Мета роботи. Вивчення методу вимірювання частоти та рівня сигналів, визначення похибки вимірювань, дослідження найпростіших властивостей побічного електромагнітного

Лабораторна робота № 103. Автоматизовані вимірювання частот та напруг сигналів

Мета роботи

Вивчення методу вимірювання частоти та рівня сигналів, визначення похибки вимірювань, дослідження найпростіших властивостей побічного електромагнітного випромінювання (ПЕВМ) та антен.

2 Ключові положення

АКОР-3ПК застосовується для автоматизації вимірювань, контролю та пошуку технічних каналів витоку інформації. Він використовується при технічному контролі ефективності засобів захисту інформації, при спеціальних перевірках, спеціальних обстеженнях та спеціальних дослідженнях акустичних та віброакустичних каналів, акустоелектричних перетворень, технічних засобів та систем на можливість витоку інформації за рахунок ПЕМВН, а також акустичних та оптичних полів. АКОР-3ПК створено у відповідності з ТУ У 32.3-13847488-002: 2010, узгодженого з ДССЗЗІ України та має сертифікат відповідності.

Комплекс працює як вимірник напруженості електромагнітного поля. Режим «Вимірювання» призначено для вимірювання рівнів ПЕМІН при оцінці захищеності засобів електронно-обчислювальної техніки (ЕОТ). В радіоприймальний тракт входять:

- вимірювальна антена (в робочому положенні розташована на штативі у досліджуваного об’єкту);

- схеми перетворювача радіочастот (ПРЧ) до виходу 2-ої проміжної частоти (ПЧ), блок панорамного огляду та квадратурної обробки сигналу (БПО), аналого-цифровий сигнальний процесор (АЦСП) (розташовані в центральному блоці комплексу);

- програмні засоби обробки сигналу – спеціальне програмне забезпечення (СПО) (розташовані на вінчестері ЕОМ);

Для вимірювань до комплексу приєднуються антени різного типу (електричні та магнітні), датчики, адаптери, струмознімачі тощо.

Одним з важливих аспектів контролю ефективності засобів захисту інформації є забезпечення точності вимірювань та забезпечення гарантій довіри до вимірювань. Головним заходом такого забезпечення є проведення повірки метрологічних характеристик засобів вимірювання. Законом України «Про метрологію та метрологічну діяльність» визначено терміни:

повірка (метрологічна верифікація) засобів вимірювальної техніки – сукупність операцій, яка включає перевірку та маркування та/або видачу документа про повірку засобу вимірювальної техніки, які встановлюють і підтверджують, що цей засіб задовольняє нормовані технічні та метрологічні вимоги;

калібрування засобів вимірювальної техніки – сукупність операцій, за допомогою якої встановлюють за заданих умов співвідношення між значеннями величини, які забезпечують еталони з притаманними їм невизначеностями вимірювання, і відповідними показами з пов’язаними з ними невизначеностями вимірювань;

метрологічна атестація засобів вимірювальної техніки – дослідження засобів вимірювальної техніки з метою визначення їхніх метрологічних характеристик;

атестація методики виконання вимірювань – процедура встановлення відповідності методики метрологічним вимогам, що ставляться до неї;

Організація та порядок проведення повірки засобів вимірювальної техніки визначаються ДСТУ 2708: 2006.

Стосовно АКОР-3ПК визначено такий порядок повірки.

Перевіряється зовнішній вигляд комплексу. А саме перевіряється комплектність, відсутність механічних пошкоджень елементів комплексу, які можуть вплинути на точність вимірювань, стан сполучних кабелів і дротів, чистоту роз’ємів і клем. За наявності дефектів комплекс бракується.

Проводиться апробація комплексу. При проведенні апробації збирають схему з’єднань відповідно до рис.1. Визначаються метрологічні характеристики. Перевіряють можливість вимірювань на крайніх точках діапазону частот при максимально допустимій напрузі. У разі неможливості вимірювань комплекс бракується.

Визначають похибку вимірювань частоти. Вимірювання проводити по схемі з’єднань, зображеній на рис. 1.

