CC BY
46
BucTOHHu-fcBpunencKun журнал передивын тенно^югш ISSN 1729-S774
■a q
Запропоновано новий спосіб виявлення радіозакладних пристроїв з використанням радіометра. В основу розробленого способу покладено процес оцінювання потужності власного електромагнітного випромінювання теплових аномалій в діелектричних середовищах. Розраховано технічні характеристики радіометра, що забезпечує застосування розробленого способу на практиці
Ключові слова: радіометр,
радіотепловий контраст, радіо-закладний пристрій, спосіб виявлення, діелектричне середовище, теплообмін
□---------------------------□
Предложен новый способ выявления радиозакладных устройств с использованием радиометра. В основу разработанного способа положен процесс оценивания мощности собственного электромагнитного излучения тепловых аномалий в диэлектрических средах. Проведен расчет технических характеристик радиометра, позволяющий на практике применить разработанный способ
Ключевые слова:радиометр, ради-отепловой контраст, радиозакладное устройство, способ выявления, диэлектрическая среда, теплообмен
■а о
УДК 004.94:519.876.5
ВИЯВЛЕННЯ РАДІОЗАКЛАДНИХ ПРИСТРОЇВ З ВИКОРИСТАННЯМ РАДІОМЕТРУ
І. А. Пількевич
Доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри*
E-mail: igor.pilkevich@mail.ru
В. І. Котков Кандидат технічних наук, доцент* E-mail: eko_univer@i.ua А. А. Завада Кандидат технічних наук, старший науковий співробітник, начальник науково-дослідної лабораторії** E-mail: androidz@pisem.net С. П. Оверчук Інженер науково-дослідної лабораторії** E-mail: androidz@pisem.net *Кафедра моніторингу навколишнього природного середовища Житомирський національний агроекологічний університет бульвар Старий, 7, м. Житомир, Україна, 10008
**Науковий центр Житомирський військовий інститут ім. С.П. Корольова Проспект Миру 22, м. Житомир, Україна, 10004
1. Вступ
Аналіз сучасного стану питань протидії промисловому шпигунству обумовлює нагальну необхідність у створенні нових й удосконаленні діючих приладів для виявлення радіозакладних пристроїв (РЗП).
Найбільш поширеним приладом для виявлення РЗП є нелінійний радіолокатор (НРЛ) [1]. При пошуку РЗП нелінійними радіолокаторами, виникає проблема селекції як штучних напівпровідників радіоелектронних елементів, так і природних структур типу „метал-окис-метал” (МОМ), що утворюються при контакті двох металевих тіл через плівку оксиду. У фаховій науково-технічній літературі достатньо ґрунтовно описано властивості МОМ-структур, а також способи їх селекції. Не дивлячись на поширеність методу нелінійної локації і широку номенклатуру НРЛ, у більшості випадків достовірність способів селекції напівпровідників, як правило, не перевищує 30% [1].
Основним недоліком НРЛ є побічне електромагнітне випромінювання, що виникає при його роботі та, як наслідок, завдає шкоди здоров’ю оператора.
2. Аналіз проблеми
Відомо [2], що методи пасивної радіолокації -визначення властивостей об’єкту по його власному електромагнітному випромінюванню, знаходять широке застосування для завдань контролю внутрішньої температури тіл і пошуку теплових неоднорідностей в непровідних та напівпровідних середовищах. Вимірюючи радіотепловий контраст - зміну температури об’єкту й навколишнього середовища, визначаються області з фізичною температурою, відмінною від фонової ( Т0). Область, в якій розташований РЗП, унаслідок споживання електричної потужності, володітиме теплоконтрастом, що визначається як
£.............-.;.;..
АТ + Т0. Таким чином, виявлення теплового контрасту температури, а відповідно й РЗП, потребує обґрунтування й розробки відповідного способу.
Метою статті є розробка способу виявлення РЗП за їх власним електромагнітним випромінюванням.
3. Сутність способу виявлення радіозакладних пристроїв з використанням радіометру
Як відомо [3], прості РЗП складаються з мікрофону, пристрою обробки та передавача, що безперервно випромінює в радіоефір. Наявність РЗП такого типу в приміщенні, як правило, визначається за допомогою таких засобів виявлення, як НРЛ, сканерів радіоефіру, детекторів високочастотного поля тощо.
