Модели и методы оценки защищенности информации об объектах наблюдения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.19, доктор технических наук Иванкин, Евгений Филиппович

• Иванкин, Евгений Филиппович
• доктор технических наук
• 2009

Оглавление диссертации доктор технических наук Иванкин, Евгений Филиппович

Введение.

1 Перспективы развития методологии обеспечения защиты информации об объектах наблюдения и задачи исследования.

1.1. Задачи и направления развития методологии обеспечения защиты информации об объектах наблюдения.

1.2 Общая характеристика канала технической утечки информации об объектах дистанционного наблюдения.

1.3 Общая характеристика процесса дистанционного наблюдения. Факторы влияния.

1.4 Критерии и показатели оценки защищенности информации об объектах наблюдения.

1.5 Влияние на развитие методологии обеспечения защиты информации об объектах современных информационных технологий дистанционного наблюдения.

2 Исследование и построение моделей каналов технической утечки информации об объектах при применении высокоинформативных систем радиолокационного наблюдения.

2.1 Модели сигналов в высокоинформативных системах радиолокационного наблюдения типа САОРИ.

2.2 Функциональные свойства высокоинформативных систем типа САОРИ.

2.3 Влияние характеристик антенн на возможность апостериорного управления структурой полей в высокоинформативных системах типа САОРИ.

2.4 Свойства сигнальных функций высокоинформативных систем типа САОРИ.

3 Модели и методы оценки защищенности информации и информационной безопасности объектов при их радиолокационном наблюдении.

3.1 Оценка информационных возможностей систем типа САОРИ по измерению параметров электродинамической связи объектов.

3.2 Оценка влияния характеристик антенн на информационные возможности систем типа САОРИ по измерению параметров электродинамической связи объектов.

3.3 Оценка информационных возможностей систем типа САОРИ с кольцевыми антеннами.

3.4 Оценка информационных возможностей систем типа САОРИ с крестообразными антеннами.

4 Модели и методы оценки защищенности информации и информационной безопасности объектов радиолокационного наблюдения, находящихся за непрозрачными преградами и в среде с потерями.

4.1 Оценка параметров информационных систем, функционирующих в средах с потерями.

4.2 Влияние аподизации антенн на информационные возможности систем наблюдения, функционирующих в средах с потерями.

4.3 Оценка предельной точности измерения местонахождения заглубленного точечного объекта в однородной среде с потерями.

4.4 Предельная точность измерения параметров среды и глубины расположения точечного объекта системами типа САОРИ.

4.5 Влияние характеристик антенн систем типа САОРИ на предельные точности измерения скорости распространения волн в среде и глубины положения точечного объекта.

5 Совершенствование измерительной базы в обеспечение повышения эффективности методов и средств технической защиты информации об объектах радиолокационного наблюдения.

5.1 Общая характеристика задачи экспериментального исследования радиолокационных характеристик (PJIX) объектов.

5.2 Разработка математических моделей радиолокационных характеристик пространственно-протяженных объектов.

5.3 Оценка предельных возможностей измерения радиолокационных характеристик объектов.

5.4 Применение методов апостериорной обработки результатов измерений для повышения информативности средств измерения характеристик рассеяния объектов.

6 Методы, модели, критерии и показатели обеспечения защиты информации об объектах наблюдения при применении дальнепорогового окрашивания

6.1 Задача исследования и качественный анализ дальнепорогового эффекта обнаружения объектов (в пространстве координат).

6.2 Основные расчеты соотношения для анализа дальнепорогового эффекта обнаружения.

6.3 Дальнепороговый эффект обнаружения пространственно - тек-стурированного объекта на равномерном фоне.

6.4 Пример объекта с дальнепороговым эффектом обнаружения.

6.5 Информационные критерии и показатели качества дальнепорогового окрашивания.

6.6 Технические критерии и показатели качества дальнепорогового окрашивания.

7 Принципы обеспечения^ защиты информации об объектах дистанционi ного наблюдения при применении дальнепорогового окрашивания.

7.1 Принцип гармонической контрастно-пространственной модуля* ции текстуры объектов.

7.2 Принцип импульсной контрастно-пространственной модуляции текстуры объектов.

7.3 Принцип формирования рисунка дальнепорогового окрашивания, основанный на повороте пространственного спектра контрастно — текстурированного объекта.

7.4. Принципы и общие положения формирования объектов с даль-непороговым эффектом обнаружения на равномерном и текстурированном фонах.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Модели и методы оценки защищенности информации об объектах наблюдения»

Актуальность, проблемы: Современный этап развития общества характеризуется резким усилением роли и значения информационной безопасности РФ как одной из составляющих национальной безопасности РФ; оказывающей влияние на. защищенность, национальных, интересов РФ в( различных сферах жизнедеятельности общества и государства. В последние годы с принятием Доктрины информационной безопасности РФ и ряда законов: "О безопасности", "О государственной тайне", "Об информации, информационных технологиях и о защите информации", "О коммерческой тайне" и др: идет интенсивный процесс обеспечения информационной безопасности в различных областях жизни и деятельности человека.

