Модели и методы оценки защищенности информации об объектах наблюдения

Применительно к задаче измерения РЛХ объектов известный принцип Гейзенберга можно сформулировать так, что по запаздыванию сигнала невозможно одновременно с высоким разрешением анализировать пространственную структуру объекта и определять спектральные характеристики отражения отдельных структурных элементов объекта.

Другой менее очевидный принцип, обоснованный в работе, можно сформулировать следующим образом: “Нельзя в составе объекта одновременно точно измерить местоположение локального источника вторичного излучения и его диаграмму рассеяния”.

Количественно соотношение неопределенности измерения локальных РЛХ объектов можно записать в виде

, (17)

где - характеризуют неопределенность местоположения локального источника, - неопределенность в измерении угла рассеиваемого им излучения.

В заключение главы описан новый, так называемый матричный, метод измерения РЛХ объектов, основанный на апостериорной обработке результатов многократного зондирования объектов с применением набора тестирующих сигналов.

Шестая и седьмая главы посвящены разработке принципов защиты информации об объектах наблюдения методом дальнепорогового окрашивания.

Существо метода состоит в том, что разрешающая способность СН пропорциональна дальности наблюдения, и при ее уменьшении типично происходящий процесс наблюдения удаленного объекта включает сначала его обнаружение (по контурным признакам, силуэту и т.д.), а затем - различение (по текстурным признакам). В зависимости от текстуры изображения объекта протяженность зоны перехода от обнаружения к различению объекта может быть значительной. Однако на практике известны случаи, когда при уменьшении дальности наблюдения зона перехода от обнаружения к различению оказывается настолько малой, что объект обнаруживается и различается практически одновременно. Это явление в работе определяется как эффект дальнепорогового обнаружения (ЭДО), а рисунки и объекты названы дальнепороговыми. Очевидно, что применение дальнепороговых рисунков окрашивания является выгодной альтернативой уменьшению размеров опознавательных знаков, снижению яркости трафаретных надписей и т.п. при снижении их оптической заметности. Кроме того, применение мир, знаков, рисунков с выраженным ЭДО может быть использовано для тестирования СН различного назначения.

В шестой главе изложены физические основы ЭДО. Приведены основные расчетные соотношения, описывающие закономерности проявления ЭДО и выполнен их анализ. Разработаны информационные и технические критерии и показатели качества дальнепороговых объектов. Информационные критерии и показатели устанавливают связь качества решения информационных задач по обнаружению и опознаванию объекта с параметрами рисунка (форма, размеры, текстура и т.д.) Однако они не достаточно наглядны, сложны в вычислении и, кроме того, зависят от технических характеристик СН (ОПФ), которые для различных СН могут существенно отличаться. Поэтому были разработаны технические показатели качества дальнепороговых объектов, зависящие от свойств самих объектов вне связи с характеристиками СН. В работе показано, что с различными достоинствами и недостатками в качестве технического критерия качества объектов с дальнепороговым эффектом обнаружения может быть принят критерий “узкополосности” пространственного спектра разностного изображения, а в качестве технических показателей - показатели узкополосности спектра такие, как центральная частота , ширина полосы частот спектра (площадь, занятая основным спектром) и т.п.

В качестве технического критерия качества объектов с дальнепороговым эффектом обнаружения, например, может также использоваться критерий узкополосности ганкелевского образа нулевого порядка усредненной по углу корреляционной функции разностного объекта и затеняемого им участка фона, а в качестве технических показателей - показатели его узкополосности и другие.

В седьмой главе с использованием разработанных технических критериев и показателей проведены исследования по установлению закономерностей формирования рисунков с ЭДО.

