Устройство маскировки электромагнитных каналов утечки речевых сигналов звукоусилительной аппаратуры

Изобретение относится к области создания искусственных помех для маскировки речевой информации в промышленной сети переменного тока. Технический результат заключается в повышении защиты звукоусилительной аппаратуры от возможности электромагнитной утечки звуковой информации по цепям питания. Устройство (фиг.1) содержит выпрямитель (В) (2) и последовательно соединенные генератор шумового сигнала (ГШС) (4), усилитель мощности шумового сигнала (УМ) (5) и излучатель (6), в УМ (5) применен режим В или АВ, между В (2) и цепью питания ГШС (4) и УМ (5) введен импульсный автокомпенсационный стабилизатор напряжения (ИСН) (8), на выходе которого установлен фильтр верхних частот, нижняя частота среза которого выше верхней частоты слышимого спектра, но ниже тактовой частоты ИСН (8). 2 ил.

Область техники.

Изобретение относится к области создания искусственных помех для маскировки речевой информации в промышленной сети переменного тока.

Уровень техники.

Известно, что ценность экономической, политической, научно-технической информации многократно превышает ценность материальных объектов. Поэтому чрезвычайно актуальны средства защиты от несанкционированной утечки информации государственного, оборонного, научно-технического и бизнес содержания.

Кроме организационных мер, предписывающих персоналу определенные правила поведения, для защиты содержательной информации применяют сложные технические средства. В частности, для уменьшения утечки информации по акустическим и радиоканалам, по телефонной сети, по цепям питания используемой аппаратуры и т.п. применяют специальные схемы маскирования информационных сигналов, уменьшающие возможность их несанкционированного прослушивания. Например, "Устройство противодействия несанкционированной работе проводных портативных устройств и информативным наводкам в сети электропитания ЛГШ-220" (паспорт ТУ-6379-005-31056649-2002, лабораторий ППШ, сертификат Гостехкомиссии РФ №742 от 07 апреля 2003 г.); Роткевич В. и Роткевич П. "Техника измерений при радиоприеме", М.: Связь, 1969, стр.374-381.

В работе Хорева А.А. "Методы и средства поиска электронных устройств перехвата информации", М.: Минобороны РФ, стр.24 представлены примеры сетевых закладок, которые устанавливают в электрические розетки, в удлинители, в аппаратуру, питающуюся от сети переменного тока, или непосредственно в силовую линию. Закладки предназначены для съема речевой информации. Аппаратура усиления речевой информации должна быть защищена по каналу утечки через сеть питания. Без принятия мер защиты усилительная аппаратура вносит реакцию в сеть в соответствии с усиливаемыми сигналами, что дает возможность их выделения из сети, т.е. возможность утечки информации. Применение сетевых фильтров и эквивалентов сети в таком диапазоне частот почти не ослабляет электрические сигналы. Сетевые фильтры на звуковые частоты весьма громоздки и обеспечивают довольно низкое затухание (порядка 5-10 дБ) в диапазоне 100-10000 Гц, чего явно недостаточно.

Другим направлением защиты информации техническими средствами является создание искусственных помех - генераторов маскирующих сигналов, мощность которых многократно превышает мощность сигналов утечки информации. Это существенно сужает возможность обнаружения и приема информации.

Настоящее изобретение является усовершенствованием этого направления. Обычная структурная схема маскирующего устройства приведена, например, в книге Роткевич В. Роткевич П. "Техника измерений при радиоприеме", М.: Связь. 1969 (стр.458-461, рис.5.21. Она содержит генератор шума, выходной сигнал которого (если требуется - с усилением) поступает в нагрузку, которой обычно является излучающая антенна. При этом и генератор и усилитель, если он применен, питаются от сети переменного тока через выпрямитель со сглаживающим фильтром нижних частот. Обычно его выполняют на многозвенных C-L-C элементах. Кроме того, между выходом генератора и нагрузкой включен сетевой фильтр - для исключения паразитного просачивания информационных сигналов из нагрузки в силовую сеть и в обратном направлении.

Описанное устройство наиболее близко к заявляемому по большинству существенных признаков, поэтому выбрано в качестве прототипа.

Устройство маскировки речевых сигналов аппаратуры содержит генератор шумового сигнала, выход которого через усилитель соединен с антенной, причем генератор подключен к промышленной сети переменного тока через низкочастотный LC-фильтр.