Найбільш типовими місцями установки РЗП для несанкціонованого зняття акустичної інформації є приміщення де циркулює інформація, що становить інтерес [3]. Імітуючи найбільш вірогідний випадок розміщення РЗП з мінімізацією візуальної демаскуючої ознаки, місцем установки в основному є однорідне діелектричне середовище. Такий випадок найбільш характерний при розміщенні РЗП в конструкціях, що виконані з будівельних матеріалів типу, наприклад, цеглина, бетон, штукатурка тощо.
Як показано в [3], на практиці найчастіше застосовуються РЗП, що працюють в пасивному режимі запису акустичного сигналу. Такі пристрої розміщуються в екрануючому корпусі, що в значній мірі перешкоджає їх виявленню за допомогою НРЛ. У такому разі дія зондуючого випромінювання НРЛ має недостатній рівень для збудження нелінійного відгуку від штучних напівпровідникових елементів РЗП й детекторів НВЧ-поля. РЗП, що працюють в пасивному режимі, здійснюють процес передачі накопиченої інформації по радіоканалу, що робить неможливим їх виявлення за допомогою сканерів радіоефіру.
До складу РЗП, що працюють в пасивному режимі запису, входять (рис. 1): мікрофон (М), пристрій підсилення (ПП), аналого-цифровий перетворювач (АЦП), пам’ять (П), мікроконтролер (МК), передавач (ПК) (рис. 1). Принцип дії таких пристроїв полягає у такому. Акустичний сигнал поступає на мікрофон і перетворюється в електричний. ПП слугує для обробки сигналу - його підсиленні, фільтрації та нормуванні. АЦП перетворює прийнятий електричний сигнал в цифровий код, а мікроконтролер управляє АЦП, пам’яттю і передавачем для передачі накопиченої інформації.
Суть способу виявлення РЗП полягає у розрахунках теплових ланцюгів та розрахунку інтенсивності випромінювання.
Розрахунок теплових ланцюгів. Мікросхема пам’яті - найбільш енергоємна частина РЗП. Виберемо для подальшого моделювання РЗП інтегральну мікросхему flash-памяті K9W8G08U1 (Samsung) [4]. Споживання струму мікросхемою K9W8G08U1 при напрузі живлення 5В складає 2мА, споживана потужність - 10мВт, що відповідає енергоспоживанню мікросхеми в режимі енергозберігаючого запису [4].
Ґрунтуючись на методиці, викладеній в [5], розглянемо теплотехнічні процеси інтегральних мікросхем. Теплова потужність Р1 пов’язана з різницею температур ДТ , що виникає при проходженні теплового потоку через ділянку тіла з тепловим опором :
АТ
(і)
де - тепловий опір (К-Вт'-);
d - товщина матеріалу (м); X - коефіцієнт теплопровідності (Вт-К-1-м-1); S - площа поперечного перетину матеріалу (м2).
Рис. 1. Структурна схема радіозакладного пристрою
Проведемо розрахунок теплового режиму напівпровідникового приладу мікрозборки пам’яті на одному кристалі з використанням (1). Мікросхеми пам’яті проектуються по функціонально-вузловому методу і при розрахунку теплотехнічних процесів всі функціональні частини вважаються прямокутними областями з рівномірним тепловим опором у всьому об’ємі.
Для розрахунку температури кристала в першому наближенні оберемо такі дані: поперечна довжина кристалу 1 = 0,110-3 м; площа основи S = 110-7 м2; коефіцієнт теплопровідності (кремній) Хкр = 23 Вт/мК; коефіцієнт теплопровідності (клей) Хкл = 10 = 10Вт/мК; товщина плівки клею dкл = 110-6 м; споживана потужність Р = 10 мВт; температура навколишнього середовища Тсер = 290 0К.
Температура кристала розрахована по формулі:
(2)
де Р - споживана потужність, мВт; - температур-
ний опір кристала, 0К.