Установленные закономерности возникновения ЭДО позволяют предложить для формирования дальнепороговых рисунков (ДПО) метод контрастно-пространственного текстурирования, заключающийся в использовании в текстуре объекта разнообразных текстурных элементов, отличающихся формой и распределением контраста. В частности, это может быть высокочастотная модуляция контраста наблюдаемого на равномерном фоне объекта периодическими импульсными (рис. 4а) или гармоническими (рис. 4б) функциями, а также поворот элементов текстуры объекта по отношению к текстуре неравномерного фона (рис. 4в).

Рис. 4

Рис. 5

а) б) в) г)

д) е) ж) з)

Рис. 6

а) б) в) г)

д) е) ж) з)

Рис. 7

Рис. 8а

Рис. 8б

Для примера на рис. 5 приведен модуль разностного пространственного спектра объекта, текстура которого получена поворотом текстуры фона (рис. 4в). Как следует из рис. 5, разностный спектр такого объекта является узкополосным и не содержит нулевых пространственных частот. Следовательно, условие возникновения ЭДО выполняется, поэтому такой объект будет обладать ЭДО.

В качестве примера на рис. 6а, 6г приведены шпальные безфоновые миры одинакового размера, содержащих различное число полос, а на рис. 6д, 6з - безфоновые миры в виде шахматной доски, содержащие различное число элементов. На рис. 7 приведены миры, обладающие дальнепороговыми свойствами. Параметры мир на рис. 6, 7 подобраны так, что энергии их изображений в условиях высокого разрешения одинаковы. На рис. 8а представлены зависимости информационной составляющей параметра различения для шпальных мир, на рис. 8б - для мир в виде шахматной доски. Сплошные кривые на рис. 8а, 8б соответствуют дальнепороговым мирам, штриховые - безфоновым мирам. Сопоставление сплошных и штриховых кривых на рис. 8а, 8б позволяет сделать вывод о существенной выраженности дальнепороговых свойств мир, показанных на рис. 7. Этот вывод также следует из сопоставления количественных показателей выраженности дальнепороговых свойств рассматриваемых мир. Так, отношение центральной частоты разностного спектра к его эквивалентной протяженности для безфоновых мир, показанных на рис. 4, в 3-8 раз меньше, чем для дальнепороговых мир, показанных на рис. 5, причем выраженность дальнепороговых свойств проявляется все сильнее с увеличением центральной частоты.

Из сравнения кривых на рис. 8а и 8б следует, что дальнепороговые свойства мир в виде шахматной доски более выражены, чем у шпальных мир. Это также следует из того, что отношение центральная частота разностного спектра к его эквивалентной протяженности для шпальной миры в 1,7 … 1,8 раз меньше, чем у миры в виде шахматной доски.

По результатам выполненных исследований обоснованы принципы и общие положения формирования объектов с дальнепороговым эффектом обнаружения на равномерном и текстурированном фонах.

Общий вывод, вытекающий из проведенных исследований, состоит в том, что возможности формирования объектов с ЭДО вполне реальны. Однако для достижения ощутимых результатов в проявлении ЭДО необходимо учитывать цели и условия применения объектов. Разработанные в диссертации принципы и общие положения обеспечивают успешное решение этой задачи.

В заключении сформулированы выводы по результатам исследований, определены направления дальнейших исследований и пути реализации полученных научных результатов.

В приложениях приведены сведения о практической значимости и использовании полученных автором научных результатов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

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.

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 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 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.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Иванкин Е.Ф. Оценка возможности применения широкополосных аттестованных по коэффициенту усиления антенн в качестве эталонов ЭПР / Е.Ф. Иванкин, А.К. Гладышев, С.Н. Панычев // Измерительная техника. 1993. № 2. С. 57-59.

2. Иванкин Е.Ф. Экспериментально-расчетная модель оценки характеристик рассеяния апертурных антенн / Е.Ф. Иванкин, А.К. Гладышев, С.Н. Панычев // Метрология. 1993. № 11-12. С. 24-28.

3. Иванкин Е.Ф. Влияние характеристик рассеяния антенн на качество функционирования РЭС / Е.Ф. Иванкин, А.К. Гладышев, Э.А. Соломин // Оборонная техника. 1995. № 12. С. 33-35.

