Создание закладного устройства передающего сигналы с амплитудной модуляцией

Содержание

Введение

1 Каналы утечки речевой информации

1.1 Акустические каналы

1.2 Закладные устройства

1.3 Радиомикрофоны

2 Методы формирования и преобразования сигналов

2.1 Модуляция сигналов

2.2 Амплитудная модуляция гармонической несущей

3 Практическая часть

3.1 Характеристика радиомикрофона с амплитудной модуляцией

Заключение

Библиографический список

Введение

В век информации, когда действует принцип - кто владеет информацией, тот владеет миром, желающих таким образом овладеть миром предостаточно, а значит, существует устойчивый спрос на информацию, полученную несанкционированным путем.

Большая доля передачи информации приходится на речь. И в ближайшие десятилетия в этом плане не предвидится изменений. Сейчас, пожалуй, нет ни одного предприятия или организация, где конфиденциальная информация не передавалась бы при помощи речи на различных совещаниях. В связи с этим, утечка информации по речевому каналу будет оставаться актуальной проблемой.

Съем информации с использованием радиозакладок является одним из наиболее распространенных способов негласного получения информации. Устанавливаемые скрытно в местах, где постоянно циркулирует конфиденциальная информация, она снимается по акустическому каналу утечки и передаётся по электромагнитному (или по другим: электрическому, оптическому и пр.) каналам связи.

Пока что не существует средств, позволяющих гарантированно предотвращать размещение радиозакладных устройств. Поэтому для защиты от радиозакладок необходимо знать их принципы работы, характеристики и возможности, это позволит эффективно противодействовать таким устройствам, а так же облегчит их поиск.

Так же стоит отметить тот факт, что радиозакладные устройства используются правоохранительными органами, у которых есть законное право на их использование для предотвращения правонарушений, а так же для поимки правонарушителей. В данной ситуации задачей будет не защита от таких устройств, а их совершенствование и эффективное использование, ведь правонарушители всеми средствами стараются не допустить утечки информации об их причастности к совершённому или планируемому преступлению. И для того чтобы совершенствовать и эффективно использовать радиозакладки, так же как и для защиты от данных устройств, необходимо знать их принципы работы и возможности.

В данной работе рассматривается закладное устройство, передающее данные, снятые с акустического канала утечки информации, по электромагнитному каналу (радиоканалу).

Целью данной работы является создание закладного устройства с амплитудной модуляцией. Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

-    рассмотреть каналы утечки речевой информации;

-        ознакомиться с методами формирования и преобразования сигналов;

-        изготовить радиомикрофон с амплитудной модуляцией.

1. Каналы утечки речевой информации

В случае, когда источником информации является голосовой аппарат человека, информация называется речевой.

Речевой сигнал - сложный акустический сигнал, основная энергия которого сосредоточена в диапазоне частот от 300 до 4000 Гц.

Голосовой аппарат человека является первичным источником акустических колебаний, которые представляют собой возмущения воздушной среды в виде волн сжатия и растяжения (продольных волн).

Под действием акустических колебаний в ограждающих строительных конструкциях и инженерных коммуникациях помещения, в котором находится речевой источник, возникают вибрационные колебания. Таким образом, в своем первоначальном состоянии речевой сигнал в помещении присутствует в виде акустических и вибрационных колебаний.

Различного рода преобразователи акустических и вибрационных колебаний являются вторичными источниками. К последним относятся: громкоговорители, телефоны, микрофоны, акселерометры и другие устройства.

В зависимости от среды распространения речевых сигналов и способов их перехвата технические каналы утечки информации можно разделить на: акустические, вибрационные, акустоэлектрические, оптоэлектронные и параметрические [1].

1.1 Акустические каналы

В акустических каналах утечки информации средой распространения речевых сигналов является воздух, и для их перехвата используются высокочувствительные микрофоны и специальные направленные микрофоны, которые соединяются с портативными звукозаписывающими устройствами или со специальными миниатюрными передатчиками.