Роль научно-технического аспекта в обеспечении информационной! безопасности следует из концептуальных положений, изложенных в Доктрине, и исключительного места дистанционных методов, и средств получения информации об объектах наблюдения. Это обусловлено тем, что среди, всех именно дистанционные методы получения-информации об объектах являются'наиболее информативными. Ярким примером тому является зрение, доставляющее человеку более 90% информации об окружающем мире.

Вторая половина XX века характеризуется бурным развитием технических средств и методов получения, хранения, передачи, обработки и анализа информации об объектах. Созданы многократно усиливающие возможности зрения практически по всем направлениям (по рабочему диапазону длин волн, по контрастной и спектральной чувствительности, детальному запоминанию изображений, восприятию изображений быстропротекающих процессов, и т.д.) системы, наблюдения (СН) объектов в ультрафиолетовом, видимом, инфракрасном: и. радио - диапазонах длин волн. Постояннрфастущие-в этот период возможности, вычислительной техники способствовали разработке и; внедрению достаточно' сложных и эффективных алгоритмов обработки добываемой информации.

Качественный рост информационных возможностей СН в конце прошлого века в число актуальных выдвинул задачи оценки угроз конфиденциальности информации об объектах и разработки путей и методов их устранения. В настоящее время благодаря основополагающим работам отечественных ученых в целом разработана методология обеспечения защиты информации об объектах различных типов и назначения техническими, организационными и правовыми методами и средствами. Применительно к объектам наблюдения она представляет собой логически увязанную иерархическую систему методов решения задач исследования и построения моделей каналов технической утечки информации, оценки защищенности информации, обеспечения разработки организационных мероприятий и технических средств защиты информации, оценки эффективности обеспечения защиты информации и др.

Однако, в условиях постоянного повышения информационных возможностей СН и растущих потребностей наращивания арсенала средств и методов защиты информации методология обеспечения защиты информации об объектах принципиально не может быть завершенной в статическом виде, а должна непрерывно развиваться, предвосхищая направления и пути развития систем и методов дистанционного наблюдения, создавая надежную теоретическую базу эффективного использования существующих и разработки новых методов и средств защиты информации.

Одним из важных направлений повышения информативности СН в настоящее время является применение в радио- и оптическом диапазонах длин волн так называемых информационных технологий дистанционного наблюдения, представляющих собой совокупность методов, приемов и алгоритмов получения и обработки результатов дистанционного наблюдения. Однако особенности их реализации и достигаемые результаты в радио- и оптическом диапазонах длин волн оказываются совершенно различными, что определяющим образом оказывает влияние на содержание задач, решаемых в диссертации.

Так, анализ успехов повышения информативности систем радиолокационного наблюдения показывает, что наиболее существенные из них достигнуты за счет многомерного (многоканального, многочастотного и многократного) 5 зондирования объектов наблюдения и совместной апостериорной обработки результатов измерений. Например, использование многоканального пространственного приема позволило реализовать весьма эффективные методы и алгоритмы пространственной селекции сигналов на фоне помех внешних источников в PJIG с фазированными антенными решетками. Во всех развитых странах мира широким фронтом ведутся работы по созданию и внедрению многопозиционных радиолокационных систем, потенциальные информационные возможности которых по точности измерений;, разрешающей способности, качеству распознавания целей, помехозащищенности и ряду других характеристик существенно превосходят возможности однопозиционных РЛС. К этому направлению отн осятся также широко известные, ставшие уже традиционными, методы прямого и обратного синтезирования апертуры антенн за. счет относительного движения носителя РЛС и объекта наблюдения и: интенсивно разрабатываемые в последнее время методы получения радиоизображений объектов, находящихся в средах с потерями, с использованием дискретно-частотных широкополосных и сверхширокополосных:сигналов.

Состояние в области развития теории синтеза и анализа информационных возможностей систём радиолокационного наблюдения определяется фундаментальными работами отечественных и зарубежных ученых, к числу которых относятся: В.Я; Аверьянов, Л.Е. Астанин, П.А. Бакут, Л.Д. Бахрах, Н.И. Буренин, Г. Ван Трис, Н.Е. Варганов, E.H. Воронин, А.Ю; Гринев, В.А. Зверев, В.В. Караваев, Д. Катрона, Y. Кок, Г.С. Кондратенков, A.A. Коростылев, В.Ф. Кравченко, И.Я. Кремер; Е.И. Куликов, A.A. Курикша, А.П. Курочкин, А.П. Лукош-кин, В';И. Мандросов, В.А. Неганов, B.F. Радзиевский, В.Г. Репин, А.П. Реутов, В.В. Сазонов, Г.П. Тартаковский,- В.И. Тихонов, А.П;. Трифонов, И.Н. Троицкий, С.Е. Фалькович, B.C. Черняк, Я.Д. Ширман и др.

Полученные этими учеными результаты позволяют решать, широкий круг задач оценки защищенности информации об объектах наблюдения* различных типов и назначения. Однако в известных автору работах теоретические исследования потенциальных информационных возможностей систем радиолокационного наблюдения выполнены без учета возможности совместной апостериорной обработки принятых и излученных сигналов, что приводит к недооценке угроз технической утечки информации в условиях применения современных информационных технологий и вызывает необходимость дальнейшего совершенствования методов решения задач защиты информации об объектах наблюдения.

