Разработка и исследование модели отражателя-модулятора

задание на дипломную работу

реферат

Рассматривается модель переизлучающей системы в виде электрического вибратора, параллельно входным зажимам которого включён нелинейный элемент, осуществляющий модуляцию переизлучённой волны в соответствии с законом изменения модулирующего напряжения, приложенного к этому нелинейному элементу.

В качестве нелинейного элемента, в первом случае, используется полупроводниковый диод, моделью которого является нелинейный резистор, во втором – варикап, упрощенной моделью которого является нелинейная ёмкость. Наличие нелинейного элемента, в общем случае, приводит к появлению в вибраторе токов высших гармоник падающей волны, что приводит к излучению на кратных частотах модулированных сигналов.

Задачей анализа является нахождение токов основной и высших гармоник вибратора, позволяющих рассчитать параметры модуляции, как первой, так и высших гармоник тока, а также средние амплитуды напряжённости поля в точке приёма каждой из гармоник.

Для выполнения анализа предложена модель вибратора в виде электрической цепи. Эта модель справедлива, в первом приближении, как для основной, так и для высших гармоник тока вибратора. Таким образом, электродинамическая задача сводится к задаче анализа нелинейной электрической цепи, решение которой предполагается выполнить с применением ПЭВМ.

Содержание

задание на дипломную работу........................................................................ 2

реферат............................................................................................................................. 3

Содержание.................................................................................................................... 4

ВВЕДЕНИЕ.......................................................................................................................... 5

1.   ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ОТРАЖАТЕЛЯ – МОДУЛЯТОРА............................. 7

1.1.      Физические принципы работы............................................................. 8

1.2.      Некоторые сведения о работе сотовой связи GSM. Основные параметры зондирующего сигнала........................................................................................ 8

1.3.      Основные параметры модулирующего сигнала.................... 9

2.   ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ДАННОЙ ТЕМЕ................................................... 11

2.1.      Распределение тока по вибратору.................................................... 11

2.2.      Расчёт входного сопротивления вибратора............................. 12

2.3.      Диаграмма направленности симметричного вибратора 16

2.4.      Схема замещения нелинейного резистора............................... 19

2.5.      Схема замещения нелинейной ёмкости..................................... 19

3.   СОСТАВЛЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ОТРАЖАТЕЛЯ – МОДУЛЯТОРА  20

3.1.      Построение математической модели вибратора.................. 22

3.1.1.         Анализ возможного вида схемной функции.............................. 22

3.1.2.         Построение схемной функции........................................................... 24

3.1.3.         Нахождение коэффициентов схемной функции....................... 25

3.1.4.         Синтез электрической цепи................................................................. 25

3.2.      Составление математической модели модулирующей части   26

3.3.      Построение общей математической модели отражателя – модулятора    27

4.   ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МОДУЛЯТОРА НА ДИОДЕ................................. 28

5.   МОДЕЛИРОВАНИЕ УСТРОЙСТВА НА ПЭВМ................................................... 34

5.1.      Исходные данные для программы................................................... 34

5.2.      Схема эксперимента................................................................................. 35

5.3.      Блок-схема программы........................................................................... 35

5.4.      Результаты работы программы.......................................................... 36

6.   РАСЧЁТ МОЩНОСТИ СИГНАЛА НА ВЫХОДЕ ПРИЁМНОЙ АНТЕННЫ.. 38

ЗАКЛЮЧЕНИЕ................................................................................................................. 40

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК............................................................................ 42

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Основные расчётные формулы для вычисления коэффициентов.............................................................................................................................................. 43

ПРИЛОЖЕНИЕ 2.............................................................................................................. 44

перечень документов дипломной работы............................................. 74

ВВЕДЕНИЕ

Информация – это, во-первых, знание относительно нового типа, пригодное для дальнейшего использования, во-вторых, знание, производство, хранение и применение которого действительно становится всё более важной для общества, деятельность которого порождает соответствующие ему технико-организационные структуры. Одной из таких структур являются организации, занимающиеся несанкционированным получением информации, с целью извлечения прибыли, т.е. шпионажем.

На органы разведки возлагаются задачи по контролю за соблюдением государственных и военных тайн, выявлению незаконной экономической практики и действий, наносящих ущерб государственным интересам, выполнению экономических соглашений, по оценке запасов сырьевых ресурсов, возможных прорывов в технологии.

Аналогично разведслужбам сбором информации, только в более скромных масштабах, занимаются практически все корпорации, так как это является непременным условием их выживания в жёсткой конкурентной борьбе.

Целью данной работы является моделирование системы перехвата речевой информации с помощью отражателя – модулятора, которая реально используется или может быть использована в России.

Система является полуактивным отражателем – модулятором, работающим на частотах портативных абонентских станций сотовой связи. Основой системы является полуволновой вибратор (для зондирующего сигнала), в котором параллельно зажимам подключён варикап или диод, с параллельно или последовательно включённым микрофоном (рис 1.1). Напряжение с микрофона меняет ёмкость варикапа или сопротивление диода, тем самым, изменяя входное сопротивление вибратора, следовательно, амплитуду и фазу отражённой волны при зондировании вибратора внешним электромагнитным полем. Размеры вибратора и параметры согласующих элементов системы подобраны, таким образом, что вся система резонирует на внешнее излучение частот сотовых станций и кратных им.

