Дослідження витоку мовної інформації в лініях зв’язку

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №1

ДОСЛІДЖЕННЯ ВИТОКУ МОВНОЇ ІНФОРМАЦІЇ В ЛІНІЯХ ЗВ’ЯЗКУ

 

Мета: вивчення принципів будови та роботи імпульсних вимірювачів неоднорідностей ліній зв’язку. Дослідження різного роду неоднорідностей кабелів зв’язку.

 

Теоретичні відомості

Актуальність захисту телефонних переговорів поставила задачу розпізнавання і пошуку пристроїв знімання інформації для їх подальшої нейтралізації. В даний час ринок виробів спеціальної техніки представлений широким вибором приладів, що дозволяють з тим або іншим ступенем достовірності знаходити наявність прослуховуючих пристроїв, встановлених на телефонній лінії.

За принципом дії прилади виявлення підслуховуючих пристроїв можна умовно розділити на наступні групи:

§ Пристрої контролю напруги лінії.

§ Пристрої контролю сигналів на телефонній лінії.

§ Пристрої аналізу неоднорідності телефонної лінії.

§ Пристрої аналізу несиметрії лінії.

§ Пристрої аналізу нелінійності параметрів лінії.

Пристрої контролю напруги лінії утворюють найчисленнішу групу приладів виявлення, представлених на ринку спецтехніки. Прилади даної групи реєструють зміну напруги лінії за допомогою компараторів або вольтметрів. При цьому, якщо напруга на лінії змінюється на достатню величину, то робиться висновок про гальванічне підключення до лінії. Основним недоліком всіх приладів даної групи є те, що вони повинні бути встановлені на “чисту” лінію, тобто виявляються тільки нові гальванічні підключення до лінії. Наприклад, всі прилади даної групи успішно виявляють “піднімання” трубки паралельного телефону у момент проведення переговорів по лінії або підключення до лінії “нових” телефонних закладок з живленням від лінії (послідовних з опором більше 0,5 кОм, паралельних з опором менше 10 кОм). При вимірюванні напруги лінії за допомогою вольтметрів або компараторів слід враховувати “природні” коливання напруги лінії в межах до 1В, залежність параметрів лінії від температури, вологості, стану устаткування АТС, опору перехідних колодок і інших чинників. Часто аналізатори напруги лінії вбудовують як складові частини в складніші прилади захисту переговорів по телефонній лінії (наприклад, в генератори перешкод). До таких приладів можна віднести: TRTD-061, TSU-3000, SI-2002 і т.д. У будь-якому випадку чутливість приладів контролю напруги лінії невисока і обмежена нестабільністю параметрів телефонної лінії. Заміна телефонного апарату вимагає перенастроювання приладу, а при першому підключенні необхідна перевірка лінії на “чистоту” іншими технічними засобами.

Принцип дії пристроїв контролю сигналів на телефонній лінії будується на частотному аналізі сигналів, що є в дротяних лініях (електромережа, телефонна ліні, кабельні лінії сигналізації і т.д.). Як правило, прилади цієї групи працюють в діапазоні частот 40 Гц...10 МГц, мають високу чутливість (на рівні 20 мкВ), розрізняють модуляцію прийнятого сигналу, що приймається, мають можливість контролю прийнятої інформації. За допомогою даних приладів можна легко встановити факт передачі інформації по лінії зв’язку, “ВЧ-нав’язування” і ін. До таких приладів можна віднести TRTD-061, TSU-3000, SI-2002 і ін. Основним недоліком приладів даної групи відносно телефонної лінії є виявлення вузького класу прослуховування пристроїв. Контроль сигналів на телефонній лінії часто виконують складніші багатофункціональні прилади (наприклад OSCOR-5000, CPM-700 і ін.).

Пристрої аналізу несиметрії лінії. Принцип дії приладу базується на визначенні різниці опорів дротів лінії по змінному струму і визначенні витоку по постійному струму між дротами лінії. Вимірювання проводяться відносно нульового дроту електромережі. Прилад не вимагає “чистої” лінії при роботі. Чутливість його досить висока для виявлення практично будь-яких закладок контактно підключених до лінії. Прилад знаходить послідовно включені прослуховуючі пристрої з внутрішнім опором більше 100 Ом, паралельні із струмом споживання більше 0,5 мА. Прилад має і ряд недоліків. При початковій несиметрії лінії (наприклад, за рахунок тривалої і розгалуженої проводки всередині будівлі, наявності скруток, відведень, контактних з’єднань і т.п.) прилади даної групи помилково указують на наявність послідовно підключеного прослуховуючого пристрою. Зміна параметрів лінії через зміну кліматичних умов, неідеальність телефонної лінії, витоки за рахунок застарілого устаткування АТС і т.д. приводять до помилкового “визначення” паралельно підключеного прослуховуючого пристрою. І, нарешті, використання як “третій” дріт нульової шини електромережі при несправності в приладі може привести до виходу з ладу устаткування АТС, телефонної лінії.

