СПОСОБ МАСКИРОВАНИЯ АКУСТИЧЕСКОЙ ЛИНИИ СВЯЗИ Российский патент 2001 года по МПК H04M1/68 

Заявляемые технические решения объединены единым изобретательским замыслом, относятся к области электрических систем связи, а именно к системам связи с применением свободно распространяющихся упругих волн (акустических линий связи) и, в частности, могут быть использованы при построении акустических линий связи, исключающих несанкционированное прослушивание (например, с помощью микрофонных усилителей) или документирование передаваемой информации (например, с помощью диктофона).

Известен способ маскировки линий связи, в которой источником информационного сигнала, не подлежащим несанкционированному прослушиванию, является паразитное излучение цифровой аппаратуры. (см. Заявка PCT (WO) N A1 90/00840, опубл. 25.01.90 г.).

Известный способ заключается в формировании сигнала помехи путем предварительной записи набора символов, не соответствующих информационным символам, обрабатываемых в цифровой аппаратуре, случайном выборе их, модуляции ими сигнала высокочастотного генератора и излучения электромагнитного сигнала помехи. Сигнал помехи "маскирует" информационный сигнал, что затрудняет его несанкционированный перехват и прослушивание (документирование). Однако известный способ приемлем только для "маскировки" информации, передаваемой с помощью электромагнитных волн и неприемлем для акустических линий связи.

Известен также способ маскировки звукового информационного сигнала во внутренних помещениях по пат. США N 4.052.564, МПК H 04 K 3/00, опубл. 12.10.1977 г., заключающийся в формировании акустического маскирующего сигнала, его генерировании с помощью центрального генератора, устанавливаемого над источником маскируемого акустического информационного сигнала и создании дополнительных источников акустического маскирующего сигнала, размещенных стационарно в нескольких точках помещения.

Недостатком известного способа является возникающие неравномерности уровня маскирующего сигнала в помещении из-за наличия в них препятствий (перегородок, шкафов, оборудования и т.п.), невозможности адаптации амплитудно-частотных характеристик маскирующего сигнала и, как следствие, более высокая вероятность несанкционированного прослушивания (документирования) информационного акустического сигнала (ИАС).

Наиболее близким к заявляемому является известный способ маскировки информационного акустического сигнала по патенту США N 4.319.088 от 9.03.1982, МПК H 04 K 3/00.

Известный способ-прототип заключается в предварительном мониторинге шумового уровня, создаваемого в помещении ИАС, подлежащего маскировке; определении внутри помещения зон, в пределах которых уровень ИАС одинаков; формировании маскирующего акустического сигнала (MAC), его излучении в центрах ранее определенных зон и, кроме того, в излучении MAC в дополнительных точках каждой зоны, последующей регулировке амплитудно-частотных характеристик излучаемых MAC, приеме ИАС и MAC, их смешении и выделении смешанного сигнала в нагрузку.

Источником ИАС может быть громкоговорящий телефонный аппарат, динамик селекторной связи или физическое лицо (работник). Смешанный сигнал в общем случае может выделяться через микрофонный усилитель в нагрузку, например для записи на магнитофон.

Данный способ позволяет за счет оптимального размещения источников MAC и возможности регулирования их амплитудно-частотных характеристик адаптировать систему маскировки акустических линий связи при возможных изменениях их шумового фона, исключить влияние мешающих предметов, находящихся в помещении.

Однако способ-прототип имеет недостатки: факт зашумления акустической линии связи имеет демаскирующие признаки ввиду того, что маскирующий сигнал также является акустическим;
относительно высокие энергетические затраты на создание маскирующего сигнала, т. к. его уровень выбирают исходя из наихудших условий маскировки без учета фактической ситуации в помещении;
реализация способа требует построения дорогостоящей, громоздкой аппаратуры и значительных затрат на ее установку.

