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

Примечание, h — высота полета летательного аппарата, МА— морс-

421

Глава 15. Технические средства подслушивания

15.1. Акустические приемники

Непосредственное (ушами) подслушивание ограничено ма­ лым расстоянием от источника звука — в лучшем случае около де­ сяти метров. Малая дальность непосредственного подслушивания обусловлена не только малой мощностью акустических сигналов и большим затуханием их в среде распространения, но и тем, что уши человека имеют широкую диаграмму направленности (близ­ кую к 180°), в силу чего на барабанную перепонку поступают прак­ тически все внешние акустические шумы.

Кроме того, шумы поднимают порог чувствительности слу­ ховой системы человека. Но одновременно это физиологическое свойство слуховой системы человека позволяет ему адаптировать­ ся к зашумленности среды обитания, например в жилых помеще­ ниях возле транспортных магистралей большого города.

Для непосредственного подслушивания в условиях города зло­ умышленнику необходимо приблизиться к источнику информации на несколько метров, что существенно ухудшает скрытность добы­ вания информаций.

Технические средства подслушивания расширяют и дополня­ ют возможности слуховой системы человека за счет:

•приема и прослушивания акустических сигналов, распростра­ няющихся в воде и твердых телах;

•повышения дальности подслушивания речевой информации по сравнению с непосредственным подслушиванием;

•коррекции спектра акустического сигнала, распространяюще­ гося в среде с неравномерной амплитудно-частотной характе­ ристикой коэффициента передачи или затухания;

•выделения акустического сигнала из смеси его и шумов;

•прослушивания речи, выделяемой из перехваченных радио- и электрических сигналов функциональных каналов связи и из сигналов побочных излучений и наводок;

•ретрансляции добываемой речевой информации на сколь угод­ но большое расстояние.

423

Конкретный способ подслушивания реализуется с использо­ ванием соответствующих технических средств. Совокупность тех­ нических средств, обеспечивающих функции добывания семанти­ ческой и признаковой акустической информации, представляет со­ бой комплекс средств подслушивания. Структурная схема типово­ го комплекса приведена на рис. 15.1.

Рис. 15.1. Структурная схема комплекса средств подслушивания

Основной частью комплекса является акустический прием­ ник. Он производит селекцию по пространству и частоте акусти­ ческих сигналов, распространяющихся в атмосфере, воде, твердых телах, преобразует их в электрические сигналы, усиливает и об­ рабатывает электрические сигналы и преобразует их в акустичес­ кую волну для обеспечения восприятия информации слуховой сис­ темой человека. Акустический приемник содержит акустоэлектри­ ческий преобразователь, селективный усилитель и электроакусти­ ческий преобразователь (телефон, громкоговоритель).

Акустические приемники для приема акустической вол­ ны, распространяющейся в воздухе, воде, твердой среде (в инже­ нерных конструкциях), в грунте, отличаются видом акустоэлек­ трического преобразователя. Иногда по виду акустоэлектричес­ кого преобразователя называют весь акустический приемник. Акустоэлектрический преобразователь акустической волны, рас­ пространяющейся в воздухе, называется микрофоном, преобра­ зователь волны, распространяющейся в твердой среде, — стетос­ копом и акселерометром, в земной поверхности — геофоном, а

в воде— гидрофоном. Основную долю функциональных акус-

424

|(Электрических преобразователей акустических приемников со- ' гцвляют микрофоны.

Так как электрические сигналы на выходе акустоэлектричес- | их преобразователей крайне малы и могут принимать значения (инид мкВ, то для их усиления до необходимых для последую­ щего применения величин (единиц В) используется селективный \ силитель. Его селективность обеспечивается регулируемой поло- >i»й пропускания, необходимой для устранения помех на частотах in 1C спектра акустического сигнала. Учитывая, что затухание сре- I м распространения акустического сигнала увеличивается с повы­ шением его частоты, коэффициент усиления селективного усили­ теля соответственно повышают для более высоких спектральных составляющих принимаемого сигнала. Такая компенсация эквива­ лентна повышению уровня акустического сигнала в точке приема

до 6 дБ.

Электрический сигнал преобразуют в акустический сигнал, ^непринимаемый человеком, громкоговорители и телефоны. По i гюсобу преобразования электрических сигналов громкоговорите- ||и разделяются на электродинамические, электромагнитные, элек- I ростатические, пьезоэлектрические и др., по виду излучения — на громкоговорители непосредственного излучения, диффузорные и рупорные, по воспроизводимому диапазону частот — на широко­ полосные, низкочастотные, средне- и высокочастотные. Значения мощности громкоговорителей образуют стандартный ряд в диапа­ зоне 0,1-50 Вт.