Теплова схема відповідає шести паралельно сполученим ланцюгам, що складаються з послідовно сполучених теплових опорів кристалу і компаунда ( Як ). Тепловий потік, що генерується кристалом мікросхеми, розповсюджується до зовнішнього середовища з температурою Т0, на послідовно сполучених теплових опорах виникає різниця температур ДТ . Різниця ДТ є шуканим приростом температури поверхні кристалу. На рис. 2 подано ланцюги розповсюдження теплового потоку. Загальна точка теплової схеми спільна для всіх ланцюгів, що входять в її склад, оскільки тепловий потік розповсюджується до зовнішнього середовища з рівною температурою по всіх напрямах граней мікросхеми. На даному тимчасовому проміжку роботи мікросхеми тепловий процес не викликає розігрівання навколишнього простору
Виразивши з (1) приріст температури ДТ і враховуючи еквівалентний опір теплової схеми, отримаємо:
ДТ = Яе„ ■ Р = 2,6 (0К).
Отже, фізична температура поверхні мікросхеми дорівнює:
Тм = ДТ + Т0 = 292,6 (0К).
Е
Рис. 2. Еквівалентна схема теплових опорів
Розрахунок інтенсивності випромінювання. Ґрунтуючись на законі Релея-Джинса [6], проведемо розрахунок інтенсивності В електромагнітного випромінювання для об’єкту з температурою Тм = 292,6 0К у діапазоні частот від 1 до 10 ГГц:
В = 2кТ ^ С j , (3)
де к - стала Больцмана, к = 1,38 -10-23 Дж-К1\ Т -температура, 0К; f - частота випромінювання, Гц; с -швидкість світла у вакуумі, с = 3 ■ 108 м/с.
Використання діапазону НВЧ пов’язано з рядом обставин. По-перше, застосування тепловізорів інфрачервоного діапазону довжин хвиль для пошуку РЗП, не дивлячись на просторову роздільну здатність ( »1 мм) і високу чутливість (» 0,050К), неефективно через недостатню проникаючу здатність інфрачервоного випромінювання. При цьому вимірюється поверхнева, а не глибинна температура досліджуваного середовища [7]. По-друге, на відміну від інфрачервоного, діапазон НВЧ-довжин хвиль володіє вищою проникною здатністю в діелектричні середовища, що дозволяє вимірювати глибинну температуру досліджуваного середовища, підвищуючи тим самим достовірність виявлення.
Загасання сигналу розрахуємо за методикою, викладеною в [8]. Приймемо діелектричну проникність £=6...10 . Врахована неідеальність діелектричного середовища у вигляді тангенса кута діелектричних втрат tg = 0,05 (рис. 3).
є- 10 /у /. 8—6
! ОГТц 8=10 г= 8=6 3 ГГц
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
Рис. 3. Залежність загасання сигналу у бетоні від глибини закладання радіозакладного пристрою
з........-..........-..........-..........-..........
Розрахункові параметри д і електричного середовища схожі з електричними параметрами бетону. Діапазон розрахункових значень зумовлюється зміною діелектричних параметрів середовища залежно від вологості, температури, тиску, змісту різних домішок і концентрації компонентів. Графік залежності інтенсивності випромінювання РЗП, враховуючи ослаблення середовища, подано на рис. 4.
В 10'^/Втм^'СтерряТ ■
- / 1 </=0 45м / /
■■ / Л=0,У
/ /
■■ / /
( / у V
" / /
'■/
[\{)\ Гц .1.1
1 234567 89 10
Рис. 4. Залежність інтенсивності випромінювання радіозакладного пристрою, замаскованого у бетоні, від частоти f
Для співвідношення інтенсивності випромінювання, послаблення, що вноситься, і технічних параметрів радіометрів розрахуємо скін-шар. Скін-шар - це величина, що характеризує глибину проникнення електромагнітних хвиль в середовище, на якій амплітуда поля затухає в е разів. Для відомих параметрів середовища визначений скін-шар є функцію частоти (рис. 5).
Рис. 5. Залежність скін-шару 1скен від частоти f
Мінімальні розміри РЗП залежать від
конструкторсько-технологічних параметрів й геометричних розмірів елементів, що входять до його складу. Виходячи з [4], подовжній розмір РЗП складає не менше 2 см.