Известно устройство для маскирования линий связи по заявке PCT (WO), МПК H 04 K 3/00, N A1 90/00840, опубл. 25.01.1990 г., которое включает синхронизатор, обеспечивающий управление работой устройства с помощью сигналов, формируемых в защищаемой от несанкционированного доступа цифровой аппаратуре, запоминающего устройства, микропроцессора, цифро-аналогового преобразователя, на выходе которого формируются модулирующие сигналы для передатчика, излучающего через антенну маскирующие сигналы.

Однако известное устройство неприемлемо для маскировки информационного сигнала, передаваемого с помощью упругих волн.

Известно также устройство маскирования акустической линии связи по пат. США N 4.052.564, МПК H 04 K 3/00, опул. 12.10.1977 г., содержащее генератор MAC, усилитель, эквалайзер и один или несколько излучателей MAC (динамиков), устанавливаемых над источниками информационных акустических сигналов, которые подлежат маскировке.

Однако известное устройство недостаточно эффективно, т.к. заранее установленные амплитудно-частотные параметры MAC не могут быть адаптированы к возможным изменениям уровней маскируемых сигналов и, кроме того, эффективность устройства снижается из-за мешающего действия находящихся в помещении предметов.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявленному является известное устройство маскировки акустической линии связи, находящихся в помещениях, по пат. США N 4.319.088, МПК H 04 K 3/00, опубл. 9.03.1982 г.

Устройство-прототип состоит из нескольких главных блоков маскирующего акустического сигнала, к каждому из которых подключены по несколько дополнительных блоков маскирующего акустического сигнала (MAC). Каждый главный блок MAC с подключенными к нему дополнительными блоками MAC устанавливают в подпотолочном пространстве помещения в пределах зоны с примерно одинаковым уровнем информационных акустических сигналов (ИМС), подлежащих маскировке. Главный блок MAC состоит из генератора MAC, усилителя, эквалайзера и выходного динамика. Каждый дополнительный блок MAC включает выходной динамик, возбуждаемый от главного блока MAC путем подключения к нему кабеля. Главные и дополнительные блоки снабжены органами управления параметрами MAC с портами для подключения альтернативных источников MAC.

В общем случае устройство включает также смеситель MAC и ИМС, подключенный к оконечному устройству, в качестве которого могут использоваться микрофон, подключенный к звукозаписывающему устройству.

Известное устройство обеспечивает возможность адаптации амплитудно-частотных характеристик MAC к изменяющимся условиям работы маскируемых акустических линий связи, менее подвержено экранирующему действию находящегося в помещении оборудования.

Однако устройство-прототип имеет недостатки:
обладает демаскирующими признаками факта маскировки акустической линии связи, т.к. для этой цели используются звуковые сигналы;
относительно высокими энергетическими затратами на создание необходимого уровня MAC;
устройство громоздко и требует значительных материальных затрат на его установку в помещении.

Целью заявляемых изобретений является разработка способа и устройства маскировки акустической линии связи, исключающих демаскирующие признаки факта маскировки, требующих меньших материальных и энергетических затрат при их реализации и использовании, а также способных гибко адаптироваться к возможным изменениям условий функционирования маскируемой акустической линии связи.

В заявляемом способе поставленная цель достигается тем, что в известном способе маскировки акустической линии связи, заключающемся в приеме информационного акустического сигнала, формировании маскирующего сигнала, смешении информационного и маскирующего сигналов и выделении смешанного сигнала в оконечную нагрузку, принятый информационный акустический сигнал преобразуют в информационный электрический сигнал (ИЭС). Одновременно дополнительно формируют и излучают амплитудно-манипулированный высокочастотный (AM ВЧ) сигнал и принимают его. Затем принятый AM ВЧ сигнал преобразуют в маскирующий электрический сигнал (МЭС) путем его предварительной селекции, детектирования и дифференцирования. После чего ИЭС и МЭС смешивают.

Для формирования AM ВЧ сигнала генерируют непрерывный гармонический сигнал, который манипулируют случайной последовательностью импульсов.

