это не всегда возможно, а потому системы обычно строятся по различным компромиссным вариантам, наиболее подходящим для конкретной системы.

По типу электропитания базовых станций

  1. Внешнее питание.
  2. Автономные (питание от аккумулятора, солнечных батарей).

Автономное питание базовых станций характерно для больших территорий, в зданиях эффективнее системы с внешним питанием базовых станций от электросети. Исключение могут составлять строящиеся здания и объекты, где еще нет постоянного электропитания.

Рис. 4. Метод измерения фазы принимаемого сигнала PDoA

По типу радиоканала для передачи данных на сервер

  1. GSM/LTE.
  2. Bluetooth Low Energy.
  3. LoRa.
  4. SigFox.
  5. ZigBee (IEEE802.15.4-2020).
  6. NB IoT.
  7. Нестандартизированный радиоканал.

Вариантов очень много, и все время появляются новые и еще более энергоэффективные.

По частотному диапазону (относится и к определению координат, и к способу их дальнейшей передачи)

  1. Субгигагерцевые.
  2. СВЧ.

Такое деление чисто условное и определяется только стандартизацией в использовании радиочастот.

По типу модуляции

  1. Аналоговая.
  2. Цифровая.
  3. Импульсная.
  4. Расширение спектра.

Чем эффективнее модуляция, тем энергоэффективнее система в целом.

По ширине полосы излучения спектра сигнала

  1. Стандартная.
  2. Узкополосная.
  3. Широкополосная.

Системы второго и третьего типа обычно используют цифровую модуляцию сигнала и цифровое выделение полезного сигнала из принимаемого, часто они могут выделять сигнал, уровень которого в точке приема ниже уровня шума, что при равных мощностях передатчика позволит увеличить дальность передачи данных в десятки раз.

Методы измерения расстояния и направления

RSSI (Received Signal Strength Indicator)

— дословно: индикатор силы принимаемого сигнала. Определение дистанции на основе калиброванного по мощности передатчика и оценки уровня принимаемого приемником сигнала. Применяется при позиционировании устройств Bluetooth Low Energy по протоколам iBeacon и Eddystone. И хотя метод уступает по точности другим методам, несомненная простота делает его весьма популярным.

TDoA (time difference of arrival)

— группа методов, основанных на измерении разницы во времени передачи сигнала от мобильного устройства до базовой станции, с синхронизированными часами и заранее известным местоположением. Иногда говорят также, что этот метод применяет OWR (One-Way Ranging) — одностороннее измерение времени распространения сигнала. Положение приемника определяется пересечением гипербол, так как для определения положения приемника применяется разностно-дальномерный метод с использованием минимум трех опорных точек с известным положением для обмена сигналами с мобильным устройством. Метод известен во множестве вариантов и реализаций по методу синхронизации часов, порядку передачи пакетов и т. д.

ToA (Time of Arrival)

Рис. 5. Принцип реализации метода TDоA

ToF (Time-of-Flight)

— измерение времени распространения сигнала, общая формулировка для целого ряда методов, термин часто встречается в литературе, хотя обычно не указывает на определенную технологию. Можно сказать, что он обычно относится к методам, когда время прохождения сигнала измеряется в одном направлении, но бывают и исключения.

SDS-TWR (symmetrical double-sided two-way ranging)

— метод измерения дистанции, являющийся усовершенствованным TWR, который использует двойное измерение по методу TWR последовательно в двух направлениях, от первого устройства ко второму и наоборот. В каждом цикле устройства обмениваются временем ретрансляции, измеренным самими устройствами. После двух измерений время прохождения сигнала можно вычислить с погрешностью, достаточной для получения дециметровой и даже сантиметровой точности.

FDoA (Frequency Difference of Arrival)

основан на измерении разностей доплеровских сдвигов частот от источников сигнала при движении приемника.

AoA (Angle of arrival)

— дословно: угол прибытия. Метод определения направления распространения радиочастотной волны, падающей на антенную решетку или вычисляемой по максимальной силе сигнала при вращении антенны. AoA определяет направление, измеряя разницу во времени прибытия на отдельных элементах массива антенн. Именно эти задержки позволяют рассчитать угол прибытия сигнала.