Автономные устройства, конструктивно объединяющие микрофоны и передатчики, называют закладными устройствами (ЗУ) перехвата речевой информации.

Перехваченная ЗУ речевая информация может передаваться по радиоканалу, сети электропитания, оптическому (ИК) каналу, соединительным линиям ВТСС, посторонним проводникам, инженерным коммуникациям в ультразвуковом (УЗ) диапазоне частот, телефонной линии с вызовом от внешнего телефонного абонента.

Прием информации, передаваемой закладными устройствами, осуществляется, как правило, на специальные приемные устройства, работающие в соответствующем диапазоне длин волн. Однако существуют исключения из этого правила. Так, в случае передачи информации по телефонной линии с вызовом от внешнего абонента прием можно осуществлять с обычного телефонного аппарата.

Использование портативных диктофонов и закладных устройств требует проникновения в контролируемое помещение. В том случае, когда это не удается, для перехвата речевой информации используются направленные микрофоны [1].

1.2 Закладные устройства

Радиоэлектронные закладные устройства представляют собой организованный канал несанкционированного получения и передачи в пункт приема аудиовизуальной или обрабатываемой с помощью радиоэлектронной аппаратуры и передаваемой информации в сетях связи.

Закладные устройства можно классифицировать по нескольким признакам:

-    радиозакладные устройства, излучающие в эфир;

-        закладные устройства, не излучающие в эфир (с передачей перехваченной информации по сетям связи, управления, питания и т.д.);

-        радиозакладные устройства с переизлучением;

-        закладные устройства с передачей перехваченной информации по стандартному телефонному каналу.

В первую группу входят радиозакладные устройства, предназначенные для получения аудиоинформации по акустике помещения, телевизионные закладные устройства, предназначенные для получения аудио - и визуальной информации, и радиозакладные устройства в телефонных линиях связи, устройствах обработки и передачи информации, сетях питания и управления. Передача перехваченной информации происходит радио - или телевизионным радиосигналом.

К закладным устройствам с передачей информации без излучения в эфир можно отнести группу закладных устройств в линиях связи, питания, управления и охранной сигнализации с использованием этих линий связи для передачи перехваченной информации.

В ряде закладных устройств передача перехваченной информации осуществляется по стандартному телефонному каналу. Это так называемые закладки типа «длинное ухо», «с искусственно поднятой трубкой».

Существует целая группа закладных устройств, обеспечивающих получение информации по акустике помещения за счет модуляции акустическим сигналом отраженного микроволнового или ИК-сигналов от элементов, на которые воздействует акустический сигнал. Это могут быть: стекла, окна, различные перегородки, резонаторы, специальные схемы и т. д.

Проявление рассмотренных выше групп закладных устройств при их передаче перехваченной информации различно, т.к. они могут проявляться в радиодиапазоне, как радиоизлучения с различными видами модуляции или кодирования, в ИК-диапазоне как низкочастотные излучения в линиях связи, управления, питания, в стандартных телефонных каналах или в виде облучающих сигналов.

В зависимости от предназначения закладных устройств выделяется прежде всего «зона несанкционированного получения информации». Это может быть воздушное пространство (для воздушной акустической волны), несущие конструкции, трубы водопроводной или паровой сети для структурной акустической волны, элементы тракта обработки и передачи информации и т.п [1].

а)   Исполнение:

-         в виде технических модулей закамуфлированных под технические элементы и устройства, элементы одежды, бытовые предметы.

б)   Мощность излучения:

-         до 10 мВт - малая;

-        от 10 до 100 мВт - средняя;

-        более 100 мВт - большая;

-        с регулируемой мощностью излучения.

в)   Используемый вид модуляции:

-    AM, FM, TNFM, WFM;

-        с частотной мозаикой;

-        инверсия спектра;

-        дельта-модуляция (адаптивная дельта-модуляция);

-        шумоподобные сигналы.

