| » Статистика |
Онлайн всего: 1 Гостей: 1 Пользователей: 0 |
|
лазерные микрофоны часть2
В последние годы появилась информация, что спецслужбы различных стран и
недобросовестно конкурирующие фирмы для несанкционированного получения
речевой информации все чаще используют дистанционные портативные
средства акустической разведки. Эти сообщения закономерно вызывают
серьезные опасения руководителей служб безопасности предприятий и
организаций. Самыми современными и эффективными считаются лазерные
системы акустической разведки (ЛСАР), которые позволяют воспроизводить
речь, любые другие звуки и акустические шумы при лазерно-локационном
зондировании оконных стекол и других отражающих поверхностей.
По
свидетельству прессы (в том числе и специальных изданий), в США,
например, в середине 80-х годов продавцы спецтехники отметили всплеск
интереса у покупателей именно к лазерным микрофонам. Не меньший интерес в
настоящее время проявляется к данным изделиям и в России. В связи с
этим уместно провести анализ современного уровня развития ЛСАР,
коснуться физических особенностей съема информации и рассмотреть ряд
факторов, влияющих на результаты применения данного средства.
История
создания первых ЛСАР уходит в 30-е годы, когда подобные устройства
пытались сконструировать с помощью лампы и светофильтра. При этом
лабораторные испытания можно было признать успешными. C развитием
лазерной техники уже в 60-е годы удалось создать и поставить на
вооружение ЦРУ первые специализированные системы съема информации.
На
сегодняшний день создано целое семейство лазерных средств акустической
разведки. В качестве примера можно привести систему SIPE LASER 3-DA
SUPER. Данная модель состоит из источника излучения (гелий-неоновый
лазер), приемника этого излучения с блоком фильтрации шумов, двух пар
головных телефонов, аккумулятора питания и штатива. Наводка. лазерного
излучения на оконное стекло нужного помещения осуществляется с помощью
телескопического визира. Изменять угол расходимости выходящего. пучка
позволяет оптическая насадка, высокая стабильность параметров
достигается благодаря использованию системы автоматического
регулирования. Модель обеспечивает съем речевой информации с оконных рам
с двойными стеклами с хорошим качеством на расстоянии до 250 м.
Достижения
в развитии лазерной техники позволили значительно улучшить технические
характеристики и надежность работы данных систем разведки. Так, лазерное
устройство фирмы Hewlett-Packard НРО150 имеет паспортную дальность
ведения разведки до 1000 м. Кроме того, имеются сообщения о
потенциальной возможности работы при удаленности объекта на расстояние
до 10 км.
Рассмотрим более подробно физические процессы,
происходящие при перехвате речи с помощью ЛСАР. Зондируемый объект —
обычно оконное стекло — представляет собой своеобразную мембрану,
которая колеблется со звуковой частотой, создавая фонограмму разговора.
Генерируемое лазерным передатчиком излучение, распространяясь в
атмосфере, отражается от поверхности оконного стекла и модулируется
акустическим сигналом, а затем воспринимается фотоприёмником, который и
восстанавливает разведываемый сигнал.
В данной технологии принципиальное значение имеет процесс модуляции, который можно описать следующим образом.
Звуковая
волна, генерируемая источником акустического сигнала, падает на границу
раздела воздух-стекло и создает своего рода вибрацию, то есть
отклонения поверхности стекла от исходного положения. Эти отклонения
вызывают дифракцию света, отражающегося от границы. Если размеры
падающего оптического пучка малы по сравнению с длиной 'поверхностной'
волны, то в суперпозиции различных компонент отраженного света будет
доминировать дифракционный пучок нулевого порядка. В этом случае,
во-первых, фаза световой волны оказывается промодулиро- ванной по
времени с частотой звука и однородной по сечению пучка, а во- вторых,
пучок 'качается' с частотой звука вокруг направления зеркального
отражения.
Необходимо учитывать, что на качество принимаемой информации оказывают влияние следующие факторы:
параметры используемого лазера (длина волны, мощность, когерентность и т. д.);
параметры фотоприемника (чувствительность и избирательность фотодетектора, вид обработки принимаемого сигнала и т. д.);
параметры атмосферы (рассеяние, поглощение, турбулентность, уровень фоновой засветки и т. д.);
качество
обработки зондируемой поверхности (шероховатости и неровности,
обусловленные как технологическими причинами, так и воздействием среды —
грязь, царапины и проч.);
уровень фоновых акустических шумов;
уровень перехваченного речевого сигнала; конкретные местные условия.
