Материал: Физические основы защиты информации. Бабурин А.В., Пахомова А.С

В результате формула для расчета величины , с учетом влияния ПЧХ может быть записана следующим образом:

, (4.33)

а выражение для расчета воспринимаемого отношения сигнала к внутренним шумам приемника с учетом (4.33), (4.15) примет вид

(4.34)

Таким образом, на основе выражений (4.26), (4.27) и (4.34) может быть определено воспринимаемое отношение сигнал/шум в случае АТР. Последовательность действий для расчета по известной величине q_В информационных показателей оценки возможностей АРТ полностью аналогична указанной в подразделе 4.2.

4.5. Основные характеристики канала утечки информации применительно к инфракрасной разведке

Под инфракрасной разведкой (ИКР) понимается получение информации путем приема и анализа электромагнитных сигналов ИК диапазона волн, излученных или отраженных объектами и предметами окружающей местности.

ИКРВ (видовая) – это разведка, которая формирует изображение объектов в ИК диапазоне волн (от 0,75 мкм). Она позволяет обнаружить объекты в сложных метеоусловиях, обеспечивает получение информации в виде изображений различных объектов и местности.

ИКРП (параметрическая) – разведка, формирующая координатные данные об объекте (пространственные координаты, пространственные скорости). Аппаратура ИКРП – это аппаратура предупреждения ракетного нападения.

Основной особенностью канала утечки информации применительно к ИКР является то, что тело помимо внешнего источника энергии имеет собственное ИК излучение. Поэтому всегда существует контраст между телом и фоном.

Измерив длину волны полученного ИК сигнала, можно определить его тип:

1. 0.75–1,1 мкм – отраженный сигнал

2. 2-5 мкм – собственное излучение

3. 9-14 мкм – интенсивное излучение (как отраженное, так и собственное).

Рассмотрим основные характеристики, которые потребуются для изучения данного раздела.

Поверхностная плотность потока излучения определяется как величина потока излучения, приходящаяся на единицу площади и имеет размерность

Различают также энергетическую освещенность и энергетическую светимость.

Энергетическая освещенность в точке поверхности – это отношение потока излучения, падающего на элемент поверхности и содержащего рассматриваемую точку, к площади этого элемента.

,

где - падающий поток.

Энергетическая светимость в точке поверхности – это отношение потока излучения, испускаемого в полусферу элементом поверхности, содержащим данную точку, к площади этого элемента.

,

где - испускаемый поток.

Спектральная освещенность – это толика освещенности, приходящаяся на данный диапазон (освещенность в данном диапазоне).

Аналогично спектральная светимость – это светимость в данном диапазоне.

.

Рассмотрим далее поверхностно-угловые характеристики плотности потока излучения.

Энергетическая яркость в данном направлении в произвольной точке, лежащей на поверхности объекта, - это отношение элементарного потока излучения в данной точке к произведению телесного угла, в котором он распространяется, и площади, которую он составляет, а также .

,

где - угол между направлением наблюдения и нормалью к площади, - телесный угол.

Спектральная плотность энергетической яркости.

.

Чтобы говорить о температуре, необходимо вспомнить, что есть абсолютно черное тело (АЧТ).

АЧТ – это тело, поглощающее все падающее на него излучение, не зависимо от направления падения, спектрального состава и поляризации, т.о. для АЧТ:

Коэффициент поглощения ,

По закону Кирхгофа тела, находящиеся в состоянии термодинамического равновесия, поглощают столько энергии, сколько и испускают.

Энергетическая светимость зависит от двух параметров: L( ,T), но для АЧТ спектральный состав не важен, поэтому значение имеет лишь температура. В классической теории термодинамики энергетические характеристики определяются только температурой T. Т.о. АЧТ – это тело, которое излучает наиболее возможное количество энергии при данной T для всех длин волн. Заметим, что при различных температурах излучение по всем спектральным составляющим неодинаково.