В останні декілька років з’явилися пристрої аналізу нелінійності параметрів лінії, принцип дії яких базується на аналізі нелінійності імпедансу телефонної лінії. У свою чергу в цій групі приладів існують дві підгрупи. Це прилади, що визначають нелінійність двохдротяної знеструмленої лінії і прилади, що працюють на реальній телефонній лінії. Прилади, що визначають нелінійність двохдротяної знеструмленої лінії володіють високою чутливістю і дозволяють визначати практично будь-які нелінійні пристрої знімання інформації, підключені до лінії. Істотним недоліком таких приладів відносно телефонної лінії є невелика дальність виявлення, обмежена фізичною доступністю до дротів лінії і необхідністю відключення телефонної лінії від АТС на час перевірки. Ці особливості експлуатації не дозволяють проводити оперативний контроль телефонної лінії і обмежують дальність перевірки. Прилади найбільш придатні для періодичних перевірок знеструмлених відрізків ліній (телефонних, електромережа, сигналізація) усередині будівлі. Прилади, що працюють на реальній телефонній лінії, володіють меншою чутливістю в порівнянні з приладами попередньої підгрупи. Відбувається це через те, що перешкоди, спеціальні сигнали АТС, наведення промислової частоти, присутні на лінії, реально не дозволяють одержати таку ж чутливість. Проте їх чутливість цілком достатня для виявлення практично всіх відомих прослуховуючих пристроїв з живленням від телефонної лінії, що мають нелінійний характер імпедансу. З другого боку, можливість роботи на реальній телефонній лінії, оперативність проведення контролю (не більше 5 хвилин) без порушення нормального функціонування лінії, максимально можлива дальність виявлення прослуховуючих пристроїв (від Вашого ТА до АТС), необов’язковість “чистої” лінії на момент підключення приладу, відсутність залежності результатів перевірки лінії від реактивних неоднорідностей, неякісних контактів (скручувань), витоків струму, роблять прилади другої підгрупи найпривабливішими при експлуатації.

 

Призначення приладу Р5-10

Вимірювач неоднорідностей ліній Р5-10 призначений для проведення наступних операцій на повітряних і кабельних лініях електропередачі і зв’язку:

• виявлення ушкодження і визначення його характеру (обрив, коротке замикання);
• виявлення зосередженої неоднорідності хвильового опору (асиметрія в проводах, порушення контакту, вставки, різка зміна опору ізоляції й ін.);
• визначення відстані до ушкодження або неоднорідності.

Крім того, прилад можна використати для контролю стану кабелів, прогнозування несправностей в них, виміру їх довжини і симетрування по часовій затримці.

Вимірювач забезпечує перегляд ліній різних типів із хвильовим опором від 20 до 500 Ом довжиною до 300 км, із згасанням відбитого сигналу відносно зондувального до 80 дБ у смузі частот від 3,5 кГц до 7 МГц. Відлік вимірюваної відстані виробляється безпосередньо в одиницях довжини.

 

Опис лабораторного макета

Лабораторний макет містить у собі імпульсний вимірювач неоднорідностей ліній типу Р5-10 і макет (імітатор) кабельної лінії зв’язку, у яку за допомогою тумблера можна вводити різні види ушкоджень і неоднорідностей на різних відстанях від її початку. Макет кабельної лінії являє собою штучну лінію, утворену каскадним з’єднанням R, L, С -комірок, параметри яких (R, L, С) обрані таким чином, щоб імітувати параметри передачі заданих типів кабелів у робочому діапазоні частот приладу Р5-10. Лінія навантажена на регульований опір навантаження.

 

Порядок виконання роботи

5.1. Підготовка приладу до роботи.

5.1.1. Встановіть ручки керування на передній і бічній панелях у наступні положення: “ПІДСИЛЕННЯ” - крайнє ліве; “ВІДСТАНЬ” – “ПРО”; “УСТ. ВІДЛІКУ” - крайнє ліве; “КОМПЕНС.” - крайнє ліве; “ЗОНД. ІМП.(ms)” - у положення 0,1 ms; “ВИХ. ОПІР” - у положення, яке відповідає сірому сектору; “УКОРОЧЕННЯ” - у положення «1»; “ДІАПАЗОНИ КМ” - 0,3 км.

5.1.2. Встановіть ручку “ЗАГ.-РОЗД.” на лівій бічній панелі приладу в положення “ЗАГ. 1”.