Рис. 1

1 – генератор сигналів Г3-118 (SML 02);

2 – комплекс АКОР-3ПК;

3 – частотомір електронно-рахунковий Ч3-63.

Вимірювання виконувати на крайніх і середніх частотах кожного робочого піддіапазону комплексу в такій послідовності:

- встановити відповідну частоту генератора (1) і провести відлік частоти f_o по частотоміру (3);

- провести вимірювання встановленого значення частоти f_u за допомогою комплексу;

- визначити відносну похибку вимірювань частоти за допомогою комплексу за формулою:

· 100 %. (1)

де δ _f – відносна похибка вимірювань частоти, %;

f_o – значення частоти, зміряне частотоміром, Гц;

f_u – значення частоти, зміряне комплексом, Гц;

Відносна похибка не повинна перевищувати ± 1 %.

Визначення похибки вимірювань напруги в діапазоні 10 Гц … 10 кГц.

Вимірювання проводити по схемі з’єднань, зображеній на рис. 2.

Рис. 2

1 – генератор сигналів Г3-118 (SML 02);

2 – аттенюатор ELG-15;

3 – комплекс;

4 – вольтметр компенсаційний В3-63.

Вимірювання виконувати з використанням генератора сигналів Г3-118 в діапазоні 10 Гц …10 кГц на крайніх і середньої частотах всіх частотних піддіапазонів комплексу послідовно через кожні 10 дБ діапазону вимірювання напруги в такій послідовності:

- по компенсаційному вольтметру (4) встановити рівень початкового сигналу генератора (1) U_Г = 110 дБ мкВ (316 мВ) при мінімальному значенні ослаблення аттенюатора (2);

- збільшити загасання аттенюатора (2) до значення А (дБ), яке забезпечуватиме необхідний рівень сигналу;

- провести вимірювання рівня сигналу U_и на виході аттенюатора (2) комплексом (3);

- визначити похибку вимірювань напруги за формулою:

d_u = [U_и – (U_Г – А)]. (2)

де d_u – відносна похибка вимірювань напруги, дБ;

U_Г – початкова напруга генератора, дБ мкВ;

U_и – початкова напруга аттенюатора, дБ мкВ;

А – загасання аттенюатора, який відповідає напрузі U_и, дБ.

Відносна похибка не повинна перевищувати (3 дБ).

Визначення похибки вимірювань напруги в діапазоні 10 кГц … 1000 Мгц

Вимірювання проводити по схемі з’єднань, зображеній на рис. 2, з використанням генератора сигналів SML 02 в діапазоні 10 кГц (1000 Мгц на крайніх і середньої частотах всіх частотних піддіапазонах комплексу послідовно через кожні 10 дБ діапазону вимірювання напруги відповідно до п. 6.3.2.

Відносна похибка не повинна перевищувати (2 дБ). Позитивні результати перевірки оформляються свідоцтвом про перевірку. При негативних результатах перевірки комплекс бракується. Міжповірочний інтервал визначено у 1 рік.

Методика вимірювання частоти сигналу.

Вікно «Вимірювання рівня сигналу» викликається з головного меню програми [ Команди - Вимірювання рівня сигналу ] або клавішею F6.

Комплекс дозволяє вимірювати наступні величини:

- Напруга на вході.

- Електрична складова поля.

-.Магнітна складова поля

- Наведення в лінії

Параметри вимірювання задаються на вкладці «Сигнал» рис. 3.

Рис. 3 – Вікно «Вимірювання рівня сигналу»

Значення параметрів:

Частота сигналу, Мгц – в цьому полі необхідно задати значення частоти вимірюваного сигналу. Завдання частоти проводиться в мегагерцах, з точністю до 1 Гц.

Кнопка «Поточна частота» –дозволяє ввести в полі «Частота сигналу» значення поточної частоти настройки комплексу.

«Вид сигналу» – дозволяє обрати вид вимірюваного сигналу – Синусоїдальний, Модульований, Шуми, Імпульсний.

«Вимірюване значення» – елементи даного списку визначаються обраним видом сигналу.

