THE MODELLING OF THE EXCITATION CONDITIONS OF THE RANDOM APERTURE ANTENNA

Abstract


The paper presents the results of an experimental and computer modeling of the levels of electromagnetic fields intensity (EMFI) generated by a physical simulation of a random aperture antenna (RAA). It is proved that the term «phase error» can be used in study of EPMI of real RAA by statistical simulation method described in the article

Full Text

Направленные свойства АСА в виде прямоугольного отверстия в проводящем экране исследованы методом СИМ в [1-5]. Условия возбуждения АСА моделируются по аналогии с [6-7] путем решения соответствующих внутренних задач статистической теории антенн (СТА), связанных с определением законов распределения случайных факторов, влияющих на ее эффективность в раз «Инфокоммуникационные технологии» Том 11, № 4, 2013 Маслов О.Н., Раков А.С., Силкин А. А. 97 Рис. 1. Расположение АСА в декартовой системе глобальных координат и схема лабораторного эксперимента ных режимах функционирования (амплитудных, фазовых, частотных, временных и геометрических или пространственных ошибок). Разработка СИМ-модели АСА является одним из этапов проектирования системы активной защиты (САЗ) от утечки конфиденциальной информации (КИ) через нее [8-9]. Открытым, однако, остается вопрос о том, в каком виде полученные результаты могут быть использованы при проектировании конкретных вариантов САЗ КИ - в первую очередь это касается типов ошибок, подлежащих моделированию, а также числовых параметров их вероятностных моделей. Экспериментальные материалы, которые можно было бы принять в качестве исходных данных при проектировании таких САЗ, в необходимом объеме сегодня отсутствуют. На восполнение данного пробела в теории и практике моделирования АСА направлены [10] и настоящая статья. Геометрию внешней задачи СТА иллюстрирует рис. 1: прямоугольная АСА с размерами Ixh расположена на поверхности SA, совпадающей с плоскостью X0Y системы глобальных декартовых координат; расстояние от SA до плоскости SM , в которой определяется структура ЭМП, равно RA ; расстояние от элемента АСА, расположенного в точке МА на поверхности SA, до точки наблюдения MS на плоскости SM есть r Будем считать, что источник ЭМП, расположенный слева от SA в точке М0 с координатами Х0; Y0; Z0, создает в раскрыве АСА сложное по структуре возбуждающее поле Е0 с круговой частотой со к, соответствующей k-ой гармонике его частотного спектра. Как это принято в СТА, будем также считать, что Е0 можно представить в виде суперпозиции детерминированной (регулярной) и случайной (нерегулярной) составляющих. На регулярное поле, квазиравномерное в пространстве по амплитуде и фазе, накладывается стохастическая составляющая в виде совокупности амплитудных и фазовых ошибок, представляющих собой случайные отклонения от регулярных распределений амплитуд и фаз (значения которых в рамках метода СИМ «разыгрываются» с помощью компьютерной технологии метода Монте-Карло для заданного - в нашем случае равномерного закона [1-3; 8-9]). Исходные данные для проведения СИМ могут быть конкретизированы и уточнены экспериментальным путем, а в тестовых случаях - при помощи расчетных соотношений. Рис. 1 иллюстрирует также схему лабораторного эксперимента, призванного показать правомерность применения подхода СТА к рассматриваемой ситуации [1-2]. Физической моделью АСА является одиночное прямоугольное отверстие в плоском проводящем экране, которое на частоте 10 ГГц возбуждается «Инфокоммуникационные технологии» Том 11, № 4, 2013 98 Маслов О.Н., Раков А.С., Силкин А.А. излучателем в виде открытого конца волновода с поперечным сечением 23^10 мм2. Если изменять ко -ординаты этого излучателя M0(Y0;Z0) некоторым заданным (случайным или детерминированным) образом, фазы сигналов, возбуждающих разные точки МА, будут изменяться - что может быть эквивалентно появлению фазовой ошибки в АСА при отсутствии амплитудных ошибок. Прогнозируемые значения фазовой ошибки достигают = ±180° при RA = 2 м; l = 0,15 м; h = 0,18 м; Yn;Zn [-0,04; 0,11 м. Р(Е) 0,3 0,25 0,2 0,15 ОД 0,05 0 на рис. 2 Р{Е) 1 2 3 4 5 6 7 8 а) Рис. 2. Совмещенные гистограммы распределения уровней напряженности поля для физической модели АСА (слева - экспериментальные; справа -полученные методом СИМ) в точках, показанных на рис. 1 а) M1; б) M2; в) М3 Точка Mi М2 М3 Эксперимент Пределы; 2,15 ... 1 ... 3,35 ... В/м 9,33 10,6 14,45 Шаг; В/м 0,9 1,2 1,4 Расчет методом СИМ Пределы; 1,25ТО-3... 1,8-Ю”3 ... 