Торокин А.А. Инженерно-техническая защита информации, 2005

Атмосферное рассеяние света уменьшает прямую солнечную радиацию и повышает рассеянное (диффузное) излучение атмос­ феры. Рассеяние в коротковолновой части спектра сильнее, чем в длинноволновой. Особенно заметно оно в голубой и ультрафиоле­ товой областях, Поэтому небо имеет голубой цвет. Интенсивность рассеяния солнечного света в ближнем инфракрасном диапазоне незначительная.

Задымленность приповерхностного слоя атмосферы мало вли­ яет на излучения в ближнем ИК-диапазоне, если размеры твердых частиц дыма в атмосфере не превышают 1 мкм. Туман и облака очень сильно рассеивают ИК-излучение в этом интервале длин, так как водяные капли имеют размер около 4 мкм. Молекулярное и аэ­ розольное рассеяние солнечного света вызывает ее свечение в ат­ мосфере, которое называют дымкой. Рассеянное излучение созда­ ет освещенность теневых участков земной поверхности, увеличи­ вая их относительную яркость.

Облачность существенно влияет на суммарную освещенность. Наличие облачности высоких ярусов, не закрывающих солнечный диск, повышает рассеянное излучение и при сохранении значения прямой освещенности увеличивает ее суммарную величину на 2030% по сравнению с освещенностью при безоблачном небе. Низкая облачность так же, как и тени облаков, снижает в зависимости от высоты Солнца суммарную освещенность в 2-5 раз. При снежном покрове и облачности многократное отражение ими излучения по­ вышает суммарную освещенность, особенно в теневых участках.

Освещенность в дневное время земной поверхности Солнцем составляет в зависимости от его высоты, облачности атмосферы 10'-105 лк. С движением Солнца к горизонту Земли, когда зенит­ ное расстояние между ними достигает максимума, освещенность Солнцем уменьшается до 10 лк. При этом изменяется спектр сол­ нечного света. Так как при прохождении толщи атмосферы синие и фиолетовые лучи ослабляются сильнее, чем оранжевые и красные, максимум излучения Солнца смещается в красную область цвета. С заходом Солнца за горизонт и наступлением сумерек освещен­ ность убывает вплоть до наступления астрономических сумерек, за которыми следует наиболее темное время суток — ночь.

Освещенность в лунную ночь при безоблачном небе, когда так называемую естественную ночную освещенность (ЕНО) созда­

212

ст отраженный от Луны солнечный свет, составляет около 0,3 лк. Величина ЕНО света Луны в течение месяца меняется приблизи­ тельно в 100 раз в зависимости от взаимного положения Луны, Солнца и Земли. Лунный месяц разделяется по уровню освещен­ ности на четыре части, каждая длительностью около недели.

Источниками излучения в безлунную ночь при безоблачном небе, называемого звездным светом, являются солнечный свет, отраженный от планет и туманностей, свет звезд, а также свече­ ние кислорода и азота в верхних слоях атмосферы на высоте 100— 300 км. Освещенность поверхности Земли звездным светом состав­ ляет в среднем 0,001 лк.

В инфракрасном диапазоне мощность излучения объекта зави­ сит от температуры тела или его элементов, мощности падающе­ го на объект света и коэффициента отражения объекта в этом диа­ пазоне. Коэффиццент теплового излучения для реальных объектов пс постоянен по спектру и определяется в соответствии с законом Кирхгофа отношением спектральной плотности энергетической яркости объекта к спектральной плотности энергетической ярко­ сти абсолютно черного тела, которое обладает максимумом энер­ гии теплового излучения по сравнению со всеми другими источни­ ками при той же температуре.

Средняя температура поверхности Земли близка к 17° по Цель­ сию. Максимум ее теплового излучения приходится на длину вол­ ны, равную приблизительно 9,7 мкм. Объекты под действием сол­ нечной радиации в течение дня по-разному отдают накопленное генло в окружающее пространство. Различия в температуре излу­ чения могут рассматриваться как демаскирующие признаки.

Объекты могут иметь собственные источники тепловой энер­ гии, например высокотемпературные элементы машин, дизель- •>лсктростанции и др., температура которых значительно выше температуры фона. Максимум теплового излучения таких объек­ тов смещается в коротковолновую область, что является их демаскирующим признаком.

Объект наблюдения в оптическом канале утечки информации может рассматриваться одновременно как источник информации и Источник сигнала, так как световые лучи, несущие информацию о видовых признаках объекта, представляют собой отраженные объ­ ектом лучи внешнего источника или его собственные излучения.

213

Отраженный от объекта свет содержит информацию о вне­ шнем виде (видовых признаках) объекта, а излучаемый объектом свет — о параметрах излучений (признаках сигналов). Запись ин­ формации производится в момент отражения падающего света пу­ тем изменения его яркости и спектрального состава. Излучаемый свет содержит информацию об уровне и спектральном составе ис­ точников видимого света, а в инфракрасном диапазоне по характе­ ристикам излучений можно также судить о температуре элемен­ тов излучения.

Освещенность Е некоторых объектов наблюдения на улице и в помещении указана в табл. 6.7.