Как и по другим направлениям развития методологии обеспечения информационной безопасности объектов это достигается путем исследования и построения более совершенных моделей канала технической утечки информации, соответствующих современным условиям, и разработки на их основе моделей и методов, обеспечения «защиты информации. При этом для создания надежной теоретической базы эффективного использования существующих и разработки новых методов и средств защиты информации к моделям канала, наряду с традиционными требованиями такими, как достоверность, простота, наглядность, конструктивность и т.д., могут быть предъявлены дополнительные, к которым относятся следующие.

Во-первых, поскольку средства и методы технической защиты информации по сути усиливают те или иные мешающие эффекты, то для обеспечения разработки и их создания модели должны учитывать влияние всех доминирующих факторов, оказывающих воздействие на процесс добывания информации, т.е. принципы построения- СН, алгоритмы получения и обработки результатов измерений, технические характеристики приемной и передающей антенн, свойства и характеристики среды-распространения сигналов (в том числе поглощающей), наличие всегда присутствующих на практике шумов и т.д.

Во-вторых, модели радиолокационного канала должны включать в себя содержательные модели объекта наблюдения, раскрывающие повышенные информационные возможности перспективных СН:

Исходя из опыта ранее выполненных работ, для^ обеспечения разработки и создания эффективных технических средств и методов защиты информации об объектах радиолокационного наблюдения определяющее значение имеет также развитие измерительно-испытательной базы. Поскольку в существующей измерительно-испытательной базе не учитываются возможности качественного роста информационных возможностей СН за счет применения современных информационных технологий дистанционного наблюдения, в настоящее время весьма актуальной задачей является разработка технических путей ее совершенствования.

Совершенно иная ситуация сложилась в области обеспечения информационной безопасности объектов наблюдения в оптическом диапазоне длин волн. Здесь применение развивающих информационных технологий дистанционного наблюдения приводит к вполне предсказуемому повышению информационных возможностей СН, и разработанные в конце прошлого века методы их оценки в целом удовлетворяют потребностям практики. Основная проблема обеспечения защиты информации об-объектах наблюдения в оптическом диапазоне длин волн состоит в низкой эффективности существующих средств технической защиты информации. В интересах ее решения разработаны перспективные направления и технические пути обеспечения защиты информации об объектах наблюдения, основанные на применении управляемых и адаптивных "хамелеоноподобных" оптических покрытий. Однако их практическая реализация ожидается в отдаленном будущем. В этих условиях весьма актуальной является задача разработки средств защиты информации, основанных на применении существующих покрытий с постоянными оптическими свойствами.

Применение оптических покрытий приводит к нарушению естественного пространственного распределения контраста по поверхности объекта, что затрудняет выделение информативных признаков обнаружения, распознавания, оценки состояния объекта и т.д. Задачи обеспечения защиты информации об объектах наблюдения при этом являются обратными и сводятся к отысканию оптимального пространственного распределения контраста по поверхности объекта в. соответствии с выбранными критериями и показателями. Поскольку все методы решения обратных задач основаны на построении моделей процессов, соответствующих прямой задаче, а в простейшем случае к выбору наиболее предпочтительного варианта из предварительно составленных, то модели и методы оценки защищенности информации об объектах наблюдения могут быть использованы для решения задач эффективного применения технических средств защиты информации.

Одной из таких является задача обоснования путей эффективного применения объектов, обладающих дальнепороговым эффектом обнаружения, обеспечивающая разработку предпочтительной альтернативы существующим мерам, основанным на уменьшении размеров опознавательных знаков и "приглушения" яркости трафаретных надписей.

Таким образом, существующий уровень развития методологии оценки защищенности информации об объектах не отвечает возросшим возможностям СН в условиях применения современных информационных технологий дистанционного наблюдения, что приводит к недооценке реальной угрозы утечки информации по каналу радиолокационного наблюдения и сдерживает процесс наращивания арсенала средств защиты информации об объектах наблюдения - в оптическом.

Изложенное выше определяет актуальность крупной научной проблемы создания моделей и методов оценки защищенности информации об объектах в условиях применения современных информационных технологий и систем дистанционного наблюдения, имеющей важное значение для обеспечения информационной безопасности РФ.

Работа выполнена в соответствии с одним из основных научных направлений ГОУВПО "Воронежский государственный технический университет" «Перспективные радиоэлектронные и лазерные устройства, системы передачи, обработки и защиты информации».

Объект и предмет исследования. Объектом диссертационных исследований является информационная безопасность объектов наблюдения. Предметом исследования является методология оценки защищенности информации об объектах наблюдения.

Дель и'задачи исследования: Целью работы является разработка моделей и методов оценки защищенности информации об объектах в условиях применения современных информационных технологий и систем дистанционного наблюдения.

Для достижения цели в диссертационной работе решались следующие основные задачи:

1. Выявление отличительных особенностей и построение модели радиолокационного канала утечки информации об объектах в условиях применения современных информационных технологий дистанционного наблюдения.

2. Разработка методов, моделей и алгоритмов оценки защищенности информации об объектах наблюдения при применении систем, использующих современные информационные технологии дистанционного наблюдения.

3. Разработка методов и моделей оценки защищенности информации об объектах наблюдения, расположенных в средах с потерями.