AoD (Angle-of-Departure)

— угол отправления сигнала от объекта, обычно неподвижного. Базовые устройства такого типа излучают различные сигналы в разных направлениях, что используется приемником для определения угла направления на базовую станцию.

PDoA (Phase Difference of Arrival)

Рис. 6. Угломерный метод AoA

Большинство современных решений основано на комбинации методов, например, в продукции компании Decawave одновременно используется расчет расстояния по методу SDS-TWR (TоA) и TDoA, при этом совместное применение широкополосных сигналов, сверхширокополосных сигналов повышает эффективность TDoA по точности и SDS-TWR по дальности. Различные методы, основанные на измерении угла, применяются все реже из-за больших габаритов антенных устройств по сравнению с дальномерными методами, позволяющими создавать совсем компактные устройства, на работу которых не влияет положение в пространстве и направление ориентирования антенны.

Основные требования при построении систем

Основные требования при построении систем относятся к типу корпуса носимого устройства и его массе. Обычно самым главным является соотношение массы, времени работы и максимальной удаленности от базовой станции. Требования постоянно растут, и многим потребителям нужны субметровые по точности системы с возможностью обратной связи, контролем параметров объекта, контролем зон, покрытием в зонах с размерностью десятки километров и массой носимого устройства не более 100–120 г. При этом определение координат должно быть одинаково эффективно и бесперебойно, а дополнительная инфраструктура в виде базовых станций минимальна. Системы должны устойчиво работать в зонах без покрытия GSM и быть малочувствительны к электромагнитным помехам. И сейчас это во многом выполнимо!

Примеры реализации систем

Система с пассивными метками.

Самая простая система и самая экономичная. Понятие «пассивные» весьма условно. Обычно такие метки сами излучают радиосигналы, но не могут их принимать, или для приема их нужно переключить в определенный режим. При этом они могут работать от встроенной батареи годами без ее замены. Если метка находится в зоне видимости базовой станции, то их координаты условно совпадают. Круговая или почти круговая зона вокруг базовой станции и есть контрольная зона присутствия. Обычно стараются сделать так, чтобы метка была видна нескольким базовым станциям, тогда возможно определение дистанции по RSSI и местоположения метки по результатам измерения расстояния минимум до трех базовых станций с известным положением. Точность таких систем можно отнести к метровым. Несомненное преимущество — метки очень легкие, менее 20–30 г, срок работы без подзарядки у них составляет несколько лет. Самые популярные системы построены на базе стандарта Bluetooth Low Energy — это широко известные iBeacon и Eddystone, а также менее распространенный AltBeacon и ряд других. Для реализации используется так называемый Advertising Packet — последовательность байтов, передаваемая устройством Bluetooth Low Energy для его обнаружения. Обычно содержит адрес и имя устройства, но спецификация Bluetooth Low Energy позволяет его изменять, и на этом основаны собственные форматы данных производителей маячков или меток. Такие устройства предусматривают подключение и двунаправленный обмен в соответствии со спецификацией Bluetooth Low Energy, но только для конфигурации. Системы подобного типа используют данные RSSI при приеме и значение RSSI при приеме сигнала конкретного устройства (калиброванное значение) на расстоянии 1 м, передаваемое устройством. Это калиброванное значение и позволяет перевести RSSI в метры. Для сглаживания колебаний уровня RSSI, вызванных отражением, применяется цифровая фильтрация.

Системы с активными метками.