Розрахуємо відповідну максимальну довжину хвилі, на якій роздільна здатність не більша за
мінімальний поперечний розмір РЗП. Довжина хвилі в середовищі може бути визначена згідно з виразом [9]:
V. = -^
&
(4)
де Хс - довжина хвилі в діелектрику, м; Х0 - довжина хвилі у вакуумі, м.
Враховуючи (4), довжина хвилі у вакуумі при £с = 6 (випадок мінімального укорочення довжини хвилі) складатиме:
Х0 = ^ = 10 (см).
Відповідній довжині хвилі відповідає частота ^ = 3 ГГц. Шукана частота знаходиться в S-діапазоні. Існуюча елементна база, що необхідна для створення радіометра для S-діапазону, має широку номенклатуру і доступна на комерційному ринку [10].
Максимальна глибина Lmax, на якій можливе визначення температурної аномалії ДТ, враховуючи скін-шар і флуктуаційну чутливість радіометра, може бути визначена як у [7], тобто
Lm = i^ln {—1, max dx2 [ST
(5)
де 1скен - величина скін-шару, м; 8Т - флуктуаційна чутливість радіометра, 0К.
Результати розрахунків подано на рис. 6. Флуко туаційна чутливість радіометра (~ 0,010К), описаного в [11], зіставлена з кривими, що відображають різну глибину скін-шару, залежного від частоти і параметрів поглинання середовища.
■ ! \
■ \
\ к=о.ш\ Ш
(В1.=0,16М
У ^ м
Рис. 6. Залежність максимальної глибини виявлення радіон закладних пристроїв Lmax від чутливості радіометру 8Т
При скін-шарі, рівному 10 см й флуктуаційній чутливості 0,01 0К, можливе визначення температурної аномалії ДТ =2,6 0К на глибині не більше 26 см. Така величина глибини виявленої здатності суттєво перевищує можливості відомих способів виявлення РЗП.
Як результат, спосіб виявлення РЗП може бути поданий послідовністю таких кроків:
• для аналізу роботи і наявності можливих демаскуючих ознак здійснюється оцінювання структурної схеми РЗП і елементів, що входять в її склад;
• враховуючи структурну схему РЗП, оц інюється споживана електрична потужність елементів, що входять до складу РЗП;
• проводиться оцінювання теплового опору елементів РЗП з побудовою теплової схеми роботи пристрою;
• на підставі розрахунків теплової схеми пристрою визначається зміна температури РЗП в процесі його роботи;
• визначаються електричні параметри середовища, в якому розташоване РЗП;
• на підставі електричних параметрів оцінюються інтенсивність випромінювання, загасання сигналу та скін-шар;
• ґрунтуючись на параметрах структурної схеми РЗП, визначаються м інімальні геометричні розміри пристрою, з подальшим розрахунком максимальної довжини хвилі досліджуваного випромінювання, зіставленої з просторовою роздільною здатністю в середовищі;
• виходячи з параметрів довжини хвилі
випромінювання, скін-шару і температурної аномалії, проводиться розрахунок необхідної флуктуаційної чутливості радіометра,
зіставленої з необхідною глибиною максимального виявлення і його фізичною реалізуємістю.
4. Висновок
У результаті дослідження розроблено спосіб виявлення РЗП різних типів й сформульовано набір необхідних технічних параметрів радіометра, що забезпечить вимірювання шуканих теплових аномалій. Результати моделювання показали, що реалізація розробленого способу на практиці дозволить виявляти замасковані РЗП на глибинах до 26 см при величині скін-шару поглинаючого середовища порядку 0,1 см.
Література
1. Хорев, А. А. Способы и средства защиты информации [Текст] : учеб. пособие / А. А. Хорев. - М. : МО PФ, 1998. - 31б с.
2. Филатов, А. В. Микроволновые радиометрические системы нулевого метода измерений [Текст] / А. В. Филатов. - Томск : Том. гос. ун-т систем упр. и радиоэлектроники, 2007. - 27б с.
3. Вернигоров, Н. С. Нелинейный локатор - эффективное средство обеспечения безопасности в области утечки информации / Н. С. Вернигоров // Защита информации. Конфидент. - 199б. - № 1. - С. б7-70.
4. Alexander. Zeier In-Memory Data Management: Technology and Applications. - SpringerLink : B^her. - Springer, 2012. - P. 45.
