Исследование и оценка параметров сигналов в распределенных информационных системах. Для студентов технических специальностей

Часто применяют уравнение вида (9.4), где функция f (v, dv/dx) в общем случае является нелинейной, а е (х) представляет собой периодическую внешнюю силу; ? – безразмерное время; ?o – период внешней силы, воздействия.

Важно, что в одной и той же нелинейной системы могут существовать различные виды периодических колебаний.

Рассмотрим характерные виды колебаний.

1. Случай гармонических колебаний, в которых основная составляющая преобладает над более высокими гармоническими колебаниями.

2. Если условия устойчивости нарушаются, то происходит аномальное возбуждение ультрагармоник на частотах f 1гор, f 2гор… f iгор.

3. Субгармонические колебания с основной частотой f iсуб.= f осн. (1/ n), где (n=2,3,4) возникают на нелинейностях и относятся к определенному типу нелинейных колебаний.

Приведенную модель можно использовать для основного класса взаимодействий физических полей.

Нелинейный эффект – это эффект, описываемый нелинейной зависимостью, нелинейным уравнением. Нелинейная теория – это теория, в основе которой лежат нелинейные связи между объектами. Совсем простое нелинейное уравнение может иметь бесчисленное множество решений. Множеству решений соответствует множество путей эволюции нелинейной системы и тогда эта система может пойти по одному или качественно иному пути развития.

Разные процессы в разных естественных науках (физики, химии, биологии и др.), а также в экономике, социологии, медицине, в технических приложениях описываются одинаковыми или сходными моделями. Эти модели предсказывают сходные конечные результаты.

В решении проблемы комплексной защиты объектов информатизации задачи защиты информации прежде всего следует рассматривать как изменение физических полей. Многообразие физических полей и особенно продуктов взаимодействия, например, таких как наличие большого класса излучений ставит задачу скрытия и изменения характеристик поля в задачах защиты информации. Требуется энергетические затраты и использование технических средств. Наличие широкого спектра частот с другой стороны говорит о «размазывании» сигнала в пространстве физического поля, что является показателем скрытности, большой базы сигнала. И тогда имеется путь повышения эффективности защиты в создании технических средств обработки информации с большой базой.

Электромагнитное поле

Вид электромагнитного излучения

Электромагнитное излучение характеризуется частотным диапазоном от постоянного тока до рентгеновского (3.10

Гц) и радиационного излучения. Ниже приводится шкала частот и длин волн электромагнитного излучения. По горизонтальной оси отложены: внизу ? – длина волны в метрах; вверху ? – частота колебаний в герцах. Чаще частота обозначается буквой f или F.

Длины электромагнитных волн радиодиапазона заключены в пределах от 10 км до 0,001 м (1 мм). Диапазон от 1 мм до видимого излучения (т. е. 760 нм) называется инфракрасным диапазоном. Электромагнитные волны с длиной волны короче 390 нм называются ультрафиолетовыми волнами. Наконец, в самой коротковолновой части спектра лежит излучение рентгеновского и гамма-диапазонов.

Всякое излучение можно рассматривать как поток квантов – фотонов, распространяющихся со скоростью света, равной c = 3.10

 м/с. Скорость света связана с длиной и частотой волны соотношением (10.1).

Энергию квантов света E можно найти, зная его частоту: E = h?, где h – постоянная Планка, равная h ? 6,626?10

 Дж?с. Энергия квантов измеряется в джоулях или электрон-вольтах: 1 эВ = 1,6?10

 Дж. Кванту с энергией в 1 эВ соответствует длина волны ? = 1240 нм.

Глаз человека воспринимает излучение, длина волны которого находится в промежутке от ? = 390 нм (фиолетовый свет) до ? = 760 нм (красный свет). Это – видимый диапазон.

Рису. 10 – Прохождение электромагнитного излучения сквозь атмосферу

Излучение в видимой области спектра играет основную роль в жизни человека и хорошо пропускается земной атмосферой. Во многих других участках спектра земная атмосфера поглощает излучение. Видимая область спектра регистрируется оптическими телескопами, а также невооруженным глазом. Глаз – это естественный измерительный прибор, регистрирующий электромагнитное излучение в видимой области спектра.

Площадь зрачка может изменяться в 100 раз, тем самым регулируя поток света, поступающего на сетчатку в дневное время. Днем освещенность от Солнца составляет 10

 лк; в то время как ночью звездное небо создает освещенность всего в 10

 лк. Поэтому для того, чтобы видеть в темноте, регистрировать излучение должны не колбочки, а палочки – другие элементы глаза. Максимальная чувствительность глаза при дневном зрении приходится на длину волны ? = 555 нм и соответствует желто-зеленому цвету. Ночью она сдвигается в коротковолновую часть спектра ? = 513 нм. Лабораторные исследования показали, что ночью глаз может зарегистрировать изменение звездной величины на 0,1

.

Ниже представлены виды ЭМП, АП, спектр, энергия и мощность

Энергия ЭМИ

Рассмотрим ЭМИ следующих спектральных диапазонов:

электромагнитное ионизирующее излучение с длиной волны от 5.10~

 до 0,01 нм (у-излучение) и от 0,01 до 6 нм (рентгеновское излучение);

Ультрафиолетовое (УФ) излучение от 0,05 до 0,4 мкм;

Видимое излучение от 0,4 до 0,77 мкм; инфракрасное (ИК) излучение от 0,77 до 1000 мкм; сверхвысокочастотное (СВЧ) излучение от 1 мм до 3м.

Специфика воздействия ЭМИ в основном объясняется различными значениями энергий квантов соответствующих частот. Энергия кванта W

связана с частотой излучения ? следующей зависимостью: W

= ?f,

где h – постоянная Планка, равная 6,62—10~

 Дж-с. Если энергию кванта измерять в электрон-вольтах, а длину волны излучения ? в нанометрах, то имеем преобразование:

W

=1240/?, 1 ГэВ = 10

 эВ, 1 эВ = 1,6*10

 эрг = 1,6*10

 Дж.

Минимальная энергия кванта, способная вызвать ионизацию воды и атомов кислорода, водорода, азота и углерода, составляет 12 … 15 эВ [66]. Энергию кванта 12 эВ можно рассматривать как нижний предел ионизации для биологических систем. Этой энергии соответствует Х,= 100 нм. Квант электромагнитного излучения, в зависимости от энергии, может вызвать ядерные превращения, ионизацию атомов вещества или возбуждение электронных оболочек. В биологических системах поглощение квантов ЭМИ неионизирующих уровней энергии может приводить к диссоциации молекул при передаче энергии электронам связи, рассеянию энергии возбуждения в виде флуоресцентного или фосфоресцентного излучения, к образованию свободных радикалов, к превращению энергии излучения в энергию колебательного, вращательного, поступательного движения молекул, т. е. в тепло.

Биологический эффект воздействия ЭМИ на живые организмы зависит как от энергии квантов ЭМИ, так и от глубины проникновения излучения в систему, способности участвующих в процессе взаимодействия молекул испытывать в результате поглощения энергии химические превращения, а также от других физико-биологических факторов. Важное значение имеют энергия и мощность излучения.

Характерная энергия объединения оценивается по порядку величины как 10

 ГэВ (ГэВ – это сокращенное от гигаэлектрон-вольт, 1 ГэВ = 10

 эВ,

1 эВ = 1,6*10