Устройство-прототип работает следующим образом. После подключения выпрямителя к промышленной сети переменного тока ее напряжение поступает на вход выпрямителя, выпрямляется выпрямителем, поступает на фильтр питания - фильтр нижних частот, в нем фильтруется, затем поступает на генератор, который начинает генерировать шумовой сигнал. Этот сигнал, усиленный усилителем, также подключенным к фильтру питания выпрямителя, поступает в нагрузку (антенну), которая излучает в эфир мощный электромагнитный шумовой сигнал, маскирующий паразитное, нежелательное излучение звукоусилительной аппаратуры, для зашумления которой предназначено заявляемое устройство. Устройство эффективно работает в случаях питания маскируемого оборудования от автономных источников питания. Оно предотвращает или существенно уменьшает утечку информации по эфиру.

Однако при питании маскируемого оборудования от общей промышленной сети переменного тока возможна утечка информации не только по эфиру, но также и через указанные общие промышленные сети переменного тока.

Механизм образования этих каналов утечки может быть следующим.

Изменение тока потребления особенно мощных усилителей в соответствии с речевой информацией вызывает соответствующее изменение в сети переменного тока. Естественно, указанная речевая информация может быть выделена из сети переменного тока (вне защищаемого помещения) для несанкционированного подслушивания.

Устройство-прототип при этом никак не маскирует образовавшиеся, например, приведенным выше образом сигналы утечки информации через промышленную сеть питания. Излучаемые в эфир сигналы генератора шумовых сигналов маскируют только электромагнитный канал утечки.

Наиболее очевидны два пути устранения этого недостатка:

а) питать защищаемую от утечек аппаратуру только от автономных источников питания, т.е. без использования общедоступной промышленной сети. Но это не всегда возможно и достаточно дорого.

б) ввести в цепь питания каждой защищаемой аппаратуры сетевой фильтр, подавляющий речевой сигнал, что требует значительных дополнительных затрат (см., например, стр.8, рис.11в, г и е в книге Костикова В.Г., Парфенова Е.М. и Шахнова В.А. "Источники электропитания электронных средств. Системотехника и конструирование". Учебник для вузов, 2-е изд., Москва, Горячая линия - Телеком, 2001 г.). Сетевые фильтры для подавления речевого диапазона должны иметь большие индуктивности, поэтому практически они ослабляют его не более чем на 10 дБ, чего явно недостаточно для исключения утечки информации. В частности, сетевой фильтр, содержащийся в схеме прототипа, в звуковом диапазоне практически бесполезен.

Задачи изобретений.

Задача изобретения - повысить защиту звукоусилительной аппаратуры от возможности электромагнитной утечки звуковой информации по цепям питания от промышленной сети переменного тока.

Решение задачи.

Поставленная задача решена тем, что в известное устройство маскировки электромагнитных каналов утечки речевых сигналов звуковоспроизводящей аппаратуры, питаемой от промышленной сети переменного тока, содержащее выпрямитель и последовательно соединенные генератор шумового сигнала, усилитель мощности шумового сигнала и излучатель, причем цепи питания генератора и усилителя подключены к выпрямителю, внесены существенные изменения, а именно: в усилителе мощности шума применен режим В или АВ, между выпрямителем и цепью питания генератора и усилителя мощности шума введен импульсный автокомпенсационный стабилизатор напряжения, при этом на выходе стабилизатора установлен фильтр верхних частот, частота среза которого выше верхней частоты слышимого спектра, но ниже тактовой частоты импульсного стабилизатора.

Для повышения эффективности маскировки импульсный автокомпенсационный стабилизатор лучше не экранировать.

Изобретательская задача - введение в промышленную сеть переменного тока мощной шумовой составляющей тока - решена двумя неразрывно связанными техническими находками: созданием мощного источника тока, по форме близкого к генерируемому шумовому сигналу, и предложением простого пути введения его в промышленную сеть переменного тока.

Суть первого решения - в применении режима В для усилителя. В этом режиме мгновенная амплитуда проходящего через усилитель тока почти прямо пропорциональна мгновенной амплитуде усиливаемого им сигнала. Таким образом, в нашем случае, при усилении шумового сигнала по цепи питания усилителя будет проходить ток, идентичный усиливаемому шумовому сигналу. Естественно, в режиме АВ эта зависимость проходящего тока от усиливаемого сигнала несколько сглажена. Кстати говоря, в режиме А она вообще отсутствует.