5.1.3. Включіть тумблер “МЕРЕЖА” на блоці живлення, при цьому на блоці живлення повинна загорітися сигнальна лампочка.

5.1.4. Включіть тумблер “ЖИВЛЕННЯ” на передній панелі вимірювача. При цьому на передній панелі загоряється сигнальна лампочка і через 0,5÷2 хв. на екрані ЕПТ з’являється лінія розгортки.

5.1.5. Ручками  відрегулюйте яскравість, фокусування і положення променя на екрані ЕПТ. Положення лінії розгортки променя повинне бути на середині екрана трубки. Плавним обертанням ручки “УСТ. ВІДЛІКУ” вправо доможіться появи на екрані зондувального імпульсу.

5.1.6. До роз’єму “ВХІД-ВИХІД” на лівій панелі вимірювача підключіть з’єднувальний кабель; до роз’єму з’єднувального кабелю – приєднувальний кабель.

5.1.7. Встановіть початок відліку відстані, сполучивши передній фронт зондувального імпульсу з будь-якою вертикальною відліковою рискою шкали ЕПТ за допомогою ручки “УСТ. ВІДЛІКУ”.

5.1.8. Підключіть виводи “Вх.1” і  приєднувального кабелю до клем Г₁, Г₂ (станція А) на макеті лінії зв’язку. Відключіть на цій лінії всі штучні ушкодження та неоднорідності, установивши тумблери В1-В7 і перемикач Ш у положення “Викл.”, а тумблер П2 – у положення “R_H”.

5.1.9.Ручкою “ПІДСИЛЕННЯ” встановіть необхідну амплітуду відбитих сигналів і розгляньте імпульсну характеристику вимірюваної лінії на екрані ЕПТ. При необхідності, для одержання більш чіткої імпульсної характеристики без помилкових імпульсів, можна зробити регулювання за допомогою ручки “ВИХ. ОІПР” і ручки “ФІЛЬТР”, положення «~1, ~2, ~3» якої використаються при вимірах на лініях з підвищеним рівнем НЧ-завад, а «~1» - на лініях з підвищеним рівнем ВЧ-завад.

5.1.10. Замалюйте імпульсну характеристику справної лінії на кальку, вставлену в прорізі обрамлення екрана ЕПТ, і запишіть положення органів керування приладу. Дана характеристика буде опорної картограмою для наступних вимірів.

5.2. Вимірювання відстані до місць ушкоджень і неоднорідностей.

5.2.1. Тумблером В1 на панелі імітатора лінії зв’язку введіть у лінію коротке замикання.

5.2.2. Відшукайте сплеск на імпульсній характеристиці лінії, що відповідає відбиттю від місця ушкодження, шляхом порівняння її з раніше зарисованою характеристикою цієї лінії (картограмою) при відсутності ушкодження. Сплеск імпульсної характеристики, який не відповідає ні одній неоднорідності на картограмі, буде сигналом, відбитим від місця ушкодження. Для перевірки виключіть і знову включіть коротке замикання.

5.2.3. Замалюйте імпульсну характеристику. Визначіть відстань до місця ушкодження. Ручкою “УСТ. ВІДЛІКУ” сумістіть передній фронт зондувального імпульсу із однієї з рисок шкали ЕПТ. Ручкою “ВІДСТАНЬ” зробіть суміщення початку фронту відбитого імпульсу з тієї відлікової рискою шкали ЕПТ, із якою здійснюється суміщення зондувального імпульсу.

5.2.4. По показам ручки “ВІДСТАНЬ” зробіть відлік відстані. В отриманий результат входить довжина з’єднувального кабелю.

5.2.5. Зробіть виміри з іншого кінця лінії (клеми Г3, Г4, станція В), визначите найбільш імовірне місце знаходження ушкодження.

5.2.6. Повторіть попередні виміри для обриву однієї жили, опору витоку Rвит, збільшеного опору D R (омічної асиметрії кола), ввівши їх у лінію за допомогою тумблерів В2, В3 і В4. При цьому змінні резистори Rвит іD R повинні бути встановлені на мінімум і максимум відповідно. Результати вимірів звести в таблицю.

 

Таблиця          1

Ушкодження ліній зв’язку і їх виміряні характеристик

Вид ушкодження	Вид і тривалість імпульсного сигналу	Відстань до місця ушкодження від кінця А, м	Відстань до місця ушкодження від кінця В, м

 

5.3. Визначення виду ушкоджень і відстані до нього.

5.3.1.Встановіть перемикач П1 на макеті в положення 1-6. При цьому на ділянці кола створюються ушкодження з невідомим характером.

5.3.2.Користуючись вказівками п. 5.2, визначить вид імпульсної характеристики і відстань до місця ушкодження. Імпульсні характеристики замалюйте.

