激光窃听检测与防护方法

      激光窃听是利用激光作为载体，通过获取物体振动信息达到窃听目的的一种手段。想要实现激光窃听需要满足两个条件：1）存在振动信息；2）有激光信号往返。因此，针对这两个方面可以采用不同的方法进行激光入侵防护。本文首先介绍激光窃听的检测技术，然后详细介绍振动干扰和振动激光能量阻隔两种激光窃听防护方法。

激光窃听检测技术

1、多光谱或高光谱成像激光检测技术激光窃听中载波激光具有能量集中、波长单一等特征[1]，基于这些特征，同时考虑到环境噪声前提下，可采用多光谱或高光谱成像检测技术对其进行探测，其中多光谱技术是利用多组带通滤光片对探测器成像波长范围进行分段成像，如：探测器成像波长范围为900-1800nm，通过9组带通滤波片，每组的带宽为100nm，即900-1000nm.....1700-1800nm等9组带通滤波片，通过调节滤光片的波长范围，对不同波段的光进行成像，如图1所示。当有激光入侵时，由于激光波长比较单一、能量集中，从而在图像上即可看出入侵光点位置和波长范围【2】，如图2所示。

图1 入侵点位置成像

图2 入侵光谱显示

2、基于“猫眼效应”激光入侵检测技术激光窃听设备发射出激光需要聚焦被窃听目标物体上，因此需要有聚焦用的光学镜头，同时接受激光散射回波信号也需要有接收镜头，而由镜头和发射接收器件组成的天线部分具有“猫眼”效应【3】，因此可采用基于“猫眼”效应方式检测是否存在窃听所需的光学镜头，其原理如图3所示。在图3中，A为分划板或探测器的光敏面，位于理想正透镜的焦面上，K1为某一入射光线，过点O作一条直线平行于K1，交A面于P点。根据几何光学成像原理，K1经光学系统折射后的光线K2必定经过P点；K2被A面反射后的光线K3可以看作是由点P发射出来的光线，根据几何光学成像原理，K3经过光学系统后的出射光线K4也平行于直线OP，即K4平行于K1而方向相反。也就是说，主动探测激光被目标光学镜头反射后仍按原入射方向返回。这个特征与入射激光K1的方向无关，其限制条件是：入射光K经过光学系统后能成像在位于系统焦面上的传感器光敏面或分划板上并由其反射。由以上分析可得出形成“猫眼”效应的条件：一是目标必须是完整的光学系统，具有一定的光学增益并在焦平面附近有反射物；二是探测激光必须进入目标视场；三是光电探测器的光谱响应半径与激光波频率匹配。

图3 “猫眼效应”原理图

由此不难看出，具有“猫眼”效应的目标，其辐射强度比普通均匀漫反射目标的辐射强度高3个数量级以上。因此在理论上，基于“猫眼”效应原理，利用主动照明与探测技术，可以实现激光窃听设备定位。基于“猫眼”技术原理的激光语音获取设备检测系统结构如图4所示，由激光发射照明组件、成像组件、控制组件以及图像处理部分组成，其中图5为法国SLD-400激光探测反狙击系统[4]。图6为基于“猫眼”效应激光窃听检测效果。

图4  激光检测成像系统原理框图

图5 法国SLD-400激光探测反狙击系统

图6 基于“猫眼”效应激光窃听检测效果

激光窃听防护方法

1、振动干扰防护正反射激光窃听利用室内谈话的声音引起窗户上的玻璃发生的轻微振动，用激光对准窗玻璃发射，再用一个激光接收器接收由窗户玻璃正反射回波激光，并还原出声音。针对正反射激光窃听，可以在玻璃上加装一个振动器（图7所示），它可以产生随机振动，引入较大的随机噪声，使返回信号光携带了大量的噪声信号，在后续解调时无法将有效的语音信号成功解调出来。

图7 正反射激光窃听振动干扰防护示意图

2、基于激光能量阻隔的被动防护随着科技发展，正反射激光窃听因对准要求高、灵敏度低等因素而逐渐被淘汰，而基于干涉原理的漫反射激光窃听和基于高速摄像机成像的散斑图像处理窃听以只需满足说话可以引起物体有轻微振动以及物体有一定反光量即可获取语音信号高灵敏度，无需对准等优点的窃听方式正悄然崛起。说话引起物体振动无法避免，因此防止以上窃听方式的唯一办法是切断激光传输途径，使激光不能进入说话的场所并且没有返回的激光回波，以上两种激光窃听的工作途径有两种，一种为激光穿过玻璃窗照射到环境中比较轻薄的物体上，接收轻薄物体散射激光回波；另外一种为窃听激光照射到窃听环境的窗户框上获取散射激光回波信号。防护穿过玻璃窃听方式可以采用贴激光吸收膜方式，从而切断其进入窃听环境的光学途径，而对于照射窗户框的激光窃听方式采用在窗户框涂窃听激光吸收涂料，从而从总体上防止散射激光回波。该方法的基本原理为【5】：组成物质的原子中，有不同数量的粒子(电子)分布在不同的能级上，在低能级上的粒子受到某种光子的激发，会从低能级跳到(跃迁)到高能级上，这时将会吸收外界照射的光，能量最低的能级叫做基态，其他能级叫做激发态。电子"远离"原子核，不再受原子核的吸引力时的状态叫做电离态，电离态的能级为0(电子由基态跃迁到电离态时，吸收的能量最大)，如图8所示。

图8 吸收激光能带示意图

小  结

为防止因激光窃听造成声音信息泄漏，本文分析了激光窃听设备的基本组成以及激光窃听的物理特性；激光窃听设备部件中必须有光学天线，针对这一特性，基于“猫眼”效应原理，采用主动成像技术可定位该激光窃听设备；激光窃听需要以激光为载体，激光的基本特征是能量集中，波长单一，针对该特征，提出采用多光谱甚至高光谱检测方式对入侵激光进行检测；而激光窃听的另一个特征是需要有散射激光回波信号，为消除回波信号，从能带理论分析其可行性，利用特殊纳米复合材料的宽光谱吸收特性，以薄膜或涂料的方式切断激光回波路线，从而使其丧失窃听功能。

参考文献：

[1]张立群 张书明 江德生 朱建军 赵德刚 杨辉，GaN基激光器的特性，《红外与激光工程》 ， 2009年 vol42 No1

[2]许洪、王向军，多光谱、超光谱成像技术在军事上的应用，[J]红外与激光工程 2007，vol36 No1

[3]赵延仲，孙华燕，宋丰华等.猫眼效应用于激光主动探测技术的研究现状与发展趋势.中国激光，2010，47:102802.

[4]SLD 500 surveillance and sniper detection laser system[EB/OL]. http://www.cilas.com/defense-securite/sld500-angl.pdf

[5]谢希德等《固体能带理论》复旦大学出版社 2007.12

中国保密协会

科学技术分会

长按扫码关注我们

作者：曾华林

责编：高   琪

往期精彩文章TOP5回顾

近期精彩文章回顾