г)   По стабилизации частоты:

-    нестабилизированные;

-        со схемотехнической стабилизацией частоты;

-        с кварцевой стабилизацией.

Один из ограничивающих моментов использования закладных устройств - гарантированная дальность перехвата информации. Эта дальность в ряде случаев является определяющей в организации поиска закладных устройств.

1.3 Радиомикрофоны

Принцип действия радиозакладок микрофонного типа основан на преобразовании акустических сигналов с помощью микрофона в электрические сигналы и передачи их по радиоканалу на приемное устройство [2]. Радиомикрофоны являются самыми распространенными техническими средствами ведения коммерческой разведки. Их популярность объясняется прежде всего удобством их оперативного использования, простотой применения (не требуется длительного обучения персонала), дешевизной, очень небольшими размерами. В общем виде структурная схема радиомикрофона приведена на рисунке 1.

В самом простом случае радиомикрофон состоит из собственно микрофона, т.е. устройства для преобразования звуковых колебаний в электрические, а также радиопередатчика - устройства, излучающего в пространство электромагнитные колебания радиодиапазона (несущую частоту), промодулированные электрическими сигналами с микрофона. Микрофон определяет зону акустической чувствительности (обычно она колеблется от нескольких до 20 - 30 метров), радиопередатчик - дальность действия радиолинии. Определяющими параметрами с точки зрения дальности действия для передатчика являются мощность, стабильность несущей частоты, диапазон частот, вид модуляции.

Рисунок 1 - Структурная схема радиомикрофона

Существенное влияние на длину радиоканала оказывает, конечно, и тип радиоприемного устройства. Устройство управления не является обязательным элементом радиомикрофона. Оно предназначено для расширения его возможностей: дистанционного включения-выключения передатчика, микрофона, записывающего устройства, переключения режимов. Могут быть предусмотрены режимы: включения по голосу, режим записи в реальном времени, режим ускоренного воспроизведения и т.д. Устройство записи также не является обязательным элементом. В качестве источника питания могут служить автономные источники питания, электрическая и телефонная сети [2].

В системах связи в качестве управляющих колебаний используются разнообразные первичные электрические сигналы (ПЭС): телефонные, телеграфные, телевизионные и др.

В качестве несущих широко применяются гармонические сигналы, собственная частота которых значительно превосходит верхнюю частоту  спектра модулирующего колебания. Это означает, что по отношению к несущему колебанию модулирующее колебание медленно изменяет свои значения во времени. Медленность изменения  подчеркивает, что на период модулирующего колебания приходятся тысячи, сотни тысяч и более периодов несущего колебания. При этом с одной стороны обеспечивается достаточно полное отображение модулирующего колебания в несущем колебании, а с другой, обусловливается узкополосность спектра модулированного колебания.

Таким образом, для передачи информации, содержащейся в ПЭС, используется вспомогательное несущее колебание, выполняющее роль переносчика сообщения

(1)

Обычно полагают, где - наивысшая гармоника ПЭС.

Процесс изменения одного или нескольких параметров высокочастотного (несущего) колебания в соответствии с первичным (модулирующим) сигналом называется модуляцией. Дискретную модуляцию обычно называют манипуляцией.

При модуляции информационными параметрами несущего колебания  могут быть амплитуда , частота  или фаза , которые изменяются в соответствии с модулирующим сигналом , поэтому различают амплитудную модуляцию (АМ), частотную модуляцию (ЧМ) и фазовую модуляцию (ФМ).

В модулируемых колебаниях изменяемые параметры имеют вид:

-        при амплитудной модуляции - ;

-        при частотной модуляции - ;

-        при фазовой модуляции - ,

где - приращения, пропорциональные модулирующему колебанию   - коэффициент пропорциональности [2,3].

