Дослідження захисту від лазерних мікрофонів

Мета: ознайомлення з конструкцією та вивчення принципів роботи лазерних мікрофонів. Дослідження ефективності захисту від втрати інформації по оптичному каналу.

 

Теоретичні відомості

Під акустичною розуміється інформація, носієм якої є акустичні сигнали. У тому випадку, якщо джерелом інформації є людська мова, акустична інформація називається мовною.

Акустичний сигнал являє собою збурювання пружного середовища, що проявляються у виникненні акустичних коливань різної форми і тривалості. Акустичними називаються механічні коливання частинок пружного середовища, що поширюються від джерела коливань у навколишній простір у вигляді хвиль різної довжини.

Первинними джерелами акустичних коливань є механічні коливальні системи, наприклад органи мовлення людини, а вторинними - перетворювачі різного типу, у тому числі електроакустичні. Останні являють собою пристрої, призначені для перетворення акустичних коливань в електричні та назад. До них ставляться п’єзоелементи, мікрофони, телефони, гучномовці та інші пристрої.

Залежно від форми акустичних коливань розрізняють прості (тональні) і складні сигнали. Тональний - це сигнал, який викликається коливанням, що відбувається за синусоїдальним законом. Складний сигнал включає цілий спектр гармонійних складових.

Мовний сигнал є складним акустичним сигналом у діапазоні частот від 200÷300 Гц до 4÷6 кГц.

В залежності від фізичної природи виникнення інформаційних сигналів, середовища поширення акустичних коливань і способів їх перехоплення технічні канали витоку акустичної (мовний) інформації можна розділити на повітряні, вібраційні, електроакустичні, оптичноелектронні і параметричні.

Оптичноелектронний (лазерний) канал витоку акустичної інформації утвориться при опроміненні лазерним променем вібруючих в акустичному полі відбиваючих тонких поверхонь (скло вікон, картин, дзеркал і т.д.). Відбите лазерне випромінювання (дифузійне або дзеркальне) модулюється по амплітуді й фазі (за законом вібрації поверхні) і приймається приймачем оптичного (лазерного) випромінювання, при демодуляції якого виділяється мовна інформація. Причому лазер і приймач оптичного випромінювання можуть бути встановлені в одному або різних місцях (приміщеннях).

Для перехоплення мовної інформації з даного каналу використаються складні лазерні акустичні локаційні системи, іноді називаються “лазерними мікрофонами”. Працюють вони, як правило, у ближньому інфрачервоному діапазоні хвиль. Відносяться до систем пасивного типу з використанням природних відбивачів - модуляторів, що представляють собою звичайні внутрішні шибки.

Принцип їх роботи пояснює функціональна блок-схема (рис. 1).

Когерентне лазерне випромінювання від стандартного джерела (1) направляється вбік вікна (2) контрольованого приміщення. Відбите (за законами геометричної оптики) від внутрішнього скла частина випромінювання “повертається” у напрямку контрольного пункту (КП) і попадає в приймач (3). При коливаннях шибки відбуваються зміни у відбитої ІЧ- хвилі - змінюється частота, фаза і напрямок приходу. Залежно від того, який з параметрів поля реєструється, виходять різні по перешкодозахищеності системи.

Найпростішої є система з реєстрацією кута приходу хвилі. Більше складними, однак, більш завдозахищенними, є системи з реєстрацією фазових і частотних змін.

Основним принциповим недоліком всіх таких систем є незахищеність від дії гідрометеорів (дощу, снігу, граду, пилу), рвучкого вітру й інтенсивних вуличних перешкод.

Потенційні їх можливості визначаються не стільки тепловими шумами приймачів ІЧ випромінювання, скільки т.зв. квантовим шумовипромінюванням (випромінювання є не суцільний, а дискретний потік квантів світла). Істотну роль відіграють шуми лазера.

Рівні використовуваних потужностей становлять звичайно 5÷10 мВт.

Дальність контролю принципових обмежень не має, проте, на дистанціях більше 150÷200 м виникають складності по стабілізації системи і її настроюванню.

Системи дорогі й відносяться до числа високопрофесійних погроз.

Як приклад вкажемо на лазерну систему “РК-1035-SS” компанії РК -Electronic(ФРН) Призначення – акустичний контроль віддалених приміщень із вікнами в напрямку КП.

Характеристики:

· джерело випромінювання напівпровідниковий лазер GaAs;

· потужність випромінювання 5 мВт;

· довжина хвилі випромінювання 0,85 мкм (ІЧ діапазон);

· дальність дії до 500 м;

· живлення автономне;

· маса передавача 1,6 кг;

· маса приймача 1,5 кг;

· маса електронного блоку 3,2 кг.

 

Опис лабораторного макета

На рис. 2,а приведена схема лазерного мікрофону, який складається із лазера з оптичною системою, фотоприймача і відповідних електронних пристроїв. Лазерний мікрофон дозволяє здійснювати дистанційне прослуховування приміщень за коливаннями віконного скла (В. Скло). Дані коливання модулюють промінь лазера, що відображається від поверхні скла і потрапляють на фотоприймач (Ф. приймач) для відповідного перетворення і декодування за допомогою електронних пристроїв.

На рис.2,б,в представлені схеми інфрачервоних передавача (ІФ-передавача) і приймача (ІФ-приймача). Дані пристрої дозволяють "прочитувати" акустичну інформацію з віконного скла (звукові коливання віконного скла), що дозволяє здійснювати дистанційне прослуховування приміщень. Для цього сфокусований промінь ІФ-передавача напрямлений на віконне скло. ІФ-приймач приймає промодульований сигнал.

в.

Рис. 2. Лазерний мікрофон і інфрачервоний приймач-передавач: а - принцип дії лазерного мікрофону; б - ІФ-передавач; в - ІФ-приймач

Структурна схема лабораторного макету зображена на рис.3.

 

 

Рис.3. Структурна схема лабораторного макету

Порядок виконання роботи

1. Настроїти лазерну оптичну систему.
2. Дослідити рівень акустичного сигналу з скляної поверхні.
3. Під’єднати вібраційний генератор шуму до скляної поверхні.
4. Виставити на генераторі частоту 1кГц та змінюючи напругу на вібраційному генераторі шуму дослідити якість захисту інформації від витоку в оптичному каналі.
5. Вибравши оптимальну напругу для вібраційного генератора змінювати частоту генератора.
6. Зробити в висновки.

4. Контрольні питання

1. Що являє собою акустичний сигнал?

2. Основні параметри акустичного сигналу.

3. Які існують методи перехоплення акустичного сигналу?

4. Принци дії оптичноелектричного каналу витоку акустичного сигналу.

5. Зобразити структурну схему лазерного мікрофона.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №6