Вибір тестів для вимірювання ПЕМВН цифрових сигналів

Фахівцю в області спеціальних досліджень необхідно добре уявляти собі, що ж саме він повинен виміряти й як розрахувати результат. Причому необхідно уявляти собі як часове, так і частотне (спектральне) представлення сигналів. Роздільно, у випромінюючих ланцюгах й у вигляді ПЕМВН. Дослідження рівня ПЕМВН від засобів обчислювальної техніки ґрунтується на загальних принципах вимірювань напруженості електричних і магнітних полів. Специфіка цих вимірювань полягає у тому, що, по-перше, вимірювані сигнали є малопотужними; по-друге, зарано складно передбачити картину електромагнітних випромінювань конкретного технічного засобу. Тому, вимірюванню рівня сигналів ПЕМВН завжди передує процес верифікації, (від англ. Verification – перевірка), тобто підтвердження того, що знайдений сигнал дійсно є інформативним.

Інформативними називаються сигнали, що мають носійну, модульовану інформацією, яка обробляється на ПЕОМ. Наприклад, зображення виводиться на монітор, дані, які оброблюються на пристроях вводу-виводу тощо. Носійні роблять інформацію, яка оброблюється на ПЕОМ, доступну противнику на великій відстані.

Неінформативними ПЕМВ називаються сигнали, аналіз яких може дати уявлення лише щодо режиму роботи СВТ і ніяк не відображає характер інформації оброблюваної на ПЕОМ.

Очевидно, що ПЕМВ слід чекати на тактовій частоті, а також на кратних гармоніках тактової частоти (згідно теорії – лише на непарних гармоніках). Зауважимо, що ПЕМВ не мають пристрої, які працюють з інформацією, що представлена в аналоговому вигляді, наприклад, копіювальні апарати, що використовують пряме світлокопіювання.

Для вибору тестового сигналу має значення тип кодування та вид коду тестового сигналу.

Видом коду називається спосіб перетворення низькочастотного сигналу (зміна його частоти, амплітуди, фази) необхідне для передачі інформації.

З погляду дослідження ПЕМВ існують наступні види коду:

– потенційне кодування. У цьому випадку інформативним (що містить інформацію) є амплітуда сигналу. Такий вид кодування застосовується, наприклад, для передачі відеосигналу на монітор;

– імпульсне однополярне кодування. У цьому випадку інформацію несе фаза сигналу, а полярність сигналу не змінюється. Застосовується у мережах зв’язку;

– імпульсне різнополярне кодування. Тут інформативним є не тільки фаза, але і полярність сигналу.

Типом кодування сигналу називається спосіб організації потоку даних. Послідовне кодування характерне для послідовних ліній передачі даних, де швидкість передачі даних виражається у бодах й у часі одночасно передається одна двійкова одиниця інформації (наприклад, комп’ютерна мережа або монітор). Паралельне кодування характерне для паралельних систем передачі даних. У таких системах швидкість передачі виражається, як правило, у байтах, й інформація передається декількома каналами одночасно. Прикладом може служити LPT порт комп’ютера.

Сформулюємо підходи до цих уявлень і хід міркувань на базі простої моделі сигналу ПЕМВН і класичних основ радіотехніки.

У ПЕОМ виділяють два основні вузли, які можуть бути ймовірним джерелом ПЕМВ: сигнальні кабелі та високовольтні блоки. Для випромінювання сигналу в ефір необхідна налагоджена на конкретній частоті антена. Такими антенами є довгі лінії передачі даних або з’єднувальні кабелі. Також підсилювачі проміння монітора мають набагато більшу енергетику та теж є випромінюючими системами. Їхньою антеною системою є з’єднувальні шлейфи, або інші ланцюги, гальванічне пов’язані з цими вузлами.

Для дослідження технічного засобу на ПЕМВ необхідно примусити його працювати у режимі, коли воно обробляє (передає) максимальну кількість інформації. Або по-іншому можна сказати, що коректно заданим може вважатися режим, який забезпечує максимум сигналу інформаційного ПЕМВ. Такий режим роботи досліджуваного пристрою називається тестовим режимом або тестом.

Використані у тестових режимах сигнали мають бути періодичними. Їхні потужності концентруються у сукупності вузькосмугових складових, які відстоять одна від одної по осі частот на тактову частоту тестового сигналу

F_T = 1 / T (Гц), (2.40)

де Т – період слідування тактових імпульсів у секундах.

