3.3. Оптические каналы утечки информации

Объект наблюдения в оптическом канале утечки ин­ формации является одновременно источником информации и источником сигнала, потому что световые лучи, несущие информацию о видовых признаках объекта, представляют собой отраженные объектом лучи внешнего источника или его собственные излучения (рис. 3.6).

Отраженный от объекта свет содержит информацию о его внешнем виде (видовых признаках), а излучаемый объ­ ектом свет - о параметрах излучений (признаках сигналов). Запись информации производится в момент отражения па­ дающего света путем изменения его яркости и спектрального состава. Излучаемый свет содержит информацию об уровне и спектральном составе источника видимого света, а в инфра­ красном диапазоне по характеристикам излучения можно также судить о температуре элементов излучения.

Рис. 3.6. Структура оптического каналаутечки информации

В общем случае объект наблюдения излучает и отража­ ет свет другого источника как в видимом, так и в инфракрас­ ном диапазонах. Однако в конкретных условиях соотношения между мощностью собственных и отраженных излучений в видимом и инфракрасном диапазонах могут существенно от­ личаться.

В видимом диапазоне мощность излучения определяет­ ся в подавляющем большинстве случаев мощностью отра­ женного света и содержащихся в объекте искусственных ис­ точников света. Например, габариты автомобиля в ночное время обозначаются включенными фонарями красного цвета, укрепленными по краям автомобиля. Объект наблюдения или его элементы излучают собственные электромагнитные излу­

ИК-излучения объектов значительно меньше мощности от­ раженного от объекта потока солнечной энергии. Однако с переходом в длинноволновую область ИК-излучения мощ­ ность теплового излучения объектов может превышать мощ­ ность отраженной солнечной энергии.

В дневное время освещенность земной поверхности Солнцем составляет в зависимости от его высоты, облачно­ сти атмосферы 104-105 лк. С движением Солнца к горизонту Земли, когда зенитное расстояние между ними достигает максимума, освещенность, создаваемая Солнцем, составляет приблизительно 10 лк. При этом изменяется и спектр солнеч­ ного света, так как при прохождении толщи атмосферы синие и фиолетовые лучи ослабляются сильнее, чем оранжевые и красные, вследствие чего максимум излучения Солнца сме­ щается в красную область цвета. С заходом Солнца за гори­ зонт и наступлением сумерек освещенность убывает вплоть до наступления астрономических сумерек, за которыми сле­ дует наиболее темное время суток —ночь.

Освещенность в лунную ночь при безоблачном небе, когда так называемую естественную ночную освещенность (ЕНО) создает отраженный от Луны солнечный свет, состав­ ляет около 0,3 лк. Величина ЕНО, создаваемая светом Луны, в течение месяца меняется приблизительно 100 раз в зависи­

мости от взаимного положения Луны, Солнца и Земли. Лун­ ный месяц разделяется по уровню освещенности на четыре части, каждая длительностью около недели.

Источниками излучения в безлунную ночь при безоб­ лачном небе, называемом звездным, являются солнечный свет, отраженный от планет и туманностей, свет звезд, а так­ же свечение кислорода и азота в верхних слоях атмосферы на высоте 100-300 км. Освещенность поверхности Земли звезд­ ным светом составляет в среднем 0,001 лк.

В инфракрасном диапазоне мощность излучения зави­ сит от температуры тела или его элементов, мощности па­ дающего на объект света и коэффициента отражения объекта в этом диапазоне. Коэффициент теплового излучения для различных реальных объектов непостоянен по спектру и оп­ ределяется в соответствии с законом Кирхгофа отношением спектральной плотности энергетической яркости объекта к спектральной плотности энергетической яркости абсолютно черного тела, которое обладает максимумом энергии тепло­ вого излучения по сравнению со всеми другими источниками

длину волны инфракрасного излучения 9,7 мкм. Объекты под действием солнечной радиации в течение дня по-разному от­ дают накопленное тепло в окружающее пространство. Разли­ чия в температуре излучения могут рассматриваться как Де­ маскирующие признаки.

Объекты могут иметь собственные источники тепловой энергии, например, высокотемпературные элементы машйн> дизель-электростанции и т.д., температура которых значи­ тельно выше температуры фона. Максимум теплового излу­ чения таких объектов смещается в коротковолновую область» что служит демаскирующим признаком этих объектов.

Длина (протяженность) канала утечки зависит от мощ­ ности света, от объекта, свойств среды распространения и чувствительности фотоприемника.

Среда распространения в оптическом канале утечки информации может быть трех видов:

-безвоздушное (космическое) пространство;

-атмосфера;

-оптические световоды.

Оптический канал утечки информации, среда распро­ странения которого содержит участки безвоздушного про­ странства, возникает при наблюдении за наземными объек­ тами с космических аппаратов. Граница между космическим пространством и атмосферой достаточно условна. На высотах 200-300 км существуют еще остатки газов, проявляющихся в тормозящем действии на космические аппараты.

Сложный состав атмосферы определяет ее пропускную способность различных составляющих света. В общем случае прозрачность атмосферы зависит от состояния длины, прохо­ дящего сквозь нее света и размеров взвешенных в атмосфере частиц. Если размеры частиц соизмеримы с длиной волны света (больше половины длины волны), то пропускание зна­ чительно ухудшается. Уровень пропускания меняется в зави­ симости от длины световой волны.

