Analizator widma – wszystko, co warto wiedzieć!

W naszym najnowszym artykule można przeczytać o tym, czym jest widmo, jak używać analizatorów widma i jak można wykryć podsłuch przy jego użyciu. Artykuł nasączony wiedzą i eksperckimi poradami nie tylko dla praktyków.

Widmo. Nie zawsze mroczne, ale zawsze problematyczne.

W ciągu ostatnich kilku dziesięcioleci aktywność w widmie częstotliwości radiowych wybuchła i nie wykazuje żadnych oznak spowolnienia. Zapotrzebowanie na bezprzewodową transmisję informacji rośnie w sposób niewiarygodny. Wysiłki w zakresie utrzymania bezpieczeństwa i poprawy ochrony radiowej staną w nadchodzących latach w obliczu poważnych wyzwań, aby dotrzymać kroku zwiększonym możliwościom nadużycia fal radiowych w niecnych celach. Szczególnym obszarem eksploatacji fal radiowych, który wykazuje znaczny i szybki rozwój, jest nielegalna inwigilacja. Dostępność tańszych i wysoce zaawansowanych urządzeń do przechwytywania i przesyłania informacji drogą radiową, przyjęła technologię, która kiedyś była zarezerwowana dla elitarnego obszaru służb specjalnych i udostępniła ją przeciętnemu człowiekowi. Łatwe w użyciu nadajniki czy rejestratory zapisu obrazu i dźwięku, mogą być zamontowane i sprytnie zakamuflowane w najbardziej powszechnych, zwykłych produktach ze sklepowych półek. Te złośliwe urządzenia, zwane często „pluskwami” są produkowane w dużych ilościach i sprzedawane komercyjnie, praktycznie bez żadnych ograniczeń. Często jedynym ograniczenie są zasoby finansowe, jakimi dysponuje człowiek zainteresowany ich zakupem. A dostępność dla każdego ogranicza się praktycznie do paru kliknięć w wyszukiwarce internetowej. Wpisanie „pluskwa podsłuchowa”, czy „ukryta kamera”, daje setki wyników. Do koloru do wyboru. Jeszcze kurier do domu dostarczy.

Nadajniki radiowe – stąd wyłazi widmo

Błędne jest przeświadczenie wielu ludzi, że dzisiaj „to nikt nadajników nie kupuje, bo je łatwo wykryć”. Nadajniki są często kupowane, bo są bezpieczne dla podsłuchującego, długo działają i w przypadku wykrycia, nie traci się wszystkich informacji. Z reszta wykryć taki współczesny nadajnik, wykorzystujący technologie cyfrowe do transmisji, tez nie jest łatwo. To nie taka zwykła „pluskiewka” analogowa, z która kojarzony jest każdy nadajnik radiowy. Są i takie, które kosztują tysiące euro, ale jak wiadomo, urządzenie jest tyle warte, ile warta jest informacja, jaką za jego pomocą da się ukraść. W tym materiale postaram się, chociaż trochę wyjaśnić, jak producenci sprzętu do wykrywania podsłuchów zwanych wielokrotnie „wielofunkcyjnymi detektorami”, a ostatnio, coraz częściej, zintegrowanymi analizatorami widma, starają się, aby można było w sposób sprawny i jednoznaczny wykryć transmisje pluskwy, dokonać analizy i zlokalizować takiego nieproszonego gościa.

Jak zobaczyć coś, czego nie widać, czyli analizatory

Analizatory widma, wywodzą się z rodziny sprzętu pomiarowego, przeznaczonego początkowo, ze względu na skomplikowanie użytkowania, rozmiary i cenę, wyłącznie do badań naukowych, pomiarów i analiz. Obecnie w zakresie sprzętu tego rodzaju, nastąpił znaczny postęp, ale nie wszystkie analizatory mogą zastąpić sprzęt wykorzystywany przez zespoły zajmujące się wykrywaniem nielegalnego przechwytywania i przesyłania informacji. Niektórzy producenci analizatorów widma i twórcy oprogramowania koncentrują się na analizie sygnałów w celu uzyskania precyzyjnych charakterystyk i parametrów samego sygnału. W zastosowaniach związanych z bezpieczeństwem, równie ważne jest zlokalizowanie samego źródła transmisji. Wiedza, że ​​w okolicy jest złodziej, to nie wszystko Będzie się chciało go złapać.