В видимом диапазоне мощность излучения определяется в по­ давляющем большинстве случаев мощностью отраженного све­ та и содержащихся в объекте искусственных источников света. Например, габариты автомобиля в ночное время обозначаются включенными фонарями красного цвета, укрепленными по краям автомобиля. Собственные электромагнитные излучения в види­ мом диапазоне объект наблюдения или его элементы излучают при

214

Щ.1С0 К0Й температуре. В ближней (0,76-3 мкм) и средней (3-6 мкм) шаиазонах ИК-излучения объектов значительно меньше мощнос­ ти отраженного от объекта потока солнечной энергии. Однако с песходом в длинноволновую область ИК-излучения мощность тепоиого излучения объектов может превышать мощность отражен­ ной солнечной энергии.

Среду распространения в оптическом канале утечки инфор­ мации образует:

•безвоздушное (космическое) пространство;

•атмосфера;

•иода;

•оптические волокна.

Оптический канал утечки информации, среда распростране-

иикоторого содержит участки безвоздушного пространства, воз- ll каст при наблюдении за наземными объектами с космических паратов. Граница между космическим пространством и атмосрой достаточно условна. В приземном космическом пространс-

с па высоте 100-200 км существуют еще остатки газов, тормозяИс пизкоорбитальные космические аппараты.

Сложный состав атмосферы вызывает неравномерность (изрешнпость) ее амплитудно-частотной характеристики как среды рас­ пространения. Участки в ней с малым затуханием называются ок­ нами прозрачности. Диапазон зрения человека соответствует од­ ному из наиболее широких и благоприятному для зрения окну про­ зрачности, что подтверждает земное происхождение человека.

Вобщем случае прозрачность атмосферы зависит от соотно­ шения длины проходящего сквозь нее света и размеров взвешен­ ных it атмосфере частиц. Если размеры частиц соизмеримы с дли­ ной волны света (больше половины длины волны) или больше, то пропускание значительно ухудшается. Поэтому уровень пропуска­ ния меняется в зависимости от длины световой волны.

Ввидимой области прохождению света препятствуют абсорбирующие фотоны света молекулы кислорода и воды. Относительный коэффициент пропускания видимого света составляет около 60%. II ближней ИК-области пропускание несколько большее — до 70%. Адсорбентом в этой области являются пары воды. В средней ИКобласти, в диапазоне 3-4 мкм, пропускание достигает почти 90%.

215

Высокое пропускание имеет довольно обширный участок в даль­ ней ИК-области (с 8 до 13 мкм). Абсорбентом в нем являются мо­ лекулы кислорода и воды, а также углекислого газа и озона в ат­ мосфере.

Прозрачность атмосферы среды распространения света оцени­ вается метеорологической дальностью видимости. Метеороло­ гическая видимость даже в окнах прозрачности зависит от нали­ чия в атмосфере взвешенных частиц пыли и влаги, образующих мглу и туман, капелек и кристаллов воды в виде дождя и снега, а также аэрозолей и дымов, содержащих твердые частицы. Все это вызывает замутнение атмосферы и ухудшает видимость. Под ме­ теорологической дальностью видимости понимается предельно большое расстояние, начиная с которого при данной прозрачности атмосферы в светлое время суток абсолютно черный предмет с уг­ ловыми размерами 20' х 20' сливается с фоном у горизонта и стано­ вится невидимым. Значения метеорологической дальности види­ мости, видимости в баллах и визуальной оценки замутненности ат­ мосферы приведены в табл. 6.8 [7].

Таблица 6.8

216

Показатели метеорологической дальности атмосферы в конк­ ретном районе регулярно определяются на станциях метеорологи­ ческой службы и в метрах или в баллах передаются радиостанциими пользователям этой информации, в том числе водителям авто- |ранспорта.

Если объект наблюдения и наблюдатель находятся на Земле, и» протяженность канала утечки зависит не только от состоя­ ния атмосферы, но и ограничивается влиянием кривизны Земли. Дильность прямой видимости DnBв км с учетом кривизны Земли можно рассчитать по формуле:

D„B= 3’57(V h> V M >

| ic ho — высота размещения объекта над поверхностью Земли в м; h — высота расположения наблюдателя над поверхностью !омли в-м.

Например, для ho = 3 м и Ьн = 5 м Dne = 14 км, что меньше мете­ орологической дальности при хорошей видимости. Эта формула не учитывает неровности поверхности Земли, растительность и раз­

личные инженерные сооружения (деревья, башни, высотные зда-

\

Пия и т. д.), создающие препятствия для света.

Так как параметры источников сигналов и среды распростра­ нения зависят от значений спектральных характеристик носителя Информации, то протяженность оптического канала утечки ее в ви­ димом и ИК-диапазонах может существенно различаться.

Однако в общем случае потенциальные оптические кана­ лы утечки информации имеют достаточно устойчивые признаки. Типовые варианты оптических каналов утечки информации приве­ дены в табл. 6.9.