5.3.3.Уточніть характер ушкодження при зондуванні лінії перепадом напруги при встановлені ручки “ЗОНД. ІМП.(ms)” у положення «П». Результати вимірів занести в таблицю.

5.4.  Вимірювання величини хвильового опору кола.

5.4.1. Підключіть прилад Р5-10 до клем Г3 і Г4, а вихід кола за допомогою тумблера П2 (положення R_H) підключите до спеціального градуйованого змінного опору R_H. Всі інші тумблери і перемикач П1 повинні перебувати у виключеному положенні.

5.4.2. Змінюючи величину опору R_H, доможіться мінімального відбиття зондувального імпульсу від кінця лінії. Величина змінного опору R_H у цьому випадку буде відповідати хвильовому опору кола.

5.5.  Вимірювання часу затримки і симетрії кола по часовій затримці.

5.5.1. Відключіть всі штучні неоднорідності і ушкодження в лінії, на кінці лінії встановіть режим холостого ходу за допомогою перемикача П2.

5.5.2. Вимірювання часової затримки лінії зробіть аналогічно вимірювання відстані до неоднорідності. Відлік у мікросекундах виконується множенням на 10 показання шкали “ВІДСТАНЬ” у км.

5.5.3. Підключіть виводи «Вх.1» і «Вх.2» приєднувального кабеля до гнізд «Г1» і «Г2» вимірювані лінії, вивід  - до гнізда “Оболонка кабелю” (рис. 2.5, а), виміряйте та зрівняйте між собою часову затримку кіл «Г1»-“Оболонка кабелю” і «Г2»-“Оболонка кабелю”, встановивши перемикач “ЗАГ.-РОЗД.» у положення “ЗАГ.1” і “ЗАГ.2”.

5.5.4. Тумблером В6 замкніть у невідомому місці одну із жил кола на оболонку кабелю і, перемикаючи ручку “ЗАГ.-РОЗД.” у положення “ЗАГ.1” і “ЗАГ.2” визначить замкнуту на оболонку жилу і відстань до місця ушкодження.

5.5.6. Вимірювання методом переходу енергії.

5.6.1. З’єднайте штекери «Вх.1», , “ПІДСИЛ.” приєднувального кабелю із гніздами «Г1», “ОБОЛОНКА КАБЕЛЮ” і «Г2» макети лінії, як показано на рис. 2.5, б.

5.6.2. Перемикач “ЗАГ.-РОЗД.» поставити в положення “РОЗД.”, тумблером В7 на макеті ввести зосереджений ємнісний зв’язок між жилами 1 і 2 кола кабелю і виміряти відстань до місця зосередженого переходу енергії між несиметричними колами «Г1»-“ОБОЛОНКА” і «Г2»- “ОБОЛОНКА”, як і у випадку звичайного імпульсного вимірювання.

б)

           Рис. 5. Схеми підключення досліджуваного кабеля до приладу Р5-10: а) при вимірах за методом часової затримки; б) при вимірах за методом переходу енергії

 

5.6.3. Виявіть місце із зосередженим зв’язком між симетричними колами кабелю. Для цього використається виносний блок вхідного кола, схема підключення якого до приладу і кіл кабелю показана на рис. 2.6.

Рис. 6. Схема підключення досліджуваного кабелю до приладу Р5-10 з використанням блоку вхідних кіл

 

Роз’єм “ВИХІД” блоку з’єднаний з роз’ємом “ВХІД-ВИХІД” на лівій панелі приладу за допомогою з’єднувального кабелю, виводи “ВХІД 1”, “ВХІД 2” блоки - з колами «Г1»-«Г2» і «Г5»-«Г6» кабелі. Перемикач “ЗАГ.-РОЗД.” приладу встановіть в положення “РОЗД.”, перемикач “ЗАГ.-РОЗД.-ВІДНІМ.» у положення “РОЗД.”, тумблери “СИМЕТР.-НЕСИМ.” і “ВКЛ.-БАЛАНСУВ.” блоку вхідного кола - у положення “СИМЕТР.” і “БАЛАНСУВ.” відповідно. Тумблером В5 включіть зосереджений електромагнітний зв’язок між двома симетричними колами кабелю і визначить відстань до місця інтенсивного переходу енергії з одного кола в іншу.

 

7. Контрольні питання

1. Як впливають неоднорідності на якість зв’язку?

2. На чому заснований принцип імпульсного методу вимірювання ліній зв’язку?

3. Чим визначається швидкість поширення електромагнітної хвилі в кабелі?

4. Що таке коефіцієнт укорочування хвилі?

5. Види неоднорідностей хвильового опору і їх причини.