Krótko o sprzęcie

Mówiąc bardzo ogólnie (, bo nie jest to opracowanie sensu stricte – naukowo-techniczne mające na celu porównywanie w sposób szczegółowy, rozwiązań technicznych), można powiedzieć, że analizatory widma za pomocą zestawów anten, dopasowanych do poszczególnych zakresów widma radiowego, przechwytują otaczające nas sygnały radiowe (często zwane nawet smogiem elektromagnetycznym) i po obróbce, przedstawiają wyniki na ekranach, własnych lub dołączonych urządzeń np. komputerów. To zobrazowanie to wspólna cecha analizatorów widma. Na osi poziomej znajduje się częstotliwość, na pionowej poziom sygnału. Same sygnały maja postać prążków (pionowych kresek) o określonej częstotliwości i poziomie (często zwanym „siłą sygnału”). Praktycznie każdy z analizatorów cechuje się indywidualnym sposobem prezentacji danych. Zależy to od jego konstrukcji, czy faktu, że jedne wyświetlają sygnały po wewnętrznej obróbce na własnym „hardware”, inne, wykorzystują do analizy i zobrazowania dołączone komputery, których moc obliczeniowa jest dziś wystarczająca do wykonania dokładnych analiz i obróbki sygnałów, a nie tylko samego wyświetlania wyników przesłanych.

Przez wiele lat, jak już wspomniałem, analizatory widma były wykorzystywane do laboratoryjnych pomiarów emisji elektromagnetycznych, testów bezpieczeństwa i kompatybilności elektromagnetycznej, monitorowania widma itp. w zakresie:

• badania zgodność z obowiązującymi normami i przepisami
• badaniach i rozwoju technologicznym i technicznym
• testach i kalibracji urządzeń radiokomunikacyjnych itp.
• SIGINT (Signal Intelligence)
• testowaniu i analizie rozwijających się, bezprzewodowych sieci teleinformatycznych
• zarządzaniu widmem elektromagnetycznym przez uprawnione podmioty
• bezpieczeństwa

Istnieje jednak tyle uwarunkowań i wymagań technicznych dla wszelkich zastosowań analizatorów, że praktycznie nie jest możliwe wykonanie jednego, który zrobi wszystko znakomicie, będzie mały i tani. Przy wyborze analizatora do określanych zastosowań, należy się kierunkować, tym, co chcemy za jego pomocą osiągnąć, a nie tylko specyfikacją techniczną urządzenia. Poleganie, wyłącznie, na prędkości przemiatania lub czułości może nie przyczynić się do powodzenia w wykonaniu zadania, jakie przed nim stawiamy..

Występujące rodzaje analizatorów widma mają na ogół pewne szczególne cechy, dzięki którym można je porównać I tak analizatory:

• klasy benchtop (stołowe, laboratoryjne) – wysoka precyzja i dokładność, szybkość, analiza sygnału
• SDR (Software Defined Radios) – przeznaczone do ciągłego monitorowanie w jednym miejscu, tańsze, sprzęt jest uogólniony i nie jest zoptymalizowany pod kątem konkretnego zastosowania, zasadniczą rolę odgrywa tu oprogramowanie komputera sterującego
• przenośne – pomiar w terenie, wykrywanie i pomiary nieznanych sygnałów, bardzo mobilny
• zintegrowany – łączy cechy wyżej wymienionych, wykrywa nieznane sygnały, wyświetla widmo i przeprowadza jego analizę, duża szybkość pracy, bardzo mobilny, bogaty system antenowy, często zintegrowany i przełączany automatycznie.

Analizatory widma w praktyce „zawodowego łowcy pluskiew”