Чем уже диапазон частот динамической головки громкогово­ рителя, тем равномернее ее амплитудно-частотная характеристи­ ка, тем меньше головка искажает сигнал. Для высококачественной электроакустической аппаратуры к выходу усилителя подключают несколько динамических головок с разными диапазонами частот, перекрывающими весь звуковой диапазон (16-20000 Гц). Для вос­ производства речи средствами добывания требования к электро­ динамическим головкам более чем скромные: единицы Вт по мощ­ ности и по диапазону частот, соответствующему стандартному те­ лефонному каналу (300-3400 Гц).

Для консервации акустической информации электрический сигнал с выхода акустического приемника подается на аудиомаг­

425

нитофон. Для записи акустических сигналов применяют много канальные стационарные ленточные магнитофоны, портативны* лентопротяжные кассетные магнитофоны и специальные носимьк лентопротяжные и цифровые диктофоны.

Сигнальные демаскирующие признаки определяются с помо­ щью средств технического анализа. Если акустический сигнах на выходе приемника сильно зашумлен, то его электрический ана­ лог подвергают для снижения уровня шума дополнительной обра­ ботке. Основу методов очистки электрического сигнала от шумг составляют методы адаптивной фильтрации. Суть адаптивное фильтрации состоит в том, что на основе анализа поступающего на вход фильтра зашумленного речевого сигнала непрерывно филь­ тром линейного предсказания «предсказывается» помеховый сиг­ нал, который вычитается затем из смеси речевого сигнала и шума. В результате этого отношение сигнал/шум на выходе фильтра уве­ личивается.

Возможности акустического приемника характеризуются на­ бором показателей:

•диапазоном частот принимаемого акустического сигнала;

•чувствительностью;

•динамическим диапазоном;

•масса-габаритными характеристиками.

Так как речь является основным видом информации при под­ слушивании, то большинство акустических приемников для добы­ вания информации работают в речевом диапазоне частот. В отде­ льных случаях ценной является информация, переносимая акус­ тической волной в инфразвуковом и ультразвуковом диапазонах. К такой информации относятся звуки движущихся объектов (лю­ дей, техники, подводных и надводных кораблей и др.), акустичес­ кие сигналы взрывов новых боеприпасов, разрабатываемых рабо­ тающих двигателей и других объектов разведки.

Дальность подслушивания (длина простого акустического ка­ нала утечки информации) зависит от ряда факторов, в том числе от чувствительности акустического приемника. Под его чувстви­ тельностью понимается минимальная энергия акустической вол­ ны или оказываемое ею минимальное давление, при котором обес­

426

печивается определенный уровень электрического или акустичес­ кого сигналов на выходе акустического приемника.

Динамический диапазон акустического приемника характе­ ризуется диапазоном в дБ мощности акустического сигнала на его иходе (громкости звука), при котором обеспечивается требуемый или допустимый уровень сигнала на выходе акустического прием­ ника. Учитывая, что акустический приемник при добывании ин­ формации размещается скрытно, далеко не в оптимальных услови­ ях, его динамический диапазон является важнейшей характерис­ тикой акустического приемника. Например, если динамический диапазон закладного подслушивающего устройства мал, то при­ емлемое качество добываемой речевой информации обеспечивает­ ся лишь в небольшом интервале расстояний от микрофона говоря­ щего человека. Когда разговаривающий человек ходит по комнате, то добываемая информация может содержать участки с плохим ка­ чеством речи.

Так как акустические каналы утечки информации имеют ма­ лую протяженность и акустический приемник необходимо прибли1ить к источнику акустического сигнала, то большинство акусти­ ческих приемников относятся к классу носимой аппаратуры с ав­ тономными источниками питания. Поэтому важное значение для практического применения акустического приемника имеют его нес и габариты, а также длительность непрерывной работы.

Для запоминания (записи) добываемой информации сигнал с йыхода передается по организуемому каналу связи к запоминаю­ щему устройству или записывается в запоминающем устройстве, размещенном в месте нахождения акустического приемника. В последнем варианте к запоминающему устройству предъявляются такие же жесткие требования, как к акустическому приемнику.

Для записи речевой информации широко применяются специильные диктофоны, конструктивно объединяющие акустический нриемник и запоминающее устройство (лентопротяжный и цифро­ вой магнитофоны). Основными характеристиками запоминающих устройств являются объем памяти в МБайтах, время записи рече­ вой информации в минутах или часах, время непрерывной рабо­ ты в часах.

427

Средства технического анализа измеряют технические ха­ рактеристики (сигнальные признаки) акустических сигналов, ко­ торые могут использоваться для обнаружения и распознавания их источников: частоту колебаний, характеристики спектра, ампли­ туду и мощность сигнала и др. Каждый объект с движущимися ме­ ханическими частями имеет индивидуальную сигнальную призна­ ковую структуру, по которой с достаточно высокой вероятностью можно обнаружить объект и распознать его отдельные свойства. Средства анализа акустических сигналов устанавливаются, напри­ мер, на подводных лодках для обнаружения и распознавания типов (вплоть до номера) надводных и подводных кораблей.

