Анализ методов защиты криптографической аппаратуры от вибрации на резонансных частотах

12. Лысенко, А.В. Методика моделирования влияния внешних механических воздействий на динамические параметры РЭА в среде MATHCAD / А.В. Лысенко // Современные наукоемкие технологии. 2014. № 5-1. С. 68-69.

13. Особенности разработки макромоделей надежности сложных электронных систем / Н.К. Юрков, А.В. Затылкин, С.Н. Полесский, И.А. Иванов, А.В. Лысенко / Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2014. Т. 1. С. 101-102.

14. Функциональная модель информационной технологии обеспечения надежности сложных электронных систем с учетом внешних воздействий / Н.К. Юрков, А.В. Затылкин, С.Н. Полесский, И.А. Иванов, А.В. Лысенко / Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2014. Т. 1. С. 184-187.

15. Классификация технических средств и обучающих систем / А.В. Лысенко, О.А. Рыбакова, Э.В. Лапшин, В.Б. Алмаметов // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2008. Т. 1. С. 424-427.

16. Лысенко, А.В. Аппаратное обновление электронных устройств на основе 3PLD кристаллов / А.В. Лысенко, Д.И. Морозов, Н.К. Юрков / Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2011. Т. 2. С. 186-187.

17. Рындин, Д.А. Применение индикаторных проникающих веществ для повышения эффективности работы автоматических систем оптического контроля печатных плат / Д.А. Рындин, А.В. Лысенко, Е.А. Сидорова // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 2. С. 84-86.

УДК 621.316.969

Ольхов Д.В., Лысенко А.В. Сухова Ю.С.

ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия

АНАЛИЗ МЕТОДОВ ЗАЩИТЫ КРИПТОГРАФИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ ОТ ВИБРАЦИИ НА РЕЗОНАНСНЫХ ЧАСТОТАХ

Введение

Известно, что криптографическая аппаратура, подвержена негативному воздействию ударов и вибрации. Она широко применяются в подвижных объектах. Работает такая аппаратура в условиях воздействия вибраций, ударов и других интенсивных механических воздействий.

При этом максимальная частота воздействующей вибрации может приводить к возникновению резонансных колебаний элементов конструкций аппаратуры. Вследствие этого происходит увеличение амплитуд колебаний в десятки и даже сотни раз и резкий рост интенсивности отказов устройства за счет механических разрушений несущих конструкций и электрорадиоэлементов [1].

Поэтому устранение негативного влияния резонансных колебаний элементов конструкции криптографическая аппаратура или снижение их до допустимого уровня составляют одну из важнейших задач при эксплуатации устройства.

В настоящее время наиболее широкое применение нашли методы пассивной и активной виброзащиты [2-4]. Рассмотрим каждый из них более подробно.

Пассивные методы виброзащиты

Пассивные методы виброзащиты связаны с использованием инерционных, упругих, диссипатив-ных и других пассивных элементов. Особенностью простых пассивных виброзащитных систем является то, что на собственной резонансной частоте амплитуда колебании и связанные с ней ускорения значительно превышают уровень возмущающих воздействий на основании. Обычно эффективность виброзащиты пассивных систем проявляется при частотах возмущающего воздействия, несколько превышающих резонансную частоту.

Снижение резонансной частоты в результате уменьшения жесткости упругого элемента имеет ряд ограничений эргономического и технического характера. Поэтому, даже самые совершенные пассивные виброзащитные системы, применяемые в настоящее время, не способны в полной степени обеспечивают эффективное виброгашение на резонансных частотах [5].

К менее существенным недостаткам пассивных виброзащитных систем относят чувствительность к весу изолируемого от вибрации объекта, а также чувствительность к внешним силам.

Поэтому, во многих случаях пассивные виброзащитные системы оказываются неэффективными, т.к. они не могут в полной мере обеспечить выполнение сложных и, как правило, противоречивых требований, предъявляемых к виброзащитным устройствам [6,7].

В связи с этим всё чаще находят своё применение так называемые активные системы, являющиеся, по существу, системами автоматического управления движением амортизируемых тел, обла-

дающими обычно независимыми источниками энергии [8-10] .

Активные методы виброзащиты

Активные виброзащитные системы представляют собой следящие системы, которые осуществляют движение каркаса и объекта виброзащиты в проти-вофазе относительно вибрирующего основания. Эти системы стремятся обеспечить абсолютную в вертикальном направлении неподвижность объекта виброзащиты при наличии вертикальных перемещений основания [11].

Как и всякие следящие системы, активные виброзащитные системы требуют для функционирования подвода энергии. Эта особенность и объясняет, почему подобные системы называют активными. Кроме того, активность системы связана также с принудительным перемещением объекта виброзащиты относительно вибрирующего основания на основании информации или сигналов управления, снимаемых с соответствующих датчиков.

Несмотря на относительную сложность и более высокую стоимость по сравнению с пассивными системами, активные системы виброзащиты имеют ряд достоинств, позволяющих прогнозировать их широкое применение в тех случаях, когда пассивные подвески не могут обеспечить эффективной виброзащиты, особенно низкочастотной.

Применение активных систем позволяет получить:

- очень малую жесткость при колебательном возбуждении (с собственной частотой, значительно меньшей, чем у обычных пассивных систем);

- высокую жесткость по отношению к постоянно действующей нагрузке;

- нулевые статические смещения;

- возврат изолируемой массы в исходное положение при стационарной и случайной нагрузках;

- независимость работы системы от изменения изолируемой массы;

- одно- и двухстороннюю характеристики жесткости;

- требуемые формы амплитудно-частотных характеристик;

- возможность адаптивного управления путем использования упреждающей обратной связи.

