Радиосигналы и радиоустройства в информационных системах. Часть 1. Радиосистемы и радиосигналы

А.И. Куприянов

Радиосигналы и радиоустройства 
в информационных системах

Учебное пособие
В двух частях

Часть 1
Радиосистемы и радиосигналы

Федеральное государственное бюджетное  
образовательное учреждение высшего образования
«Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана 
(национальный исследовательский университет)»

 
 МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018
ISBN 978-5-7038-4968-2 (ч. 1) 
 Оформление. Издательство
ISBN 978-5-7038-5007-7 
 МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018

УДК 621.396
ББК 32.64
 
К92

Издание доступно в электронном виде по адресу  
ebooks.bmstu.press/catalog/274/book1889.html

Факультет «Информатика и системы управления» 
Кафедра «Защита информации»

Рекомендовано Научно-методическим советом  
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебного пособия

Рецензент
заведующий кафедрой теоретической радиотехники  
Московского авиационного института (национального технического  

Куприянов, А. И.

К92  
Радиосигналы и радиоустройства в информационных системах : 

  
учебное пособие : в 2 ч. / А. И. Куприянов.  — Москва : Издательство 

  
МГТУ им. Н. Э. Бау мана, 2018.  
ISBN 978-5-7038-5007-7
Ч. 1 : Радиосистемы и радиосигналы. — 118, [2] с. : ил.
ISBN 978-5-7038-4968-2
Приведены начальные сведения об основах теории и техники радиотехнических устройств, радиосигналов и радиопомех.   
Для студентов технических вузов, изучающих дисциплину «Основы радиотехники», входящую в образовательную программу специалитета по направлению 
подготовки 10.00.00 «Информационная безопасность», также может представлять 
интерес для специалистов в области защиты информации. 

УДК 621.396
ББК 32.64

университета), д-р техн. наук, профессор Ю.В. Кузнецов

Предисловие

Издание предназначено для самостоятельного изучения студентами раздела дисциплины «Основы радиотехники», входящей в образовательную 
программу специалитета по направлению подготовки 10.00.00 «Информационная безопасность».
В пособии рассмотрены основные классы радиоэлектронных систем. 
Для классификации принят признак информационного назначения радиоэлектронной системы. На основе сравнительного анализа информационных 
радиоэлектронных систем показано сходство процессов, обеспечивающих 
их функционирование. Из общности основных радиотехнических процессов следует подобие моделей, применимых для описания и исследования 
сигналов в радиоэлектронных системах разных информационных классов. 
В пособии приведены основные начальные сведения об основах теории и 
техники радиотехнических устройств, радиосигналов и радиопомех как о материальной базе современных систем, методов и средств защиты информации.
Материал ч. 1 учебного пособия построен по модульному принципу и 
содержит 12 глав. Каждый модуль представляет собой логически завершенный раздел курса изучения основ радиотехники. Главы 1 и 2 составляют 
первый модуль программы первого семестра курса «Основы радиотехники», 
3–10 — второй модуль, 11 и 12 — третий модуль.

Для каждого модуля приведен набор планируемых результатов обучения, 
заданных программой дисциплины. 
Изложение материала учебного пособия предполагает предварительное 
освоение следующих дисциплин учебного плана:

 • «Математический анализ»;
 • «Теория вероятностей и математическая статистика»;
 • «Дискретная математика»;
 • «Информатика»;
 • «Электротехника»;
 • «Электроника и схемотехника»;
 • «Электродинамика и распространение радиоволн».
Приведенный материал дает возможность студентам самостоятельно 
подготовиться к изучению следующих курсов учебного плана:

 • «Основы радиотехники. Ч. 2. Основные радиотехнические процессы, 
устойства и системы»;

 • «Информационно-телекоммуникационные системы»;
 • «Цифровая обработка сигналов»;

 • «Устройства радиоэлектронных телекоммуникационных систем»;
 • «Системы передачи и обработки информации»;
 • «Теоретические основы технических разведок»;
 • «Защита информации от утечек по техническим каналам»;
 • «Противодействие техническим разведкам»;
 • «Специальные информационные технологии».
Каждый раздел (модуль) пособия завершается списком контрольных 
вопросов и заданий, которые необходимо проработать самостоятельно, учитывая, что аналогичные задания будут предложены при текущем контроле 
усвоения каждого модуля дисциплины. 
Успешное освоение дисциплины «Основы радиотехники» предусматривает регулярную работу студента в течение семестра и планомерное выполнение требований текущего контроля.
Материал пособия должен служить базой для усвоения учебных курсов, 
приобретения навыков и развития компетенций, указанных в образовательном стандарте подготовки специалиста по направлению 10.00.00 «Информационная безопасность».
Изучение материала учебного пособия обусловливает базовую подготовку по радиотехнике, необходимую для успешного усвоения специальных 
дисциплин, и содействует развитию следующих компетенций: 