Розглянемо періодичний сигнал із тривалістю тактових імпульсів τ та щілинністю (скважністю – рос.) Q = T /τ (рис. 2.12). Середня потужність сигналу у частотній області

 

 

Рисунок 2.12 – Приклад тестового сигналу та його спектр

 

Р _сер = 0,5 ΣЕ_i ² , (2.41)

 

де E_i – амплітуда спектральної складової сигналу на частоті f_i.

Середньоквадратичне значення напруженості електромагнітного поля одиночного випромінюваного імпульсу можна записати у вигляді [24].

. (2.42)

Середньоквадратичне значення електромагнітного поля нормованих шумів Е _ш у смузі ΔF = 1/τ складає при цьому

, (2.43)

де Е _шн(f) – спектральна щільність потужності нормованого значення шуму, значення якого визначається нормативними документами.

Тоді базове співвідношення для розрахунку всіх показників інформаційної захищеності, тобто відношення середньоквадратичних значень інформативного сигналу та завади визначається виразом

. (2.44)

Створення коректного тесту є складною задачею, яка розв’язується індивідуально за кожним типом технічного засобу, після попереднього вивчення виду і типу кодування та передачі інформації, способів і методів її витоку. Для створення правильного тесту необхідно знати як принципи роботи пристрою, так і його конкретні алгоритми функціонування. Оптимальним і найкоректнішим можна запропонувати наступний варіант роботи. Як правило, при зміні послідовності тестових сигналів частоти ПЕМВ не змінюються, змінюється тільки їхня амплітуда. Теоретично це обґрунтовано тим, що конкретна апаратура не змінює свої характеристики швидкості обробки інформації у залежності від об’єму оброблюваних даних.

Для створення коректного тесту потрібно виконати наступні дії:

– з’ясувати принципи та способи передачі інформації на досліджуваній апаратурі. Переконатися, що у даної апаратури спосіб завдання тесту впливатиме лише на амплітудні характеристики ПЕМВ, не змінюючи їхніх частот;

– знайти сигнали ПЕМВ за довільно заданим тестовим сигналом;

– підібрати тестовий сигнал, в якого амплітуда ПЕМВ досягла свого максимального значення;

– провести розрахунки відповідно до максимально знайдених рівнів сигналів.

Розглянемо як початкову просту модель сигналу ПЕМВН, почавши з найпоширенішого до останнього часу – сигналу аналогового RGB інтерфейсу відеопідсистеми персональної електронно-обчислювальної машини (ПЕОМ). Конкретні параметри сигналу у часовому його представленні помітно залежатимуть від застосованого тест-режиму та параметрів відеопідсистеми ПЕОМ.

Будемо використовувати стандартний тест типу «піксель через піксель». Тобто з чергуванням світлих точок зображення (пікселів) з чорними (що не підсвічуються) точками. У цьому режимі «довжина» світлого та темного пікселів однакові, тобто однакові τ_і – тривалості відповідних імпульсів і пауз між ними. Такий сигнал носить у радіотехніці найменування меандру. Відношення періоду імпульсної послідовності до тривалості імпульсів, T _і/τ_і = 2.

Тест-зображення меандр через один піксель створює сигнал інформативного випромінювання максимальної амплітуди з мінімальною частотою повторення. Сигнал від такого тесту є високочастотним. Наприклад, за відеорежиму 1024 x 768 x 85 Hz перша гармоніка спектра інформативного сигналу буде складати близько 40 MHz.

Припустивши, що модуляційна характеристика електронно-променевої трубки CRT монітора апроксимована похилій прямій, тобто вона лінійна. Врахуємо, що значення рівня (яскравості) «червоного», «зеленого» та «синього» складають, відповідно (типові значення Х – координати для RGB моделі, табл. 2.1).

Таблиця 2.1 Значення Х – координати для RGB моделі монітора

Колір	Х	Y	Модуль
Червоний	0,64	0,33	0,72
Зелений	0,29	0,60	0,67
Синій	0,15	0,06	0,16

 

Оскільки, фактично, це значення векторів, то модулі їхньої «довжини» мають значення, наведені в останньому стовпці, а амплітуди модулюючих імпульсів повинні бути пропорційні цим значенням, якщо формуються пікселі «білого» кольору.