Все
эти обстоятельства накладывают свой отпечаток на качество фиксируемой
речи, поэтому нельзя принимать на веру данные о приеме с дальности в
сотни метров — эти цифры получены в условиях полигона, а то и расчетным
путем.
В частности, представители фирмы РК ELECTRONIC достаточно
корректно называют дальность перехвата своего изделия PK1035-SS от
нескольких метров до 500 метров. Кроме того, многие западные
пользователи в открытых публикациях утверждают, что в городских условиях
ни о каких сотнях метров говорить не приходится. Тот же результат
получен и немногочисленными нашими соотечественниками, владеющими ЛСАР
(кстати, в основном западного производства по цене 40000 DM). В итоге,
несколько ослабевает интерес специалистов к лазерным системам съема
информации и, соответственно, к организации защиты информации от утечки
по этому каналу. В немалой степени разочарование постигло и тех, кто
жаждет приобрести черный ящик с красной кнопкой, нажав которую, без
труда, знаний, навыков и без риска можно получить блестящий результат.
На самом же деле применение такой сложной, можно сказать, капризной
системы, какой является ЛСАР, немыслимо без долгой, кропотливой
подготовки и существенных затрат как на систему съема, так и на
оборудование для обработки результатов.
Обязательным условием использования ЛСАР также является изучение тактики ее использования в различных условиях.
Из
всего вышесказанного можно сделать следующие выводы: лазерные системы
съема существуют и являются при грамотной эксплуатации весьма
эффективным средством получения информации; ЛСАР в то же время не
является универсальным средством, так как многое зависит от условий
применения; не все то является лазерной системой разведки, что так
называется продавцом или производителем; без квалифицированного
персонала тысячи и даже десятки тысяч долларов, потраченные на
приобретение ЛСАР, пропадут зря; службы безопасности должны разумно
оценить необходимость защиты информации от ЛСАР. Если существует
реальная угроза, защиту следует организовать с учетом особенностей
расположения и функционирования объектов, с учетом технических и
финансовых возможностей противостоящей стороны, а также с соблюдением
требований по экологии, эргономике и эстетике.
Лазерный микрофон. Описание устройства
--------------------------------------------------------------------------------
ЛАЗЕРНЫЙ МИКРОФОН
Поставлена
задача: зарегистрировать звук внутри комнаты, имеющей окно наружу, на
расстоянии. Имеется несколько способов сделать это, но здесь будет
описан так называемый "лазерный микрофон". Применение лазера, как
приемника звука от оконного стекла, часто используется в фильмах,
создавая при этом ложное впечатление, что задача съема информации через
окно легка, а сам лазерный микрофон является портативным и легко
монтируемым прибором. Это, однако далеко не так. Ниже приводится
несколько возможных (но не все) вариантов его реализации.
1. На
рис. 1 изображен простейший вариант подобной системы: луч лазера падает
на стекло окна под некоторым углом (например, 45 градусов). На границе
стекло-воздух происходит модуляция луча звуковыми колебаниями.
Отражённый луч улавливается фотодетектором, расположенном с другой
стороны окна на угле, равном углу падения. Система в самом деле довольно
простая, но требует тщательной юстировки.
Второй способ, использующий сплиттер (делитель) пучка и показанный на
рис. 2, несколько сложнее, но он позволяет совместить лазер и детектор.
Отпадает необходимость в тщательной юстировке системы. Применение
сплиттера позволяет свести падающий и отражённый луч в одну точку
3. Используя интерферометрию (рис. 3), можно получить более высокую
чувствительность, чем дает предыдущая схема. Но система очень сложна в
настройке из-за большой разницы в длине оптических путей до окна и до
зеркала. Отражённые лучи должны приходить когерентными по фазе, в
противном случае когерентная картина "замазывается", или вообще
отсутствует, что приводит к падению чувствительности.
И, наконец, последний вариант (рис. 4) - интерферометр, подобный тому,
что выше, но имеющий плечи равной длины - так называемый "Dual Beam
LASER Mic." Главный принцип - дифференциальный метод измерения
акустической вибрации, причем секция оконного стекла, с которой
снимается информация, имеет малый размер. Как следствие, резко
ослабляется синфазная помеха, вызываемая низкочастотными колебаниями
стекла (из-за ветра, например).