 • выявлению естественно-научной сущности проблем защиты информации при создании и использовании радиоэлектронных средств в составе 
информационных систем, применению соответствующего физико-математического аппарата для их формализации, анализа и выработки решения;

 • применению математического аппарата, в том числе с использованием вычислительной техники, для решения профессиональных задач обеспечения информационной безопасности информационных систем, использующих радиоэлектронные подсистемы и устройства;

 • использованию математического моделирования при проведении научных исследований;

 • умению строить и исследовать математические модели технических 
каналов утечки информации.
Изучение разделов дисциплины «Основы радиотехники» будущими 
специалистами в области информационной безопасности позволит сформировать систему фундаментальных понятий, идей и методов в области теории 
и техники радиотехнических сигналов и систем, а также представлений о 
математических моделях основных классов радиосигналов. 

Список сокращений

АМ 
— амплитудная модуляция

АЦП — аналого-цифровой преобразователь
АЧХ 
— амплитудно-частотная характеристика

БМ 
— балансная модуляция

БЧХ 
— коды Боуза — Чоудхури — Хоквингема

ВЧ 
— высокая частота

ЗУ 
— запоминающее устройство

НЧ 
— низкая частота

ОНЧ 
— очень низкая частота

РЛС 
— радиолокационная система (станция)

РНС 
— радионавигационная система

РСПИ — радиоэлектронные системы передачи информации 
РЭБ 
— радиоэлектронная борьба

РЭПр — радиоэлектронное противодействие
СВЧ 
— сверхвысокая частота

УВЧ 
— ультравысокая частота

УКВ 
— ультракороткие волны

УМ 
— угловая модуляция

УС 
— усилитель

ФМ 
— фазовая модуляция

ФНЧ — фильтр низкой частоты
ФЧХ — фазочастотная характеристика
ЧМ 
— частотная модуляция

Введение

Приступая к освоению новой предметной области, необходимо ознакомиться с основными понятиями, составить представление об изучаемом 
предмете в общих чертах. Прежде всего нужно усвоить терминологию, вникнуть во взаимосвязь и взаимозависимость составляющих ее частей. Именно эту цель преследует курс основ радиотехники, адресованный студентам, 
которым в будущей профессиональной деятельности предстоит заниматься 
проблемами обеспечения эффективного функционирования технических и 
организационно-технических систем в информационной среде, в том числе 
в агрессивной среде, со стороны которой возможны негативные и деструктивные информационные воздействия, с наличием каналов неправомерного, несанкционированного доступа к информационным ресурсам. Следует 
признать, что данная область знаний — информационная безопасность — не 
проста, но увлекательна. Эффективная работа специалиста в этой области 
требует очень широкого кругозора, непременно охватывающего и область 
современной радиоэлектроники.
Предлагаемое учебное пособие подготовлено на основе материалов учебных курсов, читаемых автором в Московском государственном техническом 
университете имени Н.Э. Баумана. Основная особенность представления 
материала состоит в том, что лекционный курс ориентирован не на подготовку разработчиков радиоэлектронных систем и устройств, а на специалистов, 
которым предстоит применять эти системы и контролировать их работу в 
разных условиях, прежде всего в условиях информационного конфликта. 
Поэтому в пособии практически не рассматриваются задачи расчета и проектирования радиоэлектронных систем и устройств, но достаточное внимание 
уделяется изучению основных принципов их работы, математическим моделям для описания, представления и исследования сигналов и помех, необходимым для оценки эффективности и качества информационных систем, 
функционирование которых обеспечивается средствами радиоэлектроники. 
Основная трудность при подготовке учебного пособия заключалась 

в  определении границ предметной области «Радиотехника», а точнее — «Радиоэлектроника», поскольку в настоящее время радиоэлектроника находит 
широкое применение во всех областях жизни современного общества. Всюду — в промышленности, сельском хозяйстве, на транспорте, в медицине, 
научных исследованиях, обороне, образовании, удовлетворении культурных 
потребностей и во многих других областях — используются радиоэлектронные системы и устройства. Не меньшую актуальность будет иметь радио