6. Як оцінюється величина неоднорідності в кабелі?

7. Як визначається характер неоднорідності (ушкодження) і відстань до її по імпульсній характеристиці кола?

8. Які вимоги пред’являються до імпульсних приладів?

9. Принцип роботи імпульсних приладів.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №2

Теоретичні відомості

 

Використання виділених телефонних мереж по яким передають мовні повідомлення, наприклад, мережі КОМСТАР, підвищує ступінь захисту інформації (оскільки велику частину цієї мережі складають волоконно-оптичні кабелі, несанкціоноване знімання інформації з яких здатний зробити тільки фахівець з високою професійною підготовкою), але не усуває цілком можливість її витоку, тому що пристрій, що підслухує, може бути підключений вбудь-якому місці телефонного кабелю від одного абонента до іншого.

Користуватися ж послугами елітних, високонадійних мереж (колишніх урядових АТС-3 і АТС-2) може дозволити собі далеко не кожна організація, не говорячи вже про фізичних осіб. До того ж використання будь-яких виділених мереж вимагає відмовлення від основної переваги звичайної телефонної мережі - загальнодоступності. Таким чином, для більшості комерційних організацій і приватних осіб найбільш прийнятним для захисту мовної інформації є застосування всіляких засобів індикації підключення до телефонної лінії, а також скремблерів, маскувань і шифраторів.

Засоби індикації досить дешеві (до $350), однак не забезпечують повного контролю за підключеннями до телефонної лінії, тому що сучасна апаратура, що підслухує, не вносить додаткового навантаження в лінію і, отже, не може бути виявлена. Єдиний безпечний спосіб передачі інформації - зміна форми електромагнітних сигналів на вході телефонної лінії і її відновлення на виході.

В даний час існують три класи перетворювачів мовних сигналів:

1). аналогові, вартістю до $50;

2). дискретно-аналогові, вартістю до $400;

3). цифрові, вартістю до $5000.

Основи алгоритмів пристроїв першого класу були розроблені і застосовувалися в урядовому зв’язку СРСР у 30-і роки. Їхні модифікації відомі під назвами “Поліна”, “Соловей” і т.д.

Пристрої другого класу використовують більш складні алгоритми, розробка яких почалася з 1944 року. В даний час ці методи застаріли, тому що за допомогою сучасної техніки їх розшифровка може здійснюватися в автоматичному режимі і за часом займає від декількох хвилин до декількох днів.

Системи третього класу зараз є найбільш надійними. Їх алгоритми використовують сучасні методи кодування мови, при цьому час, необхідний для дешифрації сигналу досягає декількох десятків років. Крім того, вони забезпечують стиск інформаційного мовного потоку при збереженні достатньої розбірливості, що дозволяє передавати кодований голос у цифровому виді з низькою швидкістю по вузькосмуговому частотному каналі, яким і є телефонна мережа. Цим досягається необхідна стійкість зв’зку. Однак якість мови, одержуваної в результаті процесів кодування-декодування до недавнього часу залишалося досить непоганим. До недоліків подібних пристроїв відносяться також складність конструкції і дорожнеча.

1. Перетворення з інверсією спектра та статичних перестановок спектральних компонентів мовного сигналу (Б.1 і Б.2.1).

Схемотехнічна реалізація двох розглянутих варіантів помітно відрізняється, що і обумовлює їх роздільний розгляд. Однак з точки зору результатів, що досягають, по захищеності сигналу в каналі зв’язку обидва варіанти аналогічні.

Процес інверсії спектра сигналу при передачі і його відновлення при прийомі ілюструється на рис. 2.

Схема інвертора являє собою балансовий змішувач. При частоті гетеродина F_г, рівній сумі граничних частот F_н і F_в перетворюваного сигналу (3700 Гц для стандартного телефонного каналу з F_н=300 Гц і F_в=3400 Гц) нижня смуга частот після змішувача відтворюється у вихідній смузі частот, тобто в смузі каналу в інверсному виді. При прийомі виробляється повторна інверсія і вихідний сигнал відновлюється.

Якість відновленої мови залежить від якості (на передавальній і на приймальній сторонах) змішувачів, фільтрів, що обмежують спектр вхідного сигналу і виділяють нижню смугу частот перетвореного сигналу, а також від корекції на приймальній стороні частотних спотворень каналу, вплив яких також позначається інверсно: загасання каналу у високочастотній частині спектра на прийомі позначається в низькочастотній частині сигналу і навпаки.

При перехопленні сигнал з інвертованим спектром може бути легко відновлений будь-яким аналогічним апаратом (не обов’язково однотипним), а при відповідному тренуванні - сприйнятий людиною безпосередньо.