9,9-10"4 ... В/м 0,415 0,36 0,22 Шаг; В/м 0,05 0,045 0,025 Проводя данный эксперимент N >> 1 раз при разных значениях Y0',Z0, можно сравнить полученные гистограммы уровней Е в заданной точке MS на плоскости SM - далее для краткости E (Ms ) - с аналогичными гистограммами, которые найдены методом СИМ для фиксированных значений Афндх. Степень взаимного соответствия этих гистограмм будет говорить о допустимости (или недопустимости) использовать понятие «фазовая ошибка». При проведении физического эксперимента возбуждающий излучатель последовательно перемещался по узлам прямоугольной сетки в пределах Yq',Zq с шагом 0,01 м. Три варианта выбора точкиMS соответствовалиМ1 (0; 0; 2), М2 (0; 0,25; 2) и М3 (0;0,5;2), как это показано на рис. 1. Поскольку результаты определения E(MS) методом СИМ зависят от AÇj^ и числа корреляционных кластеров [1-3] в раскрыве АСА NKJI, пространство параметров для них является двумерным -это позволяет использовать представление их в виде трехмерной поверхности. Оценка степени взаимной близости экспериментальных и расчетных гистограмм производилась с применением критерия <т по методу наименьших квадратов і ( N^ Л. (МНК) как сг = ІШ/і г-1 4 Ci \ 1= Рг где г - но мер интервала; ҐРІ и РСІ - частота попадания в г-ый интервал, соответственно, для экспериментальной (левой на рис. 2) и расчетной (правой на рис. 2) гистограмм. Выбор числа интервалов NMT = 8, используемых при построении гистограмм, был продиктован, с одной стороны, требованием желательной наглядности и точности их последующего сравнения, с другой стороны - стремлением избежать влияния недостаточно большого объема выборки (330 < W < 616) при проведении физического эксперимента. Таблица 1. Параметры совмещения гистограмм P(E) «Инфокоммуникационные технологии» Том 11, № 4, 2013 Маслов О.Н., Раков А.С., Силкин А. А. 99 Для каждой пары и опреде лялись значения (Г, минимум которого соответствует наилучшему совпадению сравниваемых гистограмм. Хотя, в принципе, <У является случайной величиной, статистический анализ ее свойств не проводился, и для уменьшения влияния вариативности (7 исследовались 104 реализаций E{MS). Эксперименты СИМ проводились при значениях NKJj = 4; 9; 16; 25; 36; 49; 64; 144 и 256; А(Рмлх [10°; 180°] с шагом 10°. А<Рмах 50 100 150 200 250 Рис. 3а-б. Графики зависимости от значений ^Рмах и ^кл • а) для M1(0;0;20); б) для M2 (0;2,5;20) А<РмАХ 150 100 50 0 50 100 150 200 250 в) Nkjj 150 100 50 0 50 100 150 200 250 ч Niai г) Рис. 3в-г. Графики зависимости ст от значений ^Рмах и N JQJ : в) для M3(0;5;20); г) для всех трех точек Другие параметры СИМ-модели выбирались эквивалентными параметрам физической модели АСА с учетом масштаба 10:1 - при котором 1 м для физической модели АСА «равняется» 10 м для ее СИМ-модели. Гистограммы E(MS) для всех точек M1 ...Ыъ приводились к общему относительному диапазону из 8 интервалов, параметры которых указаны в таблице 1. Результаты определения зависимости <7 от значений АфМАУ и N^ представлены на рис. 3а-г. Критерием приемлемого соответствия гистограмм E(MS) друг другу является условие ст < 0,25 (соответствующие ему области на рис. 3а-б и рис. 3в-г зачернены). «Инфокоммуникационные технологии» Том 11, № 4, 2013 100 Маслов О.Н., Раков А.С., Силкин А.А. Из графиков рис. 3а-б, соответствующих точ-камМ1 иМ2, близким к оси Z на рис. 1, видно, что при = 140°... 180° достаточно обширная зона наилучшего совпадения гистограмм E(MS) мало зависит от числа кластеров N'т, определяющего корреляционные свойства поля возбуждения АСА (см. также «средние» графики, показанные утолщенными штриховыми линиями). В более удаленной от оси Z точке М3 (см. рис. 3в) указанная зона соответствует < 100°, хотя качественная картина та же. Поэтому имеет смысл оценить общую зону взаимного соответствия экспериментальных и расчетных гистограмм для всех трех точек М1 . М используя критерий ст. общ Ч 1/2 1=1 где <Jt - значение критерия МНК, полученное для /-ой точки (см. рис. 3а-в), i [1; 3]. График Собщ, представленный на рис. 3г, показывает резкое уменьшение указанной зоны (по-видимому, за счет влияния ст3 - см. рис. 3в), которая в данном случае соответствует Д^д^ = 130°. 180° и NKJI < 9. Условию <Гобщ < 0,25 здесь удовлетворяют только три точки: Д = 160°; 170° и 180° при ^кл= 4. Изложенное показывает, что путем проведения экспериментальных измерений на лабораторных моделях и реальных объектах, анализируя производственно-технологические материалы и расчетные данные, а также реализуя другие исследовательские действия в рамках экспертного, вероятностно-статистического и теоретико-вероятностного подходов, которыми располагает современная теория управления сложными системами [5], можно существенно уменьшить неопределенности, присущие исходным данным для проведения СИМ при исследования АСА. Представленные в статье результаты подтверждают правомерность применения понятия «фазовая ошибка» при исследовании работы АСА