4. Определение направлений и путей совершенствования измерительной базы для обеспечения разработки и создания эффективных методов и средств технической защиты-информации об объектах радиолокационного наблюдения.

5. Разработка методов и моделей обеспечения защиты информации об объектах наблюдения в оптическом диапазоне методом дальнепорогового окрашивания.

Методы исследования. Для решения поставленных задач в диссертационной работе использовались методы проведения системных исследований, методы квалиметрии, универсальные методы проектирования, методы математического анализа, теории вероятностей, математической статистики, теории случайных процессов, теории оптимального приема и пространственно-временной обработки сигналов, аппарат оптических передаточных функций, методы теории распространения электромагнитных волн в средах с потерями, современные численные методы и методы моделирования.

Основные научные результаты, полученные автором:

1. Общая модель канала утечки радиолокационной информации об объек

10 тах наблюдения, учитывающая возможность совместной апостериорной обработки излученных и принятых пространственно-временных сигналов в СН>, использующих современные информационные технологии дистанционного нат блюдения, и отличительные особенности канала.

2. Математические5 модели пространственно-временных сигналов в системах с апостериорной обработкой результатов измерений (САОРИ) с различными характеристиками передающей и приемной антенн при наблюдении-точечных объектов и пространственно-протяженных объектовое электродинамически связанными элементами.

3. Алгоритмы и закономерности оптимальной1 совместной апостериорной« обработки излученных и принятых пространственно-временных сигналов,в радиолокационных системах наблюдения с разряженными, приемной и (или) передающей антеннами.

4. Модели, методы, и результаты оценки защищенности информации* об объектах, находящихся, в однородных средах с потерями, при их наблюдении-системами с апостериорнойобработкой^результатов измерений^ (САОРИ).

5. Способ наблюдения заглубленных объектов, в средах с потерями радиолокационными системами типа САОРИ.

6. Принципы неопределенности измерения локальных радиолокационных характеристик объектов, направления и пути совершенствования измерительной базы.

7. Высокоэффективный матричный метод измерения радиолокационных характеристик объектов наблюдения, основанный на использовании функциональных свойств и информационных возможностей систем типа САОРИ:

8. Модели оценки защищенности и принципы защиты информации об объектах наблюдения-при применении дальнепорогового окрашивания в оптическом диапазоне длин волн.

Достоверность результатов работы обеспечивается корректным использованием современных методов прикладного анализа, совпадением полученных в диссертации новых результатов в частных и предельных случаях с известными ранее, соответствием установленных новых свойств и выявленных закономерностей экспериментально установленным фактам и их ясной физической трактовкой на базе фундаментальных принципов суперпозиции и взаимности.

Научная новизна результатов диссертационной работы

Новизна диссертационной работы в целом заключается в разработке моделей и методов оценки защищенности информации об объектах наблюдения, учитывающих состояние и перспективы развития современных информационных технологий дистанционного радиолокационного наблюдения, установлении новых функциональных свойств и информационных возможностей СН за счет совместной апостериорной обработки принятых и излученных сигналов, а также в разработке метода дальнепорогового окрашивания для защиты информации об объектах наблюдения в оптическом диапазоне длин волн.

Новизна полученных при этом отдельных научных результатов состоит в следующем:

1. Общая модель канала утечки радиолокационной информации об объектах наблюдения построена на основе разработанных в диссертации моделей сигнала, СН и объекта. Модель отличается от известных тем, что она описывает процесс добывания радиолокационной информации об объектах СН типа САО-РИ с учетом алгоритмов получения результатов первичных измерений и их совместной апостериорной обработки, характеристик приемной и передающей антенн, свойств и характеристик среды распространения сигналов, наличия шумов и других доминирующих факторов. С использованием общей модели канала утечки радиолокационной информации установлено, что в СН типа САОРИ обеспечивается апостериори управление полем облучения объектов наблюдения, выявление и оценка параметров электродинамической связи объектов и их элементов и возможность определения местоположения и глубины залегания объектов, находящихся в среде с потерями при неизвестных параметрах среды (коэффициента затухания и скорости распространения волн).

2. Разработанная система математических моделей включает:

- модель результатов первичных измерений, получаемых идеализированной системой с заполненными апертурами реальных и (или) синтезированных передающей и приемной антенн, учитывающую возможность регистрации в произвольной последовательности полной совокупности сигналов, излученных и принятых на заданной сетке дискретных частот всеми элементами во всех возможных сочетаниях, представляющую собой непрерывную многомерную функцию пространственных координат места положения элементов передающей и приемной антенн и частоты, которая сохраняет естественную упорядоченность оси частот и координатного пространства;

- модель результатов-первичных измерений, получаемых реальными системами с незаполненными апертурами передающей и (или) приемной антенн, в виде обобщенной- функции выборки, описывающей операцию- прореживания' результатов первичных измерений, получаемых идеализированной'системой;

- модель- сигнала объекта наблюдения, учитывающая' электродинамическую связь элементов в виде суммы двух функций, описывающих однократно отраженные и двукратно переотраженные элементами* объекта сигналы. Разработанные модели путем задания вида функции выборки учитывают алгоритмы независимого переключения или сканирования элементов приемной и передающей антенн, а также переключение или сканирование совмещенным приемопередающим элементом.

