Системы защиты электронных средств

Материал из Национальной библиотеки им. Н. Э. Баумана
Последнее изменение этой страницы: 16:36, 14 ноября 2016.


Если процесс проектирования средств защиты РЭС, ОЭС и АЭС осуществляется по нисходящей технологии и представляет собой реализацию операционной процедуры принятия проектных решений в соответствии с определенными критериями, то техническое задание на объект проектирования содержит следующие основные данные:

  • значение критерия, определяющего существование КПС (вероятность обнаружения, распознавания, эффективность и т.п.);
  • ограничение на массу, объем, предельные габариты, энергопитание;
  • условия применения (температура окружающей среды и т.п.);
  • подмножество признаков из поля признаков в пространстве предметов, подлежащих идентификации объектом проектирования с заданной вероятностью (плотностью вероятности);
  • описание возмущающих воздействий в виде фоновой обстановки, активных помех и параметров турбулентного слоя пространства;
  • описание возмущающих воздействий в виде совокупности механических воздействий (вибрации, микроудары и т.п.);
  • описание основной связи между параметром (либо группой параметров) источника (источников) полезного сигнала, фона, шума, активных помех и выходным сигналом (либо группой выходных сигналов) в объекте защиты, сформулированной в форме математического ожидания дисперсии.

При восходящей технологии проектирования, перечисленные данные дополняются:

  • ограничениями в виде требований на отдельные компоненты объекта проектирования (средств защиты) и элементную базу компонент;
  • ориентировочными значениями конструктивных параметров компонент объекта проектирования (средств защиты).

Xapaктepиcтикa модельного представления РЭС, ОЭС и АЭС, как объектов защиты

На рисунках 1, 2 и 3 представлены обобщенные структурные схемы КПС с РЭС, АЭС и ОЭС.

Рис. 1. Структура КПС с АЭС
Рис. 2. Структура КПС с РЭС
Рис. 3. Структура КПС с ОЭС

Анализ схем показывает, что объектом защиты является система с компонентами преобразования сигналов разной физической природы. Система, как объект проектирования, представляет собой взаимосвязанную совокупность радиотехнических, акустических, оптических, электронных, механических и алгоритмических компонент, преобразующих сигналы переменной размерности (рис. 4).

Рис. 4. Схема тракта КПС, осуществляющего преобразование пространственно-временных сигналов

Входные сообщения КПС кодируются многомерными, либо одномерными сигналами, физическим носителем которых является электромагнитное и акустическое излучение. Система преобразует входные сообщения либо в управляющее воздействие, либо в выходные сообщения, кодируемые одномерными временными, либо многомерными сигналами (пространственными, пространственно-временными). Компонентами КПС с РЭС, ОЭС и АЭС в самом общем случае являются:

  • источник сигнала;
  • слой пространства;
  • оптическая (антенная) подсистема;
  • анализатор изображения (сканер, кодер);
  • сканирующее устройство;
  • приемник (детектор) излучения;
  • электронный тракт;
  • восстанавливающее звено (декодер);
  • линия связи.

Источник сигнала

Может быть первичным (собственное излучение), либо вторичным (отраженное излучение). Рассматривается, как носитель полезного сообщения, либо пространственная (фоновая) помеха. Источник сигнала может быть многомерным, либо одномерным и описываться в трех приближениях: когерентное, частично-когерентное и некогерентное.

В когерентном приближении источник имеет детерминированное описание, в частично-когерентном он описывается функцией взаимной корреляции (когерентности), некогерентное приближение рассматривается как частично-когерентное, когда спектральная плотность имеет равномерное распределение.

Слой пространства

Может являться областью воздействия активных и пассивных помех. На системо-техническом уровне (т.е. в модели "черный ящик") определяетс, как пространственный фильтр с распределенными конструктивными параметрами. Различаются свободный (в когерентном приближении) и турбулентный (в частично-когерентном приближении) слой пространства, характеризуемые комплексным коэффициентом пропускания и передаточной функцией.

В некогерентном приближении, слой пространства характеризуется вещественным коэффициентом пропускания. Основные конструктивные параметры слоя пространства - длина и наклон трассы, диаметр зрачка входа (апертуры) последующей фокусирующей компоненты. В случае, если слой пространства частично или полностью заполнен земной атмосферой, конструктивными параметрами являются высота над уровнем моря, параметры международной стандартной атмосферы, плотность инородных включений и характер этих включений. Если слой пространства - водная среда, его модель также рассматривается, как "черный ящик".

Оптическая (антенная) подсистема

Всегда является объектом проектирования. Определяется как пространственный фильтр с сосредоточенными параметрами.

Конструктивными параметрами для оптических компонент являются коэффициенты ряда, заисывающего частотно-контрастную и фазово-частотные характеристики, а также коэффициенты ряда, связывающего выражение для функции зрачка (в зрачковых координатах и аберционным полиномом 5 порядка). Кроме того,в состав конструктивных параметров системо-технического уровня входят:

  • В ОЭС - диаметр зрачка входа, эквивалентное фокусное расстояние, спектральное пропускание, увеличение.
  • В РЭС и АЭС с линзами Люненберга - аналогично, диаметр зрачка входа, эквивалентное фокусное расстояние, спектральное пропускание и увеличение.

