Выпускная квалификационная работа на тему «Создание генератора шума, использующего прицельную помеху, на основе SDR»

1.

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«Московский государственный технический
университет
имени Н.Э. Баумана
(национальный исследовательский университет)»
(МГТУ им. Н.Э. Баумана)
ФАКУЛЬТЕТ: «Информатика и системы управление» ИУ
КАФЕДРА: «Защита информации» ИУ10
Выпускная квалификационная работа на тему
«Создание генератора шума, использующего прицельную помеху, на основе SDR»
Научный руководитель:
Бонч-Бруевич Андрей Михайлович
Выполнили:
студент группы ИУ10-124
Чуринов Дмитрий Сергеевич
Москва 2022
1

2.

Цель:
Создание ГШ, использующего прицельную помеху, на основе SDR-приемопередатчиков.
Объект исследования:
ГШ, использующие прицельную помеху, и радиосигналы, которые
используются в качестве помехи.
Метод исследования:
Моделирование и практическое тестирование моделей ГШ и помех
Актуальность:
На сегодняшний момент существует множество различных средств и
методов передачи информации. Но не всегда данная передача является
допустимой. Именно поэтому появляется необходимость создавать и
использовать различные виды генераторов шума с целью защиты информации.
Такие устройства позволяют в худшем случае мешать факту передачи
информации, а в лучшем – сводить ее эффективность к нулю.
При этом сейчас устройства, представленные на рынке, имеют узкий
диапазон рабочих частот, зависимость от сторонних устройств, а также
полностью отсутствует возможность выбора типа помехи в зависимости от
защищаемого частотного диапазона.
2

3.

Анализ решаемой задачи
Защищаемый РЧ-диапазон
Уровень шума
Характерные
сигнатуры сигналов в
различных частотных
диапазонах
Наличие легальных
сигналов
Генератор шума должен
Уметь вести учет легальных
сигналов и уровня фона
Не зависеть от сигнатур
сигналов
Уметь отличать легальный
сигнал от вредоносного
Иметь максимально
возможную скрытность
помехи
3

4.

Режимы работы генератора шума
Рисунок 1. Функциональная схема генератора шума в режиме сканирования
Рисунок 2. Функциональная схема генератора шума в режиме защиты
4

5.

Генератор шума в режиме сканирования
Рисунок 4. Принцип работы блока
управления и накопления
Рисунок 3. Структурная схема генератора
шума в режиме сканирования
5

6.

Генератор шума в режиме защиты
Рисунок 5. Структурная схема
приемного тракта генератора шума в
режиме защиты
Рисунок 6. Структурная схема
передающего тракта генератора шума в
6
режиме защиты

7.

Рисунок 7. Логическая схема блока
«Сравнение» генератора шума в режиме
защиты
Рисунок 8. Логическая схема блока
управления генератора шума и
переменными в режиме защиты
7

8.

Итоговые графы генератора шума в режиме сканирования
Рисунок 9. Граф генератора шума в режиме сканирования используемый при сканировании
эфира
1 – Приемник
2 – Опорный генератор
3 – Смеситель
4 – ФНЧ
5 – Блок преобразования строки в вектор
6 – блок БПФ
7 – Блок выделения квадратов амплитуд
8 – ЛУ
9 – Пиковый детектор
8
10 – Блок управления

9.

Итоговые графы генератора шума в режиме защиты
Рисунок 10. Граф генератора шума в режиме защиты используемый при моделировании
9

10.

Итоговые графы помех, используемых генератором шума
Рисунок 11. Структурные схемы графов формирования различных типов помех
10

11.

Результаты моделирования при исследовании типов помех
Рисунок 12. Сравнение усредненных спектров различных типов сигналов , полученных при
моделировании
Таблица 1. Характеристики помех, полученные при моделировании
Параметр
Белый шум GFSK
АИМн
DPSK
Ширина частотного диапазона, кГц
25
25
25
25
Пиковое значение амплитуды сигнала, дБ
-26,64
-22,73
-9,75
-11,2
SNR, дБ
14,04
30,27
36,3
21,2
11

12.

Результаты сканирования и защиты частотного диапазона
Рисунок 13. Спектр подавляемой радиостанции на частоте 100.9 МГц
Рисунок 14. Результат подавления радиостанции на несущей частоте 100.9 МГц ГШ в
режиме защиты сигналом типа DPSK
12

13.

Результаты работы разных типов помех и их характеристики
Рисунок 15. Водопады различных типов помех установленных на несущую 100.9 МГц
Таблица 2. Характеристики помех, полученные при работе в радиоэфире при IF_GAIN=20 дБ
Параметр
ППРЧ
GFSK
Уровень сигнала радиостанции, дБ
Дискретный ЛЧМ
DPSK
-25,4
Амплитуда сигнала, дБ
-23,9
-37,1
-21,4
-23,1
SNR, дБ
24,9
11,7
27,4
13
25,7

14.

Сравнение работы разных типов помех и параметры итогового ГШ
DPSK
Дискретная ЛЧМ
ППРЧ
16
10
13
8
9
13
6
7
6
1
3
5
1
4
9
14
19
22
19
IF_GAIN
40
GFSK
НЕРАЗБОРЧИВОСТЬ
МЕЛОДИЮ
НЕРАЗБОРЧИВАЯ РЕЧЬ
ПОЛНОЕ ПОДАВЛЕНИЕ
УРОВЕНЬ ФОНА ИЗМЕНЯЕТСЯ
ПРИ НАЧАЛЕ ИЗЛУЧЕНИЯ
ПОМЕХИ
ПРОЯВЛЯЮТСЯ ИНЫЕ
ДЕМАСКИРУЮЩИЕ
ПРИЗНАКИ ПОМЕХИ
Рисунок 16. Гистограмма сравнительного анализа характеристик помех в зависимости от
типа сигнала
Таблица 3. Технические характеристики ГШ
Характеристика
Значение
Максимальная мощность излучаемого сигнала, мВт 0,1
Максимальная дальность подавления сигнала, м
35
Стоимость
150 $
Частотный диапазон, МГц
0,001-6000
Полоса пропускания, МГц
20
Мощность порта антенны, мВт
15,5
14

15.

Выводы и перспективы развития
В ходе данной работы был создан ГШ. Полученный ГШ обладает автономностью за счет
наличия двух режимов работы: сканирования и защиты, каждый из которых выполняет свою часть
работы. В совокупности два данных режима дают возможность независимой работы ГШ от иных
устройств, оставляя зависимость лишь от аппаратной составляющей устройства благодаря
вариативности параметров.
ГШ обладает следующими преимуществами:
1) Простота
2) Дешевизна
3) Автономность
4) Универсальность
А также следующими недостатками:
1) Высокий уровень собственных шумов аппаратной части устройства
2) Сложность настройки типов усилений под конкретный частотный диапазон
Анализ типов помех привел к выводу, который заключается в том, что узкополосная помеха
является наиболее эффективной для защиты частотного диапазона путем использования прицельной
помехи. Наибольшую эффективность показали помехи, энергия которых преимущественно
сосредоточена к центру подавляемой частотной полосы, т.к. это позволяет подавить несущую
недекларированного сигнала.
Исходя из проведенной работы мною рекомендуются следующие возможные варианты
развития данной работы:
1) Модификация и улучшения характеристик ГШ
2) Реализация аппаратной составляющей ГШ на отечественных компонентах
3) Улучшение алгоритма работы ГШ с целью автоматического определения типа сигнала
4) Реализация методов многоканального сканирования РЧ диапазона
15
5) Разработка новых типов помех для ГШ на основе SDR