Следует отметить, что приемник может иметь также свою оптику, а оптика
лазера может быть более сложной, чем на рис. 4 (см. рис. 5).
Примечание:
длина волны лазера может находиться между видимым и инфракрасным
излучением. Может использоваться даже область дальнего инфракрасного
излучения. Идеальная длина волны - ближний инфракрасный диапазон.
Однако, часто определяющим фактором являются стоимость и простота в
использовании. То есть, юстировка может весьма осложниться, если Вы не
можете видеть луч. Поэтому при экспериментах лучше использовать лазер
видимого диапазона!
После просмотра той схемы, я решил начать с наброска. У меня в мыслях
была альтернативная схема, которую я нашел в журнале энтузиастов
электроники. Здесь схема, а чуть ниже преобразователь для аудио устройства.
Цель проекта:
Отражением любого типа лазера (без изменения испускаемого света) от
тонкого препятствия (как плоская поверхность окна) Laser Snooper должен
захватывать отраженный пучок. В окне отраженный пучок модулируется
вибрациями от шумов по другую сторону окна. Приемник детектирует эту
модуляцию и восстанавливает шум и беседу. Также, задуманное устройство, сделано
из дешевых и доступных элементов.
Схема:
В данной схеме был осуществлен замысел по восстановлению отраженного
лазерного луча в реальное звучание через порт аудио вывода (гнездо для
подключения наушников). План также включал способ измерения (гнездо
измерителя) мощности принятого лазерного сигнала. Это должно было
использоваться чтобы настроить приемник, так как должен был использоваться
невидимый лазерный луч. Но устройство присоединяемое для обнаружения сигнала
это отдельная часть оборудования, которое не использовано в этом
проекте, так как был использован видимый яркий красный Гелий - неоный лазер.
Принцип работы:
Сердце схемы это чувствительный фото транзистор (Q1). Меняющийся
уровень освещённости создает изменяющийся уровень напряжения на коллекторе
(Q1) который связан емкостной связью через (C4) с базой транзистора
предусилителя (Q2). Резистор R3 создает смещение на базе и устанавливает
усиление Q2. Смещение эммитера получается через R5 с протеканием сигнала
через разделительный конденсатор C5. Это комбинация обеспечивает
усиление по напряжению приблизительно равное для этого каскада 40. Усиленный
сигнал проходит через R4 и связанный с ним C7 к регулятору усиления -
переменному резистору R6. Конденсаторы C6 и C9 стабилизируют схему
блокированием любых нежелательных генераций, которые могут происходить.
Теперь R6 связан емкостной связью через C8 с базой Q3. Коэффициент усиления
второго усилителя до 40, устанавливаемый по средством резисторов R8 и
R10. Выход Q3 связан емкостной связью с Q4 через C11. Усиление этого
каскада устанавливается до 40 резисторами R13 и R14. R12 создает для
системы небольшую отрицательную обратную связь. Выход Q4 связан емкостью
C13 с гнездом J1 для управления наушником, как показано на схеме. Выход
предназначается для связи с понижающим трансформатором 1000 к 8 Ом. 8 -
ми Омная обмотка для работы со стандартными монофоническими наушниками
или маленьким динамиком. Выход Q4 также связан с усилителем Q5 через
конденсатор C12. Коэффициент усиления этого каскада 10, устанавливается
резисторами R15 и R16. Теперь сигнал с выхода детектирован и
интегрирован на конденсаторах C15 и C16. Этот уровень постоянного напряжения
управляет внешним измерителем через гнездо J2. Резистор R7 ограничивает ток
на выходе до 1/2 mAmps.
Используйте схему внизу как руководство, чтобы посмотреть правильно ли
работает схема.
Test Point Chart Battery A B C D E
9V .5DC 4.5DC 3.3DC 1.1DC 6DC
На заметку:
A. Схема приемника собирается с использованием дискретных
полупроводников, они предпочтительней интегральных схем. Это означает, что схема
правильно реагирует на собранный лазерный луч. И это более гибкий метод,
обеспечивающий лучший подход во время отладки.
B. Конденсатор C4 является причиной спада амплитудно - частотной
характеристики (АЧХ) ниже 100 Гц. Это помогает уменьшить сигнал 60 Гц от
переменного тока источника света. Разделительный конденсатор на 2,2
микрофарада обеспечивает довольно хороший отклик на сигналы речевого
диапазона.