Микрофон как основной и наиболее широко применяемый элемент акустического приемника можно представить в виде пос­ ледовательного ряда функциональных звеньев. В первом акусти­ ческом звене в результате взаимодействия конструкции микрофо­ на и звукового поля формируется механическая сила, зависящая от громкости звука, частоты звукового сигнала, размеров и формы корпуса микрофона и его акустических входов, расстояния меж­ ду ними и угла падения звуковой волны относительно оси микро­ фона. Первое звено определяет характеристику направленности микрофона и по существу представляет собой акустическую ан­ тенну.

Второе звено обеспечивает преобразование механической силы акустической волны в колебания подвижной части микрофо­ на — мембраны. Его свойства определяются расположением, вели­ чиной и частотной зависимостью входящих в него акусто-механи- ческих элементов. Это звено определяет амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) микрофона.

Третье звено представляет собой электромеханический пре­ образователь колебаний мембраны в электрический сигнал и оп­ ределяет чувствительность микрофона. Четвертое электрическое звено выполняет функцию согласования преобразователя с после­ дующей электрической цепью и характеризуется внутренним или выходным'сопротивлением микрофона как источника сигнала.

При подключении микрофона к входным цепям усилителя (на­ грузке) с комплексным сопротивлением ZHнапряжение на нем рав­ но UH= EMZn / (ZM+ Zn), где Ем и ZM— выходные напряжения и со­ противление микрофона (рис. 15.2).

428

Рис. 15.2. Эквивалентная электрическая схема микрофона

Напряжение на нагрузке максимально, т. е. Uh —*• Ем, при ZM« Zh . Следовательно, для повышения напряжения на нагрузке необходимо выполнить условие Zn» Z .

Микрофоны классифицируются по различным признакам, указанными на рис. 15.3.

—элекгретные; — острой направлен-

—пьезоэлектриности ческие

Рис. 15.3. Классификация микрофонов

Угольный (порошковый) микрофон, впервые созданный в 1879 г. русским инженерном М. Михальским, представляет собой круглую коробочку с гранулированным древесным углем, закры­ ваемую тонкой металлической упругой крышкой— мембраной. К электроду, укрепленному на дне коробочки, и мембране подво­ дится постоянное напряжение, под действием которого в массе угольного порошка протекает электрический ток. Принцип работы угольного микрофона основан на изменении под действием акус­ тической волны сопротивления угольного порошка, находящего­

429

ся между мембраной и неподвижным электродами. Акустическая волна приводит мембрану микрофона в колебательное движение, вследствие чего изменяется степень сжатия угольного порошка и площадь соприкосновения его гранул друг с другом. В результа­ те этого сопротивление порошка и сила протекающего через него тока меняются в соответствии с громкостью звука, т. е. произво­ дится амплитудная модуляция электрического тока. Номинальное сопротивление угольного микрофона зависит от зернистости и тех­ нологии обработки порошка и других факторов. Это сопротивле­ ние может составлять у низкоомных микрофонов 35-65 Ом, сред­ неомных — 65-145 Ом и высокоомных — 145-300 Ом. Угольные микрофоны имеют низкую стоимость, высокую чувствительность, обеспечивают возможность без дополнительного усиления переда­ чу электрических сигналов на большие (десятки км) расстояния. Это обстоятельство обуславливает широкое применение угольных микрофонов в проводной телефонной связи. Однако они узкопо­ лосные и для передачи более широкополосных, чем речь, акусти­ ческих сигналов не применяются.

Конструкция электродинамического микрофона, изобретен­ ного американскими учеными Э. Венте и А. Терас в 1931 г., ана­ логична конструкции электродинамического громкоговорителя. В нем катушка из тонкой проволоки жестко связана с мембраной из полистирольной пленки или алюминиевой фольги и постоянно на­ ходится в воздушном зазоре постоянного магнита. При колебаниях катушки в ней возникает ЭДС, значение которой пропорционально громкости звука. Динамические микрофоны относительно просты, надежны в работе в широком диапазоне температур и влажности, устойчивы к сотрясениям и широко применяются в различной зву­ коусилительной и звукозаписывающей аппаратуре.

В электромагнитном микрофоне в результате колебаний мембраны из ферромагнитного материала в обмотке неподвижной катушки с сердечником, по которой протекает постоянный ток, возникает ЭДС индукции, величина которой эквивалентна интен­ сивности звука.

Конденсаторный микрофон, изобретенный американским ученым Э. Венте в 1917 г., представляет собой капсюль, состоящий из двух параллельно расположенных пластин — электродов, один

430