W zastosowaniach związanych z bezpieczeństwem, analizatory widma są wykorzystywane do wykrywania nadajników radiowych, które mogą kraść informacje biznesowe, prywatne lub rządowe. Ukryte rejestratory audio i wideo mogą nagrywać i przesyłać skradzione informacje za pośrednictwem łącza bezprzewodowego lub innych mediów, do odległych odbiorców. „Pluskwy” sterowane z wykorzystaniem sieci GSM czy WiFi i BT, pozwalają użytkownikom wybierać, która z nich będzie używana do monitorowania w czasie rzeczywistym, czy może do przeglądania nagrań i przesyłania nagranych plików. Znajdowanie takich urządzeń w środowisku tak „zaśmieconym” jak dzisiejszy eter, może być jak szukanie igły w stogu siana i wymaga specyficznego sprzętu. Klasycznie rozumiane analizatory widma służą zarazem, do badania samego widma, jak i analizowania poszczególnych sygnałów. Podstawową cecha analizatorów widma, używanych w wykrywaniu, jest „nieco inna”. Są one używane przede wszystkim do wyszukiwania nieznanych sygnałów i często dobrze ukrytych w dowolnym miejscu sprawdzanego widma. Wymaga to, posiadania przez analizator poszukiwaczy, pewnego zestawu cech. Podczas poszukiwania ukrytych nadajników, przenośność/mobilność powinna być kluczową cechą analizatora. Nie chodzi tu jednak o fakt, że każde urządzenie da się przecież „wziąć i przenieść” z jednego miejsca na drugie i tam go sobie wygodnie ustawić podłączając do prądu. Podczas wykrywania przenośność wykorzystywana jest do efektywnego, szybkiego i dyskretnego zbierania danych z różnych lokalizacji, a następnie do porównania różnic w celu dostarczenia informacji o ukrytych nadajnikach. Taki „obchód” z analizatorem, związany jest z podstawami propagacji fal radiowych, a w zasadzie z jednym. Z obserwacją poziomu wykrytych transmisji, co pozwala z dużą dokładnością na zlokalizowanie działającego nadajnika. Gdy znajdziemy się blisko niego, obserwowany poziom sygnału będzie się znacznie zmieniał, podczas gdy poziom prążków widma pochodzący od odległych źródeł, zostaje praktycznie bez zmian. Po prostu chodząc po kontrolowanej lokalizacji, „obmacując” ściany i elementy wyposażenia, możesz zwiększyć w znacznym stopniu efektywność swoich działań, niż tylko wykonując „stacjonarne skany” obstawiony dużą ilością sprzętu, często o sporych gabarytach.

O sprzętach dostępnych na rynku

W tym akapicie dokonam przeglądu analizatorów dostępnych na rynku, ale też w naszym sklepie. Niekwestionowanym „królem” w tej kategorii jest R.E.I ze swoimi OSCOR-ami Green i Blue. Poprzednik tych analizatorów nie należał raczej do kategorii przenośne, ale miał w swej konstrukcji jedną bardzo pożyteczna cechę. Zestaw anten dopasowanych i zestrojonych na odpowiednie częstotliwości całego analizowanego pasma. Anteny te były przełączane automatycznie wraz z tym, jaka część pasma była w danej chwili analizowana. Obecnie, wraz z rozwojem techniki, urządzenia zmniejszono, dodano kolorowy wyświetlacz dotykowy, a całość obsługi jest bardzo ergonomiczna. No i postawiono na przenośność. Pozostał też bardzo efektywny system przełączanych anten. Poprawiono też współpracę z komputerem/laptopem. Urządzenie działa sprawnie, obsługa jest wygodna, a tryb automatycznej analizy nie ma sobie równych. Oczywiście, wymagana jest wiedza praktyczna i teoretyczna z obsługi urządzenia. To jest jednak zapewniane przez liczne szkolenia w wielu ośrodkach firmy REI. Cykl szkoleń trwa około 3 tygodni, na trzech rożnych poziomach zaawansowania. Jedyną wadą jest cena. Półgodzinny „obchód z OSCOR-em zamocowanym na stelażu, obsługa, zbieranie danych, itp. nie są męczące, podobnie jak wykorzystanie w trybie stacjonarnym. OSCORA wyróżnia też to, co posiadają nasze dwie „rybki”, ST-31M i ST-131. Posiada wielce przydatne ukompletowanie (, ale już dołączane do portów wejściowych), przeznaczone do analizy i badania traktów przewodowych oraz wykrywania wolnozmiennych pól magnetycznych. Analizatory wielu producentów są często mniejsze i lżejsze, jednak większość z nich wymaga korzystania z dedykowanych, przełączanych ręcznie anten, korzystania z okablowania, zewnętrznego laptopa i sporej ilości dodatkowych akcesoriów.