Анализатор изображения (сканер, кодер)

Моделируются, как преобразователи пространственного сигнала во временной области, путем сканирования пространства предметов.

Рис. 5. Методы сканирования в КПС

Сканирующее устройство

Всегда является объектом проектирования. Предназначен для кодирования подмножества признаков в пространстве предметов в виде одной или нескольких временных кодовых последовательностей, передаваемых параллельно, параллельно-последовательно, последовательно (рис. 5).

Анализатор изображения (сканирующее устройство) меняет размерность сигнала, преобразуя пространственный сигнал во временной. Конструктивными параметрами являются параметры, определяющие совокупность анализирующих элементов, называемую в дальнейшем термином "растр", и параметры закона анализа изображения (сканирования), с помощью которых определяется алгоритм сенсибилизации анализирующих элементов.

где - поток на выходе кодера;
- освещенность (распределение интенсивности потока излучения) в плоскости изображения;
- импульсный отклик (аппаратная функция) кодера (сканера);

- закон сканирования (развертки),

где - учитывает линейное сканирование,
- вращательное сканирование.

С учетом преобразования сигнала в пространственно-временном тракте при линейном сканировании в целом можно принять модель:

где - спектральный коэффициент пропускания пространства;
- линейное увеличение фокусирующей системы;
- задний апертурный угол фокусирующей системы;
- спектральное максимальное значение яркости предмета;
- скорость сканирования вдоль оси Х.

Приемник (детектор) излучения

Объектом проектирования, как правило, в подсистеме не является. основные конструктивные параметры относятся к характеристикам чувствительного слоя:

  • спектральная вольтовая чувствительность;
  • обнаружительная способность;
  • спектральная плотность шумов;
  • постоянная времени.

При анализе ОЭС следует различать понятия "приемник излучения" (ПИ) и "фотоприемное устройство" (ФПУ). Последнее понимается как последовательность, содержащая детектор излучения и пространственный, временной и спектральный фильтры. Приемник излучения понимается здесь в соответствии с определением, как детектор излучения. Реальное ФПУ образуется как совокупность звеньев:

  • анализатор изображения (сканер) (пространственно-временной фильтр);
  • приемник (детектор) излучения (энергетический фильтр);
  • временной фильтр;
  • безынерционная нелинейность.

В общем виде модель можно записать в виде:

где - функция, учитывающая пространственные фильтрующие свойства ПИ;
- функция, учитывающая временные фильтрующие свойства ПИ.

Тенденции в развитии микроэлектронике таковы, что чувствительные площадки ПИ обладают достаточно малыми размерами, чтобы считать, что . Кроме того, зависимость чувствительности ПИ от фонового потока при правильном проектировании минимизируется.

Таким образом, модель ПИ рассматривается, как совокупность спектрального и временного фильтров. При этом временные инерционные свойства ПИ приписываются последующему аналоговому электронному тракту ОЭС. Спектральные свойства ОЭС в целом учитываются моделью вида:

где - амплитуда сигнала на выходе ПИ;
- спектральная плотность яркости источника;
- спектральный коэффициент пропускания пространственного тракта ОЭС или РЭС;
- задний апертурный угол фокусирующей системы.

Электронный тракт

Может быть, либо может не быть объектом проектирования. В любом случае он является объектом внедрения с целью постановки помех или перехвата сообщений. различаются аналоговые, аналогово-цифровые, цифровые электронные тракты. на систематическом уровне проектирования представляются, как совокупность фильтров, модуляторо, аналогово-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей. В качестве конструктивных параметров на системо-техническом уровне рассматривается совокупность коэффициентов, с помощью которых образуются ряды, записывающие передаточные функции линеаризированного представления компонент тракта. С учетом выбранного уровня детализации, временной тракт КПС рассматривается в линейном приближении. При этом считается допустимым пренебречь шумами квантования АЦП и ЦАП. Обобщенная модель имеет вид:

где - выходной сигнал;
- входной сигнал;
- аппаратная функция.

Восстанавливающее звено (Декодер)

Всегда является объектом проектирования. Основная функция - преобразование совокупности сигналов, либо одиночного временного сигнала в пространственный (пространственно-временной). Конструктивными параметрами являются параметры, определяющие восстанавливающую апертуру (растр) и закон восстановления изображения, аналогичный закону развертки. Соответствующая модель имеет вид:

где - яркость восстановленного изображения;
- сигнал на выходе временного тракта;
- линейный оператор.

Детальное представление модели имеет вид:

где - закон развертки, соответствующий закону сканирования в кодере;
- аппаратная функция.

Линия cвязи

Всегда является объектом проектирования. Основная функция - передача сигнала на большие расстояния.Характеризуется временной передаточной функцией и распределенными конструктивными параметрами.

Перечисленные компоненты - базовые компоненты пространственно- временного тракта КПС не обязательно определеют ее конфигурацию, то есть каждая из компонент может входить или не входить в состав объекта защиты, либо входить в его состав несколько раз.

См. также