基于硅光电池的激光监听器

随着反监听技术的发展，传统的接触式、有源式监听器逐渐暴露出安装困难、容易留下痕迹等缺点，激光监听器因其非接触性、隐蔽性、抗干扰能力强等优点逐步成为各国研究和发展的对象。激光监听技术以激光作为传感介质，对容易受音频信号激励的振动物体照射，提取并分析其回射信号中携带的振动调制信息，通过信号处理技术即可还原音频信号。该文介绍了激光监听的原理，并设计了采用硅光电池作为探测器的激光监听系统，在实验室进行测试，取得了良好的效果。

【关键词】激光监听 硅光电池 声波调制 信号处理

随着科学技术的日益进步，犯罪分子的犯罪手法也越来越高科技化，给侦察机关侦破案件带来了许多的困难，特别是一些隐密性程度高、类型特殊的犯罪，如走私与收受贿赂等危害国家安全或规模性组织犯罪等。由于这类犯罪活动的特点往往会给侦察机关的侦查带来重重困难，采用一般的侦查措施实在难以侦破案件，侦察机关不得不运用一些特殊技术侦查手段来打击这些犯罪行为，激光监听措施就是这类侦查手段中的一种。在获取犯罪嫌疑人犯罪的证据、掌握犯罪嫌疑人的联系手段以及事先预防犯罪等方面激光监听发挥着极为重要的作用。

1 激光监听的特点

语音是人类信息传递最可信、最高效、最直接的方式。现如今电子通信技术仍然不能完全取代语音在信息传递中的作用。二战以后，世界战争已经转变为以高新技术信息战、电子战为中心的模式。对战场实时信息的动态监测和处理是关系到战争胜败的首要因素。特别是对敌方信息的监听、拦截更成为重中之重的首要难题。因此，现代战争对信息侦察设备的探测能力、便捷性、清晰性、隐蔽性也提出了越来越高的要求。

监听的方式有多种，电子监听是较为普遍的手段。传统的接触式、有源式监听手段随着现代反监听技术的发展，逐渐暴露出有源性易被发现、安装过程困难等缺陷，在技术和法律伦理上遇到了很大的困难，已不能满足现代战争的需要。近二十年来诞生了一系列为窃取情报服务的便携式监听设备。

激光监听具有以下特点：

（1）抗干扰性强。激光能量集中方向性好，很难收到日常环境的影响，即使在一些特定的电磁环境下仍然可以正常工作；

（2）非接触性。激光监听设备可以在被监听对象几米甚至几千米之外进行监听工作，这一点可以保证情报人员的生命安全；

（3）隐蔽性。如果不实用可见光作为辐照源，被监听对象在不使用特定的反监听仪器下根本无法察觉；

（4）不留痕迹。激光监听设备不会在被监听场所留下任何痕迹，从法律伦理上不会引起不必要的纠纷。

2 激光监听的原理

激光监听技术以激光作为传感介质，对容易受音频信号激励的振动物体照射，提取并分析其回射信号中携带的振动调制信息，通过信号处理技术即可还原音频信号。这种激光监听方法在设计完备的通用硬件平台上提取音频信息，可以避免与目标接触，防止实物安装，同时又不易被发现。另一方面，系统可以做到小型化、轻便化、易于携带，可以安装在各种军用警用设备中。

声波是一种纵波。当声波在空气中遇到玻璃时，会在玻璃表面产生声压，声压的大小与质点所处的位置有关。在理想情况下，玻璃表面会发生平移，也就是说，声波引起了玻璃的振动。当一束光照射到玻璃表面，反射光受到玻璃振动声波的调制。

3 实验方案

系统光路，发射装置采用激光发生器发射激光束到目标表面，激光发生器功率为3mW，激光波长为632.8nm。选用可见光可以方便调整光路，同时可以避免激光射入眼睛。实际使用时可以选用红外光等不可见光达到隐蔽的目的。

反射部分采用普通纸盒模拟室内房间，同时在纸盒表面贴上前反射镜模拟房间窗户。前反射镜采用高反射比的反射镜可使激光器的输出功率提高，且是第一反射面反射，反射光斑不失真，无重影，在实验可以更加方便调整光路。在纸盒中放置音箱模拟房间内人交谈。

接收装置主要功能是光电转换、信号放大与信号还原。选用的硅光电池光敏面尺寸为5.8mm×5.8mm，光谱响应范围为360nm～1100nm，峰值波长900nm，开路电压330mW，短路电流20μA。激光入射角为80°，光敏面与镜面的距离为1.5m。为了使硅光电池光敏面上的光斑面积发生变化，实验中使光斑照射在光敏面的边缘。实验中硅光电池输出的电流十分微弱，需要经过前置放大与功率放大才能驱动扬声器。

采用常见的集成运放LM348，采用双电源供电，放大倍数为1000倍，带宽为50kHz。尾端为一阶RC低通滤波器。

功率放大采用音频集成功放LM386。电压增益在20-200之间可调，带宽为300kHz，此功放具有自身功耗低、电压增益可调、外接元件少和总谐波失真小等特点，输出信号可以直接驱动扬声器。

4 实验结果

（1）实验中采用发出指定单一频率的蜂鸣声作为输入，同时记录频率分别为1000hz、1500hz和2000hz下的原声和监听声。在Matlab里，分别将两组声音经过FFT变换制成频谱图。激光监听器输出的声音频率与原声保持一致，此装置能够正确地还原出原声频率。

（2）实验采用男声作为原声输入。同样地，将采集到的原声信号和监听器输出的信号在Matlab中进行频谱与波形对比，如图1、2所示。可以看到，监听器较好地还原了原声。

在此两组实验的基础上，对影响监听效果的主要因素进行了分析。激光器的功率越大监听效果越好，有效O听距离越远，所以在实际使用中应在保证使用者安全的前提下使用功率较大的激光器，以获得较好的效果；探测器的接收位置决定监听能否实现，不同位置的监听效果也不一样，应用中适当选取接收位置是实验的重点；反射光线与入射光线的夹角越小监听效果越好；通过对噪声的详细分析，设计具有针对性的滤波去噪电路可以使监听效果得到优化。

4 结论

本文在实验室模拟环境下验证了基于硅光电池的激光监听器的可行性，实验证明该装置具有体积小、结构简单、易于实现、隐蔽性强等优点。要获得更好的监听效果，可以进一步降低系统噪声，提高探测器灵敏度，采用数字信号处理技术和优质特性的光学滤光片。

参考文献

[1]罗海俊，朱晓.激光窃听技术的研究[J].激光与光电子学进展，2003，40（12）：000053-56.

[2]张超凡.激光窃听技术的改进与实现[J]. 激光与红外，2008，38（02）：145-148.

[3]曾道红.激光监听[J].科学与文化，2005（04）：19-25.

作者简介

丁宁（1991-），男，江苏省泰州市人。合肥工业大学硕士生。

金施群（1962-），女，安徽省黄山市人。合肥工业大学教授，硕士生导师。

侯少阳（1991-），男，河北省定州市人。合肥工业大学硕士生。

作者单位

1.合肥工业大学仪器科学与光电工程学院 安徽省合肥市 230009

2.合肥工业大学光电技术研究院 安徽省合肥市 230009