Результаты измерений уровней ПЭМИ видеосистемы ПЭВМ

Министерство образования и науки Российской Федерации

Национальный исследовательский университет «МИЭТ» Факультет Микроприборов и технической кибернетики Кафедра «Информационная безопасность»

ДИСЦИПЛИНА

«Инженерно-техническая защита информации»

Домашнее задание № 1

Студент МП-33 учебной группы/Двинских А.Э. /

подпись (фамилия, инициалы)

Проверил профессор / Хорев А.А. /

должность подпись (фамилия, инициалы)

Москва 2013 г

ЗАДАЧА № 1

Рассчитать размер зоны 2 для СВТ в режиме вывода информации на экран монитора для пороговой вероятности правильного обнаружения сигнала Р_по = 0,3, вероятности ложной тревоги Р_лт = 10^-3 и времени сохранения статического изображения на мониторе 2 минуты ( ).

Допущения:

1. Критерий обнаружения – Критерий Неймана-Пирсона.

2. Полоса пропускания разведывательного приемника равна ширине спектра сигнала , т.е. .

Исходные данные для расчета:

1. Средство перехвата - разведывательный приемник R-150S с активной широкодиапазонной антенной R&S НЕ 500

2. Результаты измерений ПЭМИ:

Тестовый режим работы монитора «точка через точку».

Расстояние измерительной антенны от ПЭВМ 1 м.

Погрешность калибровки измерительной антенны ε_а = 2 дБ.

Погрешность измерительного приемника ε_ип = 2 дБ.

Результаты измерений:

Тактовая частота сигнала F_п = 74,2 МГц.

Длительность импульса τ_и = 0,8333 10^-8 с.

Частота кадров F_к = 60 Гц.

Таблица 1-Результаты измерений уровней ПЭМИ видеосистемы ПЭВМ

Частота измерения f, МГц	Измеренный уровень напряженности электрического поля сигнала, излучаемого СВТ при включенном тест-сигнале Еи,	Измеренный уровень напряженности помех по электрическому полю при выключенном тест-сигнале Еп,
мкВ/м	мкВ/м
74,248	94,41	18,84
222,744	52,48	13,34
371,240	57,54	8,91
519,736	30,55	11,48
668,232	16,22	11,75
816,728	11,89	8,91
1113,720	17,58	6,68
1262,216	15,85	6,46

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ

1. Расчет порогового отношения сигнал/шум, d (d - энергетического отношения сигнал/шум на входе разведывательного приемника)

,

где – интеграл вероятности;

– функция, обратная ;

Р_по - пороговая вероятность правильного обнаружения сигнала (Р_по = 0,3);

Р_лт - вероятность ложной тревоги (Р_лт = 10^-3);

N – количество осредненных импульсов, ;

- частота кадровой развертки монитора, Гц;

- время стабильности перехватываемого изображения, с.

Примечание: Значения Ф(х) и Ф^-1(х) берутся из справочников.

Контрольный расчет

.

2. На основе данных частот измерения (табл.2):

2.1. Рассчитать номер частотного интервала j, которому принадлежит частота измерения f_j и значения граничных частот частотных интервалов ( f_нj - нижняя граничная частота интервала, f_вj – верхняя граничная частота интервала) по формулам

;

;

;

,

где - номер частоты спектральной составляющей ПЭМИ;

- частота i-й спектральной составляющей ПЭМИ, МГц;

- длительность импульсов тест-сигнала, с;

Контрольный расчет

, МГц.

.

Рассчитанные значения j, f_нj и f_вj заносятся в табл. 2.

Таблица 2 - Рассчитанные значения j, f_нj и f_вj

Номер частотного интервала, j	Номер частоты в пределах частотного интервала, i	Частота измерения fi, МГц	Нижняя граничная частота интервала fнj, МГц	Верхняя граничная частота интервала fвj, МГц
		74,248	0,01	120,4819277
		222,744	120,4819277	240,9638554
		371,24	240,9638554	481,9277108
		519,736	481,9277108	602,4096386
		668,232	602,4096386	843,373494
	816,728
		1113,72	843,373494	1325,301205
	1262,216

2.3. Рассчитать средние частоты частотных интервалов , МГц

,

где j – номер частотного интервала.

