Испытательная лаборатория. Немного подробнее и конкретнее (Часть 3)

Автор: Кондратьев А.В.

Перейдём теперь к другой измерительной области и другой задаче – измерениям сигналов, так же являющихся следствием акустоэлектрических преобразований (СИ АЭП), но уже сигналов высокочастотных.

В соответствии с определением в классической радиотехнике эти сигналы являются радиосигналами, ибо именно так в теории принято именовать модулированные сигналы. Причём и амплитудно- и частотно-модулированные (точнее, речь идёт об угловой модуляции, как о более общем термине).

Не будем углубляться в рассмотрение и истолкование положений НМД. Постулируем лишь существенное для процедуры измерений. Необходимо измерять параметры радиосигналов. А это означает их амплитуду (точнее – напряжённость поля «несущей частоты» и параметры модуляции, то есть коэффициент модуляции (для АМ) или индекс модуляции (для ЧМ или, в общем случае – для угловой модуляции).

Сразу же отметим основную особенность измерений – необходимость выявлять и измерять крайне низкие значения перечисленных параметров модуляции. Хорошо бы иметь возможность измерять эти значения с уровнями не более 3-5•10^-6. Сразу же отметим, что поверить средство измерения с такой пороговой чувствительностью невозможно. Сегодняшние органы метрологии не имеют возможности измерять эти значения меньшие, чем 1•10^-3. И пока это противоречие неустранимо, поскольку требует создания нового гос. эталона параметров модуляции с необходимыми параметрами.

В сегодняшней литературе по проблеме утечка речевой информации за счёт паразитной модуляции частот штатных автогенераторов (так длинно именуется этот вид технического канала утечки информации) именуется аббревиатурой ВЧ АЭП и мы будем этим пользоваться для краткости.

Контроль защищённости различных технических средств по ТКУИ за счёт ВЧ АЭП относится к одному из самых сложных в исполнении видов специальных исследований вообще. И средства измерения для такого контроля весьма недёшевы и сложны. И квалификация оператора должна быть соответствующей.

Общий алгоритм измерений выглядит следующим образом.

На первом этапе СИ необходимо выявить все автогенераторы, присутствующие в составе исследуемого технического средства. Это выполняется как на основании анализа тех. документации на ТС (описания, принципиальные и блок-схемы), так и всяческими дополнительными методами (визуальный просмотр печатных плат, консультации с сервис-центрами, специалистами по данному «железу» и т.д.). При этом необходимо как выявить автогенераторы (все, «синусоидальные», релаксационные – любые), так и определить ожидаемые частоты их работы (особенно важно установить «нулевую» гармонику, которая определит и ожидаемый «шаг» по частоте последующих гармоник). Исходя из выявленных частот и схемотехнических особенностей ТС необходимо составить себе предварительное представление о том, какие (наиболее вероятно) из этих частот должны бы излучаться в пространство с «заметным» уровнем, а какие не должно бы.

На втором этапе выполняется поиск и выявление ожидаемых частот ПЭМИН в непосредственной близости от исследуемого ТС и их надёжная идентификация (в том смысле, что необходимо удостовериться, что каждая из выявленных компонент ПЭМИ действительно «принадлежит» данному ТС, точнее – какому-либо из его автогенераторов).

Наконец, на третьем этапе осуществляется воздействие на исследуемое ТС акустическим тестовым сигналом с заданным звуковым давлением на ряде речевых частот и выявление признаков паразитной модуляции на каждом из выявленных ВЧ сигналов ПЭМИ. Если и когда таковые признаки выявляются, то выполняются измерения напряжённости поля ПЭМИ «несущих частот» и измерения параметров их паразитной модуляции тестовыми акустическими сигналами.

Как видим процедура многоступенчатая и не очень простая. Тем не менее, и в ней довольно многое поддаётся автоматизации и, как доказательство, рассмотрим САИС «Талис» (именно так, без всяких индексов и номеров, так уж сложилось исторически).