Перечисленная новая совокупность существенных признаков обеспечивает маскировку в оконечной нагрузке принятого информационного акустического сигнала, преобразованного затем в информационный электрический сигнал без проявления демаскирующих признаков факта маскировки благодаря формированию из амплитудно-манипулированного ВЧ сигнала маскирующего сигнала в частотном диапазоне речевого спектра информационного сигнала. Реализация данного способа не требует какого-либо дополнительного оборудования помещения.

В заявленном устройстве поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве маскирования акустической линии связи, содержащем источник информационного акустического сигнала и смеситель, подключенный к оконечной нагрузке, дополнительно введены электромагнитный преобразователь, установленный на приемном конце акустической линии связи, блок нелинейного преобразования, генератор амплитудно-манипулированного ВЧ сигнала, выход которого подключен к передающей антенне. Выход электроакустического преобразователя подключен к входу блока нелинейного преобразования, выход которого подключен к входу смесителя.

Генератор амплитудно-манипулированного ВЧ сигнала состоит из генератора случайной последовательности импульсов, генератора гармонического высокочастотного сигнала, смесителя и усилителя, выход которого является выходом генератора амплитудно-манипулированного ВЧ сигнала. Выходы генераторов случайной последовательности импульсов и гармонического высокочастотного сигнала подключены соответственно к первому и второму входам смесителя, выход которого соединен с входом усилителя.

Блок нелинейного преобразования состоит из каскадно включенных предварительного селектора, детектора и дифференцирующей цепи. Вход предварительного селектора и выход дифференцирующей цепи являются соответственно входом и выходом блока нелинейного преобразования.

Указанная новая совокупность существенных признаков обеспечивает эффективную маскировку акустической линии связи благодаря возможности формирования с помощью введенных генератора амплитудно- манипулированного ВЧ сигнала и блока нелинейного преобразования, в котором принятый AM ВЧ сигнал преобразуют в маскирующий электрический сигнал в частотном диапазоне речевого спектра.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленных технических решений, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленных изобретений условию патентоспособности "новизна".

Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленные изобретения соответствуют условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Заявленные объекты изобретения поясняются чертежами, на которых показаны:
на фиг. 1 - эпюры, поясняющие принцип реализации заявленного способа;
на фиг. 2 - общая структурная схема маскируемой акустической линии связи;
на фиг. 3, 4 - результаты экспериментальных исследований, определяющие требования к параметрам элементов устройства.

Возможность реализации заявленного способа объясняется следующим образом.

При возбуждении в помещении каким-либо источником, например электроакустическим преобразователем (громкоговорителем) или голосом человека, звука в спектре слышимых частот (от 16 Гц до 20 кГц), являющегося информационным акустическим сигналом, возникают упругие волны, которые воспринимаются электроакустическим приемником (например, микрофоном), на выходе которого формируется электрический сигнал, представляющий собой сумму гармонических составляющих, характеризующихся частотой, фазой и амплитудой. Форма такого сигнала показана на фиг. 1,а. Исключить несанкционированное документирование этого информационного сигнала можно путем искажения его частотно- амплитудного спектра.

В заявленном способе это достигается за счет формирования дополнительного маскирующего электрического сигнала, частотный спектр с которого охватывает частотный спектр информационного сигнала. Формирование маскирующего сигнала достигается следующим образом.

Генерируют непрерывный во времени ВЧ гармонический сигнал на частоте f₀ (фиг. 1,б), и случайную последовательность импульсов, длительность "тау" которых и временные интервалы t между ними изменяются во времени случайным образом (фиг. 1,в). Затем случайной последовательностью импульсов манипулируют ВЧ гармонический сигнал, таким образом формируя амплитудно-манипулированный ВЧ сигнал (фиг. 1,г), который излучают в направлении приема информационного акустического сигнала.