3. С использованием системы разработанных моделей методами теорий оптимального приема и пространственно-временной обработки сигналов проведен синтез и анализ оптимальных алгоритмов апостериорной обработки результатов первичных измерений в системах типа САОРИ с заполненными апертурами приемной и передающей антенн, в системах с одним излучающим или одним приемным элементом и, соответственно, с протяженными приемной и передающей антеннами, в, системах с антеннами в виде скрещенных линейных и крестообразных приемной и'передающей антенн и в системах с кольцевыми приемной и передающей антеннами. По результатам анализа алгоритмов уста

13 новлены закономерности оптимальной совместной апостериорной обработки излученных и принятых пространственно-временных сигналов в радиолокационных системах наблюдения, а также зависимость информационных возможностей САОРИ по измерению параметров электродинамической связи элементов двухточечного объекта от формы и размеров передающей и приемной антенн и алгоритмов получения первичных результатов измерений.

4. Разработанная модель пространственно-временного сигнала в САОРИ, согласованно учитывает координаты расположения в среде объекта (в виде изотропного точечного отражателя), алгоритм получения результатов первичных измерений, форму и размеры приемной и передающих антенн и особенности распространения электромагнитных волн в однородных средах с потерями и впервые позволяет методами теории оптимального приема и пространственной обработки сигналов проводить синтез и анализ алгоритмов совместной апостериорной обработки пространственно-временных сигналов в САОРИ и получать расчетные соотношения для определения элементов ковариационной матрицы ошибок совместной оценки координат местонахождения (проекции положения объекта на границу раздела сред) точечного объекта, находящегося в среде с потерями, а также элементов ковариационной матрицы ошибок совместной оценки скорости распространения волн в среде и глубины расположения точечного объекта. С использованием полученных выражений проведен сравнительный анализ информационных возможностей трех типов СН: системы с протяженными приемной и передающей антеннами, систем с одним приемным или одним передающим элементами и системы со сканированием совмещенными приемным и передающим элементами. Полученные соотношения раскрывают закономерности влияния среды на обнаружение и точность измерения координат заглубленных объектов в зависимости от параметров среды, глубины залегания объекта, диапазона рабочих частот СН и характеристик расположенных на границе раздела сред передающей и приемной антенн.

5. Предложенный способ наблюдения объектов, находящихся в средах с потерями, отличается от известных выполнением операции переключения ненаправленных элементов передающей антенны и операции многоканального (одновременного или последовательного) приема отраженных от объекта наблюдения сигналов, что позволяет без использования каких-либо фазосдви-гающих устройств (фазовращателей или управляемых линий задержки) осуществлять на этапе обработки зарегистрированных сигналов управление параметрами излученного и принимаемого электромагнитных полей.

6. На основе анализа процесса измерения РЛХ объектов и известного принципа Гейзенберга сформулированы два принципа неопределенности измерения РЛХ объектов, утверждающие, что по запаздыванию сигнала невозможно одновременно с высоким разрешением анализировать пространственную структуру объекта (по дальности) и определять спектральные характеристики отражения отдельных структурных элементов объекта и нельзя в составе объекта одновременно точно измерить местоположение локального источника вторичного излучения и его диаграмму рассеяния.

7. Матричный метод измерения радиолокационных характеристик объектов основан на использовании выявленных функциональных свойств и информационных возможностей систем типа САОРИ и по сравнению с известными обеспечивает измерение полной совокупности радиолокационных характеристик объектов: моностатических, бистатических, интегральных, локальных и др. Кроме того, экспериментальные исследования радиолокационных характеристик объектов матричным методом впервые позволяют получать исходные данные для построения математических моделей объектов (например, учитывающие электродинамическую связь элементов), используемых при реализации современных технологий дистанционного наблюдения.

8. В обеспечение защиты информации об объектах наблюдения методом дальнепорогового окрашивания и экспериментальных исследований информационных возможностей систем наблюдения впервые разработаны принципы построения, критерии, показатели и математические модели оценки эффективности объектов, обладающих дальнепороговым эффектом обнаружения. Показано, что для формирования объектов наблюдения с наиболее резко выраженной границей проявления дальнепорогового эффекта обнаружения следует руководствоваться разработанными в диссертации принципами, в соответствии с которыми при формировании контрастно-пространственной текстуры объекта, наблюдаемого на текстурированном фоне, необходимо выполнить условие равенства нулю разностного излучения объекта и фона, а при наблюдении объекта на равномерном фоне — равенство среднего излучения объекта излучению фона или равенство нулю среднего по объекту распределения контраста. При ограниченной площади объекта и, соответственно, площади разностного изображения, для обеспечения максимально возможного значения энергии разностного изображения следует исключить элементы с нулевым контрастом, а контраст остальных должен быть максимальным и равным ± 1. Это означает, что импульсная модуляция всегда является предпочтительнее гармонической; принцип поворота элементов текстуры должен использоваться в случаях, когда повернутый элемент текстуры является ортогональным исходному, а в общем случае текстурирование должно осуществляться с использованием ортогональных элементов по отношению к исходным.

Теоретическая значимость научных результатов диссертации состоит в разработке моделей и методов, которые позволяют анализировать и синтезировать оптимальные и квазиоптимальные алгоритмы обработки электромагнитных полей с учетом возможности повышения информационных возможностей СН за счет совместной апостериорной обработки излученных и принятых пространственно-временных сигналов.