Контрольный расчет

Аналогично получаем:

=60 МГц

=180 МГц

=362 МГц

=542 МГц

=732 МГц

=1084 МГц

2.4. Рассчитать среднеквадратическую погрешность измерительного тракта по формуле

,

где - среднеквадратическая ошибка калибровки измерительной антенны, дБ;

- среднеквадратическая ошибка измерения амплитуды сигнала измерительным приемником, дБ.

Контрольный расчет

.

2.5. Рассчитать уровни напряженности информативных сигналов на измеренных частотах E_cj в пределах частотных интервалов с учетом погрешностей измерительного тракта по формуле

, (16)

где - максимально возможный уровень напряженности поля информативных сигналов ПЭМИ за период измерений на i-й частоте, мкВ/м;

- измеренное значение напряженности поля информативного сигнала ПЭМИ на i-й частоте при включенном тесте, мкВ/м;

- измеренное значение напряженности поля на i-й частоте при выключенном тесте, мкВ/м.

. Контрольный расчет

Рассчитанные значения Е_сj заносятся в табл. 3.

Таблица 3 - Рассчитанные значения Е_сj

Номер частотного интервала, j	Номер частоты в пределах частотного интервала, i	Частота измерения fi, МГц	Уровни напряженности информативных сигналов на измеренных частотах с учетом погрешностей измерения Eci, мкВ/м
		74,248	128,60
		222,744	71,24
		371,24	78,57
		519,736	41,00
		668,232	20,50
	816,728	14,93
		1113,72	23,58
	1262,216	21,20

3. Расчет коэффициента затухания на трассе СВТ – средство разведки

А. Если частота обнаруженного сигнала ПЭМИ ниже частоты , то коэффициент затухания рассчитывается по формуле:

.

Б. Если частота обнаруженного сигнала ПЭМИ удовлетворяет условию , то коэффициент затухания рассчитывается по формуле:

где f - частота измеренного сигнала, МГц;

r - расстояние, на котором оценивается ослабление электромагнитного поля, м.

Расчет производить начиная с r = 1 м с шагом 5 м до значения r, при котором выполняется условие q £ d.

Контрольный расчет

Расчет начинается с r = 1 м.

Для первого частотного интервала:

Для второго частотного интервала:

Для третьего частотного интервала:

Таблица 4 - Коэффициенты затухания ПЭМИ на трассе СВТ – средство разведки.

Номер частотного интервала, j	Номер частоты в пределах частотного интервала, i	Частота измерения fi, МГц	Значение коэффициента затухания Vr, на расстояние r, м
		74,248
		222,744			80,81026	121,22
		371,24		24,24308	48,49	72,73
		519,736		17,31648	34,63	51,95
		668,232		13,46838	26,94	40,41
	816,728		11,02	22,04	33,06
		1113,72		8,08	16,16	24,24
	1262,216		7,13	14,26	21,39

4. Значения калибровочного коэффициента антенны берем из рис. 2 – 4 и заносим в табл. 5

Таблица 5 - Значения калибровочного коэффициента антенны

Номер частотного интервала, j	Номер частоты в пределах частотного интервала, i	Частота измерения fi, МГц	Значения калибровочного коэффициента антенны Kai, дБ (1/м)
		74,248
		222,744
		371,24
		519,736
		668,232
	816,728
		1113,72
	1262,216

Если не известно значение калибровочного коэффициента, но известно значение коэффициента усиления антенны , дБ, калибровочный коэффициент рассчитывается по формуле

.

5. По расчитанным значениям принадлежности измеренных частот номерам чатотных интервалов и значениям граничных частот частотных интервалов (табл. 5) рассчитать уровень напряжения сигнала на входе разведывательного приемника по формуле

,

где - значение калибровочного коэффициента (логарифмического) антенны средства разведки, измеренного на i – й частоте, дБ (относительно 1/м).