До недавнего времени атмосфера и безвоздушное пространс­ тво были единственной средой распространения световых волн. С разработкой волоконно-оптической технологии появились на­ правляющие линии связи в оптическом диапазоне, которые в силу больших их преимуществ по сравнению с традиционными элек­ трическими проводниками рассматриваются как более совершен­ ная физическая среда для передачи больших объемов информации. Линии связи, использующие оптическое волокно— волоконнооптические линии связи (ВОЛС), 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 со­ стоит из сердцевины (световодной жилы) и оболочки из оптически менее плотного кварца. Значения показателей преломления (отно­ шений скорости света в вакууме к скорости распространения све­ та в среде) жилы и оболочки выбираются такими, чтобы обеспе­ чить полное отражение света, распространяющегося по световод­ ной жиле, от границы между жилой и оболочкой. Предельный угол полного отражения света (угол падения света на границу раздела среды, при равенстве и превышении которого наблюдается полное отражение от него) определяется из соотношения а = a rc sin ^ / по), где пжи по — показатели преломления жилы и оболочки (рис. 6.9).

218

Волокно, у которого сердцевина имеет постоянный показа­ тель преломления света, называется ступенчатым. Если показа­ тель преломления жилы меняется, то волокно называетея гради­ ентным.

Для передачи оптических сигналов применяются два вида подокна: одномодовое и многомодовое. В одномодовом волок­ не световодная жила имеет диаметр порядка 8-10 мкм, по кото­ рой может распространяться один луч (одна мода) (рис. 6.10 а)). И многомодовом волокне диаметр световодной жилы составляет >0—60 мкм, что делает возможным распространение в нем большо­ го числа лучей (рис. 6.10 б)).

Световой луч 1

Световой луч 2

Рис. 6.10. Одномодовые и многомодовые оптические волокна

Оптическое волокно как среда распространения оптического капала утечки информации характеризуется двумя основными па­ раметрами: затуханием и дисперсией. Затухание определяет по­ тери света в результате его поглощения и рассеяния и измеряет- I ся в децибелах на километр (дБ/км). Потери на поглощение зави-

я г от чистоты материала и длины волны света, а потери на рас- !еяние — от неоднородности показателя преломления. Кварц, так се как и воздух, имеет неравномерную амплитудно-частотную хаактеристику, с окнами прозрачности. Повышенная прозрачность варца наблюдается в диапазонах 0,85 мкм, 1,3 мкм, 1,55 мкм и др. 1оэтому в качестве носителя информации применяется свет в этих

. иапазонах. Лучшие образцы волокна имеют затухание порядка 0,15-0,2 дБ/км, разрабатываются еще более «прозрачные» волок­ на с теоретическими значениями затухания порядка 0,02 дБ/км для волны длиной 2,5 мкм. При таком затухании сигнала могут передаиагься на расстояние в сотни км без ретрансляции (регенерации), •по существенно превышает длину аналогичных линий связи на

• юктрических проводах.

Так как лазер, который используется в качестве источника све- I I для оптических каналов связи, излучает не идеальное монохром­

219

ное колебание, а некоторый спектр длин волн, то спектральные со­ ставляющие оптического сигнала распространяются по светопро­ воду с разными фазовыми скоростями, которые зависят от показа­ теля преломления. В результате этого происходит разброс — дис­ персия моментов прихода в точку приема спектральных состав­ ляющих сигнала. Она приводит к искажению (расширению) фор­ мы сигнала при его распространении в волокне, что ограничивает дальность передачи и верхнее значение частоты спектра сигнала. Дисперсия волокна оценивается величиной увеличения длитель­ ности оптического сигнала Ат или эквивалентной полосы частоты пропускания Af в МГц на один км длины. При этом Дт ~ 1 / Д£

Волокна объединяют в волоконно-оптические кабели, покры­ тые защитной оболочкой. По условиям эксплуатации кабели подраз­ деляются на монтажные, станционные, зоновые и магистраль­ ные. Кабели первых двух типов используются внутри зданий и со­ оружений. Зоновые и магистральные кабели прокладываются в ко­ лодцах кабельных коммуникаций, в грунтах, на опорах, под водой.

Малые размеры жилы световолокна и необходимость обеспе­ чения центрирования жил и параллельности поверхностей торцов волокон при их соединении создают определенные трудности при коммутации и ремонте BOJIC по сравнению с электрическими про­ водами. Для соединения волокон с приемно-передающей аппарату­ рой используются коннекторы (соединители) различных типов с накидной гайкой и защелками-фиксаторами. Затухание оптическо­ го сигнала в коннекторах составляет доли дБ. Волокна сращивают­ ся путем сварки, механического соединения с помощью специаль­ ных пластиковых устройств — «сплайсов», представляющих со­ единения в прецизионной втулке с гелем, оптические свойства ко­ торого совпадают с оптическими свойствами волокна.

Хотя возможность утечки информации из волоконно-оптичес­ кого кабеля существенно ниже, чем из электрического, но при опре­ деленных условиях такая утечка возможна. Для съема информации теоретически можно разрушить защитную оболочку кабеля, най­ ти нужное оптическое волокно, прижать фотодетектор приемника к очищенной площадке волокна и изогнуть волокно на угол, при котором не обеспечивается полное отражение оптического луча внутри волокна и часть световой энергии попадает на фотодетек­

220