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 радиотехниче-
ских устройств, радиосигналов и радиопомех.   
Для студентов технических вузов, изучающих дисциплину «Основы радио-
техники», 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 раз-
дела дисциплины «Основы радиотехники», входящей в образовательную 
программу специалитета по направлению подготовки 10.00.00 «Информа-
ционная безопасность».
В пособии рассмотрены основные классы радиоэлектронных систем. 
Для классификации принят признак информационного назначения радио-
электронной системы. На основе сравнительного анализа информационных 
радиоэлектронных систем показано сходство процессов, обеспечивающих 
их функционирование. Из общности основных радиотехнических процес-
сов 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 ма-
териальной 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 завершен-
ный 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, учи-
тывая, что аналогичные задания будут предложены при текущем контроле 
усвоения каждого модуля дисциплины. 
Успешное освоение дисциплины «Основы радиотехники» предусматри-
вает регулярную работу студента в течение семестра и планомерное выпол-
нение требований текущего контроля.
Материал пособия должен служить базой для усвоения учебных курсов, 
приобретения навыков и развития компетенций, указанных в образователь-
ном стандарте подготовки специалиста по направлению 10.00.00 «Информа-
ционная безопасность».
Изучение материала учебного пособия обусловливает базовую подго-
товку по радиотехнике, необходимую для успешного усвоения специальных 
дисциплин, и содействует развитию следующих компетенций: 

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

 • применению математического аппарата, в том числе с использовани-
ем вычислительной техники, для решения профессиональных задач обеспе-
чения информационной безопасности информационных систем, использу-
ющих радиоэлектронные подсистемы и устройства;

 • использованию математического моделирования при проведении на-
учных исследований;

 • умению строить и исследовать математические модели технических 
каналов утечки информации.
Изучение разделов дисциплины «Основы радиотехники» будущими 
специалистами в области информационной безопасности позволит сформи-
ровать 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, вник-
нуть во взаимосвязь и взаимозависимость составляющих ее частей. Имен-
но 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 деструк-
тивные информационные воздействия, с наличием каналов неправомерно-
го, 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 учеб-
ных 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 подготов-
ку 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 проек-
тирования радиоэлектронных систем и устройств, но достаточное внимание 
уделяется изучению основных принципов их работы, математическим моде-
лям для описания, представления и исследования сигналов и помех, необ-
ходимым 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 — «Ра-
диоэлектроника», поскольку в настоящее время радиоэлектроника находит 
широкое применение во всех областях жизни современного общества. Всю-
ду — в промышленности, сельском хозяйстве, на транспорте, в медицине, 
научных исследованиях, обороне, образовании, удовлетворении культурных 
потребностей и во многих других областях — используются радиоэлектрон-
ные системы и устройства. Не меньшую актуальность будет иметь радио-

электроника и в ближайшем будущем. Это обусловлено тем, что радиоэлек-
тронные 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 наблю-
дения объектов и процессов в непрозрачных для видимой части спектра 
электромагнитного излучения средах, а также видение в темноте и за непро-
зрачными 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 акустиче-
ских 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 нежела-
тельного (несанкционированного) доступа к информационным ресурсам за 
счет перехвата электромагнитных излучений, сопровождающих их функци-
онирование.
Основные применения радиоэлектроники предусматривают передачу, 
прием, извлечение и преобразование информации. Только в некоторых за-
дачах функции радиоэлектронных систем ограничиваются созданием мощ-
ных высокочастотных колебаний (для металлургии, ускорения заряженных 
частиц, нагрева тканей в медицинских целях, приготовления пищи и дру-
гих 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 учеб-
ном 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 кон-
фликта. 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 неко-
торого ограниченного ресурса, например диапазона частот электромагнитных 
волн. Но могут создаваться и преднамеренно для нарушения работы инфор-
мационных систем и деструктивного воздействия на информационные про-
цессы. Выбор рационального стиля поведения, стратегии и тактики действий 
в условиях информационного конфликта требует развитых представлений о 
функционировании радиоэлектронных средств и подсистем информацион-
ных систем и комплексов, о помехах в работе радиоэлектронной аппаратуры и 
о способах парирования негативного и деструктивного действия таких помех.
Расширение областей применения радиоэлектроники обусловливает по-
стоянное 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 взаимодей-
ствиями и конфликтами технических и организационно-технических систем 
в информационном пространстве.

Современная и будущая техника радиоэлектронных систем — увлека-
тельная область деятельности. Она открыта для новых идей, усваивает до-
стижения 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 ра-
диоэлектронных систем как систем информационных. Отмечено как сход-
ство, так и различие радиоэлектронных систем разных классов. Приведены 
основные показатели качества радиоэлектронных систем. 
Показатели эффективности и качества радиосистем во многом опреде-
ляются свойствами и характеристиками сигналов, обеспечивающих функцио-
нирование систем. Поэтому прежде чем приступить к изучению особенностей 
сигналов, а также процессов их формирования и преобразования, необходимо 
ознакомиться с основными информационными характеристиками радио-
электронных систем.
XXI в., по всей видимости, войдет во всемирную историю как век ин-
формации и информатизации, подобно тому, как ХХ в. был веком электроэ-
нергетики, XIX в. — пара, а XVI в. — веком великих географических откры-
тий. Материальной основой, поддерживающей существование современной 
информационной среды, в которой протекают процессы информационного 
взаимодействия, служат радиоэлектронные системы.

По современным воззрениям, радиоэлектроника — это общее, соби-
рательное название областей науки и техники, связанных с передачей, из-
влечением и преобразованием информации на основе использования элек-
тромагнитных 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 радиоэлектрони-
ки — 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 объе-
динение множества элементов, находящихся в отношениях друг с другом и 
образующих некоторую целостность, единство. Разумеется, под такое опре-
деление 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 (си-
стемы) 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, объе-
мом 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 еди-
ничных 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 не-
скольких классов, в основе классификации которых лежит информацион-
ный признак. Такой подход к классификации совершенно естественен, если 
помнить, что радиоэлектронные системы представляют собой подмножество 
множества информационных систем. По информационному признаку раз-
личают системы: 

 • передачи информации; 
 • извлечения информации;
 • радиоуправления;
 • радиоэлектронного противодействия (системы разрушения информа-
ции). 
Однако прежде чем выявлять информационные особенности радио-
электронных систем, необходимо обсудить смысл и содержание понятия 
«Информация» как технического термина.
В технических приложениях информацией называют сведения о некото-
рых процессах и (или) объектах. Информация содержится в сообщениях. Ма-
териальными 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 физиче-
скую природу, но в радиоэлектронных системах в основном используются 
сигналы, которые представляются электромагнитными полями. С сигналами 
иной физической природы (акустическими, механическими и прочими) ра-
диоэлектронные системы также работают, но только преобразуя их в элек-
тромагнитные колебания. 

1.1. Радиоэлектронные системы передачи информации

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