基于硅光電池的激光監(jiān)聽器

隨著反監(jiān)聽技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的接觸式、有源式監(jiān)聽器逐漸暴露出安裝困難、容易留下痕跡等缺點，激光監(jiān)聽器因其非接觸性、隱蔽性、抗干擾能力強等優(yōu)點逐步成為各國研究和發(fā)展的對象。激光監(jiān)聽技術(shù)以激光作為傳感介質(zhì)，對容易受音頻信號激勵的振動物體照射，提取并分析其回射信號中攜帶的振動調(diào)制信息，通過信號處理技術(shù)即可還原音頻信號。該文介紹了激光監(jiān)聽的原理，并設計了采用硅光電池作為探測器的激光監(jiān)聽系統(tǒng)，在實驗室進行測試，取得了良好的效果。

【關(guān)鍵詞】激光監(jiān)聽 硅光電池 聲波調(diào)制 信號處理

隨著科學技術(shù)的日益進步，犯罪分子的犯罪手法也越來越高科技化，給偵察機關(guān)偵破案件帶來了許多的困難，特別是一些隱密性程度高、類型特殊的犯罪，如毒品走私與收受賄賂等危害國家安全或規(guī)模性組織犯罪等。由于這類犯罪活動的特點往往會給偵察機關(guān)的偵查帶來重重困難，采用一般的偵查措施實在難以偵破案件，偵察機關(guān)不得不運用一些特殊技術(shù)偵查手段來打擊這些犯罪行為，激光監(jiān)聽措施就是這類偵查手段中的一種。在獲取犯罪嫌疑人犯罪的證據(jù)、掌握犯罪嫌疑人的聯(lián)系手段以及事先預防犯罪等方面激光監(jiān)聽發(fā)揮著極為重要的作用。

1 激光監(jiān)聽的特點

語音是人類信息傳遞最可信、最高效、最直接的方式。現(xiàn)如今電子通信技術(shù)仍然不能完全取代語音在信息傳遞中的作用。二戰(zhàn)以后，世界戰(zhàn)爭已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)橐愿咝录夹g(shù)信息戰(zhàn)、電子戰(zhàn)為中心的模式。對戰(zhàn)場實時信息的動態(tài)監(jiān)測和處理是關(guān)系到戰(zhàn)爭勝敗的首要因素。特別是對敵方信息的監(jiān)聽、攔截更成為重中之重的首要難題。因此，現(xiàn)代戰(zhàn)爭對信息偵察設備的探測能力、便捷性、清晰性、隱蔽性也提出了越來越高的要求。

監(jiān)聽的方式有多種，電子監(jiān)聽是較為普遍的手段。傳統(tǒng)的接觸式、有源式監(jiān)聽手段隨著現(xiàn)代反監(jiān)聽技術(shù)的發(fā)展，逐漸暴露出有源性易被發(fā)現(xiàn)、安裝過程困難等缺陷，在技術(shù)和法律倫理上遇到了很大的困難，已不能滿足現(xiàn)代戰(zhàn)爭的需要。近二十年來誕生了一系列為竊取情報服務的便攜式監(jiān)聽設備。

激光監(jiān)聽具有以下特點：

（1）抗干擾性強。激光能量集中方向性好，很難收到日常環(huán)境的影響，即使在一些特定的電磁環(huán)境下仍然可以正常工作；

（2）非接觸性。激光監(jiān)聽設備可以在被監(jiān)聽對象幾米甚至幾千米之外進行監(jiān)聽工作，這一點可以保證情報人員的生命安全；

（3）隱蔽性。如果不實用可見光作為輻照源，被監(jiān)聽對象在不使用特定的反監(jiān)聽儀器下根本無法察覺；

（4）不留痕跡。激光監(jiān)聽設備不會在被監(jiān)聽場所留下任何痕跡，從法律倫理上不會引起不必要的糾紛。

2 激光監(jiān)聽的原理

激光監(jiān)聽技術(shù)以激光作為傳感介質(zhì)，對容易受音頻信號激勵的振動物體照射，提取并分析其回射信號中攜帶的振動調(diào)制信息，通過信號處理技術(shù)即可還原音頻信號。這種激光監(jiān)聽方法在設計完備的通用硬件平臺上提取音頻信息，可以避免與目標接觸，防止實物安裝，同時又不易被發(fā)現(xiàn)。另一方面，系統(tǒng)可以做到小型化、輕便化、易于攜帶，可以安裝在各種軍用警用設備中。

聲波是一種縱波。當聲波在空氣中遇到玻璃時，會在玻璃表面產(chǎn)生聲壓，聲壓的大小與質(zhì)點所處的位置有關(guān)。在理想情況下，玻璃表面會發(fā)生平移，也就是說，聲波引起了玻璃的振動。當一束光照射到玻璃表面，反射光受到玻璃振動聲波的調(diào)制。