Второе решение - подключение усилителя мощности шумового сигнала к промышленной сети переменного тока через импульсный автокомпенсационный стабилизатор напряжения. Как известно, такой стабилизатор напряжения потребляет от промышленной сети ток, мгновенные значения которого пропорциональны мгновенным значениям тока своей нагрузки. В нашем случае (усиление шумового сигнала) при питании усилителя шумового сигнала через импульсный автокомпенсационный стабилизатор напряжения последний будет потреблять от промышленной сети ток, соответствующий по форме току усиливаемого шумового сигнала.

Для исключения замыкания этого тока через фильтр стабилизатора применен фильтр верхних частот, нижняя частота среза которого выше верхней частоты слышимого спектра, но ниже тактовой частоты импульсного стабилизатора.

Таким образом, предложенные изменения устройства маскировки речевых сигналов позволили очень простыми средствами ввести в сеть промышленную переменного тока мощный шумовой сигнал, частотный состав которого близок к составу генерируемого шумового сигнала. Последний, как известно, маскирует сигналы всего слышимого спектра.

Раскрытие сущности изобретения.

Сущность изобретения поясняется двумя фигурами, на которых представлены примеры структурных схем устройства маскировки речевого сигнала (фиг.1) и импульсного автокомпенсационного стабилизатора напряжения питания генератора шума и усилителя мощности шума (фиг.2).

На фигурах приняты следующие обозначения:

1 - промышленная сеть переменного тока, 2 - выпрямитель напряжения сети, 3 - фильтр нижних частот, 4 - генератор шумового сигнала, 5 - усилитель шумового сигнала, 6 - излучатель шумового сигнала (например, антенна), 7 - звукоусилительная аппаратура, 8 - импульсный автокомпенсационный стабилизатор напряжения питания, 9 - ключевой каскад, 10 - импульсный трансформатор, 11 - выходной выпрямитель, 12 - фильтр верхних частот, 13 - источник опорного напряжения, 14 - компаратор, 15 - широтно-импульсный модулятор, 16 - усилитель ШИМ-сигнала, 17 - задающий генератор пилообразного сигнала,

Устройство маскировки (фиг.1) работает следующим образом. При его включении напряжение промышленной сети 1 переменного тока поступает на выпрямитель 2, который его выпрямляет, полученное выпрямленное напряжение поступает на импульсный автокомпенсационный стабилизатор 8. Стабилизированное блоком 8 напряжение питает генератор 4 шумового сигнала и усилитель 5 мощности шумового сигнала. Генератор 4 возбуждается, начинает генерировать шумовой сигнал, который после усиления усилителем 5 излучает излучатель 6. Излучаемый шумовой сигнал (электромагнитное поле, образуемое в эфире) имеет мощность, многократно превышающую мощность возможных электромагнитных излучений маскируемой аппаратуры 7, которая питается от сети 1 переменного тока через выпрямитель 2 и фильтр нижних частот 3.

Что касается маскировки сигналов в цепи питания, то это происходит за счет специального режима усилителя мощности шумового сигнала и введения импульсного автокомпенсационного стабилизатора напряжения между выпрямителем и усилителем мощности. Далее это поясняется подробнее.