Практическая значимость работы состоит в установлении реальных угроз утечки информации об объектах радиолокационного наблюдения за счет I повышения информационных возможностей СН типа САОРИ и в разработке моделей и методов оценки защищенности информации об объектах наблюдения, позволяющих решать на количественной основе широкий круг задач в области обеспечения информационной безопасности объектов наблюдения в условиях применения современных информационных технологий и систем дистанционного наблюдения, а также в разработке моделей, обеспечивающих эф

16 фективное применение дальнепорогового окрашивания для защиты информации об объектах наблюдения, тестирования систем наблюдения и создания объектов, обладающих минимальной и максимальной заметностью.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы использованы в:

- государственном научно-исследовательском испытательном институте проблем технической защиты информации Федеральной службы по техническому и экспортному контролю (г. Воронеж) при определении каналов утечки информации об объектах наблюдения;

- федеральном государственном научно-исследовательском центре радиоэлектронной борьбы и оценки эффективности снижения заметности Минобороны России (г. Воронеж) при определении направлений и технических путей совершенствования измерительно-испытательной базы для экспериментального исследования радиолокационных характеристик РЛХ объектов;

- войсковой части 25714 (г. Курск) при оценке информационных возможностей перспективных систем радиолокационного наблюдения (НИР «Компенсация - Р»);

- Межрегиональном центре «Инфозащита», а также внедрены в учебном процессе ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет».

Использование результатов диссертации деятельности перечисленными организациями подтверждается соответствующими актами.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Разработанные в диссертации модели и методы обеспечивают учет функциональных свойств и информационных возможностей перспективных СИ таких как: управление апостериори полем облучения объектов наблюдения, выявление и оценка параметров электродинамической связи объектов и их элементов и возможность определения местоположения и глубины залегания объектов, находящихся в среде с потерями при неизвестных параметрах среды (коэффициента затухания и скорости распространения волн), а также решение задач оценки защищенности радиолокационной информации об объектах наблюдения в условиях применения и развития современных информационных технологий дистанционного наблюдения.

2. Модели результатов первичных измерений, получаемых идеализированной и реальными системами и модели объектов наблюдения, учитывающие электродинамические связи между элементами объекта, построенные на основе непрерывных многомерных функций пространственных координат положения излучающего и приемного элементов и частоты, обеспечивают учет возможности повышения информационных возможностей СН за счет проведения совместной апостериорной обработки излученных и принятых пространственно-временных сигналов в перспективных СН типа САОРИ.

3. Для* выявления* повышенных информационных возможностей СН типа САОРИ необходимы модели объектов, учитывающие электродинамическую связь элементов. При этом об эффективности можно судить по статистическим характеристикам оценок амплитуд сигналов, однократно и двукратно отраженных от каждого элемента объекта, а качественно — по виду корреляционной матрицы координатных функций, описывающих пути прохождения сигналов от текущей точки раскрыва передающей антенны до отражателей, между отражателями и от них до текущей точки приемной антенны.

4. Модели сигнала и систем типа САОРИ, построенные на основе непрерывных многомерных функций с учетом особенностей распространения электромагнитных волн в средах, позволяют методами теории оптимального приема и пространственной обработки сигналов, проводить синтез и анализ алгоритмов совместной апостериорной обработки пространственно-временных сигналов в САОРИ, получать расчетные соотношения для определения элементов ковариационной матрицы ошибок совместной оценки координат местоположения объекта и параметров среды, и исследовать закономерности обеспечения защищенности радиолокационной информации о заглубленных объектах наблюдения в зависимости от параметров среды, глубины залегания объекта, диапазона рабочих частот СН и характеристик расположенных на границе раздела сред передающей и приемной антенн.

5. Системы радиолокационного наблюдения объектов типа САОРИ могут быть построены без использования каких-либо фазосдвигающих устройств с функциональными возможностями присущими РЛС с независимыми фазированными передающей и приемной антенными решетками при более низких информационных возможностях последних.

6. Возможности измерения локальных РЛХ объектов ограничены, сформулированными принципами неопределенности, не позволяющими» одновременно точно измерить по запаздыванию1 сигнала пространственную структуру объекта (по дальности) и спектральные характеристики структурных элементов объекта, а в составе объекта одновременно точно измерять местоположение локального источника вторичного излучения и его диаграмму рассеяния.

7. Измерение полной совокупности' РЛХ объектов и параметров электродинамической связи, элементов обеспечивается^ на основе предложенного матричного метода с использованием современных информационных технологий дистанционного наблюдения неполучения первичных результатов измерений путем переключения (сканирования) элементов передающей антенны и дискретных частот зондирующего сигнала при одновременной или последовательной ^ многоканальном приеме отраженных сигналов и их совместной апостериорной обработки.

8. Принципы формирования объектов наблюдения с наиболее резко выраженной» границей проявления дальнепорогового эффекта обнаружения включают: равенство нулю среднего по объекту распределения контраста, уз-кополосность его пространственного спектра и максимально возможное значение энергии разностного изображения.

Кроме того, на защиту выносятся разработанные формализованные постановки задач исследования и основные научные результаты, полученные в работе.