4. Иванкин Е.Ф. Формирование изображений фокусирующими системами с управляемым полем облучения / Е.Ф. Иванкин, В.А. Понькин // Радиотехника. 2007. № 5. С. 63-65.

5. Иванкин Е.Ф. Оценка влияния аподизации антенн на информационные возможности фокусирующих систем в средах с потерями / Е.Ф. Иванкин // Антенны. 2007. № 8. С.14-17.

6. Иванкин Е.Ф. Оценка параметров фокусирующих систем в средах с потерями / Е.Ф. Иванкин // Антенны. 2007. № 9. С. 17-20.

7. Иванкин Е.Ф. Эффект дальнепорогового обнаружения объектов / Е.Ф. Иванкин // Радиотехника. 2008. № 5. С.103-106.

8. Иванкин Е.Ф. Компьютерное синтезирование фотометрических изображений диффузно-зеркальных объектов / Е.Ф. Иванкин, Э.В. Петещенков, В.А. Понькин // Автометрия. 2008. Т.44. № 3. С. 88-98.

9. Иванкин Е.Ф. Оценка информационных возможностей приемопередающих систем типа САОРИ по измерению параметров электродинамической связи объектов / Е.Ф. Иванкин, В.А. Понькин // Информация и безопасность: региональный научно-технический журнал. Воронеж, - 2008. Т 11. Ч. 2. С. 240-217.

10. Иванкин Е.Ф. Тестирование систем наблюдения с использованием дальнепороговых мир / Е.Ф. Иванкин // Информация и безопасность: региональный научно-технический журнал. Воронеж, 2008. Т. 11. Ч. 2. С. 209-217.

11. Иванкин Е.Ф. О предельной точности измерения параметров среды и глубины расположения точечного объекта приемопередающими системами типа САОРИ. / Е.Ф. Иванкин, В.А. Понькин // Информация и безопасность: региональный научно-технический журнал. Воронеж, 2008. Т. 11. № 4. С. 529-536.

12. Иванкин Е.Ф. Характеристики объектов с дальнепороговым эффектом обнаружения / Е.Ф. Иванкин / Радиотехника. 2008. № 11. С. 45-48.

13. Иванкин Е.Ф. Оценка предельной точности измерения приемопередающими системами местонахождения заглубленного точечного объекта в однородной среде с потерями / Е.Ф. Иванкин / Телекоммуникации. М.: 2009. № 2. С.42-47.

Книги

14. Иванкин Е.Ф. Информационные системы с апостериорной обработкой результатов наблюдений: монография / Е.Ф. Иванкин // М.: Горячая линия. Телеком, - 2008. 168 с.

15. Иванкин Е.Ф. Теоретические основы получения и защиты информации об объектах наблюдения: монография / Е.Ф. Иванкин, В.А. Понькин // М.: Горячая линия. Телеком, 2008. 556 с.

Патенты на изобретение

16. Иванкин Е.Ф., Понькин В.А. Способ подповерхностного зондирования с синтезированием радиоголограмм и восстановлением по ним изображений. По заявке № 2006140319/09(043974) от 3.07.2007г.

17. Патент РФ на изобретение № 2278391. Иванкин Е.Ф., Добрынин Д.Л., Емельянов С.В., Воронов В.А., Нечаев С.С., Панферов А.И., Понькин В.А. Радиолокационная измерительная установка компенсационного типа с непрерывным излучением. По заявке № 2004122763/09 от 23.07.2004г. Опубл. 20. 06.2006г.

Статьи и материалы конференций

18. Иванкин Е.Ф. Модели и алгоритмы формирования радиолокационного изображения объектов. Пояснительная записка к эскизному проекту о НИР Компенсация - Р-ЦПИП/ Е.Ф. Иванкин. Воронеж, 2004. Кн. 3. 35с.

