Газизов Т.Р. КНИГА ЭлектромТерроризм

Рис. 25.4. Эффективность воздействия импульсов по напряжению и энергии

151

Подчеркнем ещё раз, что для типовой системы с резонансными частотами между 100 МГц и 1 ГГц сверхширокополосный импульс имеет наибольшие энергию и напряжение влияния на систему, несмотря на то, что его общая энергия, по крайней мере, в 60 раз меньше энергии других импульсов. Таким образом, опасность конкретного импульса для заданной системы определяется не только амплитудой импульса во временной области и энергией, а эффективностью его воздействия по энергии и напряжению.

Для экспериментального обоснования этого подхода изготовили три разные печатные платы. Они помещались в волновод (рис. 25.5), где создавалось электрическое поле с формой импульсов, описанных в предыдущем разделе. Измерялись наведённое напряжение на SMA разъёмах (рис. 25.6) плат и напряжённость электрического поля.

На обобщённые платы воздействовали четырьмя импульсами, а значения наводимых энергии и напряжения измерялись и сохранялись на диске. На тестовой плате 3 было 10 различных структур, имитирующих такие типовые чувствительные структуры, как диполи, индуктивности и ёмкости. Измеряемые данные идентифицировались номером структуры (см. рис. 25.6).

Измерения показали, что более 80 % наводимой энергии приходилось на диапазон 100 МГц – 1 ГГц, основную резонансную область. Максимальные значения наводимых энергии и напряжения от воздействия различных импульсов из табл. 25.1 напряжённостью 10 кВ/м в зависимости от номера разъёма тестовой платы 3 из рис. 25.6 показаны на рис. 25.7. Наводимые энергия и напряжение из-за облучения сверхширокополосным импульсом оказались самыми большими, как было и вычислено по модели воздействия.

152

Рис. 25.7. Максимальные значения наводимых энергии (сверху) и напряжения (снизу) от воздействия различных импульсов из табл. 25.1 напряжённостью 10 кВ/м

в зависимости от номера разъёма тестовой платы 3 из рис. 25.6

153

Это измерение подтвердило широкополосный подход и показывает, что мерой наводимой энергии является не общая энергия импульса, а энергия в определённом частотном интервале. Её поведение для заданного импульса

описывается эффективностью воздействия по энергии E.

Наводимое напряжение ведёт себя аналогичным образом и описывается

эффективностью воздействия по напряжению V. Численными значениями этих эффективностей описывается угроза конкретного импульса заданной сложной системе.

Для проверки подхода, использующего относительные энергию и напряжение, для каждой структуры тестовой печатной платы были вычислены отношения максимальных наведённых энергии и напряжения для различных импульсов. Эти отношения показаны в табл. 25.3.

В третьем столбце табл. 25.3 энергия и напряжение, наводимые сверхширокополосным импульсом, поделены на энергию и напряжение, наводимые быстрым ядерным ЭМ импульсом. Эти отношения по энергии (верхний ряд) и по напряжению (нижний ряд) сравниваются с вычисленными относитель-

ными эффективностями воздействия по энергии Е и по напряжению V (горизонтальные линии). Можно видеть, что вычисленное отношение очень хорошо характеризует измеренные отношения. Эти сравнения были сделаны для трёх отношений по энергии и по напряжению, каждое из которых показывает хорошее совпадение.

25.3. Восприимчивость микропроцессорных плат

Измерения восприимчивости были выполнены с помощью компьютера, управляющего измерительным оборудованием и генератором/усилителем, как показано на рис. 25.8.

154

Информационные линии испытываемого оборудования и различных датчиков поля представляли собой волоконно-оптические линии связи, поэтому влияние на них отсутствует. Связь между управляющим компьютером, генератором/усилителем и измерительным оборудованием осуществлялась посредством интерфейсной шины общего назначения (GPIB).

Облучению описанными импульсами подвергались различные микропроцессорные платы. Во время этого испытания на плате выполнялась программа, вырабатывавшая прямоугольный сигнал на выбранном контакте параллельного порта. Выполнялся мониторинг этого сигнала, чтобы быть в уверенности, что основные элементы платы (процессор, ОЗУ и т.д.) работают. После сбоя платы выполнялась внешняя перезагрузка компьютера по во- локонно-оптической линии связи. Выполнялся также мониторинг формы импульса. Плата облучалась приблизительно 5000 импульсами. Вероятность сбоя определялась как отношение числа сбоев к числу импульсов.

Во-первых, отмечена сильная зависимость порога появления первых сбоев от времени фронта, а значит от распределения энергии в спектре. На рис. 25.9 показаны результаты для времени фронта в 100 пс (сверхширокополосный импульс) и 1,5 нс (быстрый ядерный ЭМ импульс). Первые сбои происходят при напряжённости поля приблизительно 12 кВ/м для одного и приблизительно 30 кВ/м для другого. Во-вторых, вероятность сбоя меняется от нуля до единицы при воздействии сверхширокополосного импульса только в узком диапазоне изменения напряжённости электрического поля

( 1 кВ/м), а при ядерном ЭМ импульсе этот диапазон широк ( 20 кВ/м).