Отже, у трьох фізичних лініях (як правило – екранованих коаксіальних провідниках) кабелю від відеокарти до монітора (а також у ланцюгах відеопідсилювача та модуляторів кінескопа) осцилограми сигналів матимуть вигляд, близький до прямокутного.

Реальні тривалості фронтів і спади плоскої частини залежатимуть від багатьох причин (схемотехніки вузлів, погонної ємності кабелів, інших паразитних ємностей, якості та параметрів пробника, осцилографа тощо). Сигнали, а, отже, і ПЕМВН усіх трьох ліній, суворо синхронні і, через це, еквівалентні одному сигналу з амплітудою, що умовно приймається за «1».

Окремо відзначимо, що наведені вище міркування відносяться до потенціалів, що подаються на катоди електронних «гармат» кінескопа або, що те ж саме – на входи відеопідсилювачів трьох колірних каналів.

Відеопідсилювачі розміщуються на «цокольній платі», прямо на «хвості» кінескопа. При цьому на вході відеопідсилювача сигнали мають амплітуду порядку 1 В, а на виході до 30 В.

Типові значення, у конкретних моделях можуть змінюватися. Через надто значний рівень ПЕМВН саме цього вузла звичайно значний. Подача відеосигналу «на катод» вимагає його негативної полярності, коли «білий» піксель відповідає рівню «0» В, а «чорний» відповідає U _макс.

Сигнали у кабелі RGB інтерфейсу (системний блок – монітор), які кодуються 256 рівнями, і, звичайно, не перевищують одного вольта, можуть не підлягати наведеним співвідношенням амплітуд (див. таблицю колірних векторів). Ця прив’язка здійснюється вже у відео підсилювачах із завданням різного посилення каналами. ПЕМВН кабелю часто теж значний, але вже за рахунок великої довжини лінії і, часом, за рахунок недостатнього їхнього екранування або асиметрії.

Далі розглянемо структуру повного відеосигналу на триваліших інтервалах часу. Побудова зображення на екрані CRT монітора, традиційно, повторює побудову класичного ТБ зображення.

Тому приймання ПЕМВ монітора можливе на звичайний телевізійний приймач після невеликого дороблення системи розгортки. Зображення формується з окремих горизонтальних рядків. Тест-режим буде підлягати саме цим законам.

Розглянемо один рядок одного кадру. Залежно від встановленого відеорежиму, число рядків у кадрі і число пікселів у рядку є стандартні, типові числа. Для DOS перших ПЕОМ був характерним відеорежим 640 ´ 480 (перше число кількість пікселів у рядку, друге – число рядків у кадрі).

Походження цього стандарту цілком зрозуміло, навіть сьогоднішні телевізійні стандарти SEKAM і PAL (720 ´ 576), NTSC (720 ´ 480) є близькі. Пізніше, з підвищенням можливостей моніторів, стали застосовуватися стандарти вищого дозволення (800 ´ 600; 1024 ´ 768; 1280 ´ 1024 тощо).

Припустимо, що наш монітор працює у режимі 1280 ´ 1024 ´ 60. Це значить, що в одному рядку формується 640 «чорних» і 640 «білих» пікселів, таких рядків у кадрі 1024 при 60 кадрах на секунду. З вищенаведеного виходить, що у кабелі (й інших ланцюгах) проходить сигнал у вигляді пакета із 640 імпульсів (640 «білих» пікселів і 640 пауз між ними) – один рядок растра.

Потім слідує невелика пауза на зворотний хід променя кінескопа до початку рядка та новий рядок (пакет імпульсів). І так 1024 рядків. Після чого йде більш триваліша пауза на зворотний хід променя до початку наступного кадру (з правого нижнього кута екрана у верхній лівий). І так 60 разів на секунду.

Для визначення часових співвідношень у сигналі використаємо аналогічні співвідношення у телевізійному сигналі: 625 рядків при 25 кадрах (точніше – 25 «напівкадрах», але для розгляду це несуттєво).

Для телевізійного сигналу один кадр за тривалістю дорівнює 625 рядкам по 64 мкс (тривалість рядка растра, включаючи зворотний хід променя «по рядку» – 12 мкс). Це саме й відповідає частоті 25 кадрів на секунду. Зворотний хід променя по кадру у даному випадку просто не враховується, хоча він і довше рядкового у 2,5 рази. Базуючись на цих співвідношеннях, розрахуємо орієнтовні часи для обраного відеорежиму.