Расчет производить начиная с r = 1 м с шагом 5 м до значения r, при котором выполняется условие q £ d.

Контрольный расчет

Для r = 1

Рассчитанные значения заносим в табл. 6 .

Таблица 6 - Рассчитанные значения

Номер частотного интервала, j	Средняя частота частотного интервала , МГц	Уровень напряжения сигнала на входе разведывательного приемника , мкВ, на расстоянии r, м
		9,10	0,36	0,09	0,04
		8,97	0,36	0,11	0,07
		15,68	0,65	0,32	0,22
		14,55	0,84	0,42	0,28
		2,79	0,21	0,11	0,07
		3,83	0,49	0,25	0,16

6. Значения спектральной чувствительности на частоте для антенны HE 500 берем из рис. 2 – 7 и заносим в табл. 7.

Таблица 7 - Значения спектральной чувствительности

Частота измерения fj, МГц	Номер частотного интервала, j	Значения спектральной чувствительности антенны на частоте , дБ ( )	Значения калибровочного коэффициента антенны Kaj, дБ (1/м)
74,248		-22
222,744		-28
371,24		-38
519,736		-45
668,232		-25
816,728
1113,72		-30
1262,216

8. Спектральная плотность мощности шумов приемника

9. Для каждого i-го частотного интервала рассчитывается отношение сигнал/шум (q_j )

,

где - спектральная чувствительность антенны, измеренная при отношении сигнал/шум и полосе пропускания измерительного приемника ) на средней частоте j – го частотного интервала , дБ (относительно ).

- значение калибровочного коэффициента (логарифмического) антенны средства разведки, измеренного на средней частоте j – го частотного интервала, дБ (относительно 1/м).

- уровень собственных шумов приемного устройства, измеренный на средней частоте j – го частотного интервала при полосе пропускания DF = 1 Гц, дБм (дБ относительно 1 мВт/Гц).

Расчет производить начиная с r = 1 м с шагом 5 м до значения r, при котором выполняется условие q £ d.

Контрольный расчет

Для r = 1 и первого частотного интервала

Результаты расчетов заносим в табл. 8

Таблица 8 - Отношения сигнал/шум (q_i ) на входе разведывательного приемника

Номер частотного интервала, j	Средняя частота частотного интервала , МГц	Отношение сигнал/шум на расстоянии ri, м
		0,043	0,000	0,000	0,000
		0,065	0,000	0,000	0,000
		0,380	0,001	0,000	0,000
		0,865	0,003	0,001	0,000
		0,012	0,000	0,000	0,000
		0,023	0,000	0,000	0,000

Сравниваем рассчитанное значение с пороговым d.

Если , то считаем, что r = 1 м.

Если условие не выполняется, то изменяем значение r , начиная с r = 5 м, r = 10 м, r = 15 м, r = 20 м и т.д. И проводим повторные расчеты в соответствии с п. 3 – 6.

Расчеты проводятся до тех пор пока для каждого частотного интервала не будет выполняться условие .

Результаты расчетов заносим в таблицу 9.

Таблица 9

Номер частотного интервала, j	Средняя частота частотного интервала , МГц	Минимальное значение r, при котором выполняется условие

10. Выбираем из табл.9 максимальные значения r_i и принимаем его за размеры зоны R2

ЗАДАЧА №2

Рассчитать размер зон r1 и r1’ для СВТ в режиме вывода информации на экран монитора для пороговой вероятности правильного обнаружения сигнала Р_по = 0,3, вероятности ложной тревоги Р_лт = 10^-3 и времени сохранения статического изображения на мониторе 2 минуты ( ).

Длина пробега линии ВТСС до выхода за пределы контролируемой зоны – 30 м.

Допущения:

1. Критерий обнаружения – Критерий Неймана-Пирсона.

2. Полоса пропускания разведывательного приемника равна ширине спектра сигнала , т.е. .

Исходные данные для расчета:

1. Средство перехвата - разведывательный приемник R-150S с активной широкодиапазонной антенной R&S НЕ 500

2. Результаты измерений ПЭМИ:

Тестовый режим работы монитора «точка через точку».