Во втором испытании исследовалось поведение двух разных плат близких физических размеров. Следовательно, были сопоставимы и размеры структур, воспринимающих воздействие поля. Наблюдалось сильное различие порогов восприимчивости этих плат (рис. 25.10). Первые сбои платы Rocky518 HV с процессором Pentium MMX 233 МГц происходили при облучении сверхширокополосным импульсом при напряжённости электрического поля13 кВ/м. Для платы SSC-5x86 H с процессором DX4-S 100 МГц это происходило при 4 кВ/м. Различное поведение этих плат объясняется различной восприимчивостью установленных на плате компонентов.

Рис. 25.9. Вероятность сбоя для платы Rocky-518 HV с процессором Pentium MMX 233 МГц при различных временах нарастания воздействующих импульсов

156

Рис. 25.10. Вероятность сбоя разных плат при облучении сверхширокополосным импульсом

25.4. Восприимчивость сети

Как и в первом эксперименте, использовались открытый волновод и генератор импульсов. Здесь исследовалось воздействие сверхширокополосных импульсов с разными скважностями и амплитудами на компьютерную сеть. Для сети 10Base2 использовались стандартный (RG58) и экранированный (RG223) коаксиальный кабели. Для сети 10BaseT и 100BaseTX использовался стандартный кабель S-UTP с витыми парами. Каждый кабель протягивался в волноводе перпендикулярно его пластине земли (рис. 25.11). В качестве приёмо-передающих использовались два ПК 486 90 МГц, размещённых вне волновода и защищённых поглощающими стенками. Две минуты одна станция посылала поток данных другой, а сетевой кабель облучался импульсами. Числа потерянных, посланных и повреждённых блоков статистически обрабатывались. Во втором эксперименте кабель витой пары подсоединялся ко второй станции через хаб, также расположенный за поглощающей стенкой.

Информация, передаваемая по сети со скоростью 10 Мбит/с, кодируется манчестерским кодом, который объединяет данные и синхронизацию в битовых символах с тактирующим переходом в середине каждого бита. Закодированный бит передаётся за время бита в 100 нс, '0' передаётся сигналом высокого уровня в первую половину бита, и низкого – во вторую, а '1' – наоборот. Переход в каждом бите нужен приёмнику для синхронизации.

157

Уровни сигнала для коаксиальных кабелей имеют диапазон от 0 до –2 В. При витой паре используются только две из четырёх пар, одна для передачи, другая для приёма. На одном проводе всегда положительное напряжение (от 0 до +2,5 В), на другом – отрицательное (от 0 до –2,5 В).

В системах передачи информации со скоростью 100 Мбит/с (100BaseTX) 4 бита данных кодируются системой кодирования блоками 4B/5B в один кодовый символ из 5 бит. Каждый символ передаётся последовательностью из трёх уровней напряжения –1,0,1 В. В неактивные периоды времени непрерывно подаётся специальный символ IDLE для поддержки подключенных станций активными и проверки целостности линии.

Соединения регулируются стандартом IEEE 802.3 CSMA/CD. Сети Ethernet передают в полудуплексном режиме. Перед посылкой станция слушает канал. Если обнаруживается активность, то она откладывает свою передачу и ждёт в течение случайного периода времени. Если канал свободен, станция начинает посылку и отслеживает свою передачу. Когда две станции передают одновременно, блоки их данных сталкиваются и портятся. При сети 10Base2 столкновение обнаруживается, когда напряжение превышает напряжение сигнала, при витой паре – когда одновременно активны обе пары.

После обнаружения столкновения во время передачи первых 512 бит эти станции ожидают статистически определяемый промежуток времени до повторной передачи, что выливается в микросекундные задержки. Только после 16 попыток блок снимается. После посылки 512 бит станция занимает канал и после этого не должно происходить столкновений. Если это происходит, блоки будут теряться, и лишь программное обеспечение более высокого уровня может запросить повторную передачу, ведущую к резкому снижению скорости работы. Например, потери блока в 1 % снижают скорость сетевой файловой системы Unix на 90 %. Обычные причины такой ситуации – неверная конфигурация сети, перекрёстные помехи сигналов или сбоящий контроллер, но такие проблемы могут быть вызваны и ЭМ оружием.

Все данные для передачи формируются в блоки следующей структуры.

Преамбула (П) в 7 байт и ограничитель начала блока (ОНБ) в 1 байт используются приёмной станцией для синхронизации с поступающим блоком и отметки начала содержимого данных. Наполнение блока состоит из полей аппаратных адресов получателя (АП) и отправителя (АО) в 6 байт каждое, поля длины (Д) в 2 байта и, наконец, поля данных (Данные) в 46–1500 байт, завершаемых проверочной последовательностью блока (ППБ) в 4 байта, содержащей контрольную сумму для проверки целостности всего блока.

Блоки короче 72 байт или длиннее 1526 байт отбрасываются как фрагменты столкновения. Другое свидетельство столкновения – содержание блока, нарушенное до нераспознаваемости или неверности структуры и ППБ.

158

(рис. 25.13). Эксперименты с коаксиальным кабелем RG223 показывают такой же эффект, только с более высоким пороговым уровнем для битовых ошибок. Дополнительный эффект проявляется в уменьшении общего числа посланных блоков при увеличении частоты повторения импульсов, поскольку наводимые импульсы блокируют канал (рис. 25.14).

Рис. 25.14. Снижение готовности канала к связи

160