Вибір та обґрунтування показників електромагнітної стійкості радіоелектронної апаратури інформаційних систем до зовнішніх електромагнітних впливів

1 Національний університет оборони України імені Івана Черняховського, Київ, Україна

2 Кам'янець-Подільський національний університет імені Івана Огієнка, Кам'янець-Подільський

Анотація

В сучасних умовах на озброєнні Збройних Сил України (далі - ЗС України) перебуває досить велика номенклатура матеріальних засобів. До їх складу входять технічні засоби, що обладнані інформаційними системами до складу яких входить радіоелектронна апаратура (далі - РЕА), що досить уразлива до зовнішніх електромагнітних впливів (далі - ЕМВ). Тому питання захисту цих об'єктів стає все більш актуальним.

Постановка проблеми. З досвіду російсько- української війни та проведення операції Об'єднаних сил [1] у ЗС України все частіше поширюється використання інформаційних технологій і, як функціональна їх складова, різного роду інформаційні системи, що розміщують як на стаціонарних, так і на технічних засобах. Крім того, через перехід на стандарти НАТО тенденція до збільшення кількості таких об'єктів поширюється. Слід зазначити, що до складу цих систем входить велика кількість РЕА, яка досить уразлива до сучасних видів перспективної зброї і заснована на використанні ЕМВ.

Тому вирішення питання щодо пошуку шляхів захисту інформаційних систем технічних засобів та їх впровадження є актуальною проблемою в сучасних умовах бойового використання ЗС України.

Аналіз останніх досліджень і публікацій свідчить, що проблемам захисту РЕА інформаційних систем від ЕМВ різного виду походження надається значна увага як в нашій країні, так і в світі. Це пов'язано, в першу чергу, з тим, що до систем управління, керування, спеціального, робочого обладнання та інформаційних систем сучасних зразків технічних засобів входить велика кількість РЕА і ця тенденція з часом поширюється з одного боку, а імовірність ураження цих агрегатів з боку противника, терористичних груп чи ЕМВ природнього походження збільшується з іншого боку [2; 3].

В роботах [4; 5] визначено фізичні механізми впливу потужного ЕМВ на елементну базу РЕА і запропоновано розробити комплексний метод створення захисту, який складається з двох складових, а саме захисту самого зразка технічних засобів та захисту об'єкту зберігання цих засобів від зовнішнього ЕМВ. Однак, в цих роботах, на думку авторів, не достатньо чітко були вибрані та обґрунтовані показники і критерії електромагнітної стійкості (далі - ЕМС) бо саме за цими параметрами формуються технічні вимоги до створення захисту РЕА інформаційних систем.

Метою статті є обґрунтування показників електромагнітної стійкості радіоелектронної апаратури інформаційних систем до зовнішніх електромагнітних впливів.

Виклад основного матеріалу дослідження

З метою розроблення ефективного захисту РЕА логістичного забезпечення на ОЦЗ, пов'язаних з зовнішнім ЕМВ необхідно визначити показники і критерії, які характеризують об'єкти ураження (кіл електрообладнання і РЕА), джерело ЕМВ та механізм їх взаємодії.

До першої групи показників і критеріїв, що характеризують об'єкти ураження, а це саме структурні елементи РЕА, слід віднести наступні [7]:

а) режим роботи (ввімкнений стан; вимкнений стан);

б) характеристика приймальних пристроїв (ширина діаграми спрямованості приймальних пристроїв радіоелектронної апаратури; рівень бокових пелюсток засобів, які працюють в діапазоні довжин хвиль (радіолокаційні, навігаційні, зв'язку); коефіцієнт підсилення приймальних антен; робоча довжина хвилі приймальних пристроїв; ширина смуги пропускання приймальних пристроїв);

в) граничні рівні потужності (енергії), при яких наступає функціональне ураження елементів РЕА;

г) ступінь захищеності елементної бази (характеристика пристроїв екранування; характеристика захисних пристроїв);

д) монтаж кабелів та дротів живлення (функціонального зв'язку між електронними блоками (вузлами, тощо)), їх довжина та ступінь екранування тощо.

Для даної групи показників перш за все необхідно мати інформацію щодо граничних рівнів потужності (енергії) ураження РЕА, на яку передбачається ЕМВ.