Далее принятый AM ВЧ сигнал после предварительной селекции детектируют, восстанавливая случайную последовательность импульсов (фиг. 1, д). Результатом дифференцирования этой последовательности является совокупность коротких импульсов, положение которых на временной оси соответствует положению передних и задних фронтов импульсов случайной последовательности (фиг. 1,е). Частота следования коротких импульсов во времени изменяется случайным образом. Следовательно, случайным образом изменяется и амплитудно-частотная структура спектра этой последовательности. Если частота следования коротких импульсов изменяется в интервале частот, охватывающих частотный спектр информационного сигнала, то после смешения информационного сигнала (фиг. 1,а) и случайной последовательности коротких импульсов (фиг. 1,е), являющейся фактически маскирующим сигналом, выделенный в нагрузку смешанный сигнал будет представлять собой замаскированный информационный сигнал (фиг. 1,ж).

Выполненные экспериментальные исследования маскировки акустической линии (фиг. 2), в которой источник информационного акустического сигнала (ИАС) создает в месте приема звуковое давление, эквивалентное давлению, создаваемому разговором человека, а приемник акустических волн (портативный диктофон) расположен от него на удалении R = 1-5 м, индекс различимости (параметр, определяемый на основе экспертных оценок отношением количества правильно и неправильно принятых слов переданной информации) информационного сигнала на оконечной нагрузке (запись на магнитной ленте) обеспечивается в пределах 0,1. . . 0,2 при достижении показанных на фиг. 3 значениях эквивалентной изотропно излученной мощности P_ЭИИМ = P_AG_i амплитудно-манипулированного ВЧ сигнала. P_A - мощность, подводимая к антенне; G_i - изотропный коэффициент усиления этой антенны. Удаление D выбиралось в пределах 3-5 м. На фиг. 3 также показаны значения P_ЭИИМ при использовании антенны линейной и вращающейся поляризаций. В силу равновероятной ориентации приемника при одинаковых значениях P_ЭИИМ более эффективной маскировка будет при использовании электромагнитных волн вращающейся поляризации. По графику на фиг. 3 можно определить конкретные требования к параметрам технических устройств, реализующих способ, в зависимости от условий организации линии акустической связи в помещении.

На фиг. 4 приведена также полученная экспериментально зависимость индекса различимости от значения несущей частоты f₀ AM ВЧ сигнала (фиг. 1б,г).

Исследования выполнены с использованием в качестве приемников акустической линии связи широкого класса диктофонов, выпускаемых ведущими фирмами стран мира. Из полученных данных следует, что минимальный уровень индекса различимости достигается при f₀ = 400- 600 МГц. Так, при P_AG_i = 50 Вт; D = 3 м, R = 2 м и звуковом давлении в точке приема акустического сигнала, соответствующем давлению, создаваемому разговором человека, индекс различимости составляет 0,1 - 0,2 при f₀ = 400...600 МГц, что соответствует гарантированной маскировке сигнала. Причем указанный интервал f₀ обеспечивает минимизацию индекса различимости при любых значениях P_AG_i; D; R.

Для достижения лучших условий маскировки информационного сигнала задающая тактовая частота импульсной последовательности должна выбираться в интервале 10-20 кГц.

Т.о., приемлемый уровень индекса различимости достигается при относительно невысоких уровнях P_ЭИИМ и полном отсутствии демаскирующих признаков факта маскирования информационного акустического сигнала.

Заявленное устройство, показанное на фиг. 5, состоит из источника 1 информационного акустического сигнала, удаленного от электроакустического преобразователя (приемника) 2 на расстояние R, блока нелинейного преобразования (БНП) 3, смесителя 4, оконечной нагрузки 5, генератора 6 амплитудно-манипулированного ВЧ сигнала, к выходу которого подключена передающая антенна 7, размещенная на удалении D от электроакустического преобразователя (ЭАП) 2.

Выход ЭАП 2 подключен к входу БНП 3, выход которого подключен к входу смесителя 4, выход которого соединен с оконечной нагрузкой 5.

Генератор 6 амплитудно-манипулированного ВЧ сигнала может быть выполнен различным образом, в частности его структурная схема, показанная на фиг. 5, состоит из генератора 6.1 гармонического высокочастотного сигнала и генератора 6.2. случайной последовательности импульсов, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам высокочастотного смесителя 6.3. , выход которого подключен к входу усилителя 6.4. Выход усилителя 6.4. является выходом генератора амплитудно-манипулированного ВЧ сигнала.