Оскільки відеорежим тест-режиму складає 1024 рядки (в 1,6384 раза більше, ніж телевізійного) і кадрова частота 60 Гц (в 2,4 раза більше), то тривалість рядка складе близько 16,27604 мкс зі зворотним ходом 3,051758 мкс.

Виходячи з цього, перевіряємо 1/16,27604 мкс = 61,4, тобто кадрова частота приблизно дорівнює 60 Гц.

Далі, за 16,27604 – 3,051758 = 13,22428 мкс проходить 1280/2 = 640 імпульсів. Це відповідає частоті проходження імпульсів рядка 1/(13·10^-6/640) ≈ ≈ 48,4 МГц. Таким чином, ми обчислили тактову частоту тест-сигналу для обраного тест-режиму. Пакети із 640 імпульсами (рядки) проходять із періодом 1/16,27604 мкс = 61,44 кГц.

Часове представлення сигналу сформовано як на рис. 2.13. Розглянемо далі як це повинно виглядати у частотному (спектральному) уявленні.

 

 

 

Рисунок 2.13 – Ч асова діаграма повного сигналу RGB

 

Такий вид сигналу збігається за структурою з амплітудно – маніпульованим радіосигналом. При цьому тактова частота проходження імпульсів у рядковому пакеті виконує роль носійної частоти, а частота проходження цих пакетів – роль частоти маніпулювання.

У періоди існування (прямого ходу променя у кінескопі) рядкового пакета імпульси («носійна») є, у періоди «зворотного ходу променя» імпульсів «носійної» немає. У класичній амплітудній модуляції це означає, що коефіцієнт модуляції тотожно дорівнює «1».

Нагадаємо, що за таких параметрів амплітудної модуляції на «бічні» частоти припадає 50% енергії радіосигналу.

Відповідно до перетворення Фур’є для такого сигналу його спектр являє собою носійну частоту та дві «бічні частоти», «віддалені» від носійної на ± модулюючу частоту (в даному випадку на ± 61,44 кГц), показаний на рис. 2.14.

 

 

Рисунок 2.14 – Спектр маніпульованого радіосигналу

 

Сигнал RGB відрізняється тим, що його «носійна» не синусоїдальна, а, швидше, «трапецеїдальна». Отже, його спектр матиме значне число гармонійних складових. Вузькосмугові прилади повинні будуть зафіксувати ці складові, як у самих лініях, так і у просторі.

Тоді графік спектральної густини нашого сигналу (графік розкладання Фур’є) матиме вигляд, наведений на рис. 2.15. Звернемо увагу на те, що збагачення спектра гармоніками відбулося не тільки за рахунок гармонік «носійної», але й за рахунок гармонік «частоти маніпуляції». Кількість «бічних частот» біля кожної з гармонік носійної у теорії є нескінченною. А на практиці залежить від множини причин. Звичайно, суттєві за амплітудою (не менше, ніж –10 дБ від амплітуди носійної) «бокові» – перші 3 - 4. Але на практиці можливо й більше, до 30 шт. із кожної сторони.

 

 

Рисунок 2.15 – Частина повного спектра тестового періодичного сигналу RGB

 

Як бачимо, будь-який інформаційний сигнал додатково промодульовано неінформаційним низькочастотним сигналом. Для монітора – це зворотний хід рядкової та кадрової розгортки, для принтера – переклад каретки або паперу. Неінформаційна низькочастотна завада спотворює форму інформаційного сигналу й є причиною систематичної постійної похибки вимірюваного рівня сигналу. Для того, щоб грамотно боротися з цим необхідно виконувати дві умови. По-перше, для виявлення та вимірювання сигналу необхідно використати піковий детектор. По-друге, час вимірювання рівня сигналу повинен бути більшим тривалості неінформаційного модулюючого сигналу.

У вимірювальній апаратурі зустрічаються чотири основні види детекторів: піковий, квазіпіковий, середньоквадратичний і лінійний. Фізичні основи цих детекторів такі:

– піковий детектор показує амплітуду сигналу;

– середньоквадратичний відображає його потужність;

– лінійний – миттєву реалізацію сигналу у момент його вимірювання;

– квазіпіковий не має у своїй основі ніякої фізичної величини та призначений для уніфікації вимірювання радіозавад для задач дослідження на електромагнітну сумісність.