Komplikuje to obsługę takiego urządzenia (czy ktoś próbował z tak zachwalanym KROKSEM, podłączonym do zewnętrznego laptopa i anteną na kablu, a innymi w kieszeni, pochodzić po pomieszczeniu, jednocześnie obsługują urządzenie? Sterowanie wyłącznie z komputera i to w trakcie obchodu. Zmiana anten w zależności od zakresu badanych częstotliwości i powtórny „obchód”. Podobnie ma się sprawa ze SPECTRANEM  V5 XFR PRO. Urządzenie jest świetne, ale mimo „walizkowych rozmiarów, do przenośnych nie należy. Też trzeba chodzić z otwartym laptopem w sporej walizce.

Dostępne w Alfatroniku „rybki”, zasadniczo mieszczą się w klasie analizatorów zintegrowanych, pod względem przenośności. W ST-131 zestaw antenowy jest przełączany ręcznie, ale konstrukcja jest tak pomyślana, że używanie Piranii II jest bardzo wygodne. Ma sporo przydatnych funkcji i możliwości analizy zebranych danych, no i co jest dużym plusem, bardzo ładnie rozbudowaną część oprogramowania przeznaczona do lokalizacji nadajników. Dobrze współpracuje z laptopem (najlepiej z procesorami Intel od i5 w gorę i pow. 8 GB RAM.) Wykorzystuje, bowiem komputer do obróbki danych, a niektóre funkcje analizy dostępne są wyłącznie po połączeniu. Nie jest to jednak wada, gdyż ST-131 doskonale daje sobie radę i bez „wspomagania”, bo zbiera dane w swej pamięci. Mogą być one przesłane do komputera później, w celu dokonania analizy „na spokojnie” i rozbudowy bazy danych na laptopie, która może zostać wysłana do ST-131 i używana w innych działaniach. Pirania ST-31M, też jest analizatorem zintegrowanym. Jest to trochę starsze urządzenia, jednak, żadne z wymienionych nie jest tak intuicyjne jak Pirania ST-31M. Przenośne w całym zakresie (no może jakieś szelki by się przydały, ale daje się ją obsługiwać praktycznie jedną ręką. A co najważniejsze, realizuje większość zadań należących do ww. urządzeń. Jej następcą jest wspomniany już ST-131. Ma on jednak parę wad „wieku dziecięcego”. Niezbyt intuicyjna obsługa, instrukcja musi być gdzieś pod ręką. Możliwe, że za jakiś czas producenci dokonają udoskonaleń. A przydałoby się, gdyż obie „rybki” są warte, niedużych wprawdzie w porównaniu do cen sprzętu zza oceanu, pieniędzy. Jeżeli ktoś zamierza zajmować się wykrywaniem, „na co dzień” powinien przemyśleć zakup któregoś z tych urządzeń. Sprawdzą się. Dodatkowo kupując urządzenia w naszym sklepie otrzymują Państwo darmowe szkolenie z obsługi w cenie urządzenia.

Szybkość skanowania – chwyty marketingowe, na które warto być uważnym

Jeden z parametrów, będący przysłowiową „kością niezgody” wśród producentów i zwolenników rożnych analizatorów widma używanych w zadaniach związanych z bezpieczeństwem to szybkość skanowania. Parametr ten jest różnie rozumiany i różnie interpretowany. Jedni podają, że ich analizator ma szybkość skanowania rzędu 24GHz/s inni, że ich sprzęt jest lepszy, bo szybkość skanowania to 40GHz/s. Po przyjrzeniu się także innym parametrom, możemy zobaczyć, że jeden wytwórca, rzeczywiście może pozostałymi parametrami (a i warunkami ich określania) potwierdzić te, ponad 20GHz/s, a u tego drugiego, szybszego, okazuje się, że ten parametr odnosi się do szybkości ustabilizowania się odbiornika analizatora na danej częstotliwości przy określonej szerokości pasma detektora, np. 20 MHz. Zmiana szerokości tego pasma przy skanowaniu całego zakresu spowoduje zmianę szybkości skanowania. Podobnie wybór samego detektora, uśredniający, wartości szczytowej, RMS itp. oraz wielokrotność powtórzeń dla jednego wyświetlanego przebiegu. Należy tu zauważyć, że dzisiejsze, cyfrowe analizatory widma, w odróżnieniu od już nielicznych, ale bardzo dokładnych analizatorów laboratoryjnych, wyświetlających wynik w sposób analogowy, nie wyświetlają wyników pomiarów w czasie rzeczywistym. Dane analogowe są poddawane przetworzeniu A/C, obliczeniu Szybkiej Transformaty Fouriera (o dokładności zależnej w dużej mierze od procesorów i układów analizatora) i wyświetleniu na ekranie widma w takiej postaci. Niby podobne, ale nie do końca. Na takiej zasadzie działają m.in. wszelkie analizatory zwane potocznie „analizatorami skanującymi USB”. Przesyłają one jedynie gromadzone dane do komputera, gdzie są one obrabiane i wyświetlane. Widmo wyświetlane jest w sposób ciągły, ale z pewnym opóźnieniem w stosunku do tego, co znajduje się w tej chwili na wejściu analizatora. Na szczęście dla poszukiwaczy, są to tak małe opóźnienia, że przy sygnałach z modulacją analogowa nie maja znaczenia. Przy modulacjach cyfrowych, to już nie tak łatwo.