«Мінімальна частота імпульсів, Гц» – значення в цьому полі доступне при виборі Виду сигналу «Модульований» або «Імпульсний».

Значення в даному полі визначає параметри сигналів мають неперіодичну (як правило, імпульсну) природу. Величина даного параметра впливає на якийсь час (обернено пропорційно до частоти), протягом якого сигнал береться для вимірювання.

Зовнішній аттенюатор, дБ – дане поле дозволяє задати значення зовнішнього аттенюатора, розміщеного на антенному вході та використовувався для вимірювання. Величина аттенюатора буде автоматично додана до результату вимірювання.

Рівень шумів % – це поле доступно при виборі Імпульсний сигнал – квазіпікове значення.

Автоматично приймати частоту –установка даного прапорця включає режим автоматичного коригування частоти вимірюваного сигналу за наслідками попереднього вимірювання. Частота коригується таким чином, що наступне вимірювання буде проведено на частоті максимального рівня сигналу в заданій смузі. Даний прапорець слід використовувати, якщо точна частота сигналу невідома, а сигнал має виражений максимум або близький до синусоїдального.

Смуга вимірювання, кГц – в даному полі задається ширина смуги сигналу, в межах якої проводиться вимірювання.

Процес вимірювання починається при натисненні на кнопку «Провести вимірювання». Хід вимірювання відображається в інформаційній панелі в нижній частині вікна «Вимірювання рівня сигналу». Процес вимірювання можна перервати натисненням на кнопку «Перервати» або клавішею Esc. Для типових вимірювань тривалість одного вимірювання 0, 1... 1 секунда. При вимірюванні у вузькій смузі (менше 100 Гц) або при величині параметра «Мінімальна тривалість імпульсів» менше 1 Гц, процес вимірювання може тривати більше 1 секунди.

По завершенню вимірювання відкривається вкладка «Спектр сигналу», в якій представлений вид сигналу у вимірюваній смузі. Результат вимірювання виводиться в нижній частині вікна (рис. 4).

Рис. 4 Результат проведеного вимірювання

Примітка. При виборі «Вимірюваного значення» – як «квазіпікового значення», буде відкрита вкладка «Стан квазіпікового детектора».

Під панеллю із спектром сигналу, знаходяться інформаційні панелі, що відображають особливості і результати проведеного вимірювання.

Можливі інформаційні повідомлення:

«Рівень НОРМАЛЬНИЙ» –вимірюване значення знаходиться в межах гарантованого динамічного діапазону вимірника.

«Рівень МІНІМАЛЬНИЙ» –дуже слабкий сигнал, зміряне значення може бути неточним.

«Рівень МАКСИМАЛЬНИЙ» –дуже сильний сигнал, рекомендується вживання зовнішнього аттенюатора.

КСВ. Зеленим кольором – аттенюатор при вимірюваннях був включений. Червоним кольором – аттенюатор при вимірюваннях був вимкнений.

Інформаційна панель «Рівень сигналу» повідомляє про зміряний рівень. Вид панелі і одиниці вимірювання залежать від вибраного способу вимірювань.

При виборі параметрів вкладки «Сигнал»:

«Вид сигналу – Імпульсний», «Вимірювана величина – квазіпікове значення» виконується вимірювання квазіпікового значення сигналу. За наслідками такого вимірювання відкривається вкладка «квазіпіковий детектор», в якій зображений графік заряду-розряду математичної моделі квазіпікового детектора, що використовується у вимірювачі (рис. 5).

Рис. 5 – Стан квазіпікового детектора за результатами вимірювання.

3 Лабораторне устаткування

Автоматизований комплекс радіомоніторингу та пошуку закладних пристроїв, виявлення та вимірювання ПЕМВН від засобів ЕОТ АКОР-3ПК.

Програмне забезпечення «Майстер дослідження ПЕМВН», який призначено для виявлення інформативних частот.

Приймальна та передавальна антени SA-1.

Генератор сигналів Г3-118 (SML 02);

Частотомір електронно-рахунковий Ч3-63.

Аттенюатор ELG-15;

Вольтметр компенсаційний В3-63.

4 Порядок підготовки й виконання роботи