АЧТ – это наиболее эффективный излучатель при данной температуре, и его излучающая способность зависит только от нее.

Для АЧТ различают температуру радиационную, яркостную и цветовую.

Радиационная энергетическая температура Т_р – это температура АЧТ, при которой его мощность излучения равна мощности излучения данного реального источника.

Для радиационной Т_р поток мощности излучения от АЧТ равен потоку мощности излучения от Т реального тела.

,

где (Т)_р - рабочая температура.

Яркостная температура – это температура АЧТ, при которой его спектральная плотность энергетической яркости для какой-либо длины волны равна энергетической яркости данного источника.

,

где - температура реального тела.

Цветовая температура – это температура АЧТ, при которой относительное распределение его спектральной плотности энергетической яркости и данного источника максимально близки в видимой области.

.

4.6. Математическая модель канала утечки информации применительно к инфракрасной разведке

Так как вся энергия в ИК спектре обусловлена тепловыми процессами, то необходимое нам отношение «сигнал/шум» в ИК диапазоне принимает вид отношения температур.

Воспринимаемое отношение с/ш q_в определяется геометрией тела и отношением с/ш в его элементе разрешения q_э.

, (4.35)

где - пороговая чувствительность тепловизора; - пропускание атмосферы; - перепад радиационных температур объекта и фона.

, (4.36)

где - коэффициент теплового излучения поверхности, - коэффициент, который учитывает изменение радиационной температуры объекта за счет радиационного излучения от атмосферы и фона.

Коэффициент теплового излучения – это отношение энергетической светимости теплового излучателя к энергетической светимости АЧТ при той же температуре.

.

Атмосфера и фон отражают излучение, в том числе и в ИК диапазоне, изменяя радиационную температуру объекта. При этом коэффициент, который учитывает изменение радиационной температуры объекта за счет радиационного излучения от атмосферы и фона изменяется в следующих пределах:

,

где верхние значения – для ясной погоды или высокой облачности, нижнее- для низкой облачности.

Итак,

, (4.37)

где - это отношение площади объекта к площади элемента разрешения; зависит от площади объекта и разрешения на местности.

Чем меньше перепад температур, тем больше должен быть объект, чтобы он был замечен.

Пусть -линейная величина элемента разрешения на плоскости, тогда

. (4.38)

Пороговые значения и будем считать известными, так как человеческий глаз воспринимает целостное изображение.

Если два близкорасположенных тела имеют маленькое значение разницы температур, то они сливаются и воспринимаются как единое целое. Чем меньший контраст температур фиксирует прибор, тем он имеет лучшее разрешение.

Имея разницу по температуре можно пересчитать ее в разницу по пространству. В ИК технике разрешение меряют предельной пространственной частотой (минимальный объект, который еще виден). В ИК технике используются не черно-белые, а температурные мирры. Миррами для ИК техники являются независимые источники, не имеющие возможности влиять друг на друга.

На малых углах пространственную частоту измеряют в м/рад, т.е. вводится угловая мера измерения (рис. 4.11), при этом D – это дальность до объекта, угол прямо зависит от размера объекта l.

Таким образом, прямопропорциональна f( ).

Пересчет температуры в разницу по пространству идет умножением пространственных частот на дальность наблюдения.

D

l

Рис. 4.11. Измерение пространственной частоты

Рассмотрим пример. Пусть значение пространственной частоты видового диапазона равно , тогда , а так как в видимом диапазоне разрешение есть период мирры, то разрешение ее м.

-это угол, при котором на заданном расстоянии различаются два объекта по температуре.

Рассмотрим связь между заданной температурой и предельной пространственной частотой, при которой этот объект еще различим.

, (4.39)

где - чувствительность прибора, - угловой размер чувствительного элемента приемника излучения, - предельно-частотная характеристика ИК аппаратуры в точке предельной пространственной частоты, - коэффициент временного интегрирования зрительного анализатора. На рис. 4.12. представлена предельно частотная характеристика ИК аппаратуры.