Розрахункова частина задачі спецдосліджень ґрунтується на знанні енергії одиночного імпульсу. Тому абсолютно коректно вимірювання проводити тільки за допомогою пікового детектора. Застосування інших детекторів може привести до суттєвого спотворення інформації щодо енергії одиночного імпульсу та врешті-решт до помилок у результатах розрахунку.

Розберемося докладніше, які складові несуть інформацію та про що.

Бічні несуть інформацію щодо наявності пакетів імпульсів. А для нас «інформативною складовою» є інформація щодо кожного окремого імпульсу. Бо саме так сформульована задача перехоплення. Для синтезу потенційним противником кожного з послідовності імпульсів окремо, неначебто енергії «бічних частот» і неважливі (не потрібні), тобто вони неінформативні.

Проте інформація щодо закінчення одного пакета (одного рядка растра) та початку наступного теж необхідна для точної синхронізації з перехопленим сигналом, що дозволяє помітно поліпшити відношення сигнал/завада і, отже, вірогідність розпізнавання кожного окремо взятого кодового імпульсу. Є ще і «бічні частоти», що відраховуються від «рядкових бічних», кратні частоті проходження кадрів, тобто ± 60 Гц.

Практично, з вищенаведеного виходить наступне:

1. Якщо вимірювання ведуться селективним приладом з еквівалентною смугою пропускання, більшою, ніж ± (2 - 4) F _бок, то, переконавшись, що більшого числа «бокових» захоплювати немає значення (їхні амплітуди спадають достатньо швидко), далі так і вимірюють.

2. Якщо вимірювання ведеться з еквівалентною смугою пропускання, меншою, ніж ± 1/2 F _бок, то, уважно стежать, щоб «автомат» не пропускав, а вимірював усі суттєві «бокові» і вони (їхні енергії) потрапили б у розрахунок.

Продовжимо розгляд питання про те, які складові спектра тест-сигналу вважати «інформативними».

Частотні складові не можуть нести інформації щодо тривалості імпульсу. Тривалість імпульсу визначає лише ширину смуги частот усього спектра. Інформацію щодо тактової частоти несуть не самі гармонійні складові, а відстань за частотою між ними. При вимірюванні ми вимірюємо енергію однократного імпульсу.

У тестовому, режимі вузькосмуговим приймачем взагалі ніякої інформації отримати неможливо. Тому наші міркування повинні будуватися за наступним алгоритмом: енергія конкретної складової спектра тест-сигналу входить якоюсь складовою у гіпотетичну енергію однократного сигналу. Спектр одного імпульсу завжди суцільний. Результат накопичення послідовності імпульсів, при вимірюванні «гармонік» вузькосмуговим приймачем неінформативний у принципі. Уявіть собі, що хтось із величезною швидкістю вимовляє у довільному порядку всі букви алфавіту. Що Ви почуєте? Якесь середнє «гудіння». Це й є реальний ПЕМВН [25, частина 7]. А ось якщо «тягнути» довго одну голосну, то це аналогія тест-режиму. Але інформативності у ньому нема ніякої.

А, оскільки противник перехоплює саме широкосмуговим приймачем, то УСІ складові спектра сигналу будуть ним прийняті та підсумовані у приймачі. Тому необхідно правильно підсумувати все, що буде виміряне.

Математичний апарат аналізу (пряме та зворотне перетворення Фур’є) лише математична абстракція. Як коротка дротова лінія, так і вільний простір, в яких поширюється сигнал, лінійні. І, загалом, частотно невибіркові.

Задача перехоплення полягає у розпізнаванні одного двійкового розряду, тобто розглядається аперіодичний сигнал. Суворо математично однократний імпульс, тобто аперіодичний сигнал, можна описати нескінченною сумою синусоїдальних складових, тобто періодичних функцій. На практиці застосування перетворення Фур’є приводить до умов, які фізично не можна реалізувати. За допомогою тест-режиму, ми штучно робимо наш сигнал ПЕМВН таким, що повторюється, тобто періодичним. Але реальний сигнал ПЕМВН на відміну від тест-сигналу, залишається аперіодичним.

У рівняннях Максвела струм або напруга присутні лише під знаком диференціала (див. розд. 2.1). У диференціальній формі закон Фарадея можна записати у наступному вигляді:

. (2.45)

В еквівалентній інтегральній формі:

, (2.46)

де – напруженість електричного поля;

– магнітна індукція;

S – довільна поверхня;

∂S – її границя. Контур інтегрування ∂S є фіксованим.