Заключение диссертации по теме «Методы и системы защиты информации, информационная безопасность», Иванкин, Евгений Филиппович

Выводы

Обобщая результаты выше проведенных исследований можно сформулировать следующие основные принципы формирования контрастно-пространственной текстуры дальнепороговых объектов.

1. Обеспечение информационного обнаружения. Для обеспечения возникновения информационного обнаружения, как основы проявления дальнепо-рогового эффекта, необходимо при формировании контрастно-пространственной текстуры объекта, наблюдаемого на текстурированном фоне, выполнить условие равенства нулю разностного излучения объекта и фона, а при наблюдении объекта на равномерном фоне - равенство среднего излучения объекта излучению фона или равенство нулю среднего по объекту распределения контраста. В общем случае неравномерного плавно изменяющегося фона эти принципы должны выполняться по отношению к локальным участкам, на которых характеристики фона можно считать стационарными. Это означает, что в случае импульсной модуляции контраста, при повороте равноярких элементов текстуры и в общем случае контрастно-пространственного текстуриро

314 вания с использованием равноярких текстурных элементов, когда положительный контраст и отрицательный контраст элементов разностного изображения по абсолютной величине равны, также должны быть равны площади, занятые элементами (и число элементов) с положительным и отрицательным контрастом.

2. Максимальная энергия разностного изображения. Для обеспечения наибольшего приращения центрального пика корреляционной функции разностного изображения, необходимо, чтобы энергия разностного изображения была максимальной*. При ограниченной площади объекта и, соответственно, площади разностного изображения, энергия разностного изображения будет иметь максимально возможное значение только в том случае, если в разностном изображении будут отсутствовать элементы с нулевым контрастом, а контраст остальных должен быть максимальным и равным ± 1. Это означает, что импульсная модуляция является предпочтительнее гармонической; принцип поворота элементов текстуры должен использоваться в случаях, когда повернутый элемент текстуры является ортогональным исходному, а в общем случае текстурирование должно осуществляться также с использованием ортогональных элементов по отношению к исходным.

3. Равенство прямоугольных элементов разностного изображения. В соответствии с общими свойствами корреляционной функции пространственных объектов границы области, в которых корреляционная функция может быть отличной от нуля, определяются размерами объекта. Так если разностное изображение имеет общие размеры АхВ, то размеры области корреляционной функции разностного изображения равны 2Ах2В. Размеры центрального пика при этом определяются размерами центрального элемента. При размерах элемента разностного, а><в размер пика оценивается как 2ах2в. Если в составе разностного изображения присутствуют прямоугольные элементы различных размеров, то центральный пик и интервалы последующей осцилляции корреляционной Корреляционная функция разностного изображения (в плоскости объекта) в нуле равна энергии разностного изображения. функции "растягиваются". Если учесть, что для немодулированного объекта с размерами А*В корреляционная функция не имеет центрального пика (точнее центральный пик корреляционной функции "растягивается" на, всю область существования корреляционной функции 2Ах2В) и дальнепороговый эффект обнаружения таких объектов отсутствует, то можно предположить, что "растягивание" центрального пика при наличии в разностном изображении элементов с различными размерами приводит к снижению действия эффекта дальнепоро-гового обнаружения.

4. Радиальная компактность разностного изображения. Определяющее влияние на проявление дальнепорогового эффекта обнаружения объектов СН с осесимметричными ОПФ систем, формирующих изображение, усредненной по углу корреляционной функцией разностного изображения выдвигает требование радиальной компактности разностного изображения.

5. В целом это противоречивые и в полной мере не выполнимые требования (например, круг нельзя разбить на, более, мелкие круги, чтобы они плотно его заполняли). Проведенные исследования влияния этих факторов на действие дальнепорогового эффекта численными методами показали, что, компактные миры при одинаковых прочих параметрах обладают лучшим дальнепороговым, эффектом, чем разряженные, а радиально компактные - лучше, чем прямоугольные.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполненных диссертационных исследований решена крупная научная проблема создания моделей и методов оценки защищенности информации об объектах в условиях применения современных информационных технологий и систем дистанционного наблюдения, имеющая важное значение для обеспечения информационной безопасности РФ.

1. В интересах решения задачи обеспечения защиты информации об объектах наблюдения в работе, в условиях применения современных технологий дистанционного наблюдения и анализа тенденций их развития, выявлен новый тип высокоинформативных радиолокационных систем с апостериорной обработкой результатов измерений (САОРИ). В основе построения этих систем лежит обобщенный принцип синтезирования апертуры приемной и передающей антенн или принцип совместной апостериорной обработки излученных и принятых сигналов.