References

  1. Маслов О.Н., Раков А.С., Силкин А.А. Статистические характеристики поля решетки апертурных случайных антенн // Радиотехника и электроника. Т.58, №11, 2013. - С. 1093-1101.
  2. Маслов О.Н., Раков А.С., Силкин А.А. Статистические характеристики поля апертурной случайной антенны с учетом корреляционной связи между ошибками // Антенны. №12, 2012. - С. 3-10.
  3. Маслов О.Н., Раков А.С., Силкин А.А. Статистические характеристики поля апертурной случайной антенны // ИКТ. Т.10, №2, 2012. - С.64-75.
  4. Maslov O.N., Rakov A.S. The Research of Random Antennas Method of Statistical Simulation // Applied and Fundamental Studies. Proc. of the 1-st IAC. Vol. 1. October, 2012. St. Louis, USA. - P. 251-256.
  5. Maslov O.N., Rakov A.S., Silkin A.A. Statistical Simulation of Random Antennas like Development of the Statistical Theory Antennas // Proceedings of the IX International Conference on Antenna Theory and Techniques ICATT’13. - IEEE Ukraine, 2013, Odessa. -P. 53-58.
  6. Маслов О.Н. Возможности и перспективы применения метода СИМ при решении внутренних задач СТА // ИКТ. Т.8, №2, 2010. - С. 8-22.
  7. Маслов О.Н., Раков А.С. Статистическое имитационное моделирование характеристик сигнала возбуждения САФАР // ИКТ. Т.4, №1, 2006. - С. 45-52.
  8. Алышев Ю.В., Маслов О.Н., Раков А.С., Рябушкин А.В. Исследование случайных антенн методом статистического имитационного моделирования // Успехи современной радиоэлектроники. №7, 2008. - С. 3-41.
  9. Маслов О.Н. Применение метода статистического имитационного моделирования для исследования случайных антенн и проектирования систем активной защиты информации // Успехи современной радиоэлектроники. №6, 2011. - С. 42-55.
  10. Заседателева П.С., Маслов О.Н., Раков А.С., Силкин А.А. Взаимодействие случайных антенн, размещенных в многоэтажном офисном здании // ИКТ. Т.11, №3, 2013. - С. 83-86.

Statistics

Views

Abstract - 34

PDF (Russian) - 9

Cited-By


Article Metrics

Metrics Loading ...

Copyright (c) 2013 Garnova N.V., Kostin V.N., Silkin A.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies