Главная
(495) 740-43-40
доб. 13-10
Регистрация

Особенности выбора нелинейного радиолокатора для поиска закладочных устройств

15.04.2015

Особенности выбора нелинейного радиолокатора для поиска закладочных устройств


Лобашев А.К., к.т.н., доцент

Аверьянов В.С.


Нелинейный радиолокатор (НРЛ) – пожалуй, наиболее «уважаемый» вид поисковой техники. Это обусловлено его неповторимой и уникальной способностью обнаруживать любые радиоэлектронные устройства в строительных конструкциях, предметах интерьера и т. д., что делает НРЛ абсолютно незаменимыми при проведении поисковых мероприятий. Цель этой статьи – оказать помощь техническим специалистам-поисковикам в понимании ряда вопросов, которые могут возникнуть при приобретении и использовании НРЛ.

Эффекты, лежащие в основе нелинейной радиолокации (НР), известны еще с сороковых годов XX века. Так, в 1939 году на судах ВМС США эффект НР называли эффектом «ржавого болта», который приводил к помехам при работе коротковолновых судовых радиостанций. При рассмотрении взаимодействия электромагнитного поля и нелинейного перехода на основе металлических контактов разнородных металлов (включая элементы «ржавчины») все внимание уделялось анализу преобразования частоты на 3-й гармонике. В 70-х годах прошлого века, судя по количеству и объему публикаций, посвященных данной тематике, интенсивность исследований в этой области резко возросла. В печати появились первые данные о создании опытного образца американской нелинейной радиолокационной станцией (РЛС) METTRA с мощностью излучения 1 кВт, несущей частотой 750 МГц и частотой следования импульсов 10 кГц, предназначенной для обнаружения с вертолета замаскированной бронетанковой техники по 3-й гармонике. Аналогичные работы велись и в России. Отметим, что исследования методов и средств НР в это время проводились, прежде всего, с целью создания приборов для обнаружения металлических объектов, скрытых от непосредственного наблюдения.

С тех пор исследованиям методов НР и разработке нелинейных радиолокаторов (НРЛ) посвящено множество работ. Было доказано, что в этом случае для большинства искусственных (технических) объектов проявляется эффект нелинейного рассеяния радиоволн, использование которого дает дополнительные возможности для обнаружения технических, прежде всего – радиоэлектронных, объектов и селекции рассеянных ими сигналов на фоне мешающих отражений от местных предметов и укрывающей поверхности. Объекты, обладающие такими нелинейными свойствами, получили название нелинейных рассеивателей. Это устройства, либо имеющие в своем составе контактирующие металлические части, в месте соприкосновения которых образуется структура «металл – окисел –металл», обладающая нелинейными свойствами, либо содержащие полупроводниковые p-n-переходы (диоды, транзисторы, микросхемы, любую электронику). В общем виде работа НРЛ основана на свойстве полупроводниковых элементов при облучении их зондирующим СВЧ-сигналом переизлучать 2-ю и 3-ю гармоники этого сигнала (рис. 1).


Максимальный отклик от полупроводниковых элементов искусственного происхождения (транзисторов, диодов, микросхем) наблюдается на 2-й гармонике зондирующего сигнала, а при облучении окисных пленок, образованных естественным путем, – на 3-й. Связано это с тем, что несмотря на значительные различия между полупроводниковыми элементами (PN, PIN, JFET, MOSFET и т. д.), все они обладают «чистыми», предсказуемыми характеристиками перехода.

Вольт-амперная кривая для полупроводниковых переходов – «гладкая» и ассиметричная. Для ложных переходов эта кривая нерегулярна, непредсказуема и не может быть описана математической формулой. Вольт-амперная характеристика ложного соединения обычно симметрична (рис. 2).


                           


В настоящее время производится большое количество НРЛ, работающих на частотах от 435 МГц до 3580 МГц. Столь широкий диапазон частот обусловлен разнообразием задач, решаемых различными моделями:

· поиск электронных устройств негласного получения информации

(радиомикрофонов, микрофонных усилителей, диктофонов и т. п.)

в помещениях;

· поиск людей или объектов, отмеченных специальными нелинейными метками (спасательные операции в труднодоступной местности, например в горах, под завалами снега);

· обнаружение мин и взрывных устройств, оснащенных электронными взрывателями (системами инициирования), установленных на поверхности грунта, в грунте (снегу), под покрытиями дороги на объектах.

Мы же остановимся на особенностях выбора НРЛ, используемых для проведения поисковых мероприятий.

Хорошо известно, что наиболее распространенной проблемой, возникающей при использовании НРЛ, являются ложные срабатывания. Обычные бытовые электронные приборы, такие как телефон или электронные часы, будут вызывать срабатывание НРЛ, так как они состоят из электронных компонентов. На практике подобные срабатывания, вызванные бытовыми приборами, легко различимы визуально. Однако ложные срабатывания могут вызываться металлическими объектами (в том числе коррозийными диодами), не содержащими никаких электронных компонентов. Следовательно, качественный НРЛ должен «уверенно» отличать полупроводниковые соединения (нелинейные элементы – н/э) от ложных (коррозийных диодов – к/д). Такая «селекция» в НРЛ происходит, прежде всего, путем сравнения 2-й и 3-й гармоник. При облучении НРЛ полупроводникового перехода (н/э) возникает сильный сигнал на 2-й гармонике и слабый сигнал на 3-й. Ложный переход (к/д) ведет себя иначе: слабый сигнал получается на 2-й, а сильный – на 3-й гармонике (рис. 3).

Конструктивно это реализуется путем применения в НРЛ двух приемных устройств. При этом очень важно, чтобы приемные тракты были хорошо частотно «развязаны» и не оказывали взаимного влияния на работу друг друга. В результате проведенного анализа большого числа НРЛ оказалось, что многие из них не имеют хорошей радиочастотной


                                    


развязки в приемных трактах. Таким образом, даже в случае наличия у прибора возможности приема отклика обеих гармоник иногда бывает трудно отличить настоящий полупроводник от ложного соединения. Поэтому важно, чтобы приемные тракты НРЛ были откалиброваны по 2-й и 3-й гармоникам. Проведенный анализ показал достижения в этой области фирмы REI, в которой разработали и запатентовали подобную технологию, реализованную в НРЛ ORION. Это техническое решение позволяет полностью исключить влияние приемных трактов друг на друга при работе НРЛ.

Другим известным для специалистов критерием для распознавания н/э и к/д является «эффект затухания» (рис. 4).


                                 


Суть эффекта заключается в следующем: при прослушивании демодулированного аудио отклика от настоящего полупроводника по мере приближения к нему антенны НРЛ уровень шумов будет значительно понижаться. Наименьшего значения демодулированный аудиосигнал достигает непосредственно над полупроводниковым соединением. И напротив, по мере удаления от него уровень шума начнет возрастать и постепенно возвращается к нормальному. Теория «эффекта затухания» достаточна проста. Если НРЛ излучает немодулированный сигнал, то сигнал отклика на кратных частотах гармоники также окажется немодулированным, и будет наблюдаться «эффект затухания». Существует несколько моделей НРЛ российского производства (например, НР 900V), в которых реализован режим «20К», который также основан на «эффекте затухания» и используется как способ распознавания типов соединений. Большинство ложных соединений легко распознаются, проявляя «эффект затухания».

При применении НРЛ в поисковых мероприятиях возможно не только обнаружение электронных устройств, но и их «оценочная» классификация при помощи аудио демодуляции. Например, при обнаружении некоторых записывающих устройств можно услышать аудиосигнал записывающей головки. Более того, если НРЛ дает хорошую аудио демодуляцию, то зачастую возможно прослушивание синхронизирующих импульсов при обнаружении видеокамер, а иногда – даже характерных аудиосигналов в электронных устройствах, возникающих из-за фазовых сдвигов. Для этого необходимо иметь достаточный опыт работы с НРЛ для распознавания электронных устройств по характерным аудиосигналам.

Кроме того, при обнаружении ложного соединения несложно отличить его от полупроводника, прослушивая демодулированный аудиосигнал и одновременно производя на него физическое вибрационное воздействие (например, постукивая по «анализируемой» стене резиновым молотком). Ложное соединение отреагирует на подобное воздействие треском в наушниках, тогда как чистый полупроводник при этом будет «молчать».

Для качественной реализации режима прослушивания применяемый НРЛ должен иметь хороший уровень аудио демодуляции как в АМ, так и в FM-режимах, чтобы полностью использовать возможности аудио селекции. В качестве примера приведем НРЛ ORION, где имеется режим непрерывного излучения сигнала с 1 кГц частотной модуляцией. Как показали исследования, проведенные в фирме REI, в этом случае путем прослушивания тонального сигнала через высококачественный приемник достигается наибольшая зона обнаружения. При этом необходимо подчеркнуть, что «дисплейный» индикатор способен отображать незначительный (а значит, и малозаметный) отклик, который может быть воспринят как шум. В то же время прослушиваемый тональный сигнал позволяет достаточно уверенно распознать нелинейное соединение. В качестве вывода отметим, что использование в НРЛ FM-модулированного тона в состоянии значительно расширить пространственный диапазон обнаружения НЛ, но только в том случае, если его приемный тракт обладает качественным аудио демодулятором и хорошей изоляцией от передающего канала. К сожалению, режим тональной модуляции не позволяет отличать полупроводники от ложных соединений.

Большое значение для работы НРЛ имеет режим излучения, который разделяется на импульсный и непрерывный. В НРЛ применяются и те и другие режимы.

Преимуществом импульсного режима является меньшее потребление тока аккумуляторных батарей, что позволяет уменьшить их габаритные размеры и энергоемкость. Как правило, в этом случае выбирается частота «зондирования», приемлемая для восприятия человеческим ухом.

Если частота следования импульсов выше порога частотного диапазона слышимости, то в этом случае для качественной демодуляции аудиосигнала в приборе достаточно применения простейшего АМ-демодулятора. Преимуществом импульсного режима является также большая глубина исследования НРЛ за счет увеличения мощности излучения.

В случае применения в НРЛ режима непрерывного излучения (CW continuous wave) прибором «выдается» непрерывный узкополосный сигнал. Преимуществом является более высокая точность определения места «залегания» искомых полупроводниковых элементов. Но для этого НРЛ непрерывного излучения обязательно должен обладать высококачественными малошумящими усилителями в приемном тракте и хорошим демодулятором для обеспечения качественного прослушивания аудиосигналов. Таким образом, в НРЛ, с нашей точки зрения, необходимом наличие как импульсного, так и непрерывного режимов.

Еще одним важным критерием эффективной работы НРЛ является частотная совместимость. Из-за все возрастающего числа средств радиосвязи и излучений НРЛ с ограниченным частотным диапазоном постоянно конфликтуют с другими электронными устройствами. Так, если частоты, на которых работает НРЛ, уже используются другими передатчиками, его показания будут случайными и ненадежными. Это общая проблема для крупных городов. Анализ показывает, что большинство НРЛ имеют фиксированную частоту излучения. В некоторых приборах реализована возможность выбора одного из нескольких каналов. Следовательно, «идеальный» НРЛ должен работать в широком частотном диапазоне и автоматически находить свободный рабочий канал, чтобы избежать частотного наложения от других передатчиков. Такая задача решена лишь в немногих приборах, одним из которых является НРЛ ORION.

Рассмотрим еще две основные характеристики НРЛ: уровень мощности излучения и чувствительность приемной части прибора. Как показывает проведенный анализ, при сравнении НРЛ многие берут за основу мощность передатчика, так как данная характеристика относительно легка для восприятия применительно к обнаружительной способности прибора. Однако важно иметь в виду, что мощный НРЛ способен вывести из строя другие электронные приборы и нанести вред здоровью человека. Вместе с тем, чувствительность приемника не менее важная характеристика для сравнения при оценке обнаружительной способности НРЛ. Необходимо уяснить, что НРЛ с небольшой мощностью, но качественным чувствительным приемником может обладать более высокими обнаружительными характеристиками и проявить себя в работе гораздо эффективнее, чем прибор с большой мощностью и малочувствительным приемником. Более того, в первом случае при более высокой эффективности вредное воздействие на организм человека оказывается минимальным.

Отметим, что одним из эффективных методов повышения чувствительности приемника является цифровая обработка сигнала (DSP processing), которая позволяет значительно повысить эффективность обнаружения за счет хорошего входного тракта приемника и интегрирования результатов измерений. При этом, для оптимизации использования прибора пользователь может автоматически (или вручную) устанавливать уровень интеграции при цифровой обработки сигнала. Нельзя не упомянуть и об использовании в некоторых НРЛ алгоритмов для автоматического контроля уровня излучения: в том случае, если сигнал на входе приемника слишком велик и возникает перегрузка, прибор автоматически снижает мощность излучения для более точных измерений, а когда уровень принимаемого сигнала возвращается к норме, мощность увеличивается до первоначального значения автоматически. Эти особенности значительно облегчают работу с НРЛ при проведении поисковых мероприятий, исключая необходимость постоянной регулировки. Отметим, что НРЛ ORION – один из немногих приборов, обладающих такой возможностью.

Как отмечают специалисты-практики по проведению поисковых операций, исключительно важными для работы прибора являются эргономические характеристики. С этим нельзя не считаться. Мнение многих специалистов однозначно: если НРЛ неудобен в работе (трудно считывать информацию, тяжелый, громоздкий и т. д.), то его технические параметры (дальность, мощность и т. д.), какими бы высокими они ни были, во многом теряют свою привлекательность, поскольку оператор все равно не сможет провести с помощью такого прибора эффективный поиск. Для проведения поисковых мероприятий на высоком уровне НРЛ должен быть максимально прост и удобен в работе.

Так, работая с НРЛ, очень важно иметь хороший обзор его дисплея для более точной оценки показаний. Если оператор лишен возможности легко считывать информацию с дисплея, это может плачевно отразится на эффективности поисковых мероприятий, ввиду весьма низкой в этом случае способности оператора оценивать и интерпретировать показания прибора. В некоторых приборах дисплей расположен на блоке приемопередатчика, который переносится при помощи ремня на шее или плече пользователя. По нашему мнению, это самый малоэффективный метод отображения информации, так как оператор должен одновременно следить за показаниями прибора и перемещать антенну НРЛ. В других моделях дисплей помещен на рукоятку прибора. Это решение лучше, но если дисплей невыразительный (типа ЖКИ), то достаточно сложно следить за его показаниями во время работы. Наилучшим вариантом представляется достаточно яркий дисплей, размещенный на антенном блоке, следить за показаниями которого можно под разными углами зрения. Дисплей, вмонтированный в антенный блок, позволяет пользователю одновременно следить и за его показаниями и за положением антенны.

Отметим еще два важных «эргономических» аспекта НРЛ: его массу и возможность оператора свободно перемещаться с НРЛ при проведении поиска. Как показывает изучение опыта работы с НРЛ, у некоторых приборах кабели часто переплетаются, задевают за мебель, предметы, сильно мешая работе. НРЛ ОRION один из немногих приборов, в котором эта проблема решена.

Попробуем сделать практически значимые выводы из представленного материала.

· для улучшения работы НРЛ приемные тракты прибора в обязательном порядке должны быть «качественно» откалиброваны по 2-й и 3-й гармоникам и не оказывать взаимного влияния на работу друг друга;

· для качественной реализации режима прослушивания применяемый НРЛ должен иметь хороший уровень аудио демодуляции в АМ- в FM-режимах, чтобы полностью использовать возможности аудио-селекции;

· НРЛ, с нашей точки зрения, должен «уметь» работать и в импульс-

ном, и в непрерывном режиме;

· НРЛ должен работать в широком частотном диапазоне и автоматически находить свободный рабочий канал, чтобы избежать частотного наложения от других передатчиков;

· для качественной работы, желательно использование в НРЛ алгоритмов для автоматического контроля уровня излучения;

· для проведения поисковых мероприятий на высоком уровне НРЛ должен быть максимально прост и удобен в работе.

Что касается перспектив дальнейшего развития нелинейных радиолокаторов, то здесь можно обозначить, как минимум, два направления. Первое – создать больше возможностей для правильной селекции целей (для более точного местонахождения демаскирующих элементов). Такие работы уже ведутся как в Российской Федерации, так и за рубежом. Второе – современные информационные технологии позволяют достаточно легко получить спектрограммы откликов 2-й и 3-й гармоник и отобразить их на дисплее нелинейного локатора, что позволит оператору визуально сравнивать спектры и исследовать цель более детально.


ЛИТЕРАТУРА

1. Лобашев А. К. Дифференциация поисковых подходов при выявлении службами безопасности закладных устройств // Защита информации. Инсайд, № 5, 2006г.

2. Лобашев А. К. Нелинейный радиолокатор Orion и особенности его применения // Защи та информации. Инсайд, № 1, 2009 г.

3. Вепрев С. Б., Халяпин Д. Б., Лобашев А. К., Гудов Г. Н. Противодействие экономическому шпионажу // Электронное информационно-методическое пособие. ООО «Издательский дом «Афина», Санкт-Петербург, 2013.

4. Лобашев А. К. Перспективы использование современных образовательных технологий в учебных центрах по изучению информационной безопасности // Защита информации. Инсайд. 2014, № 5, с. 72–79.

5. Лобашев А. К. Совершенствование подготовки специалистов по проведению специальных мероприятий в Негосударственном образовательном учреждении «Учебный центр безопасности информации МАСКОМ» // Вестник Московского финансово-юридического университета МФЮА. 2014, № 3.


Возврат к списку

Скачать заявку на обучение

ОБЩЕЕ РАСПИСАНИЕ КУРСОВ
Сферические панорамы классов
Оборудование и аудитории

Занятия проходят в оборудованных классах

Яндекс.Метрика