Энергопотребление для данных систем уже значительно выше, чем у систем с пассивными метками. К этому типу могут относиться системы с двунаправленным радиоканалом метки, например на базе Bluetooth Low Energy, так как сам тип канала Bluetooth Low Energy предусматривает двунаправленный обмен при подключении. В такой метке уже может находиться даже небольшой дисплей для передачи сообщений пользователю. Данная система также относится к системам со сверхмалым потреблением, поскольку большую часть времени дисплей отключен и приемник не используется. Кстати, следует отметить, что для сверхмалопотребляющих систем обычно характерны большие расходы энергии именно на прием, ведь передатчик работает очень короткое время, а чтобы принять сигнал, окно времени приема должно быть в разы больше. Особенно это очевидно при анализе энергопотребления для приемопередатчиков Bluetooth Low Energy. Например, с помощью программы BlueNRG Current Consumption Estimation Tool 1.2 для чипов семейства BlueNRG производителя ST Microelectronics. К данному типу систем можно отнести и системы на базе специализированных приемопередатчиков. Вполне заслуженно следует упомянуть уже достаточно старую технологию NanoLOC компании Nanotron (https://nanotron.com) — первые чипы вышли более 10 лет назад. Nanotron использует метод позиционирования SDS-TWR (SymmetricalDouble-SidedTwo-WayRanging — метод симметричного двухстороннего двунаправленного измерения расстояния), что позволяет обеспечить необходимую точность, не прибегая к синхронизации времени, — измеряется время от передачи запроса до получения ответа на него. Также используются широкополосные сигналы, что минимизирует помехи. Погрешность в определении расстояния — 2 м.

Таблица. Точность метода RTK по сравнению с обычными методами позиционирования на основе спутниковых систем без поправок

Компания Decawave (www.decawave.com) анонсировала свой чип DW1000 относительно недавно. Применяется метод позиционирования TDоA и SDS-TWR (см. выше). Соответствует стандарту IEEE802.15.4-2020 UWB channels (широкополосный сигнал). Погрешность в определении расстояния — 10 см за счет совместного применения технологий TDоA и SDS-TWR. У данного производителя хорошие отладочные средства и подробная документация. Комплект Decawave MDEK1001 (https://www.decawave.com/product/mdek1001-deployment-kit/) по сути, готовая система RTLS (Real-time Locating Systems).

Системы с носимыми устройствами типа браслет

могут представлять собой полноценное GSM-GPS-устройство с временем работы не более суток или решение с малопотребляющим радиоканалом, например на основе LoRa.

Сразу следует сказать, что решения на основе GSM и GPS в настоящий момент уже самые неэффективные по энергопотреблению и, соответственно, по массе и габаритам. Поэтому предлагается много альтернативных вариантов с меньшим в десятки и сотни раз энергопотреблением.

Они обладают наименьшими ограничениями в габаритах, у них может быть большой и емкий аккумулятор. Но обычно этот тип корпуса применяется в системах, где есть потребность в высокой надежности самого корпуса, например в системах для шахт. Такие решения обеспечивают двухстороннюю связь с персоналом и его позиционирование для диспетчерского центра. Эти системы обычно построены на базе опорной сети с кабелей, в которые через определенные промежутки вмонтированы приемопередатчики. Позиционирование в таких системах обычно осуществляется на основе данных RSSI.

В данном формате на открытой местности возможно применение спутниковых систем, в том числе и с применением Real Time Kinematic (RTK). Системы особенно удобны, скажем, для карьеров, где невозможно развернуть опорную сеть на базе других стандартов, например Bluetooth Low Energy. Конечно, применение RTK делает систему весьма дорогой и сложной, но эффект часто оправдан получаемой точностью.

Следует также отметить, что не всегда в системах такого типа может быть предусмотрена голосовая связь, а внешний вид и функциональность прибора может напоминать смартфон.

В действительности любая реально существующая система — это компромисс между ценой, массой носимых устройств, территорией охвата, точностью и частотой обновления координат. Вот почему в каждом конкретном случае может подойти одна и совсем не подходить другая система, и, значит, разные типы систем прекрасно уживаются рядом, даже на одних предприятиях, а предложение подобных систем достаточно велико и разнообразно.

Самые честные и надежные брокеры бинарок:
  • Бинариум
    Бинариум

    1 место — самый лучший брокер бинарных опционов за 3 года!
    Бесплатное обучение и демо-счет на любую валюту на сумму 1000 $.
    Заберите свой бонус за регистрацию:

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Основы торговли бинарными опционами