THE INTERACTION OF RANDOM ANTENNAS LOCATED IN A HIGH-RISE OFFICE BUILDING

Full Text

Введение Перспективы развития статистической теории антенн во многом обусловлены расширением круга прикладных задач, решаемых ее методами и средствами. В этой связи представляет интерес проектирование систем активной защиты (САЗ ) конфиденциальной информации (КИ) от утечки по каналам, формируемым с участием случайных антенн (СА ) разных типов [1-3]. Согласно классификации СА [2] здесь представляют интерес как сосредоточенные СА (далее просто СА), так и распределенные в пространстве (РСА) и апертурные (АСА) случайные источники и рецепторы неионизирующего ЭМП. В рамках прямых внешних задач СТА модели СА и РСА рассмотрены в [2; 4], условия их возбуждения моделируются по ходу решения внутренних задач СТА [5-6] -в частности, связанных с определением законов распределения случайных факторов, влияющих на их эффективность в разных режимах функционирования (амплитудных, фазовых, частотных, временных и геометрических или пространственных ошибок). Однако остается открытым вопрос о том, в каком виде полученные результаты могут быть использованы при проектировании конкретных вариантов САЗ КИ - особенно при комплексном взаимодействии СА, РСА и АСА, размещенных на одном объекте (например, внутри многоэтаж ного здания в крупном мегаполисе), что может иметь значение при проектировании САЗ на объектах повышенной важности [7]. Экспериментальные материалы, которые можно было бы принять в качестве исходных данных при проектировании таких САЗ, в необходимом объеме сегодня отсутствуют. На восполнение данного пробела и направлена настоящая статья. Методика проведения измерений Взаимодействие СА, РСА и АСА, расположенных в пределах одного многоэтажного здания, иллюстрирует схема на рис. 1. Предполагается, что источником возбуждения РСА и АСА является элемент СА, размещенной в пределах объема VCA, который находится в точке МСА. Апертурная СА представляет собой три прямоугольных отверстия (моделирующих апертуры утечки КИ через окна подлежащего информационной защите помещения - далее ПЗП) на поверхности SA с центром в точке 0, размеры каждой апертуры Ixh, расстояние между апертурами d, каждый отдельный элемент в точке МА на SA, принадлежащей АСА, считается излучателем Гюйгенса [4]. Токопроводящие части РСА выделены утолщенными линиями - это металлические конструкции здания, трубы систем отопления, водопровода и вентиляции, проводные сети электропитания и инфокоммуникаций, цепи сигнализации, заземления оборудования и т.д. [5-6], расположение и форма которых предполагаются произвольными. Будем считать, что в точку наблюдения MS на поверхности S^, где размещено техническое средство перехвата (ТСП) злоумышленника, КИ-сигнал может по радиоэфиру попадать двумя путями: во-первых, через АСА по траектории MCA - MA - MS длиной rA; во-вторых, через части РСА по множеству путей длиной rPCA, как это показано на рис. 1. В качественном отношении можно утверждать априори, что в области достаточно высоких частот из представляющего интерес диапазона 10 Гц ... 5 ГГц основная часть ЭМИ в точку MS будет проходить исключительно через АСА, тогда как в области достаточно низких частот - исключительно че «Инфокоммуникационные технологии» Том 11, № 3, 2013 84 Заседателева П.С., Маслов О.Н., Раков А.С., Силкин А.А. рез РСА, причем в роли РСА может выступать все многоэтажное здание целиком. В количественном отношении, однако, соотношение между вкладами апертурной СА и РСА в уровень ЭМИ, создаваемый КИ-сигналом в месте расположения ТСП, необходимо определить хотя бы в первом приближении. Для этого воспользуемся теоремой взаимности и перейдем от излучающих СА, РСА и АСА, показанных на рис. 1, к приемным. Пусть в точке MS на поверхности ^М расположен источник тестового сигнала, аналогичного по частотному спектру КИ-сигналу, - можно считать, что тестовый сигнал в виде квазиплоской волны будет попадать в точку МСА также двумя путями: через АСА и РСА. Тогда с изменением частоты вклады АСА и РСА в уровень ЭМП измеряемого в точке MCA тестового сигнала должны меняться априори предположенным образом. Чтобы проверить это, необходимо измерить уровень ЭМП тестового сигнала внутри здания в Рис. 1. Схема взаимного расположения СА; АСА и РСА двух противоположных относительно его прихода точках: вблизи АСА (на «освещенной» стороне здания) и симметрично расположенной точке на «теневой» стороне здания (далее без кавычек). Если принять, что в освещенной точке здания формирование уровня ЭМП происходит за счет аддитивного взаимодействия АСА и РСА, а в теневой точке - только за счет РСА, то относительный вклад АСА на каждой частоте тестового сигнала можно приближенно оценить по разности ^СА+РСА - иРСА, где иСА+РСА - результат измерения уровня ЭМП в освещенной точке, дБ; Ц/РСА - результат измерения уровня ЭМП в теневой точке, дБ. При этом степень приближения оценки зависит, во-первых, от симметричности многоэтаж ной структуры РСА, во-вторых, от симметрии расположения относительно направления прихода тестового сигнала точек измерения уровней ЭМП в пределах здания и не зависит от инструментальной и, что особенно важно, методической погрешностей, поскольку все измерения проводятся одним и тем же прибором по одинаковой методике. Результаты экспериментальных измерений Объектом исследования являлись СА, РСА и АСА, расположенные в многоэтажном здании учебно-лабораторного корпуса №2 ПГУТИ. Электромагнитная обстановка на объекте отлича- «Инфокоммуникационные технологии» Том 11, № 3, 2013 Заседателева П.