электроника и в ближайшем будущем. Это обусловлено тем, что радиоэлектронные системы служат основой — базой — большинства, если не всех, 
информационных систем и поддерживают все информационные процессы. 
Без применения радиоэлектронных систем, средств и методов невозможно 
функционирование систем передачи информации, систем хранения, поиска, 
обработки и отображения информации. Невозможна работа систем наблюдения объектов и процессов в непрозрачных для видимой части спектра 
электромагнитного излучения средах, а также видение в темноте и за непрозрачными преградами. Именно радиоэлектронные системы обеспечивают 
обнаружение, опознавание, определение координат и параметров движения 
различных движущихся или неподвижных объектов на основе излучаемой 
или отражаемой этими объектами энергии электромагнитных или акустических волн. Радиоэлектронные системы активно используются в управлении 
движением самолетов, вертолетов, космических аппаратов, морских и речных 
судов, подводных и других движущихся объектов. Радиоэлектронные системы 
и методы поддерживают работу технических средств разведки, исследования 
небесных тел и космического пространства, систем исследования земной 
атмосферы, поверхностных и подповерхностных слоев суши и моря, т. е. 
систем метеорологии, мониторинга окружающей среды и экологической 
обстановки, разведки природных ресурсов. 
Однако при этом радиоэлектронные системы создают и новые угрозы 
безопасности информации. Работа этих систем порождает каналы нежелательного (несанкционированного) доступа к информационным ресурсам за 
счет перехвата электромагнитных излучений, сопровождающих их функционирование.
Основные применения радиоэлектроники предусматривают передачу, 
прием, извлечение и преобразование информации. Только в некоторых задачах функции радиоэлектронных систем ограничиваются созданием мощных высокочастотных колебаний (для металлургии, ускорения заряженных 
частиц, нагрева тканей в медицинских целях, приготовления пищи и других не информационных, а энергетических применений). Если разделить 
все радиоэлектронные системы на информационные и на энергетические, 
то подавляющее большинство систем следует отнести к информационным. 
Именно такие системы, устройства и процессы представлены в данном учебном пособии.
Большинство перечисленных областей применения радиоэлектронных 
систем и устройств использует технологии, относящиеся к критическим. 
От протекания критических технологических процессов зависит не только 
комфортность, но и безопасность существования человека, общества и даже 
современной цивилизации. Тем более важны сведения о радиоэлектронных 
системах, процессах и сигналах. Кроме того, информационные системы 
вообще и радиоэлектронные системы в частности работают в условиях конфликта. Конфликт проявляется в отношениях с внешней средой, создающей 
помехи и ограничивающей предельную эффективность функционирования. 
Эти помехи могут быть как естественного, природного происхождения, так 
и создаваться иными техническими системами. В последнем случае помехи 

могут быть непреднамеренными, возникающими вследствие того, что разные 
системы в процессе функционирования претендуют на использование некоторого ограниченного ресурса, например диапазона частот электромагнитных 
волн. Но могут создаваться и преднамеренно для нарушения работы информационных систем и деструктивного воздействия на информационные процессы. Выбор рационального стиля поведения, стратегии и тактики действий 
в условиях информационного конфликта требует развитых представлений о 
функционировании радиоэлектронных средств и подсистем информационных систем и комплексов, о помехах в работе радиоэлектронной аппаратуры и 
о способах парирования негативного и деструктивного действия таких помех.
Расширение областей применения радиоэлектроники обусловливает постоянное совершенствование радиоэлектронной аппаратуры, и прежде всего 
обеспечение ее работы в новых диапазонах частот, дальнейшего уменьшения 
массы и габаритов, а также повышения ее надежности. При этом возникают 
новые опасности, новые риски, связанные с информационными взаимодействиями и конфликтами технических и организационно-технических систем 
в информационном пространстве.

Современная и будущая техника радиоэлектронных систем — увлекательная область деятельности. Она открыта для новых идей, усваивает достижения других областей науки и техники и входит в непременный набор 
компетенций людей пытливых и предприимчивых. Этим людям в первую 
очередь и адресована книга.