Система «Талис» проектировалась, исходя из реализации всё той же методики «образца» 1978 года (поскольку иной, пока, и не существует) и именно эту методику и реализует. Как в части выполнения измерений, так и в части расчёта результатов этих измерений (в этой части – даже немного больше!).

Разумеется, первый из перечисленных этапом автоматизировать просто невозможно. Это должен выполнять только человек. Конечно, вполне возможно подходить к любому исследуемому ТС как к «чёрному ящику». И просто попробовать посмотреть абсолютно всё, что излучает это «железо» в пространство. «Талис» справится и с такой задачей. Только вот считать такой метод оптимальным - невозможно. В результате будет затрачена уйма времени, выявлено весьма большое количество самых разнообразных «сигналов», среди которых будет и определённое количество ложных. А поиск «жемчужных зёрен» в этой куче, скорее всего, придётся вести вручную, вновь затрачивая драгоценное время. Уменьшить размер исходной «кучи» возможно только при весьма благоприятной электромагнитной обстановке вокруг (например в удалении от промышленных центров или в экранированной камере). Тогда первый этап сильно упрощается. Но это редкое исключение в обычной практике…

Как же система «Талис» выполняет опознавание сигналов?

Основной принцип прост. Опознавание выполняется по «старт/стопному алгоритму». Питание или иная существенная линия исследуемого ТС (целиком или какой-то его блок, узел, часть схемы) подключается через устройство, именуемое «Дисконнектор». В целом это управляемый отключатель, который приспособлен включать/выключать набор типовых линий (сеть 220В, вторичное электропитание от единиц до десятков В постоянного тока, линии Lan, и др.). При выполнении «задания» (обычно на втором этапе СИ) система «Талис» перестраивается по частоте и, при обнаружении сигнала, превышающего установленный порог, включает/выключает заданное устройство (или некий его узел). Появление/пропадание сигнала является подтверждением того, что это искомый сигнал ПЭМИ того самого автогенератора, работу которого запускает/останавливает «дисконнектор». Следовательно, сигнал опознаётся как «потенциально опасный». Описан основной и наиболее часто применяемый алгоритм распознавания. В задании могут быть заданы и другие варианты опознавания (по превышению заданной амплитуды или использование «базы радиозагрузки»). Всё это определяется оператором при формировании «задания» в соответствующем рабочем окне графического интерфейса системы (поле выбора выделено красной рамкой) из выпадающего списка.

Вообще основные рабочие окна системы «Панель управления», «Анализатор» и «Задание» крайне похожи на одноимённые в САИС «Сигурд». Что и понятно, выполняемые задачи весьма сходны. Вплоть до измерения напряжённости поля каждого из выявленных радиосигналов и пометки их условной символикой «свой/чужой».

Разница (новые рабочие окна) появляется лишь при измерениях параметров модуляции. Процесс и результаты измерения появляется в рабочих окнах по электронной кнопке «Сигналы» на панели управления.

Как в «ручном», так и в автоматическом режиме на третьем этапе СИ система настраивается последовательно на каждый из опознанный как «опасный» сигналов. Включается канал формирования акустического тест-сигнала и исследуемое ТС облучается акустической волной. Частоты тест-сигнала задаются оператором. Эта процедура и по форме и по сути абсолютно аналогична такой же процедуре в САИС «Талис-НЧ-ХХ». Можно задать центральные частоты стандартных октав, можно несколько частот в каждой октаве, можно вообще произвольный список частот.

Систем «просвистывает» ТС заданным набором частот, измеряет их звуковые давления и измеряет возникающую (или не возникающую, тогда регистрируется просто «шумовая модуляция») паразитную модуляцию. На следующем сигнале всё повторяется заново. И так до конца списка частот ПЭМИН автогенераторов.

Все результаты высвечиваются в итоговой таблице в окне «Задание».

