Анализ и прогнозирование устойчивости систем управления движением поездов к сверхширокополосным электромагнитным импульсам преднамеренного воздействия

Рассматривается проблема обеспечения устойчивости систем железнодорожной автоматики к сверхширокополосным импульсам электромагнитного поля. Эти импульсы могут быть использованы для преднамеренного воздействия на аппаратуру этих систем. Показано, что современные комплексные системы управления и обеспечения безопасности движения поездов оказываются уязвимыми для электромагнитных импульсов преднамеренного воздействия. Выделены особенности, которые определяют отличие проблемы обеспечения устойчивости систем железнодорожной автоматики от информационных систем. В частности, микропроцессорные системы автоматики территориально распределены и доступны для воздействия с близкого расстояния.

Испытательные генераторы, используемые для подтверждения устойчивости к электромагнитным импульсам преднамеренного воздействия, являются уникальными установками. Поэтому для сокращения количества испытаний требуются расчетные оценки и комплексные испытания на устойчивость к электромагнитным помехам. Электростатические разряды обладают наибольшей шириной частотного спектра. Они воздействуют на те же апертуры в корпусах технических средств систем железнодорожной автоматики, что и импульсы преднамеренного воздействия. Уровень поглощаемой в электронных узлах энергии может быть рассчитан по теореме Рэлея. Электромагнитное поле внутри корпуса определяется по известным соотношениям для излучения антенн и зависит от спектра электрической составляющей поля в раскрыве антенны. Этот спектр, в свою очередь, зависит от спектра импульса электростатического разряда и геометрических параметров антенны.

При падении электромагнитной волны импульса преднамеренного воздействия апертура выделяет этот импульс и передает его внутрь корпуса. Поэтому излучаемый внутрь корпуса импульс преднамеренного воздействия и импульс электростатического разряда могут быть сопоставлены по форме и амплитуде. Импульсы разной формы, в свою очередь, могут быть сопоставлены с помощью спектрально-энергетического условия эквивалентности. Импульс преднамеренного воздействия, эквивалентный импульсу электростатического разряда и, соответственно, имеющий с ним одинаковую энергию, вызывает точно такие же отказы или сбои элементной базы. Амплитуда импульса, принимаемого апертурой, и амплитуда излучаемого импульса связаны коэффициентом использования антенны. Таким образом, получена методика косвенной оценки влияния электромагнитного импульса преднамеренного воздействия на системы железнодорожной автоматики по данным расчетного прогнозирования их устойчивости к электростатическим разрядам.

Получен аналог уравнения силового подавления радиоэлектронных средств, который позволяет найти параметры генератора электромагнитных импульсов, создающего опасные импульсы для систем железнодорожной автоматики. Также это уравнение позволяет рассчитать размеры зоны подавления для данного генератора.

1. Инновационные технологии интервального регулирования — основа системы управления движением на МЦК / И. Н. Розенберг [и др.] // Автоматика, связь, информатика. 2019. № 6. С. 5-10.

2. Рогачева И. Л. Эксплуатационная надежность систем электрической централизации нового поколения. М.: Маршрут, 2006. 220 с.

3. Системы железнодорожной автоматики, телемеханики и связи. В 2-х ч. Ч. 1 / А. В. Горелик [и др.]; под. ред. А. В. Горелика. М.: ФГБОУ «Учебно-метод. центр по образованию на ж.-д. транспорте», 2012. 212 с.

4. Высокоскоростной железнодорожный транспорт. Общий курс. В 2-х т. Т. 1 / И. П. Киселев [и др.]. М.: ФГБОУ «Учебно-метод. центр по образованию на ж.-д. транспорте», 2014. 308 с.

5. Электромагнитный терроризм на рубеже тысячелетий / М. Бакстром [и др.]; под ред. Т. Р. Газизова. Томск: Изд-во Томского ун-та, 2002. 206 с.

6. Развитие современных систем железнодорожной автоматики и телемеханики с учетом требований функциональной и информационной безопасности / К. А. Бочков [и др.] // Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте: 9-я Междунар. конф. (Сочи, 17-18 октября 2018 г.): сб. докл. / РГУПС, ОАО РЖД, Северо-Кавказская ж. д. Ростов н/Д, 2018. С. 224-231.

7. Торокин А. А. Инженерно-техническая защита информации. М.: Гелиос АРВ, 2005. 960 с.

8. Schleger A., Brebbia C. Infrastructure Risk Assesment and Management. New York: WIT Press, 2016. 158 p.

9. Wright D., Kreissl R. Surveillance in Europe. London: Routledge, 2015. 415 p.

10. Кечиев Л. Н., Пожидаев Е. А. Защита электронных средств от воздействия статического электричества. М.: Технологии, 2005. 352 с.

11. Бочков К. А., Комнатный Д. В. Элементы моделирования электромагнитной совместимости устройств железнодорожной автоматики и телемеханики. Гомель: БелГУТ, 2013. 185 с.

12. Никольский В. В. Теория электромагнитного поля. М.: Высшая школа, 1964. 584 с.

13. Комиссаров Ю. Я., Родионов С. С. Помехоустойчивость и электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств. Киев: Техника, 1978. 208 с.

14. Иванов В. А., Ильницкий Л. Я., Фузик М. И. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств. Киев: Техника, 1983. 189 с.

15. Аполлонский С. М., Горский А. Н. Расчеты электромагнитных полей. М.: Маршрут, 2006. 992 с.

16. Радиоэлектронная борьба. Силовое подавление радиоэлектронных систем / В. Д. Добыкин [и др.]; под ред. А. И. Куприянова. М.: Вузовская книга, 2007. 468 с.

17. Кравченко В. И., Болотов Е. А., Летунова Н. И. Радиоэлектронные средства и мощные электромагнитные помехи. М.: Радио и связь, 1987. 255 с.