Prawdopodobieństwo wykrycia (POI)

POI(probability of intercept), parametr często wykorzystywany w celach marketingowych. Generalnie sprowadza się to do przechwałek, jakie to krótkie impulsy mogą zostać wykrywane i jak szybko nastąpi synchronizacja analizatora.  Im ten czas krótszy, tym lepiej. Najczęściej sprowadza się to jednak do założenia, że odbiornik jest już dostrojony do określonej częstotliwości przy określonym paśmie np. 40MHz.. Odbiornik czeka na impuls, który może się pojawić w zakresie +/-40MHz od częstotliwości dostrojenia. Ten istotny przy dokładnych badaniach znanych sygnałów parametr, np. kontroli impulsów synchronizacji kolorów w systemach telewizyjnych, jest nieprzydatny w przypadku zastosowań „wykrywczych”. Tutaj liczy się rzeczywista szybkość skanowania określonego pasma, gdyż zależy nam najpierw na wykryciu zaistnienia transmisji na nieznanej częstotliwości i z nieznanymi rodzajami modulacji, kodowania itp. Dlatego też istotnym parametrem jest tu jak największa szybkość skanowania określonego pasma (czy nawet fragmentu pasma) z małym krokiem skanowania. Jak podaje specyfikacja techniczna ST-131, szybkość analizy w kanale radiowym, jest nie gorsza niż 10GHz/s. Nie podano jednak, przy jakiej szerokości pasma, a jest ich sporo do ustawienia. Jak można dowiedzieć się z innej części instrukcji, wykonanie skanu całego pasma, czyli 30-4400MHz, w celu wykonania wzorca szczegółowego widma w danej lokalizacji z szerokością pasma 40kHz, może zająć nawet pół godziny z wykorzystaniem dużej rozdzielczości przetwornika analog/cyfra, urządzenia. Często licytowany jest też parametr, zwany czułością. Owszem, jest on bardzo istotny w badaniach laboratoryjnych, czy pomiarach „smogu elektromagnetycznego”. Ze sprzętu wykorzystywanego w szukaniu podsłuchów jest on istotny dla skanerów. Analizatory widma służą, bowiem do wyszukiwania i lokalizacji, zarówno transmisji, jak i nadajników w stosunkowo niewielkim obszarze. Często zaleca się tłumienie sygnałów na wejściu analizatora. Czy to zewnętrznym tłumikiem, czy wewnętrznym przełączanym za pomocą oprogramowania analizatora. W analizatorach, znacznie istotniejszy jest jego zakres dynamiki. Im większy, tym lepiej przedstawiane są zmiany amplitudy wykrytych sygnałów, co ułatwia lokalizację ich źródła. Jak widać z przytoczonych przykładów, nie zawsze warto „podniecać się” parametrami głoszonymi przez producentów. Przed zakupem analizatora widma warto zapoznać się z opiniami o nim. Takimi obiektywnymi, a najlepiej popartymi własnym doświadczeniem. Doświadczenie to powinno być nabywane w sposób ciągły. Powinno być poparte zdobywaniem praktycznego doświadczenia. Czy tak jest? A o tym to może kolejna refleksja za czas jakiś.

W artykule przytoczyłem najważniejsze kwestie dotyczących analizatorów widma. Jeśli mają więcej pytań w tej materii zapraszam do kontaktu: tomek@alfatronik.com lub zadawania pytań w komentarzach.