Для підвищення стійкості захисту деякі виготовлювачі вводять змінну частоту гетеродина, установлювану партнерами за домовленістю у формі числового коду-пароля, що вводить в апарат при переході в захищений режим.

Можливості такого додаткового частотного зсуву, що приводить до неспівпадання спектра переданого сигналу і номінальної частотної смуги каналу зв’язку й, відповідно, до погіршення якості відновленої мови, обмежені декількома сотнями герців. Ефект, що досягає, досить умовний. Дійсно, при прослуховуванні відновленого сигналу, у випадку нерівності частот гетеродинів на передачі і на прийомі, у перший момент виникає відчуття неприродної й незрозумілої мови, що, однак, майже не заважає сприймати її зміст після деякої адаптації.

Процес перетворення з фіксованими перестановками спектральних компонентів мовного сигналу при передачі і його відновлення при прийомі ілюструється на рис. 3.

При такому перетворенні розбірливість мовного сигналу порушується в значно більшому ступені, чим при простій інверсії. Проте, необхідно, враховувати, що вибір варіантів частотних перестановок досить обмежений. Фільтри, що виділяють частотні смуги у вихідному і у лінійному сигналах, мають кінцеву крутизну характеристики, у результаті чого на помітному частотному інтервалі біля границі частотних смуг буде відбуватися помітне невідновне змішання різних компонентів сигналу. Повна смуга частот (300÷3400 Гц) становить 3,5 октави. При формуванні трьох смуг (по 1,2 октави на кожну смугу) і при використанні фільтрів 8-го порядку (наростання затухання близько 48 дБ/октаву) затухання в середині (1) сусідньої смуги складе не більше 30 дБ, що визначає низьку якість відновленої мови. Істотне збільшення порядку фільтрів настільки ускладнює апаратури, що вона губить переваги перед іншими варіантами перетворювачів. У той же час число можливих перестановок із трьох смуг - усього лише 6, із чотирьох смуг - 24, тобто навіть в умовах прямого перехоплення, не говорячи вже про аналіз запису, підбір потрібної підстановки не складе великих труднощів.

Найбільш істотною позитивною якістю розглянутих перетворювачів (Б.1 і Б.2.1) є їх автономність, тобто відсутність необхідності у взаємній синхронізації передавального і приймального апарата а і, відповідно, відсутність затримки зв’язку на час проведення синхронізації й можливих зривів захищеного режиму через якість каналу, недостатнього для проведення синхронізації. Якщо вдалося встановити зв’язок у відкритому режимі після включення партнерами інверторів буде реалізований і захищений режим.

Позитивними якостями таких апаратур також є:

• дешевизна (ціни інверторів спектра порядку 30÷50 USD);
• можливість побудови схем, що не вносять затримку сигналу;
• мала критичність до якості використовуваного каналу зв’язку і гранична простота в керуванні.

Апаратура може включатися між телефонним апаратом і лінією в стандартний двопровідний стик між телефонним апаратом і мікротелефонною трубкою, може використатися у вигляді накладки на мікротелефонну трубку з акустичною передачею перетвореного сигналу. Перехід у захищений режим відбувається за взаємною домовленістю партнерів після здійснення з’єднання. Перехід відбувається негайно після натискання відповідної клавіші (або іншої керуючої дії). Включення і вимикання захищеного режиму здійснюється кожним партнером самостійно, синхронізація дій не потрібно.

При розмові в лінії прослуховується характерний сигнал, за структурою повністю повторює передану мову. Відновлений сигнал має високу якість. У дешевих апаратах з недостатньою фільтрацією можлива наявність свистячих тонів і зміна тембру голосу людини, яка говорить. Наявність сторонніх шумів у приміщенні, з якого ведеться передача, позначається на якості відновленого сигналу так само, як у відкритому режимі, на стійкість захисного перетворення майже не впливає.

 

Опис лабораторного макета

В даній роботі використовується скремблер, який використовує метод частотної інверсії. Цей метод давно і успішно застосовується американськими поліцейськими службами і забезпечує ефективний захист радіо- і телефонних переговорів від стороннього прослуховування.

Частотно-інвертований сигнал виділяється з нижньої бічної смуги спектру балансного перетворення звукового сигналу з надзвуковою несучою. Дві послідовні інверсії відновлюють початковий сигнал. Пристрій працює як кодер і декодер одночасно. Синхронізації двох скремблерів не вимагається. Електрична принципова схема такого аналогового сремблера зображена на рис.4.