1. Радиоэлектронные системы

В гл. 1 рассмотрены основные классификационные характеристики радиоэлектронных систем как систем информационных. Отмечено как сходство, так и различие радиоэлектронных систем разных классов. Приведены 
основные показатели качества радиоэлектронных систем. 
Показатели эффективности и качества радиосистем во многом определяются свойствами и характеристиками сигналов, обеспечивающих функционирование систем. Поэтому прежде чем приступить к изучению особенностей 
сигналов, а также процессов их формирования и преобразования, необходимо 
ознакомиться с основными информационными характеристиками радиоэлектронных систем.
XXI в., по всей видимости, войдет во всемирную историю как век информации и информатизации, подобно тому, как ХХ в. был веком электроэнергетики, XIX в. — пара, а XVI в. — веком великих географических открытий. Материальной основой, поддерживающей существование современной 
информационной среды, в которой протекают процессы информационного 
взаимодействия, служат радиоэлектронные системы.

По современным воззрениям, радиоэлектроника — это общее, собирательное название областей науки и техники, связанных с передачей, извлечением и преобразованием информации на основе использования электромагнитных колебаний и волн. Основу радиоэлектроники составляют 
радиотехнические и электронные устройства. Методы, средства и приемы 
радиоэлектроники применяются во всех областях современной техники и во 
многих науках. Области наиболее широкого применения радиоэлектроники — связь и передача данных, радиовещание и телевидение, радиолокация, 
радионавигация, радиоуправление. Радиоэлектроника тесно взаимодействует 
с вычислительной техникой, акустикой, инфракрасной и лазерной техникой.
Другое ключевое определение для восприятия содержания этого учеб
ного пособия — радиоэлектронная система. Система вообще — это объединение множества элементов, находящихся в отношениях друг с другом и 
образующих некоторую целостность, единство. Разумеется, под такое определение подходят разные объекты — от системы мироздания до философских 
и лингвистических систем. В данном учебном пособии рассматриваются 
материальные системы, объединяющие элементы неорганической природы 
(технические). При этом существенно, что свойства такого объединения (системы) отличаются от простой суммы свойств составляющих его элементов. 
Например, коробка микросхем может обладать размерами, массой, стоимо

стью, и эти характеристики образуются как простая сумма соответствующих 
параметров каждой микросхемы в коробке. А компьютер, собранный из этих 
микросхем, уже характеризуется быстродействием, системой команд, объемом памяти, надежностью и, возможно, другими характеристиками. В этом 
примере компьютер — уже система, в отличие от набора микросхем, а также 
других комплектующих деталей, узлов и изделий. Если техническая система 
состоит в основном из радиотехнических и электронных устройств и если 
эти устройства определяют основные характеристики и выполняют основные 
функции, такая система называется радиоэлектронной. 
Современные радиоэлектронные системы значительно различаются по 
принципам действия, назначению, сложности, стоимости и многим другим 
характеристикам. Есть уникальные системы, которые производятся в единичных экземплярах, но есть и такие, которые повторяются миллионными 
сериями. При всем многообразии свойств, назначений и условий работы 
современных радиоэлектронных систем их можно отнести к одному из нескольких классов, в основе классификации которых лежит информационный признак. Такой подход к классификации совершенно естественен, если 
помнить, что радиоэлектронные системы представляют собой подмножество 
множества информационных систем. По информационному признаку различают системы: 

 • передачи информации; 
 • извлечения информации;
 • радиоуправления;
 • радиоэлектронного противодействия (системы разрушения информации). 
Однако прежде чем выявлять информационные особенности радиоэлектронных систем, необходимо обсудить смысл и содержание понятия 
«Информация» как технического термина.
В технических приложениях информацией называют сведения о некоторых процессах и (или) объектах. Информация содержится в сообщениях. Материальными носителями сообщений и, следовательно, информации служат 
сигналы. Именно сигналами обмениваются разные устройства и подсистемы 
информационных систем, а радиоэлектронные системы взаимодействуют, 
используя радиосигналы. В принципе сигналы могут иметь разную физическую природу, но в радиоэлектронных системах в основном используются 
сигналы, которые представляются электромагнитными полями. С сигналами 
иной физической природы (акустическими, механическими и прочими) радиоэлектронные системы также работают, но только преобразуя их в электромагнитные колебания. 

1.1. Радиоэлектронные системы передачи информации

К классу радиоэлектронных систем передачи информации (РСПИ) относятся системы, передающие сообщения из одной точки пространства в другую 
(другие) или от одного момента времени к другому. В последнем случае радиоэлектронные системы называются системами запоминания и (или) хранения