Исследования показали, что САОРИ в сравнении с известными системами радиолокационного наблюдения объектов обладают новыми свойствами и повышенными информационными возможностями такими, как апостериорное управление полем облучения объектов наблюдения, выявление и оценка параметров электродинамической связи объектов и их элементов, повышенная скрытность функционирования и др., что существенно усложняет решение оценки защищенности задач информации об объектах наблюдения.* 1

2. Обоснованные в диссертации положения, допущения и ограничения; формализованные постановки задач и результаты их решения, а также разработанные математические модели сигналов и систем типа САОРИ и синтезированные оптимальные алгоритмы апостериорной обработки результатов измерений обобщают известные результаты в области теории радиолокационных систем с апостериорной обработкой пространственно-временных сигналов. Их отличает от известных адекватность физическим процессам излучения, приема и обработки сигналов в активных радиолокационных системах наблюдения, простота и конструктивность. Это

317 > I подтверждается в частности тем, что впервые методы теорий оптимального приема и пространственно-временной обработки сигналов распространены на случай локации объектов, находящихся в средах с потерями, а. также результатами, достигнутыми при разработке путей построения наиболее высокоинформативных радиополигонов для экспериментального исследования РЛХ объектов.

3.Разработанная система математических моделей позволяет исследовать информационные возможности систем радиолокационного наблюдения различных типов при работе их по объектам с однократным и двукратным отражением сигналов и получать достоверные оценки защищенности информации об объектах в условиях применения современных информационных технологий дистанционного наблюдения. Конструктивность разработанных моделей обеспечивается использованием непрерывной многомерной модели пространственного сигнала, которая при простоте формы сохраняет (в отличие от векторного описания) естественную упорядоченность пространства измерений. Это позволяет представить в простом наглядном виде все основные выражения для расчета информационных возможностей систем радиолокационного наблюдения различных типов, а трудности, связанные с учетом конкретных характеристик приемных и передающих антенн, отнести на этап получения количественных оценок,, когда они легко преодолеваются даже в сложных для анализа случаях с помощью вычислительной техники. ' •' ::

4. Разработанные в диссертации модели и методы обеспечения защиты информации об объектах наблюдения методом дальнепорогового окрашивания; включающие формализованную постановку задачи, информационные • и технические критерии и показатели оценки качества дальнепороговых рисунков, расчетные соотношения для анализа процесса дистанционного наблюдения объектов, обладающих эффектом дальнепорогового обнаружения; а также разработанные принципы формирования^ дальнепороговых рисунков впервые дают научное объяснение наблюдаемому на практике факту,-когда объекты .обнаруживаются и распознаются практически одновременно, и

318 . , открывают пути для его эффективного применения для снижения или повышения оптической заметности объектов и тестирования СН.

5. Основным направлением дальнейших исследований является развитие методологии обеспечения информационной безопасности и защиты информации об объектах наблюдения с учетом возможного применения систем типа САОРИ, а также проведение экспериментальных исследований в интересах уточнения технического облика и технических характеристик систем типа САОРИ.

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Иванкин, Евгений Филиппович, 2009 год

1. Арфкен Г. Математические методы в физике / Г. Арфкен // Перев. сангл. -М.: Атомиздат. 1970. С.712.

2. Азгальдов Г.Г. О квалиметрии / Г.Г. Азгальдов, Э.П. Райхман // М.: Издательство стандартов. 1972.

3. Астанин JI.E. Основы сверхширокополосных радиолокационных измерений / JI.E. Астанин, A.A. Костылев // М: Радио и связь. 1989. С. 191.

4. Бакут П.А. Теория когерентных изображений / П.А. Бакут, В.И. Манд-росов, И.Н. Матвеев и др. Под ред. Н.Д.Устинова // — М.: Радио и связь. 1987. С. 264.

5. Балабуха Н.П. Компактные полигоны для измерения характеристик рассеяния объектов / Н.П. Балабуха, A.C. Зубов, B.C. Солосин. Под ред. Н.П. Балабухи // М.: Наука. 2007. С. 266.

6. Бахрах Л.Д. Голография в микроволновой технике / Л.Д. Бахрах, А.П. Курочкин // М.: Сов. радио. 1979. С. 520.

7. Белов A.A. Проект спутникового гиперспектрометра, предназначенного для малого космического аппарата / A.A. Белов, Д.В. Воронцов, Л.А. Ведешин и др. // Исследование земли из космоса. 2007. № 2. С.43-55. '

8. Борн М. Основы оптики / Пер. с англ. Под ред. Г.П. Мотулевич ,М. Борн, Э. Вольф // М.: Наука. 1973.

9. Буренин Н.И. Радиолокационные станции с синтезированной антенной / Н.И. Буренин // — М.: Сов. радио. 1972. ,

10. Ваганов Р.Б. Основы теории дифракции / Р.Б. Ваганов, Б.З. Кацеленба-ум // М.: Наука. 1982. С.282.

11. Ван Трис Г. Теория обнаружения, оценок и модуляция / Ван Трис Г. Пер. с англ. под ред. Тихонова В.И. // — М.: Сов. радио. 1972. Т.1. С.744. Т. 3. С.662.

12. Варганов М.Е. Радиолокационные характеристики летательных аппаратов / М.Е. Варганов, Ю.С. Зиновьев и др. Под ред. Л.Т. Тучкова // -М.: Радио и связь. 1985. . ., .

13. Васильев E.H. Алгоритмизация задач дифракции на основе интегральных уравнений / E.H. Васильев // Сб. научно-методических статей .по прикладной электродинамике. — М.: Высшая школа. 1983. Вып. 6. С.111-162.

14. Васильев И.А. Зондирование строительных конструкций зданий в радиодиапазоне с высоким разрешением / И.А. Васильев, С.И. Ивашов,320ч.~