Главные рабочие окна системы («Панель управления», «Анализатор» и «Задание» весьма и весьма сходны с одноимёнными окнами САИС «Сигурд». И не мудрено, это рабочие окна универсального ПО «Сигурд-Лайт», управляющее почти одним и тем же «железом». Причём «перевоплощение одной САИС в другую осуществляется простым выбором из выпадающего списка на панели управления по центру. Выбор «ПЭМИН» - и перед Вами САИС «Сигурд», совершенно полнофункциональный и готовый к работе. Выбор «ВЧ АЭП» - и мы продолжаем знакомится с САИС «Талис».

Даже кнопка «Сигналы» есть на панели управления в обоих системах (разумеется, только если «Сигурд» версии не ниже 5.0.0.1 и в составе «железа» есть блок ЦОС). Другое дело, что вид окон, появляющихся по нажатии на эту кнопку, различается весьма существенно.

Но вернёмся к основным рабочим окнам. Окно «Задание» полностью ориентировано на демонстрацию оператору результатов поиска сигналов (левое поле, это уже тривиально) и результатов измерения параметров паразитной модуляции (центральное поле). Выбирая кликом «мыши» «несущую частоту» в левом списке можно просмотреть справа параметры паразитной модуляции (коэффициент АМ и индекс ЧМ) акустическими тест-сигналами и, одновременно, видеть с каким именно звуковым давлением акустический тест-сигнал воздействовал на испытуемое изделие. Вся «картина» перед глазами оператора. Причём тут же, не выходя из этого окна, можно удалить или добавить любой ВЧ сигнал, выполнить измерения (из контекстного меню по правой клавише) параметров модуляции.

Если же возникает необходимость более подробно исследовать тот или иной сигнал, то вызываются рабочие окна «Сигналы». По нажатию этой кнопки на панели управления появляется рабочее окно «Анализ сигналов». В нём, по желанию оператора, можно подробно рассмотреть (меняя масштаб и многие другие параметры визуализации) частотный, амплитудный и фазовый, амплитудно-частотный спектры сигнала. Как в динамике, так и в «замороженном» мгновенном представлении. Надо отметить, что хоть сколько-нибудь заметная модуляция в этом рабочем окне представляется весьма и весьма наглядно. Пожалуй только в измерителях параметров модуляции самого высокого ценового уровня реализовано столь удобное и наглядное представление радиосигналов.

Отдельное рабочее окно «Измерение модуляции» позволяет и посмотреть и, при необходимости, дополнительно измерить модуляцию на любой частоте акустического тест-сигнала, а то и оценить поведение этого ВЧ АЭП эффекта в динамике, «озвучивая» плавным тоном или двухчастотными посылками. Подобрать параметры тест-сигнала и сделать очень многое, наглядно просматривая результат любого воздействия на испытуемое изделие. Причём с каждым новым циклом визуализации, кроме «картинки» оператор видит и точные числовые значения всех основных параметров модуляции.

В общем и целом САИС «Талис» предоставляет пользователю почти любого уровня всё, что ему необходимо для профессиональной работы. Можно сформировать «задание» и, после окончания цикла измерений просто перейти к расчёту результатов. Можно просмотреть результаты и что-то «подчистить», поменять, повторить, добавить. А можно вдумчиво и критически просмотреть каждый сигнал, оценить результат и переходить к расчёту лишь обретя полную уверенность, что всё найдено и измерено корректно.

Что касается расчётной задачи, то в связи с её статусом «ограниченного доступа» много о ней рассказать не удастся.

Рабочее окно построено традиционно и позволяет занести всю необходимую для расчёта информацию. Правда этой информации заметно больше, но такова поставленная задача.

Те из читателей, которые связаны по работе с такими расчётами без труда обнаружат очень знакомые названия полей для заполнения и вряд ли это их затруднит.

С необходимостью визуализировать значительно больше данных связан и вид рабочих вкладок основного окна.

На этом описание САИС «Талис» можно и закончить. Остальное гораздо лучше изучать на реальной системе в процессе реальных же измерений. Последнее, о чём хотелось бы упомянуть, что аналогов описываемой САИС нам, на настоящий момент, неизвестно. О чём приходится искренне сожалеть, поскольку конкуренция - истинный двигатель прогресса ;)

Продолжение следует.