2016年08月10日閱讀 2051

內(nèi)容摘要：提出一種超聲竊聽方法，并簡要地介紹其工作原理和實(shí)現(xiàn)方式。該方法用超聲波傳感器發(fā)射和接收40 kHz頻率的超聲波，由超聲發(fā)射探頭朝待測波源處發(fā)射等幅超聲波信號(hào)，在聲源處被聲音信號(hào)調(diào)制，反射回來的信號(hào)被超聲波接收探頭接收，并經(jīng)接收模塊進(jìn)行檢波、濾波、功率放大等處理，實(shí)現(xiàn)聲音的還原，達(dá)到竊聽的效果。

關(guān)鍵詞：超聲波竊聽；音頻調(diào)制；聲音還原；檢波電路

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，目前已經(jīng)出現(xiàn)各種各樣的竊聽技術(shù)，例如：激光竊聽、微波竊聽等。本文提出一種基于超聲波的竊聽方法。利用40kHz的正弦波電信號(hào)來驅(qū)動(dòng)超聲發(fā)射探頭產(chǎn)生超聲信號(hào)，該超聲信號(hào)發(fā)射到待測聲源處被聲音信號(hào)調(diào)制后反射回來，反射信號(hào)由超聲接收探頭接收，再經(jīng)過接收模塊的檢波、濾波、功率放大等處理后，實(shí)現(xiàn)聲音的還原。

人耳能聽見的聲音頻率范圍是20 Hz～20 kHz，日常人們聽到的聲音信號(hào)是相當(dāng)復(fù)雜的，但可以把這個(gè)復(fù)雜聲音信號(hào)看成是多個(gè)不同頻率正弦信號(hào)的疊加。聲音信號(hào)在聲源處對(duì)載波信號(hào)的調(diào)制，其實(shí)相當(dāng)于不同頻率的載波信號(hào)在聲源處對(duì)載波信號(hào)進(jìn)行了調(diào)制。如圖1所示，以普通的調(diào)幅電路組成模型，簡要說明聲音信號(hào)的調(diào)制原理。

ma必須小于或等于1。否則，當(dāng)ma>1時(shí)，在Ωt=π附近，v(t)變?yōu)樨?fù)值，它的包絡(luò)不能反映調(diào)制信號(hào)的變化而造成失真，為了避免這種調(diào)幅失真，ma的值絕對(duì)不應(yīng)超過1。

調(diào)幅波經(jīng)檢波后即得到原調(diào)制信號(hào)。

本文基于超聲波竊聽的基本原理如圖3所示。該實(shí)驗(yàn)裝置主要由載波信號(hào)發(fā)送和反射信號(hào)接收兩部分組成。如圖3所示，載波信號(hào)發(fā)送部分由正弦波發(fā)生電路產(chǎn)生40 kHz的正弦波驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射探頭產(chǎn)生載波信號(hào)。發(fā)射出去的載波信號(hào)在聲源處被聲音信號(hào)調(diào)制后反射。該反射信號(hào)由超聲波接收探頭接收，經(jīng)過信號(hào)接收電路的檢波、放大等處理，還原出聲音信號(hào)。

2．1 主要器件

超聲波傳感器采用諧振頻率為40 kHz的發(fā)射、接收分立傳感器組，最高驅(qū)動(dòng)電壓為20V。

發(fā)射模塊采用單片集成電路ICL8038，其工作頻率范圍在幾赫茲至幾百赫茲之間，可同時(shí)輸出方波、三角波、正弦波信號(hào)。本實(shí)驗(yàn)用其產(chǎn)生40 kHz的正弦驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

接收模塊采用常見低電壓音頻電壓放大器LM386。實(shí)驗(yàn)中通過檢波電路檢波，還原出聲音信號(hào)，再進(jìn)行聲音的功率放大。

正弦波發(fā)射模塊如圖4所示，ICL8038的7腳和8腳直接串接，8腳由7腳提供固定電位，此時(shí)輸出頻率f由5腳和4腳上的電阻決定，20 kΩ的可變電阻可大幅度改變輸出頻率，而500 Ω可變電阻起到微調(diào)作用。12腳的100kΩ可變電阻可以改善正弦波的負(fù)向失真。采用正負(fù)12V供電，使輸出波形的直流電平為0。通過改變20 kΩ可變電阻使2腳輸出40 kHz的正弦波信號(hào)。

接收模塊電壓放大電路如圖5所示，低電壓音頻電壓放大器LM386，其增益在20～200倍之間可調(diào)，此電路對(duì)低電壓信號(hào)的放大效果良好，且驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)。

檢波電路如圖6所示，對(duì)包絡(luò)進(jìn)行檢波、濾波處理，還原出聲音信號(hào)，其原理圖如圖7所示。

實(shí)驗(yàn)中，由超聲波發(fā)射探頭發(fā)射40 kHz超聲載波信號(hào)，如圖8所示。再分別由超聲接收部分(接收探頭及接收模塊電路)對(duì)超聲發(fā)射探頭，聲源處輸入5 kHz音頻調(diào)制，以及聲源處為真實(shí)聲音信號(hào)時(shí)所測得的信號(hào)經(jīng)由示波器顯示的信號(hào)波形圖，如圖9，圖10所示。圖9是受5 kHz音頻信號(hào)調(diào)制后反射回來的超聲波信號(hào)；圖10是受真實(shí)聲音調(diào)制后反射回來的超聲波信號(hào)。此外，經(jīng)由音頻喇叭接聽的聲音信號(hào)能很好地還原聲源處的聲音信號(hào)。

該超聲波竊聽器以超聲波為載體，實(shí)現(xiàn)聲音的還原。實(shí)驗(yàn)證明該方法簡單、易操作，可用作學(xué)生的演示及探究性實(shí)驗(yàn)。