На рисунке 1 приведена структурная схема активной виброзащитной системы [12].

Активные системы виброзащиты позволяют существенно повысить эффективность подавления вибраций на низких частотах, а их свойства могут изменяться в связи с изменениями условий функционирования. Основными недостатками активных виброзащитных систем можно назвать их конструкторскую сложность, что влечет меньшую надежность в эксплуатации, безусловно, большую стоимость относительно пассивных систем, сложность обеспечения подавления вибраций на высоких и низких частотах одновременно.

Рисунок 1 - Структурная схема активной виброзащитной системы

Учитывая недостатки активных систем, получил распространение принцип использования комбинации пассивной и активной систем. Системы, сконструированные по этому типу, содержат пассивные амортизаторы и систему активного подавления вибраций. Пассивные амортизаторы подавляют высокочастотные колебания и рассеивают часть энергии, вследствие чего, мощность, требуемая на возбуждение колебаний в активной системе, может быть значительно снижена по сравнению с активными системами виброзащиты прямого действия [13-14].

Вывод

Таким образом, одним из важнейших недостатков пассивного метода виброзащиты является низкая эффективность борьбы с резонансными явлениями. Активные и комбинированные методы виброзащиты предназначены для снижения амплитуды

вибраций не только на резонансных частотах, но и на всём требуемом диапазоне частот за счёт введения компенсирующих сигналов и реализации способа изменения жесткости регулируемых подвесов систем амортизации. Но это влечет за собой усложнение конструкции активных амортизаторов за счет введения дополнительных средств измерения вибраций, а так же увеличение их стоимости, поэтому применение таких средств защиты обосновано только в исключительных случаях. К тому же во многих случаях вибрационная защита достаточна на резонансных частотах, т.к. остальной диапазон на устройство влияет не сильно.

Таким образом, разработка нового метода виброзащиты криптографической аппаратуры, реализующих высокоэффективный способ снижения вибрационных нагрузок на резонансных частотах, является актуальной.

ЛИТЕРАТУРА

1. Мафтик С. Механизмы защиты в сетях ЭВМ. М.: Мир, 1993, 300 с.

2. Функциональная модель информационной технологии обеспечения надежности сложных электронных систем с учетом внешних воздействий / Н.К. Юрков, А.В. Затылкин, С.Н. Полесский, И.А. Иванов, А.В. Лысенко / Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2014. Т. 1. С. 184-187.

3. Алгоритм выявления латентных технологических дефектов печатных плат методом оптического контроля / И.И. Кочегаров, И.В. Ханин, А.В. Лысенко, Н.К. Юрков, В.Б. Алмаметов / Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. 2013. № 3 (27). С. 105-114.

4. Программа инженерного расчёта температуры перегрева кристалла электрорадиокомпонента и его теплоотвода / Н.В. Горячев, А.В. Лысенко, И.Д. Граб, Н.К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 340.

5. Лысенко, А.В. Методика моделирования внешних механических воздействий на бортовую РЭА / А.В. Лысенко, Е.А. Данилова, Г.В. Таньков / Инновации на основе информационных и коммуникационных технологий. 2013. Т. 1. С. 226-228.

6. Лысенко, А.В. Способ снижения величины вибрационных нагрузок в несущих конструкциях ЭС и методика его реализующая / А.В. Лысенко // Надежность и качество сложных систем. 2013. № 4. С. 41-44.

7. Лысенко, А.В. Особенности разработки типологии устройств амортизации радиоэлектронных средств на основе фасетной структуры / А.В. Лысенко // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 2. С. 151-155.

8. Обеспечение термокомпенсации синтезатора частоты за счёт применения интегрального безкон-тактного измерителя температуры / Н.В. Горячев, И.Д. Граб, А.В. Лысенко, Н.К. Юрков // Инновации на основе информационных и коммуникационных технологий. 2011. № 1. С. 303-305.

9. Лысенко, А.В. Методика моделирования влияния внешних механических воздействий на динамические параметры РЭА в среде MATHCAD / А.В. Лысенко // Современные наукоемкие технологии. 2014. № 5-1. С. 68-69.

10. Головин, П.Д. Применение метода квазиобразцового интервала времени для раздельного измерения параметров параметрических датчиков / П.Д. Головин, А.В. Лысенко, Н.К. Юрков // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии. 2013. № 4. С. 149-157.

11. Классификация технических средств и обучающих систем / А.В. Лысенко, О.А. Рыбакова, Э.В. Лапшин, В.Б. Алмаметов // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2008. Т. 1. С. 424-427.

12. Лысенко, А.В. Анализ особенностей применения современных активных систем виброзащиты для нестационарных РЭС / А.В. Лысенко, Г.В. Таньков, Д.А. Рындин // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 2. С. 155-158.

13. Лысенко, А.В. Аппаратное обновление электронных устройств на основе 3PLD кристаллов / А.В. Лысенко, Д.И. Морозов, Н.К. Юрков / Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2011. Т. 2. С. 186-187.

14. Горячев Н.В. Стенд исследования тепловых полей элементов конструкций РЭС/ Н.В. Горячев, И.Д. Граб, А.В. Лысенко, П.Г. Андреев, В.А. Трусов //Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2008. Т. 2. С. 162-166.

15. Рындин, Д.А. Применение индикаторных проникающих веществ для повышения эффективности работы автоматических систем оптического контроля печатных плат / Д.А. Рындин, А.В. Лысенко, Е.А. Сидорова // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 2. С. 84-86.