3 實驗方案

系統(tǒng)光路，發(fā)射裝置采用激光發(fā)生器發(fā)射激光束到目標表面，激光發(fā)生器功率為3mW，激光波長為632.8nm。選用可見光可以方便調(diào)整光路，同時可以避免激光射入眼睛。實際使用時可以選用紅外光等不可見光達到隱蔽的目的。

反射部分采用普通紙盒模擬室內(nèi)房間，同時在紙盒表面貼上前反射鏡模擬房間窗戶。前反射鏡采用高反射比的反射鏡可使激光器的輸出功率提高，且是第一反射面反射，反射光斑不失真，無重影，在實驗可以更加方便調(diào)整光路。在紙盒中放置音箱模擬房間內(nèi)人交談。

接收裝置主要功能是光電轉(zhuǎn)換、信號放大與信號還原。選用的硅光電池光敏面尺寸為5.8mm×5.8mm，光譜響應范圍為360nm～1100nm，峰值波長900nm，開路電壓330mW，短路電流20μA。激光入射角為80°，光敏面與鏡面的距離為1.5m。為了使硅光電池光敏面上的光斑面積發(fā)生變化，實驗中使光斑照射在光敏面的邊緣。實驗中硅光電池輸出的電流十分微弱，需要經(jīng)過前置放大與功率放大才能驅(qū)動揚聲器。

采用常見的集成運放LM348，采用雙電源供電，放大倍數(shù)為1000倍，帶寬為50kHz。尾端為一階RC低通濾波器。

功率放大采用音頻集成功放LM386。電壓增益在20-200之間可調(diào)，帶寬為300kHz，此功放具有自身功耗低、電壓增益可調(diào)、外接元件少和總諧波失真小等特點，輸出信號可以直接驅(qū)動揚聲器。

4 實驗結(jié)果

（1）實驗中采用發(fā)出指定單一頻率的蜂鳴聲作為輸入，同時記錄頻率分別為1000hz、1500hz和2000hz下的原聲和監(jiān)聽聲。在Matlab里，分別將兩組聲音經(jīng)過FFT變換制成頻譜圖。激光監(jiān)聽器輸出的聲音頻率與原聲保持一致，此裝置能夠正確地還原出原聲頻率。

（2）實驗采用男聲作為原聲輸入。同樣地，將采集到的原聲信號和監(jiān)聽器輸出的信號在Matlab中進行頻譜與波形對比，如圖1、2所示。可以看到，監(jiān)聽器較好地還原了原聲。

在此兩組實驗的基礎上，對影響監(jiān)聽效果的主要因素進行了分析。激光器的功率越大監(jiān)聽效果越好，有效監(jiān)聽距離越遠，所以在實際使用中應在保證使用者安全的前提下使用功率較大的激光器，以獲得較好的效果；探測器的接收位置決定監(jiān)聽能否實現(xiàn)，不同位置的監(jiān)聽效果也不一樣，應用中適當選取接收位置是實驗的重點；反射光線與入射光線的夾角越小監(jiān)聽效果越好；通過對噪聲的詳細分析，設計具有針對性的濾波去噪電路可以使監(jiān)聽效果得到優(yōu)化。

4 結(jié)論

本文在實驗室模擬環(huán)境下驗證了基于硅光電池的激光監(jiān)聽器的可行性，實驗證明該裝置具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)、隱蔽性強等優(yōu)點。要獲得更好的監(jiān)聽效果，可以進一步降低系統(tǒng)噪聲，提高探測器靈敏度，采用數(shù)字信號處理技術(shù)和優(yōu)質(zhì)特性的光學濾光片。

參考文獻

[1]羅海俊，朱曉.激光竊聽技術(shù)的研究[J].激光與光電子學進展，2003，40（12）：000053-56.

[2]張超凡.激光竊聽技術(shù)的改進與實現(xiàn)[J]. 激光與紅外，2008，38（02）：145-148.

[3]曾道紅.激光監(jiān)聽[J].科學與文化，2005（04）：19-25.

作者簡介

丁寧（1991-），男，江蘇省泰州市人。合肥工業(yè)大學碩士生。

金施群（1962-），女，安徽省黃山市人。合肥工業(yè)大學教授，碩士生導師。

侯少陽（1991-），男，河北省定州市人。合肥工業(yè)大學碩士生。

作者單位

1.合肥工業(yè)大學儀器科學與光電工程學院 安徽省合肥市 230009

2.合肥工業(yè)大學光電技術(shù)研究院 安徽省合肥市 230009