БНП 3 также может быть выполнен различным образом, в частности его структурная схема, показанная на фиг. 5, состоит из каскадно включенных предварительного селектора 3.1, детектора 3.2 и дифференцирующей цепи 3.3. Вход предварительного селектора 3.1. и выход дифференцирующей цепи 3.3. являются соответственно входом и выходом БНП 3.

В качестве источника 1 информационного акустического сигнала может использоваться любой электроакустический преобразователь, преобразующий электромагнитную энергию в энергию упругих волн, например громкоговоритель. Также источником информационного акустического сигнала может рассматриваться информация, исходящая вербальным образом от человека.

В качестве ЭАП 2 может быть использован преобразователь, действие которого основано на принципе электромагнитной индукции, например любой микрофон.

Особенностью заявляемого устройства является то, что в качестве БНП 5 может применяться электронный блок собственно диктофона, содержащем соответственно эквивалентные предварительные селектор 3.1, детектор 3.2 и дифференцирующую цепь 3.3. Смесителем 4 может рассматриваться нагрузка выходного каскада диктофона, на которой формируются все выходные сигналы, прошедшие БНП 3, в том числе информационный и маскирующий.

В качестве оконечной нагрузки может использоваться блок документирования выходного сигнала, например, на магнитофонную ленту.

Входящие в генератор 6 амплитудно-манипулированного ВЧ сигнала элементы известны и описаны в соответствующих источниках информации. Так в качестве генератора 6.2 случайной последовательности импульсов может использоваться известный генератор случайных импульсов по авт. свид. СССР N 1116524 A, МПК H 03 B 29/00, опубл. 30.09.84 г. Задающая тактовая частота импульсной последовательности такого генератора должна выбираться в пределах 10-20 кГц.

Схема и принцип работы генератора 6.1. гармонических колебаний известна и, в частности, описана в книге: Горошков Б.И. Элементы радиоэлектронных устройств. Справочник. - М.: Радио и связь, 1989, с. 107, рис.7.27.

Схема высокочастотного смесителя 6.3, в котором осуществляется амплитудная манипуляция ВЧ гармонического колебания также известна и, в частности, описана в книге: Качанов В.И. Транзисторные передатчики. Изд. 2. - М. : Энергия, 1976, с.397, рис. 10-14б.

Параметры усилителя 6.4 (мощность на его выходе P_A) и передающей антенны 7 (поляризация и коэффициент усиления - G_i) выбирают исходя из конкретных условий размещения акустической линии связи, т.е. от значений R, D, используя данные графика на фиг. 3.

В качестве усилителя 6.4 и передающей антенны 7 могут использоваться любые известные технические решения, а конкретный их выбор определяется эксплуатационными условиями их применения.

Заявленное устройство работает следующим образом.

При приеме акустического сигнала радиоэлектронным средством (РЭС), содержащим ЭАП (например, микрофон) и низкочастотный (НЧ) тракт усиления, акустический сигнал преобразуется в электрический с последующим усилением. Причем для акустического и электрического сигналов, имеющих частотный спектр в интервале 16 Гц - 29 кГц, как ЭАП, так и тракт усиления являются линейными, т.е. преобразуют их без искажений. В то же время для ВЧ сигнала, например, в области 200- 800 МГц, такое РЭС представляет собой нелинейный тракт. Следовательно, наведенный в нем ВЧ сигнал претерпит нелинейные искажения. Т.е. в этом случае РЭС можно рассматривать для ВЧ сигнала как блок нелинейного преобразования.

Если подобрать структуру ВЧ сигнала такой, что после его нелинейного преобразования в ней будут преобладать (по энергетике) частотные составляющие в спектре речевого сигнала, то преобразованный ВЧ сигнал и будет являться маскирующим сигналом информационного НЧ сигнала.