Импульсный автокомпенсационный стабилизатор 8 напряжения работает следующим образом. Напряжение промышленной сети 1 переменного тока через сетевой выпрямитель 2 поступает на вход ключевого каскада 9, на второй управляющий вход которого поступают открывающие импульсы, подающиеся с выхода усилителя 16 ШИМ-сигнала. При поступлении каждого отпирающего импульса ключевой каскад 9 отпирается и через него и первичную обмотку импульсного трансформатора 10 (включенную последовательно в ключевой каскад 9) протекает импульс тока, создающий во вторичной обмотке трансформатора 10 импульсное напряжение с частотой задающего генератора 17, который непрерывно генерирует пилообразные импульсы частотой 20-30 кГц. Длительность импульсов тока и напряжения импульсного трансформатора 10 регулируется автоматически цепью обратной связи. Эта цепь обратной связи снимает импульсное выходное напряжение с выхода импульсного трансформатора 10 и сравнивает его в компататоре 14 с заданным постоянным эталонным напряжением, созданным отдельным маломощным выпрямителем или аккумулятором 13. Компаратор 14 вырабатывает на своем выходе периодическую последовательность пилообразных напряжений, скорость нарастания каждого из которых пропорциональна разности амплитуды каждого импульса импульсного трансформатора 10 и эталонного напряжения 13. Эта последовательность пилообразных импульсов поступает на вход широтно-импульсного модулятора 15 (ШИМ-модулятора), преобразующего эту последовательность пилообразных импульсов в соответствующую последовательность прямоугольных импульсов, ширина которых пропорциональна мгновенной амплитуде потребляемого тока. Полученный ШИМ-сигнал через усилитель мощности 16 ШИМ-сигнала поступает на управляющий вход ключевого каскада 9, отпирая его на время длительности каждого импульса. Выходное импульсное напряжение ключевого каскада 9 через импульсный трансформатор 10 поступает на выходной выпрямитель 11 и фильтр 12 верхних частот, выход которого является выходом импульсного стабилизатора 8, питающего усилитель 5 мощности генератора 4 шумового сигнала.

Поскольку выбран режим В (или АВ) работы усилителя мощности 5 шумового сигнала, мгновенные значения потребляемого им тока пропорциональны усиливаемому шумовому сигналу. Т.е. открывание и запирание ключевого каскада 9, подключенного непосредственно в выпрямителю 2 промышленной сети переменного тока, также будет повторять мгновенные значения шумового сигнала. Отметим при этом, что фильтр верхних частот имеет нижнюю граничную частоту выше верхней частоты слышимого спектра - чтобы не исказить форму маскирующего тока в сети переменного тока, но ниже тактовой частоты импульсного стабилизатора - чтобы сглаживать пульсации выпрямленного напряжения.

Другими словами, в промышленной сети 1 переменного тока протекает ток, спектральная форма которого повторяет спектральную форму генерируемого шумового сигнала.

Естественно, протекание тока такой формы в промышленной сети 1 переменного тока оказывает такое же маскирующее действие на сигналы возможной утечки информации по ней, какое производят сигналы, излучаемые антенной на электромагнитные сигналы утечки информации по эфиру.

Таким образом, применение режима класса В или АВ в усилителе мощности шумового генератора и питание его от промышленной сети переменного тока через импульсный автокомпенсационный стабилизатор с фильтром верхних частот на выходе позволили ввести мощный маскирующий сигнал в промышленную сеть переменного тока чрезвычайно простым и дешевым способом.

Промышленная применимость.

Заявленное устройство легко реализуемо известными и давно освоенными промышленностью схемными и конструктивными средствами. Выпрямители, фильтры, генераторы и усилители выполняются традиционно. Импульсный автокомпенсационный стабилизатор может быть выполнен, например, в соответствии с рекомендациями Методических указаний "Электропитание радиоустройств", Санкт-Петербургской государственной академии аэрокосмического приборостроения, С-Петербург, 1995, стр.27-32.

Заявитель изготовил и испытал заявленное устройство. Результаты испытаний показали, что защита аппаратуры от несанкционированной утечки звуковой информации по цепи питания повышена в 2-3 раза, в зависимости от мощности речевого сигнала, усиливаемого маскируемой звукоусилительной аппаратурой.

При этом стоимость изменений и дополнительных средств оказалась несопоставимо ниже по сравнению с известными решениями этой задачи, а эффективность - существенно выше.

Таким образом, по нашему мнению, заявленное устройство соответствуют всем критериям изобретения - оно ново, неочевидно и промышленно применимо.

Устройство маскировки электромагнитных каналов утечки речевых сигналов звукоусилительной аппаратуры, питаемой от промышленной сети переменного тока, содержащее выпрямитель и последовательно соединенные генератор шумового сигнала, усилитель мощности шумового сигнала и излучатель, отличающееся тем, что в усилителе мощности шумового сигнала применен режим В или АВ, между выпрямителем и цепью питания генератора шумового сигнала и усилителя мощности шумового сигнала введен импульсный автокомпенсационный стабилизатор напряжения, на выходе которого установлен фильтр верхних частот, нижняя частота среза которого выше верхней частоты слышимого спектра, но ниже тактовой частоты импульсного автокомпенсационного стабилизатора напряжения.