В видимой области прохождению света препятствует абсорбирующие молекулы кислорода и воды. Коэффициент пропускания в ней немного более 60 %. В ближней инфра­ красной области пропускание несколько больше - до 70 %. Адсорбентом в этой области являются пары воды. В средней ИК-области, в диапазоне 3—4 мкм, пропускание достигает почти 90 %. Высокое пропускание имеет довольно обширный участок в дальней ИК-области (с 8 до 13 мкм). Абсорбентом в ней являются молекулы кислорода и воды, а также углеки­ слого газа и озона в атмосфере.

Метеорологическая видимость даже в окнах прозрачно­ сти зависит от наличия в атмосфере взвешенных частиц пыли и влаги, образующих мглу и туман, капелек и кристаллов во­ ды в виде дождя и снега, а также аэрозолей и дымов, содер­ жащих твердые частицы. Все это вызывает замутнение атмо­ сферы и ухудшает видимость. Прозрачность атмосферы как канала распространения света оценивается метеорологиче­ ской дальностью видимости. Под последней понимается пре­ дельно большое расстояние, начиная с которого при данной прозрачности атмосферы в светлое время суток абсолютно черный предмет с угловыми размерами 20'-20' сливается с фоном у горизонта и становится невидимым. В зависимости от состояния атмосферы дальность видимости, определяю­ щая протяженность оптического канала утечки, имеет значе­ ния, приведенные в табл. 3.1.

Если объект наблюдения и наблюдатель находятся на земле, то протяженность канала утечки зависит не только от состояния атмосферы, но и ограничивается влиянием кривиз­ ны Земли. Дальность прямой видимости Dm в км с учетом кривизны Земли можно рассчитать по формуле

земли в м;

hH- высота расположения наблюдателя над поверхностью

меньше метеорологической дальности при хорошей видимо­ сти. Эта формула не учитывает неровностей Земли и наличия различных инженерных сооружений (башни, высотные зда­ ния, и т.д.), создающих препятствия для света.

Так как параметры источников сигналов и среды рас­ пространения зависят от значений спектральных характери­ стик носителя информации, то протяженность оптического канала утечки ее в видимом диапазоне и ИК-диапазонах мо­ гут существенно отличаться.

Однако в общем случае потенциальные оптические ка­ налы утечки информации имеют достаточно устойчивые при­ знаки. Типовые варианты оптических каналов утечки инфор­ мации имеют достаточно устойчивые признаки. Типовые ва­ рианты оптических каналов утечки информации приведены в табл. 3.2.

До недавнего времени атмосфера и безвоздушное про­ странство были единственной средой распространения свето­ вых волн. С разработкой волоконно-оптической технологии появились направляющие линии света в оптическом диапазо­ не, которые в силу больших их преимуществ по отношению

к традиционным электрическим проводникам рассматрива­ ются как более совершенная физическая среда для передачи больших объемов информации. Линии связи, использующие оптическое волокно, устойчивы к внешним помехам, имеют малое затухание, долговечны, обеспечивают значительно большую безопасность передаваемой по волокну информации.

Волокно представляет собой нить диаметром около 100 мкм, изготовленную из кварца на основе двуокиси кремния. Волокно состоит из сердцевины (световой жилы) и оболочки с разными показателями преломления. Волокно с постоянным показателем преломления сердцевины называется ступенча­ тым, с изменяющимся - градиентным. Для передачи сигналов применяются два вида волокна: одномодовое и многомодовое.

В одномодовом волокне световодная жила имеет диа­ метр порядка 8-10 мкм, по которой может распространяться один луч (одна мода). В многомодовом волокне диаметр све­ товодной жилы составляет 50-60 мкм, что делает возможным распространение в нем большого числа лучей.

Волокно характеризуется двумя основными параметрами: затуханием и дисперсией. Затухание измеряется в децибелах на

километр (дБ/км) и определяется потерями на поглощение и рассеивание света в оптическом волокне. Потери на поглоще­ ние зависят от чистоты материала, а потери на рассеяние - от неоднородности показателя преломления. Лучшие образцы волокна имеют затухание порядка 0,15-0,2 дБ/км. При таком затухании сигнала информация может передаваться на расстоя­ ние в сотни километров без ретрансляции (регенерации).

Дисперсия обусловлена различием фазовых скоростей отдельных мод (мода - один луч, распространяющийся по диаметру жилы 8-10 мкм) оптического сигнала, направляю­ щими свойствами волокна и свойствами его материала. Она приводит к искажению (расширению) формы сигнала при распространении по волокну, что ограничивает даль­ ность передачи и верхнее значение частоты спектра сигнала. Дисперсия волокна оценивается величиной увеличения на 1 км длины временного параметра оптического сигнала или эквивалентной полосой частот пропускания.

Волокна объединяют в волоконно-оптические кабели, покрытые защитной оболочкой. По условиям эксплуатации кабели подразделяются на монтажные, станционные, зоновые и магистральные. Кабели первых двух типов используются внутри зданий и сооружений. Зоновые и магистральные ка­ бели прокладываются в колодцах кабельных коммутаций, в грунтах, на опорах, под водой.

Хотя вероятность утечки информации из волоконнооптического кабеля существенно ниже, чем из электрическо­ го, при определенных условиях такая утечка возможна. Для съема информации разрушают защитную оболочку кабе­ ля, прижимают фотодетектор приемника к очищенной пло­ щадке волокна и изгибают кабель на угол, при котором часть световой энергии направляется на фотодетектор приемника, что позволяет получить определенную информацию, переда­ ваемую по волоконному кабелю.