Цей пристрій складається з тактового генератора на мікросхемі DD2типу К561ЛА7, що виробляє сигнал частотою 7 кГц, дільника-формувача несучої 3,5 кГц на мікросхемі DD3.1 типа К561ТМ2, аналогового комутатора балансного модулятора на мікросхемі DD4 типу К561КТЗ, вхідного смугового фільтру із смугою пропускання 300÷3000 Гц на мікросхемі DА1.1 типу К574УД2 і суматора балансного модулятора з фільтром низької частоти на мікросхемі DА1.2. Підстроювання частоти тактових імпульсів, а отже частоти несучої, проводиться багатооборотним резистором R3.

На рис. 5 представлені спектри вхідного (а) і перетвореного (б) сигналів.

В межах смуги частот 300÷3000 Гц розбірливість мови після двох перетворень складає менше 65%.

Рис.4. Електрична принципова схема аналогового сремблера     Рис.5. Спектри сигналів: а – вхідний; б – вихідний

 

Структурна схема досліджуваного макета зображена на рис.6.

 

 

Рис.6.Структурна схема досліджуваного макета

 

Порядок виконання роботи

1. Ознайомитися з інструкцією до пристрою.
2. Замалювати структурну схему досліджуваного макету та принципову схему аналогового скремблера.
3. Ввімкнути прилад і дати прогрітися.
4. Визначити частоту генератора прямокутних імпульсів і задати її на схемі за допомогою потенціометра R3.
5. Записати спектр досліджуваного сигналу в діапазоні частот від 300 Гц до 3 кГц змінюючи частоту з кроком 400 Гц до і після скремблювання. Замалювати отримані спектри.
6. Повторити п. 4,5 використовуючи генератор трикутних імпульсів.
7. Зробити порівняння отриманих спектрів.
8. Зробити висновки про якість захисту мовного сигналу.

4. Контрольні питання

1. Зобразити спектр мовного сигналу.
2. На чому заснований принцип захисту мовних повідомлень?
3. Які методи захисту мовної інформації Ви знаєте?
4. Як виглядає структурна схема лінії зв’язку з інверсією спектра мови?
5. Зобразити структурну схему лінії зв’язку з перестановкою і інверсією смуг спектра мови.
6. Від чого буде залежати якість відновленої мови?
7. Як підвищити стійкість захисту перехоплення мовної інформації?
8. Принцип роботи аналогових скремблерів.
9. Які вимоги пред’являються до аналогових скремблерів?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №3

Теоретичні відомості

Складність задачі виявлення сучасних диктофонів полягає в тому, що, з одного боку, потрібно реєструвати дуже слабке електромагнітне випромінювання працюючого диктофона. Для цього необхідний чуттєвий вимірювач електромагнітного поля. З іншого боку, необхідно не реагувати на промислові завади і на випромінювання інших приладів, що може бути дуже сильним. Причому частотний діапазон, характер і форма електромагнітних коливань від диктофона і від джерел, що заважають, однакові.

З погляду користувача, виявник сучасних диктофонів повинний вирішувати три завдання:

1. забезпечувати прийнятну дальність виявлення для більшості диктофонів;

2. мінімізувати імовірність пропуску сигналу;

3. мінімізувати імовірність помилкового спрацьовування.

Для того щоб оцінити обсяг робіт зі створення такого виявника, необхідно розглянути всі групи сучасних диктофонів на предмет створюваного ними електромагнітного випромінювання, тому що воно може виявитися єдиною демаскуючою ознакою для записуючого диктофона.

По створюваному електромагнітному випромінюванню диктофони можуть бути розділені на дві групи: що мають у своїй конструкції електродвигун і мікросхеми пам’яті для запису інформації.

До першої групи відносяться наступні апарати:

1. побудовані за класичним принципом запису електричних сигналів на магнітну стрічку в аналоговому виді і вважаючи наявність стрічко-протяжного механізму, плюс не мають генератора стирання і підмагнічування (ГСП);

2. побудовані за принципом запису електричних сигналів на магнітну стрічку в цифровому виді на DAT-касету і мають більш складний стрічко-протяжний механізм, аналогічний механізму відеомагнітофона;

3. побудовані за принципом запису електричних сигналів на магнітний або оптичний дисковий носій у цифровому виді, наприклад на міні диск, розроблений фірмою SONY (магнітний носій), або на лазерний перезаписаний диск (оптичний носій). Також мають електродвигун. Цю групу диктофонів будемо називати – “кінематичні”.

Характер створюваного електромагнітного випромінювання цієї групи диктофонів однаковий. Джерелом максимального випромінювання є електродвигун і ГСП (тільки для підгрупи 1). Форма сигналу від електродвигуна носить імпульсний характер з основною гармонікою в діапазоні від 80 до 300 Гц. З меншими амплітудами в цей діапазон попадають інші гармонійні складові цього сигналу. Випромінювання від ГСП наближено до синусоїдального і знаходиться в межах від 20 до 60 кГц.