Устройство для получения результирующего (модулированного) сигнала называется модулятором (рисунок 2), на один вход которого подается несущее (модулируемое) колебание, на второй вход первичный (модулирующий) сигнал .

Рисунок 2 - Обобщенная схема модулятора

2.2 Амплитудная модуляция гармонической несущей

Амплитудная модуляция - процесс изменения амплитуды несущего колебания, соответствующего изменению непрерывного информационного сигнала [3, 4].

При амплитудной модуляции мгновенная амплитуда несущего колебания:

(2)

где  - амплитуда несущей;  - коэффициент пропорциональности, выбираемый так, чтобы амплитуда  всегда была положительной. Частота и фаза несущего гармонического колебания при AM остаются неизменными.

Для математического описания AM сигнала в (2) вместо коэффициента  , зависящего от конкретной схемы модулятора, вводится индекс модуляции:

(3)

т.е. отношение разности между максимальным и минимальным значениями амплитуд AM сигнала к сумме этих значений. Для симметричного модулирующего сигнала  AM сигнал также симметричный, т.е. . Тогда индекс модуляции равен отношению максимального приращения амплитуды, к амплитуде несущей.

(4)

Физически индекс модуляции характеризует собой глубину амплитудной модуляции и может изменяться в пределах .

Таким образом, для любого AM сигнала справедливо:

(5)

Амплитудная модуляция гармоническим колебанием. В простейшем случае модулирующий сигнал является гармоническим колебанием с частотой . При этом выражение

(6)

соответствует однотональному AM сигналу, представленному на рисунке 3 .

Однотональный AM сигнал можно представить в виде суммы трех гармонических составляющих с частотами:  - несущей;  - верхней боковой и  - нижней боковой:

(7)

Спектральная диаграмма однотонального AM сигнала, построенная по (7), симметрична относительно несущей частоты  (рисунок 3, в). Амплитуды боковых колебаний с частотами  и  одинаковы и даже при  не превышают половины амплитуды несущего колебания .

Гармонические модулирующие сигналы и соответственно однотональный AM сигнал на практике встречаются редко. В большинстве случаев модулирующие первичные сигналы  являются сложными функциями времени (рисунок 4, а). Любой сложный сигнал  можно представить в виде конечной или бесконечной суммы гармонических составляющих, воспользовавшись рядом или интегралом Фурье. Каждая гармоническая составляющая сигнала  с частотой  приведет к появлению в AM сигнале двух боковых составляющих с частотами .

Рисунок 3 - Временные и спектральные диаграммы процесса формирования АМ гармонического колебания

Множеству гармонических составляющих в модулирующем сигнале с частотамибудет соответствовать множество боковых составляющих с частотами. Для наглядности такое преобразование спектра при AM показано на рисунке 4,б. Спектр сложномодулированного AM сигнала, помимо несущего колебания с частотой , содержит группы верхних и нижних боковых колебаний, образующих соответственно верхнюю боковую полосу и нижнюю боковую полосу AM сигнала.

Рисунок 4 - Временные и спектральные диаграммы АМ сигнала

При этом верхняя боковая полоса частот является масштабной копией спектра информационного сигнала, сдвинутого в область высоких частот на величину . Нижняя боковая полоса частот также повторяет спектральную диаграмму сигнала  но частоты в ней располагаются в зеркальном порядке относительно несущей частоты .

Ширина спектра AM сигнала  равна удвоенному значению наиболее высокой частоты спектра модулирующего низкочастотного сигнала, т. е. .

Наличие двух боковых полос обусловливает расширение занимаемой полосы частот примерно в два раза, по сравнению со спектром информационного сигнала. Мощность, приходящаяся на колебание несущей частоты, постоянна. Мощность, заключенная в боковых полосах, зависит от индекса модуляции и увеличивается с увеличением глубины модуляции. Однако даже в крайнем случае, когда , только  всей мощности колебания приходится на две боковые полосы [6].