С., Маслов О.Н., Раков А.С., Силкин А.А. 85 ется исключительной сложностью и пространственно-частотной неоднородностью [5-6], однако ее главным формирующим фактором является ЭМП, создаваемое излучателями, размещенными на близкорасположенной башне телецентра г. Самары. Важно, что все эти сигналы достаточно хорошо соответствуют указанным требованиям: поступают с одного направления и обеспечивают заметную разность уровней ЭМП на освещенной и теневой сторонах многоэтажного здания. Кроме них, в составе техногенного фона по ЭМП присутствует ряд низкочастотных компонентов, также поступающих в здание примерно с одинаковых азимутальных направлений. Ref: -5.0 dBm M1 : RBW: LN 100 kHz М2: 68.44 MHz/ 83.72 MHz/ -46.6 dBm -43.9 dBm FREQ/ N АМРТ MKR SPAN 1 ВИ/ Il TRACE SHEEP a) Ref: -15.0 dBm M1: RBH: LN 100 kHz М2: 68.44 MHz/ 83.72 MHz/ -54 8 dBm MARKER 1 э*.о ODm RETURM 6) Рис. 2. Спектрограммы ЭМП, воздействующих на АСА и РСА (частоты 67 ... 87 МГц, 9 этаж здания) а) освещенная сторона; б) теневая сторона здания Измерения уровней ЭМП производились при помощи анализатора спектра FS300 производства Rode & Schwarz в комплекте с активной измерительной антенной АИ5-0. Точки измерения располагались на 5; 9 и 12 этажах, по две точки на каждом этаже, расположенных симметрично относительно продольной осевой линии Y на рис. 1 - на освещенной и теневой стороне здания. Угол прихода сигналов от башни телецентра в горизонтальной плоскости YOZ составлял примерно 60°. Примеры полученных экспериментальных спектрограмм в полосе частот 67 ... 87 МГц представлены на рис. 2а для 9 этажа освещенной стороны офисного здания; на рис. 2б - для теневой стороны здания. По аналогичным спектрограммам определялись уровни сигналов US ; дБ и Ц ; дБ, соответственно, в освещенных и теневых точках; в общей сложности было обработано более 200 экспериментальных результатов. Методика обработки предусматривала перевод измеренных значений в относительные единицы согласно т т іл0,1 Us.TdE Us.T=Y\j ’ с последующим вычислением средних значений уровней {US.T) в заданной полосе частот и их отношения в децибелах: (us) NST = 101g, "р . Поскольку U = Е01Д, где Т )ср Е0 - напряженность поля падающей волны; 1д -действующая длина приемной антенны, а уровни Е0 для волн, приходящих от каждого источника ЭМП, здесь являются одинаковыми для каждой пары сравниваемых точек (освещенной и теневой), найденные значения Nst отражают различие в средних значениях действующей длины совокупности АСА и РСА: 1Дср(АСА + РСА)дб в освещенной точке, и уединенной РСА: і,ЛРСА)я в теневой точке. Если в освещенной точке АСА существенно преобладает над РСА, можно считать, что N" = lOlgj^ = 20lgl„ JACA+PCÀ) --2mgl,<PCA)*l„jACA)at-l,<PCA\ >Дб' Результаты измерений в обработанном виде для шести частотных полос, в пределах которых размещены сигналы, поступающие в многоэтажное здание с башни телецентра, представлены в таблице 1. Выводы Из анализа данных таблицы 1 видно, что средние значения действующей длины АСА на всех этажах заметно превышают аналогичные параметры РСА - это говорит о том, что в области частот 60 . 700 МГц основным источником утечки КИ в системе «многоэтажное здание - окружающая среда», по-видимому, является АСА. На частотах ниже 60 МГц такую закономерность выявить не удается - во-первых, из-за недостатка объема экспериментального материала, во-вторых, ввиду невозможности приемлемо точ- «Инфокоммуникационные технологии» Том 11, № 3, 2013 86 Заседателева П.С., Маслов О.Н., Раков А.С., Силкин А.А. Таблица 1. Измеренные средние значения MST, дБ для освещенной и теневой стороны многоэтажного здания Полоса частот, МГц N яв ST ^дер (.АСА )дб 1 дср (РСА )дб 5 этаж 9 этаж 12 этаж 60 .. . 70 4,2 7,6 7,0 90 .. 100 7,7 4,4 7,8 170 .. . 180 14,5 17,75 14,1 190 .. .200 11,5 15,0 9,4 400 .. . 500 13,2 8,0 7,4 600 .. . 700 17,1 13,2 14,2 ным образом установить направления прихода тестовых сигналов и помех относительно оси здания Y на рис. 1. Поэтому можно только предположить, что источниками утечки КИ из многоэтажного офисного

About the authors

P. S Zasedateleva

O. N Maslov

Email: maslov@psati.ru

A. S Rakov

Email: racov-as@psuti.ru

A. A Silkin

References

Supplementary files