Фізично це означає, що поле випромінювання виникає тоді та тільки тоді, коли є зміна у часі струму або у різниці потенціалів, або у русі постійного заряду.

Тоді, якщо розглядати ідеалізований сигнал як прямокутний імпульс, то рівень його випромінювання пропорційний величині його першої похідної. Прямою аналогією є проходження такого сигналу через диференціюючий ланцюжок. Графічно це ілюструється на рис. 2.16.

 

 

Рисунок 2.16 – Зміна сигналу, що випромінюється у простір

 

Розглянемо, що та як відбувається, коли ось такий, диференційований сигнал, що рухається у просторі, потрапляє в антену приймального пристрою у двох випадках: приймача засобу розвідки та засобу контролю.

Якщо приймач є засобом розвідки, то він є пристроєм широкосмуговим, але з обмеженою смугою пропускання. Тоді сигнал залишиться такої ж форми, «втративши» дещо у ВЧ частині спектра, що виражається у деякому «згладжуванні гострих кутів» прямокутної форми.

Після закінчення одного сигналу у приймальному пристрої не залишається ніяких «слідів» цього сигналу, що закінчився. Кожен, окремо взятий сигнал (імпульс) проходить приймач індивідуально, не взаємодіючи ніяк ні з попереднім, ні з подальшим сигналом. Це наочно ілюструється на рис. 2.17. Степінь «затягування» як фронтів, так і самого імпульсу залежить лише від смуги пропускання приймача. Чим ширше смуга, тим менше спотворення сигнала. Якщо приймач є засобом контролю, то він є пристроєм вузько–смуговим, селективним приймальним пристроєм. У цьому випадку спостерігається зовсім інша картина. Простим еквівалентом селективного приймального пристрою є звичайний паралельний контур без втрат, тобто з’єднання котушки індуктивності та конденсатора.

 

Рисунок 2.17 – Зміна форми імпульсу у широкосмуговому приймачі:

а – початковий сигнал, с – сигнал у просторі, d – сигнал на антені,
b – сигнал на виході широкосмугового приймача

 

Поведінку такого приймача на прийнятий сигнал ілюструють графіки на рис. 2.18.

Припустимо, що на «контур» (тобто на вхід нашого приймача) діє однократний короткий імпульс (перший на графіку a, інші, поки, не враховуємо). Тоді сигнал на виході матиме вид b. Коливальний контур реагує вимушеним спадаючим синусоїдальним коливанням на будь-який сигнал. Обвідна цього коливання завжди є експонентою.

 

Рисунок 2.18 – Зміна форми сигналу у вузькосмуговому приймачі

 

Розглянемо дію двох послідовних імпульсів. Якщо другий із них приходить у протифазі до вимушених коливань контуру, то відбувається віднімання енергій і, як наслідок, відсутність коливань на виході (графік с).

Якщо другий (і подальші імпульси) приходить у фазі, то отримуємо варіант d із наростанням амплітуди. Наростання амплітуди триває якийсь час, поки енергія не зрівняється з втратами у контурі за цей самий період.

Наведені ілюстрації наочно свідчать про те, що спектральна «картинка», відповідна перетворенню Фур’є з окремими гармонійними складовими, виникає не у просторі, а лише у селективному приймачі. Це обумовлено властивостями вузькосмугового приймача. А саме – його інерційністю та властивістю накопичувати, затримувати у часі енергію сигналу та підсумовувати її чергову «порцію» з попередньою порцією. У будь-якому неінерційному середовищі цього бути не може.

«Картинка» на екрані спектрального аналізатора є спотворене відображення реального світу, спотворене за рахунок і лише за рахунок властивостей приладу. Ні простір, ні короткі дротові лінії, ні широкосмугові антени такими властивостями не володіють і ніяких «гармонік» у них не виникає.

Таким чином, при вимірюваннях ПЕМВН будь-якого сигналу необхідно однозначно знати для подальших розрахунків:

– частоту проходження імпульсів, F _такт) у пакеті;

– тривалість імпульсу для визначення смуги частот підсумовування частотних складових сигналу;

– тривалість (період проходження) пакетів, щоб розуміти, де шукати бічні частоти, правильно обирати смугу й алгоритм вимірювання.