Інша група диктофонів побудована на принципі запису електричних сигналів у кристал мікросхеми пам'яті в цифровому виді. Причому може використовуватися енергонезалежна пам’ять (флеш-пам’ять) або рідше динамічна або статична пам’ять, що вимагає постійно підключеного джерела живлення. Надалі цю групу диктофонів будемо називати – “цифрові”.

Конструктивно “цифрові” диктофони можуть бути виконані в двох варіантах:

1. функція диктофона в пристрої є основною;

2. функція диктофона в пристрої є додатковою.

До другої підгрупи відносяться пристрої:

a. деякі моделі стільникових телефонів;

b. більшість “кишенькових” міні комп’ютерів, наприклад PocketPC;

c. MP3-програвачі з можливістю запису.

Необхідно відзначити, що теоретично поняттям “цифровий” диктофон визначений пристрій, що здійснює запис мовної інформації на деякий носій у цифровому виді. Причому носієм може бути диск або стрічка. Такі пристрої мають кінематичний механізм і в рамках цієї статті відносяться до “кінематичних” диктофонів.

Що ж є джерелом випромінювання в “цифрових” диктофонах? По характері випромінювання, “цифрові” диктофони можна розділити на підгрупи:

1. наявний імпульсний перетворювач напруги, наприклад, який як джерело живлення використовує одну батарею напругою 1,5 В;

2. наявна змінна флеш - пам’ять;

3. виконується стискування мовної інформації за допомогою спеціалізованого сигнального процесора;

4. наявний рідкокристалічний дисплей;

5. наявністю різних типів аксесуарів, такі як виносний мікрофон, пульт дистанційного керування і т.д.;

6. наявний корпус, здатний екранувати випромінювання диктофона.

Максимальний рівень випромінювання “цифрових” диктофонів для всіх підгруп, як правило, лежить у діапазоні від 20 до 120 кГц. Для диктофонів з імпульсним перетворювачем напруги найбільш сильний рівень спостерігається на частоті перетворення. Такі диктофони можуть виявлятися на максимальній віддалі - більше метра.

У диктофонах зі змінною флеш-пам’яттю неодмінно присутній шлейф із декількох десятків провідників, довжиною кілька сантиметрів. По ньому передаються сигнали адреси і даних для запису в пам’ять. Ці сигнали цифрові, а отже, мають круті фронти і амплітуду, рівну напрузі живлення (3 вольти). Така кількість довгих провідників з такими сигналами дає шумоподібні сплески в деяких частотних областях. Якщо використано сигнальний процесор, що характерно для техніки західних виробників, спектральні сплески підсилюються, тому що такий процесор споживає більш 50% енергії, необхідної для роботи диктофона. Диктофони цих двох підгруп можуть виявлятися на відстані від 50 см до 1 м.

У диктофонах з рідкокристалічним дисплеєм, останній теж є джерелом утворення електромагнітного поля. Причому енергія його росте з розмірами дисплея, а також у випадку, якщо він графічний, і особливо кольоровий. Наявність таких дисплеїв більш характерно для приладів, у яких функція диктофона є додатковою - стільникові телефони, міні-комп’ютери і т.д. Дальність виявлення таких пристроїв може перевищити 1 м.

Для диктофонів з підключеним виносним мікрофоном або пультом дистанційного керування, сполучний кабель є додатковим відносно могутнім джерелом випромінювання.

Для диктофонів у металевих корпусах дальність виявлення різко падає, тому що випромінювання екранується корпусом і в залежності від якості екранування складає від декількох одиниць до 30 см. Однак існує імовірність утворення низькочастотних субгармонік, від випромінювання яких, таке екранування малоефективне. У будь-якому випадку, диктофони в металевих корпусах відносяться до класу спецтехніки і спеціально розробляються з метою мінімізації випромінювання.

З точки зору електротехніки диктофон складається з набору замкнутих електричних кіл, причому деякі з них мають значну індуктивність, що приводить до утворення навколо працюючого диктофона електромагнітного випромінювання з визначеною діаграмою спрямованості і інтенсивністю. Звідси випливає, що будь-який диктофон може бути виявлений деяким електронним пристроєм на визначеній відстані.

 

Виявлення диктофонів

Найпоширенішою проблемою, з якої зіштовхуються фахівці, є бажання забезпечити себе від несанкціонованого запису мовної інформації на диктофони.

Дійсно, при наявності на ринку засобів реєстрації аудіоінформації, диктофон залишається найдешевшим та ефективним з них. При цьому диктофон не є спецзасобом і його придбання не пов’язане з одержанням якихось особливих дозволів.

Фізичний принцип, покладений в осн