E
5. Коледов, Л. А. Технология и конструкции микросхем, микропроцессоров и микросборок [Текст] : учеб. для вузов / Л. А. Ко-ледов. - М. : Радио и связь, 1989. - 393 с.
6. Краус, Д. Д. Радиоастрономия [Текст] / Д. Д. Краус. - М. : Сов. радио, 1975. - 456 с.
7. Поляков, В. М. СВЧ-термография и перспективы ее развития. Применение в медицине и народном хозяйстве [Текст] : по
дан. отеч. и зарубеж. печати за 1970-1989 гг. / В. М. Поляков, А. С. Шмалениюк. - Томск : Том. гос. ун-т систем упр. и радио-
электроники, 1991. - 58 с.
8. Штейншлейгер, В. В. Нелинейное рассеяние радиоволн металлическими объектами [Текст] / В. В. Штейншлейгер // Успехи физических наук. - 1984. - Т. 142, вып. 1. - С. 131-145.
9. Боков, Л. А. Электромагнитные поля и волны [Текст]: учеб. пособие / Л. А. Боков. - Томск : Том. гос. ун-т систем упр. и
радиоэлектроники, 2001. - 217 с.
10. Филатов, А. В. Нулевой метод в радиометрических измерениях [Текст] : монография / А. В. Филатов. - Томск : Том. гос. ун-т систем упр. и радиоэлектроники, 2010. - 206 с.
11. Филатов, А. В. Двухканальный микроволновый радиометр повышенной точности [Текст] : А. В. Филатов, А. В. Убайчин, Н. О. Жуков // Радиотехника. - 2011. - № 1. - С. 47-53.
У статті розглядається продовження теорії відносності на базі розвитку ефірної теорії, де дискретним елементом надплинного ефіру є креп-тон (міцна хвиля). У роботі виводяться розширені формули теорії відносності для маси, довжини та часу: М(У)=Мох[1/^(1-У2/С2)]х[1- ш(У)/Мчорної]х
х [1/(1^(У)^сШ)], а також показується відносність заряду q(У)=qoх[1-ш(У)/Мчорної)]х[1/(1-L(У)/Lсиг)] Ключові слова: теорія відносності, вир, крептон, гравітація, щільність, маса, час, довжина, заряд
□----------------------------------------------□
В статье рассматривается продолжение теории относительности на базе развития эфирной теории, где дискретным элементом сверхтекучего эфира является крептон (прочная волна). В работе выводятся расширенные формулы теории относительности для массы, длины и времени: М(У)=М0 х[1/^(1-У2/Ог)]х х[1-ш(У)/Мчёрной]х[1/(1-L(У)/Lсиг)], а также показывается относительность заряда q(У)=q0х х[1-ш(У)/Мчёрной)]х[1/(1^(У)^Сиг)]
Ключевые слова: теория относительности, водоворот, крептон, гравитация, плотность, масса, время, длина, заряд
УДК 530.18 (УДК 530.10(075.4))
ЧЕРНЫИ ПРЕДЕЛ. ЧАСТЬ 12: РАСШИРЕННОЕ ЛОРЕНЦЕВОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ
С. Н. Яловенко
Кандидат технических наук Кафедра радиоприемников Харьковский национальный университет радиоэлектроники пр. Ленина, 14, г. Харьков, Украина, 61166
1. Введение
Рассмотрим две инерциальные системы отсчёта К и К’ (К’ движется относительно К со скоростью V). На( правим координатные оси так, как показано на рис. 1.
У7'
К к'
А О' V В 5* >
Рис. 1. Движение двух инерциальных систем
Какому-либо событию в системе К значение координат и времени, равные х, у, z, Ь, в системе К’ - х’, у’, z’. Ь. В классической физике считалось, что время в обеих системах течёт одинаково, т.е. что Ь=Ь’. Если в момент Ь=Ь’=0 начала координат обеих систем совпали, то тогда между координатами событий в обеих системах имеются следующие соотношения:
х=х^Ь’=х’+^,
у=у’,
z=z’, (1)
Ь=Ь’,
q=q’ или і|)EdS = (£)E,dS,.
© С. Н. Яловенко, 2013