19. Иванкин Е.Ф. Модели и алгоритмы формирования изображений объектов в оптическом диапазоне длин волн. Пояснительная записка к эскизному проекту о НИР Компенсация - Р-ЦПИП/ Е.Ф. Иванкин. Воронеж, 2004. Кн. 4. 38с.

20. Иванкин Е.Ф. Модели и алгоритмы обработки и анализа изображений. Пояснительная записка к эскизному проекту о НИР Компенсация - Р-ЦПИП/ Е.Ф. Иванкин. Воронеж, 2004. Кн. 5. 129с.

21. Иванкин Е.Ф. Задачи оценки систем наблюдения и прогнозирование эффективности технических средств обеспечения информационной безопасности / Е.Ф. Иванкин // Научный форум “Системы, процессы и безопасность”: сб. науч. тр. 2008. Т.1. Ч. 3. С.15-16.

22. Иванкин Е.Ф. Формирование объектов с дальнепороговым эффектом обнаружения / Е.Ф. Иванкин // Научный форум “Системы, процессы и безопасность”: сб. науч. тр. 2008. Т.1. Ч. 2. С.75-76.

23. Иванкин Е.Ф. К вопросу о постановке задач риск-анализа атакуемых компьютерных систем /Е.Ф. Иванкин // Системы, процессы и безопасность. Сессия третья. Воронеж, - 2008. С. 13-14.

24. Методы и проблемы уменьшения радиолокационной заметности ВВТ / Е.Ф. Иванкин, В.А. Воронов, В.Н. Нестеров, В.Н. Левченко, А.П. Ярыгин // Материалы IX МК по спиновой электронике, МЭИ. М., - 2000. С.6.

25. Иванкин Е. Ф. Особенности применения подповерхностной радиолокации при проектировании объектов энергетики / Е.Ф. Иванкин, А.И. Панферов // Проектирование систем электроснабжения, автоматизация и АСУ ТП объектов нефтяного хозяйства: II науч.-практ. конф. Пермь, - 2006. 3с.

26. Иванкин Е.Ф. Активная система охраны с повышенной скрытностью функционирования / Е.Ф. Иванкин, Д.В. Климачев // Техника и безопасность объектов УИС-2008: науч. конф. Воронеж, 2008. 3с.

27. Иванкин Е.Ф. Обобщенные модели оценки информационных возможностей систем мониторинга с получением и обработкой изображений / Е.Ф. Иванкин, В.А. Понькин // Радиолокация, навигация, связь: XIII Междунар. науч.-техн. конф. Воронеж, 2007. Т. 3. С. 2158-2167.

28. Иванкин Е.Ф. Модели оценки информационных возможностей систем видеомониторинга с получением и обработкой изображений / Е.Ф. Иванкин, В.А. Понькин // Радиолокация, навигация, связь: XIII Междунар. науч.-техн. конф. Воронеж, - 2007. Т. 3. С. 2146-2157.

29. Иванкин Е.Ф. Оценка точности измерения местонахождения заглубленного точечного объекта в однородной среде с потерями приемопередающими системами / Е.Ф. Иванкин // Радиолокация, навигация, связь: XIV Междунар. науч.-техн. конф. Воронеж, 2008. Т.1. С. 2376-2381.

30. Иванкин Е.Ф. Оценка точности измерения местонахождения заглубленного точечного объекта в однородной среде с потерями приемопередающими системами различных типов / Е.Ф. Иванкин // Радиолокация, навигация, связь: XIV Междунар. науч.-техн. конф. Воронеж, 2008. Т.1. С. 2382-2386.

31. Иванкин Е.Ф. Проблемы оценки эффективности информационного противодействия в пространстве систем наблюдения / Е.Ф. Иванкин, Д.В. Климачев // VII Всероссийская научно-практическая конференция. Оренбург: ОГУ, 2008. С. 770.

Размещено на Allbest.ru