Рис 1.1. Структура системы перехвата.

Главное достоинство такого вида модулятора – невозможность обнаружения при отсутствии внешнего облучения.

В соответствии с постановкой задачи необходимо рассчитать зависимость параметров модуляции отражённого сигнала на кратных гармониках от мощности зондирующего сигнала как функцию расстояния от источника зондирующего сигнала до вибратора и от вибратора до приёмника. При этом необходимо учесть возможность экранировки пространства между источником зондирующего сигнала и отражателем – модулятором.

1.      ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ОТРАЖАТЕЛЯ – МОДУЛЯТОРА.

Отражатель – модулятор, в том или ином исполнении, используется достаточно давно для перехвата речевой информации. Принцип работы основан на зависимости параметров нелинейного элемента от состояния воздушной среды, которое в свою очередь определяется наличием в окружающем пространстве звуковых волн. С помощью звуковых волн люди общаются между собой, поэтому именно в канале связи «человек – воздушное пространство - человек» происходит перехват информации с помощью отражателя - модулятора.

Отражатель – модулятор (закладка) размещается в помещении, где происходят интересующие разведывательную сторону разговоры. При этом закладка может быть специально создана, или представлять собой устройство, непреднамеренно расположенное в помещении, с ярко выраженной нелинейностью, параметры которой значительно зависят от звуковых колебаний, например, радиоприёмник с воздушным конденсатором.

Почему отражатель – модулятор получил широкое применение при несанкционированном доступе к речевой информации? Наверное, первое его достоинство состоит в возможности съёма информации с помещения, куда нет прямого доступа, а с помощью высокочастотного навязывания этот доступ получить можно. В этом случае мы видим пример использования какого-либо предмета или устройства в качестве отражателя модулятора. Бывают случаи, когда мы всё-таки можем получить доступ на короткий промежуток времени, тогда появляется случай сделать в помещении ранее изготовленную закладку. Эта закладка обладает преимуществом, поскольку её параметры соответствуют оптимальным для перехвата.

С развитием этой области, подобной утечке информации появились адекватные меры противодействия, из-за её плохой скрытности, связанной с необходимостью значительного облучения помещения высокочастотным сигналом (зондирующий сигнал). Зондирующий сигнал может быть легко обнаружен стандартными методами регистрации электромагнитного поля. Обеспечить необходимую скрытность помогло предложение, заключающиеся в применении электромагнитных волн, используемых в системах сотовой связи, в качестве зондирующего сигнала.

1.1.Физические принципы работы

Рассмотрим физические принципы работы отражателя – модулятора.

Специально созданная закладка представляет собой антенну – вибратор, к входным зажимам которого подключен нелинейный элемент (варикап, диод и т.п.) и микрофон или стетоскоп. Электродвижущая сила, возникающая на концах микрофона или стетоскопа, меняет параметры нелинейного элемента.

Подразумевается, что входное сопротивление закладки согласовано на частоте зондирующего сигнала с сопротивлением модулирующего звена. Это условие является необходимым для максимальной передачи энергии зондирующего сигнала, в энергию отражённых сигналов с частотами, кратными частоте зондирующего. Итак, закладка облучается высокочастотным гармоническим сигналом, поскольку её сопротивление согласовано с сопротивлением модулирующей части, то половина энергии падающей электромагнитной волны, остаётся в вибраторе (антенне), т.е. излучается обратно, а вторая половина поглощается в модулирующей части [1].

Главным элементом модулирующей части является нелинейность. Из теоретических основ радиотехники известно, что при прохождении гармонического сигнала через нелинейную цепь, спектр выходного сигнала обогащается гармониками, с частотами кратными входному. В модулирующей части появляются гармоники основной частоты, причём, если параметры нелинейного элемента зависят от состояния внешнего воздушного пространства, то и параметры этих гармоник (амплитуда и фаза) зависят от звуковых колебаний распространяющихся в воздушном пространстве. Поскольку модулирующая часть представляет собой двухполюсник, то токи с кратными частотами начинают протекать в вибраторе. Отсюда следует, что токи частот, кратных основной (и чьи параметры зависят от звуковых колебаний, распространяющихся в подслушиваемом помещении), излучаются в свободной пространство, поэтому существует возможность их приёма и обработки.

1.2.Некоторые сведения о работе сотовой связи GSM. Основные параметры зондирующего сигнала

В соответствии с рекомендацией СЕРТ 1980 г., касающейся использования спектра частот подвижной радиосвязи в диапазоне частот 890 – 960 МГц, стандарт GSM на цифровую общеевропейскую (глобальную) сотовую систему подвижной связи предусматривает работу передатчиков в двух диапазонах частот: 890 – 960 МГц (для передатчиков подвижных станций - MS), 935 – 960 МГц (для передатчиков базовых станций - BTS).

В стандарте GSM выбрана гауссовская частотная манипуляция с минимальным частотным сдвигом (GMSK). Обработка речи осуществляется в рамках принятой системы прерывистой передачи речи (DTX), которая обеспечивает включение передатчика только при наличии речевого сигнала и отключение передатчика в паузах и конце разговора.

В табл. 1.1. сведены основные сведения о системе сотовой связи GSM [3].

Таблица 1.1. Основные характеристики стандарта GSM