3. Практическая часть

3.1 Характеристика радиомикрофона с амплитудной модуляцией

Схема (рисунок 5) [7] AM передатчика на двух транзисторах позволяет создать простой передатчик для экспериментов с радиомикрофоном.

Рисунок 5 - Схема средневолнового радиомикрофона с амплитудной модуляцией

Рабочий диапазон частот передатчика составляет от 500 до 1500 кГц. Его достоинством является то, что диапазон средних волн, в котором он работает, в настоящее время практически пуст, в отличие от УКВ диапазона от 88 до 108 МГц. Поэтому дальность распространения, качество сигнала можно оценить без опасения, что сигнал будет забит мощной помехой.

В качестве приемника можно использовать любой от ламповой радиолы до цифрового тюнера, имеющий диапазон средних волн (СВ или MW).

На транзисторе VT1 выполнен классический УНЧ (усилитель низких частот) с общим эмиттером, который усиливает сигнал электретного микрофона ВМ1. Через регулятор глубины модуляции на резисторе R7 сигнал поступает на базу автогенератора VT2, выполненного по схеме с общей базой. Для сигналов звуковой частоты VT2 включен по схеме с общим коллектором, ток звуковой частоты через него пропорционален величине входного НЧ сигнала. Конденсатор С5 заземляет базу транзистора VT2 по высокой частоте, конденсатор С7 обеспечивает обратную связь для работы автогенератора. Катушка L1 может быть любой, в том числе и стандартным дросселем. В качестве антенны WA1 используется изолированный провод возможно большей длины. Если L1 выполнить на ферритовом стержне (например, диаметром 8 мм длиной 100 мм магнитной проницаемостью 600НН, как магнитную антенну средневолнового приемника), то такая антенна, в отличие от длинного провода, будет обладать выраженными направленными свойствами.

Заключение

В связи с тем, что в современном обществе конфиденциальная информация особой ценности обычно передаётся напрямую от одного человека к другому по средствам речи, то радиозакладки являются основным способом негласного получения этой информации. Поэтому возникает проблема защиты информации от утечки по речевому каналу и в частности от её съёма при помощи закладных устройств. Конечно, основным способом защиты будет не допускать возможность установки данных устройств там, где будет возможен съём информации. Для этого нужно создать контролируемую зону. В государственных учреждениях и крупных предприятиях это не является серьёзной проблемой, но так же существует множество небольших организаций, которые просто не могут себе позволить создание контролируемой зоны, а так же организаций, специфика работы которых не позволяет использовать данное средство защиты. В таком случае для защиты от радиозакладок необходимо знать их принципы работы, характеристики и возможности, это позволит эффективно противодействовать таким устройствам, а так же облегчит их поиск.

Библиографический список

1.   Бузов Г. А., Калинин СВ., Кондратьев А. В. Защита от утечки информации по техническим каналам: Учебное пособие. / М.:, 2005. С.5-10.

2.       Зайцев А.П., Шелупанов А.А., Мещеряков Р.В. и др. Технические средства и методы защиты информации: Учебник для вузов / М.: ООО «Издательство Машиностроение», 2009. С.69,145.

.         Зюко А.Г., Кловский Д.Д., Коржик В.И., Назаров М.В Теория электрической связи. Учебник для вузов. / М.: Радио и связь, 1999. С.23,24,82 - 86.

4.   Конспект лекций по курсу теория электрической связи. [Электронный ресурс]. URL: http://library.tuit.uz/lectures/TPS/teoriya_elektr_svayzi.htm (дата обращения: 29.11.2012).

5.   Васильев К.К., Глушков В.А., Дормидонтов А.В., Нестеренко А.Г. Теория электрической связи:Учебное пособие. // Ульяновск: -УлГТУ, 2008. С.65 - 69.

6.       Корякин-Черняк С. Л. Как собрать шпионские штучки своими руками. / СПб.: Наука и техника,2010. С.51 - 52.