Расстояние измерительной антенны от ПЭВМ 1 м.

Погрешность калибровки измерительной антенны ε_а = 2 дБ.

Погрешность измерительного приемника ε_ип = 2 дБ.

Результаты измерений:

Тактовая частота сигнала F_п = 74,2 МГц.

Длительность импульса τ_и = 0,8333 10^-8 с.

Частота кадров F_к = 60 Гц.

Таблица 1

Результаты измерений уровней ПЭМИ видеосистемы ПЭВМ

Частота измерения f, МГц	Измеренный уровень напряженности электрического поля сигнала, излучаемого СВТ при включенном тест-сигнале Еи,	Измеренный уровень напряженности помех по электрическому полю при выключенном тест-сигнале Еп,
мкВ/м	мкВ/м
74,248	94,41	18,84
222,744	52,48	13,34
371,240	57,54	8,91
519,736	30,55	11,48
668,232	16,22	11,75
816,728	11,89	8,91
1113,720	17,58	6,68
1262,216	15,85	6,46

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ

Расчет зоны r1

1. Расчет порогового отношения сигнал/шум приведен в п. 1 задачи № 1, .

2. На основе результатов расчетов, приведенных в задаче №1:

2.1. Рассчитанные значения j, f_нj и f_вj приведены в табл. 2.

Таблица 2

Номер частотного интервала, j	Номер частоты в пределах частотного интервала, i	Частота измерения fi, МГц	Нижняя граничная частота интервала fнj, МГц	Верхняя граничная частота интервала fвj, МГц
		74,248	0,01	120,4819277
		222,744	120,4819277	240,9638554
		371,24	240,9638554	481,9277108

2.2. Средние частоты частотных интервалов: =60 МГц, =181 МГц, =361 МГц.

2.3. Среднеквадратическая погрешность измерительного тракта .

2.4. Рассчитанные значения Е_сj приведены в табл. 3.

Таблица 3

Номер частотного интервала, j	Номер частоты в пределах частотного интервала, i	Частота измерения fi, МГц	Уровни напряженности информативных сигналов на измеренных частотах с учетом погрешностей измерения Eci, мкВ/м
		74,248	128,60
		222,744	71,24
		371,24	78,57

3. Расчет коэффициента затухания на трассе СВТ – средство разведки

А. Если частота обнаруженного сигнала ПЭМИ ниже частоты , то коэффициент затухания рассчитывается по формуле:

.

Б. Если частота обнаруженного сигнала ПЭМИ удовлетворяет условию , то коэффициент затухания рассчитывается по формуле:

где f - частота измеренного сигнала, МГц;

r - расстояние, на котором оценивается ослабление электромагнитного поля, м.

Контрольный расчет

Расчет начинается с r = 0,5 м.

Для первого частотного интервала:

Для второго частотного интервала:

Для третьего частотного интервала:

Рассчитанные значения V_r, заносятся в табл. 4

Таблица 4

Номер частотного интервала, j	Номер частоты в пределах частотного интервала, i	Частота измерения f, МГц	Значение коэффициента затухания Vr, на расстояние r, м
0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	…	2,0	2,1
		74,248	0,25	0,36	0,49	0,64	0,81	…	4,0	4,41
		222,744	0,25	0,36	0,49	0,64	0,81	…	4,0	4,41
		371,24	0,25	0,36	0,49	0,64	0,81	…	4,0	4,41

4. Рассчитывается затухание наведенного сигнала в соединительной линии ВТСС до выхода ее за пределы контролируемой зоны , дБ,

,

где L - длина пробега линии ВТСС до выхода за пределы контролируемой зоны, м.

Контрольный расчет

Для первого интервала:

Рассчитанные значения затухания в i-х частотных интервалах приведены в табл. 5

Таблица 5

Номер частотного интервала, j	Частота измерения fi, МГц	Номер частоты в пределах частотного интервала, i	Затухание наведенного сигнала в соединительной линии ВТСС, дБ
	74,248		10,93
	222,744		21,25
	371,24		28,94