Факторы, влияющие на схему.
Прежде всего убедитесь, когда собираете схему, что номиналы детали
точны. В моей первой схеме, резисторы имели приблизительные значения и на
схему влияли различные запирания токов, делающие схему
неработоспособной. Достаточно руководствоваться полосками и напечатанными на деталях
значениями.
Далее, я обнаружил что когда приемник отцентрован на ярчайшее пятно
(середину) отраженного лазерного луча, схема работает хуже чем когда
приемник смещен относительно центра. Вероятно это указывает на то, что когда
приемник отцентрован, схема насыщена. А когда смещен относительно
центра схема способна анализировать более слабый (менее насыщенный) лазерный
луч лучше. Это должно показывать, что менее возбужденный луч способен
лучше модулироваться при контакте с источником звука.
Это может быть полезным, в данном случае, это может означать что лазер
можно послать на более длинные дистанции, чтобы он работал лучше.
Толщина окна, где находится источник звука также может влиять на
способность приемника обнаруживать любые изменения в сигнале. Чем тоньше стекло,
тем легче оно будет вибрировать и тем лучше лазер будет модулироваться.
Размышления о будущей схеме:
Как было сказано, чем больше дистанция, лазер и источник звука, тем
больше шанс, что лазерный луч будет расходиться, давая более слабый сигнал
(что будет предотвращать перенасыщение схемы), однако в этом процессе
появляются некоторые ограничения.
Таким образом, использование линз, чтобы собрать большую площадь
отраженного луча к приемнику поможет увеличить дальность действия лазерного
шпиона. Говорилось также, что радиус действия может доходить до 300
футов против текущих 30. Хотя это не совсем электронный проект,
единственный путь подумать о будущем схемы - снабдить схему платой Napoleon 56K
DSP от Джейка Яноветца (Jake Janovetz) для исключения фонового шума.
Фоновый шум в приемнике, имелся в большом количестве, а использование платы
DSP может помочь сделать работу приемника даже лучше той, на которую он
был спроектирован.
Заключение:
Этот проект помог мне повторно изучить теорию известную от ECE342.
Транзисторы были использованы, для смещения токов, принимающих различные
уровни напряжения. А конденсаторы чтобы связать точки схемы для
стабилизации. Не только сборка этого проекта помогла мне научиться основам
теории цепей, но это было здорово - работать и видеть результаты.
--------------------------------------------------------------------------------
Список деталей:
R1 1 100 Meg 1/2 Watt Resistor
R2,4,10,15 4 10 K 1/4 Watt Resistor
R3,8 2 390 K 1/4 Watt Resistor
R5,14,16 3 1K 1/4 Watt Resistor
R6/S1 1 10 K Pot and 12 V Switch
R7 1 2.2 K 1/4 Watt Resistor
R12 1 5.6 Meg 1/4 Watt Resistor
R13 1 39 K 1/4 Watt Resistor
R17 1 22 K 1/4 Watt Resistor
R9,11 2 220 Ohm 1/4 Watt Resistor
C1 1 470 Pfd Disc Cap
C2,10 2 100 Mfd 25 V Elect Cap
C3,9 2 1000 Pfd Disc Cap
C4 1 .05 Mfd Mylar Cap
C5 1 10 Mfd 25 V Elect Cap
C6 1 .01 Mfd 25 V Disc Cap
C7,8,11,12,13,14 6 2.2 Mfd 25 V N.P. Cap
C15,16 2 1 Mfd 25 V Elect Cap
Q1 1 L14G3 Ultra High Sen Phototransistor
Q2,3,4,5 4 PN222 NPN Transistor
D1,2 2 IN914 Diode
J1 1 RCA Phono Jack
P1 1 RCA Phono Plug
CL1 1 9 V Battery Clip
T1 1 1 K / 8 Ohm Mini Audo Transformer
Дистанционный лазерный микрофон
При разговоре около окна звуковые колебания воздуха передаются стеклу.
Вибрация отражающей поверхности вызывает амплитудно-апертурную модуляцию
отраженного лазерного луча. Демодуляция звукового сигнала
осуществляется в оптическом приемнике (ОП).