Этот принцип положен в основу работы заявляемого устройства. При организации работы маскируемой акустической линии связи, в которой источник 1 информационного акустического сигнала расположен на удалении R от ЭАП 2, подключенного через БНП 3 и смеситель 4 к оконечной нагрузке 5, предварительно оценивают необходимый уровень P_ЭИИМ для надежной маскировки информационного сигнала. По результатам оценки устанавливают требуемый уровень P_ЭИИМ, исходя из данных, приведенных на фиг. 3 и 4. Величина P_ЭИИМ может регулироваться следующими параметрами: выходной мощностью P_A, коэффициентом усиления передающей антенны G_i и ее поляризацией. В рассматриваемой акустической линии связи аппаратура на приемном конце установлена скрытно или явно с целью несанкционированного документирования информационного сигнала. Аппаратура для излучения амплитудно-манипулированного ВЧ сигнала устанавливается скрытно от пользователя несанкционированной аппаратуры документирования. Одновременно с возбуждением упругих волн акустического сигнала (началом переговоров) включается генератор 6 амплитудно- манипулированного ВЧ сигнала, передающая антенна 7 ориентируется максимумом диаграммы направленности (ДН) 8 на место установки ЭАП 2.

При любом радиоэлектронном средстве документирования сигнала с выхода ЭАП 2 в этом средстве содержатся эквивалентные: предварительный селектор 3.1, детектор 3.2 и дифференцирующая цепь 3.3, формирующие БНП 3. В БНП 3 происходят физические процессы с наведенным амплитудно-манипулированным ВЧ сигналом, как это показано при описании способа. Результатом этих физических процессов является формирование на выходе БНП 3 маскирующего сигнала. В тоже время принятый информационный акустический сигнал и преобразованный в ЭАП 2 в информационный электрический сигнал без искажений усиливается в тракте БНП 3, т.к. его схема имеет линейные характеристики усиления для спектра частот информационного электрического сигнала. Линейным преобразователем для этого сигнала является и ЭАП 2.

Применение для формирования маскирующего сигнала амплитудно-манипулированного ВЧ сигнала со случайной последовательностью импульсов обеспечивает при минимальных энергетических затратах и одновременном использовании несанкционированной документирующей аппаратуры (например, диктофона) для формирования маскирующего сигнала высокую степень маскировки информации без демаскирующих признаков факта защиты этой информации. Устройство дешево в производстве, не требует каких-либо доработок помещения, в котором оно используется.

Изобретение относится к области электрических систем связи, а именно к системам с применением акустических волн, и, в частности, могут быть использованы при необходимости маскирования информационного акустического сигнала от несанкционированного его документирования, например, с помощью диктофона. Способ маскирования заключается в генерировании амплитудно-манипулированного высокочастотного сигнала, его приеме и формировании из него маскирующего электрического сигнала. Принятый информационный акустический сигнал преобразуют в информационный электрический сигнал, который смешивают с маскирующим электрическим сигналом и выделяют в оконечной нагрузке. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ маскирования акустической линии связи, заключающийся в приеме информационного акустического сигнала, формировании маскирующего сигнала, смешении информационного акустического сигнала и маскирующего сигнала и выделении смешанного сигнала в оконечной нагрузке, отличающийся тем, что перед смешением информационного акустического сигнала и маскирующего сигнала принятый информационный акустический сигнал в пункте приема преобразуют в информационный электрический сигнал в спектре слышимых частот, а маскирующий сигнал формируют путем формирования и излучения в направлении пункта приема амплитудно-манипулированного высокочастотного сигнала, который принимают в пункте приема и после предварительной селекции детектируют, восстанавливая случайную последовательность импульсов, результатом дифференцирования которой является случайная последовательность коротких импульсов, которая является маскирующим сигналом, частотный спектр которого охватывает частотный спектр информационного электрического сигнала. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для формирования амплитудно-манипулированного высокочастотного сигнала генерируют непрерывный гармонический высокочастотный сигнал, который манипулируют случайной последовательностью импульсов.