Тестові сигнали повинні обиратися так, щоб на етапі виявлення їх можна було розпізнавати на слух та візуально виділяти на фоні завад та інших неінформативних та сторонніх сигналів. Тестові сигнали повинні мати будь-яке «забарвлення» у звуковому діапазоні частот або у формі продетектованої обвідної. У застосуванні до RGB сигналу це створення тест-режиму у вигляді горизонтальних смуг на екрані («зебра»).

Для візуального розпізнавання вигідно, щоб смуги сигналу були різної ширини або висоти на екрані.

Для «звукового» розпізнавання кількість рядків растра потрібно обирати виходячи з того, щоб чергування цих смуг відбувалося з частотою, що знаходиться в області найбільшої чутливості людського слуху. Тобто у діапазоні частот 400 – 700 Гц. Для нашого прикладу RGB сигналу це буде: 1/500 = 0,002 с.

Період одного рядка (разом зі зворотним ходом) дорівнює 16,276 мкс. Отже, кількість світлих і темних рядків повинен дорівнювати: 2·10^-3/16,276·10^-6 = 123.

З цього виходить, що для «забарвлення сигналу» тоном 500 Гц потрібно задати чергування смуг у 61 рядок – «світлих» і 61 рядків «темних». Аналогічно можна провести розрахунки для будь-якого відеорежиму та кадрової частоти.

На етапі вимірювання сигналу ніяких смуг не повинно бути. Весь екран заповнюється «світлими», точніше – «сірими» смугами, «піксель через піксель». Чергування повністю білих і повністю темних пікселів сприймається, природно, як «білий» колір із половинною яскравістю, тобто сірий (на екрані буде «зебра» з горизонтальних сірих і парних смуг, надто вузьких).

Задачі акустичного та візуального розпізнавання «небезпечного сигналу» приводять до маніпуляцій над тест-режимом, що суперечать один одному. Вигідний, добре розпізнаваний «на слух» сигнал візуально складно відділити від численних завад. А звукове забарвлення добре візуально помітного сигналу лежить в області низьких частот і погано помітне «на слух».

Синхроімпульси завжди дають лінійчастий спектр, бо їхні тривалості та періоди проходження однакові, це означає, що є постійна тактова частота.

Відеосигнал під час прямого ходу променя являє собою імпульси підсвічування різної амплітуди (яскравості) та різної тривалості. Спектр такого сигналу – суцільний. Тому спектр реального RGB сигналу завжди змішаний, тобто і суцільний (інформативна частина), і лінійчастий (частково інформативна частина, синхронізація, прив’язка для противника). Тестові сигнали роблять його інформативну частину теж лінійчастою.

На практиці використовують набір тестових сигналів – кожен тест пристосовується до конкретних цілей. Наприклад, в автоматизованих комплексах виявлення радіовипромінювання представлено для вибору тести, показані на рис. 2.19 та рис. 2.20. Вони призначені для дослідження відео–трактів.

 

Рисунок 2.19 – Вікно «Тестування відеотракту»

Рисунок 2.20 – Вид тестового сигналу від відеотракту

 

Тест типу F1, так званий «піксель через піксель» чи «сірий екран», використовують при вимірюванні напруженості поля інформативного сигналу. Він являє собою періодичну послідовність (меандр, як показано на рис. 2.13) і забезпечує максимальну інтенсивність випромінювання.

Тест типу F2 використовують для візуального методу виявлення інформативних частот. На часовій діаграмі він виглядає як періодична послідовність імпульсів із великою щілинністю. Рекомендується самостійно розрахувати частоту, період та коефіцієнт щілинності для відеотракту, показаному на рис. 2.19.

Тест типу F3 застосовують для візуального та звукового методу ідентифікації інформативних частот. Вид часової діаграми такого сигналу показаний на рис. 2.20. Період слідування та частота слідування пачок імпульсів підібрані так, щоб вони попадали у звуковий діапазон. Тоді вони сприймаються вухом, як періодичний звуковий сигнал.

Тест типу F4 дозволяє підбирати ширину імпульсів, що буває потрібно для більш «тонких» досліджень інформативного сигналу.

Тест типу F5, так званий «чорний екран», що забезпечує мінімальний рівень радіовипромінювань потрібний, щоб виміряти фоновий рівень на даній частоті, тобто виміряти рівень завад для подальшого обчислення коефіцієнта захищеності.