ОП построен по схеме
прямого фотодетектирования. В качестве детектора используется
фототранзистор VTI ФТ-2К. Коэффициент усиления DlA (D1B) задается
отношением резисторов в цепи OOCKu-R9/R8 (R3/R6). АЧХ формируют
конденсаторы С1, С12 (С2, СЗ). R10 регулирует усиление. Уровень сигнала
контролирует микроамперметр РА1. Усиленный звуковой сигнал подается на
динамическую головку или головные телефоны ВА1.
Конструкция ОП
выполняется с учетом требований к монтажу малошумящей аппаратуры. ОП
помещают в металлический корпус. Используйте малошумящие типы
резисторов, керамические или пленочные конденсаторы, оксидные
конденсаторы с малыми токами утечки.
Настройка: Подбором R4 (R2) установить на выходе D1A выв.7 (D1В выв.8)
постоянное напряжение равное половине питания. Отключить R10 от выхода
D1A, отсоединить коллектор VT1. Измерить напряжение шума Uвыхш на выходе
D1A (выв. 7). Напряжение шумов D1A, приведенное ко входу Uвхш=
Uвыхш/Ки, не должно превышать 1 мкВ. -Подключить D1B, вывести R10 в
верхнее положение; Подать на вход D1A сигнал частотой 1 кГц, напряжением
10 мкВ. Увеличить уровень входного сигнала до насыщения D1B выв. 8.
Резистором R16 установить стрелку РА1 в конец шкалы. Подключить ВА1;
подстройкой R18 установить уровень желаемой максимальной громкости.
Подключив вместо VT1 электретный микрофон, проверить и, при
необходимости, скорректировать АЧХ усилителей.
Предпочтительнее
использовать полупроводниковые лазеры (с коллимиру-ющим модулем)
непрерывного излучения мощностью 1-10 мВт (ЛМ-6,7,8). Для более
доступных газовых лазеров (ЛГН-207, 208) характерен сильный внутренний
шум и паразитная модуляция луча по цепям питания. Попадание лазерного
излучения мощностью более 1 мВт на сетчатку глаза может привести к
необратимой потери зрения! Аналогичные зарубежные коммерческие
устройства используют ИК лазеры мощностью 30 мВт и имеют дальность до
700 метров.
Проверить работоспособность ОП можно используя вместо
стекла динамик с наклеенным в центре маленьким легким зеркальцем. Это
лучшее, что можно ожидать. Для большего потребуется навык.
При
работе на расстояниях свыше 10 метров, потребуется телескопическая
оптика. Оптическую систему закрепляют на штативе, VT1 помещают в "фокус"
смотровой трубы. Для точной настройки на отраженный луч в креплении
необходимо предусмотреть подстроечные винты. Вряд ли удастся
использовать диффузное отражение непосредственно от стекла (отражение
увеличит наклейка на стекло кусочка зеркальной пленки, фольги или
бумаги). Без лазерной подсветки фототранзистор обладает недостаточным
внутренним усилением. Поэтому совмещенное расположение лазера и ОП на
одном штативе не всегда удачно. Оптимальное (максимум сигнал/шум)
значение R7 лежит в пределах 0.5-10 кОм. Для поиска луча лазер
желательно снабдить электрическим или механическим модулятором частотой 1
кГц. При работе с лазерами ИК диапазона используйте приборы ночного
видения.
Проблему представляют помещения с двойными и штормовыми
окнами. В этом случае рекомендуется использовать отражение от внутренних
поверхностей (зеркал, картин и. т. д.). Чтобы предотвратить насыщение
фототранзистора сильным отраженным сигналом (при работе на малых
расстояниях) перед ОП помещают полупрозрачный фильтр (скрещенные
поляризаторы, полимерную пленку) частично или полностью перекрывающие
апертуру оптической системы.
Наибольший сигнал от тонкого стекла в большом окне; возможны самые
разные углы отражения. Трещины и дефекты иногда способны вызвать
гигантский эффект. Избегайте близости оживленных магистралей. Ветер,
дождь или кондиционер на соседнем окне превратит ваши в занятия пустую
трату времени.
Применение hi-tech техники не всегда позволяет
сразу получить быстрый и надежный результат. Используйте лазерный
микрофон когда традиционные методы невозможны. Окно—не очень неудачный
микрофон.
Внимание: не рассматривайте зеркально отраженный (от стекла) лазерный луч через оптические приборы.
Источник: http://vrtp.ru |
| Категория: СХЕМЫ | Добавил: tehnomir (14.06.2011)
|
| Просмотров: 6177
| Рейтинг: 0.0/0 |
|
|
|