Із всієї номенклатури елементів електронної техніки найбільш уразливими є чутливі елементи приймальних пристроїв (різноманітні детектори та змішувальні надвисокочастотні діоди, фотоприймачі), а також інші елементи сучасної мікроелектроніки (польові транзистори, інтегральні мікросхеми тощо). Стійкість елементів електронної техніки залежить як від конструктивно-технологічного виконання, так і від параметрів потужності джерела ЕМВ (друга група показників).

Під час розгляду питань, пов'язаних зі стійкістю РЕА до впливу магнітних полів, необхідно враховувати її антенні властивості, режими роботи, екранування, розміщення, особливості проходження сигналів, що впливають, тощо. На підставі цих даних можна оцінити оптимальні параметри випромінювання, які дадуть можливість вірогідно оцінити вплив на електронне обладнання та оцінити можливості протидії джерелам потужного ЕМВ.

До критеріїв і показників, які характеризують джерело потужного ЕМВ відносяться такі:

а) режим роботи (безперервне випромінювання; випромінювання серії (пачки) імпульсів; випромінювання поодинокого імпульсу);

б) форма імпульсу, що випромінюється (відео імпульс (електромагнітна зброя));

в) характеристики імпульсу, що випромінюється (тривалість імпульсу; тривалість фронтів відео імпульсу або тривалість зростання та спаду надвисокочастотного (далі - НВЧ) - імпульсу; полярність для відео імпульсу; довжина хвилі (діапазон довжин хвиль) випромінювання (для оптичного і НВЧ-випромінювання) або несуча частота (частота запобігання); потужність (енергія, інтенсивність) випромінювання;

г) характеристики системи випромінювання (форма та ширина діаграми спрямованості випромінювання (для радіодіапазону); розходження променю лазерного випромінювання, тощо).

До характеристик, які обумовлюють взаємозв'язок між джерелом потужного ЕМВ і приймального пристрою, на яке воно діє, відносяться такі:

а) взаємна орієнтація діаграм спрямованості джерела потужного випромінювання та приймального пристрою, на який здійснюється вплив;

б) відстань між джерелом і апаратурою, на яку воно діє. Відстань між джерелом випромінювання та об'єктом впливу можна поділити на зони А, Б, В, Г, Д (рис. 1);

в) збіг довжин величини хвилі випромінювання, що діє, і робочої довжини хвилі засобу, на який здійснюється вплив (в оптичному і мікрохвильовому діапазоні);

г) смуговий або поза смуговий вплив тощо.

Серед такої широкої групи вищезазначених характеристик необхідно визначити основні, що найбільш співпадають із досягненням кількісних величин, які відповідають меті щодо зниження уражальної дії зовнішнього ЕМВ на об'єкти ураження до рівня їх граничної ЕМС. Тобто мова йде про критерій ЕМС, який являє собою відношення величин і умов, що за результатами випробувань дозволяють (з використанням розрахункових і експериментальних даних) з визначеним ступенем достовірності стверджувати, що імовірність збереження робочого стану кіл електрообладнання і РЕА від ЕМВ буде не менше допустимого значення.

Рис. 1. Умовні зони дії потужного електромагнітного впливу на радіоелектронну апаратуру інформаційних систем:

А - досягнення функціонального ураження всієї радіоелектронної апаратури; Б -досягнення часткового функціонального ураження та тривалого функціонального подавления; В - досягнення тривалого та короткочасного функціонального подавлення; Г - досягнення короткочасного або часткового функціонального подавлення; Д - безпечна [6].

ЕМС окремих кіл електрообладнання і РЕА інформаційних систем технічних засобів включає в себе поняття їх працездатності і безпеки. Працездатність - це спроможність кіл РЕА виконувати свої функції і зберігати параметри в межах заданих норм, а безпека - це властивість даної апаратури, що полягає у відсутності її спрацювання у випадку коли може трапитись поразка об'єкту. Тому якісними основними критеріями ЕМС радіоелектронної апаратури є такі:

а) збереження робочого стану РЕА інформаційних систем під час дії ЕМВ;

б) відсутність несанкціонованого спрацювання РЕА інформаційних систем від ЕМВ.

Висновки та перспективи подальших досліджень