频谱分析仪在无线通信类窃照专用器材检验中的应用
[晏于文
, 黎智辉, 李志刚* , 张宁, 许磊, 黄威, 许小京]
, 黎智辉, 李志刚, 张宁, 许磊, 黄威, 许小京]
引用本文
晏于文, 黎智辉, 李志刚, 张宁, 许磊, 黄威, 许小京. 频谱分析仪在无线通信类窃照专用器材检验中的应用[J].刑事技术, 2019,44(1):91-94
YAN Yuwen, LI Zhihui, LI Zhigang, ZHANG Ning, XU Lei, HUANG Wei, XU Xiaojing. Application of Spectrum Analyzer into Identifying the Wireless-communication Special Furtive-photographing Equipment[J]. Forensic Science and Technology,2019,44(1): 91-94
doi: 10.16467/j.1008-3650.2019.01.019
YAN Yuwen, LI Zhihui, LI Zhigang, ZHANG Ning, XU Lei, HUANG Wei, XU Xiaojing. Application of Spectrum Analyzer into Identifying the Wireless-communication Special Furtive-photographing Equipment[J]. Forensic Science and Technology,2019,44(1): 91-94
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频谱分析仪在无线通信类窃照专用器材检验中的应用
第一作者简介：晏于文（1988—）,男,江西宜春人,硕士,助理研究员,研究方向为刑事影像与视频侦查技术、窃照专用器材检验。E-mail: yanyuwen@cifs.gov.cn
摘要
为打击非法生产、销售和使用窃照专用器材的行为,相关法律和规章增设了非法生产、销售和使用窃照专用器材的罪名,制定了窃照专用器材的认定标准,并明确要求窃照专用器材的认定由公安机关进行技术检测后作出。由于窃照专用器材具有的隐蔽性或伪装性,对其进行发现或认定具有一定的困难,特别是对无线通信类的窃照专用器材的认定,除了常规的检验外还需要进一步的技术检测。本文首先介绍了窃照专用器材检验鉴定工作的背景,对窃照专用器材进行了初步分类,然后介绍了使用频谱分析仪、天线和电磁屏蔽箱对无线通信类窃照专用器材进行技术检验的方法,最后针对实际的案例介绍了频谱分析仪的具体使用流程及相关参数的设置方法,频谱分析的结果为无线通信类窃照专用器材的认定提供了技术支撑。
关键词:
窃照专用器材; 无线通信; 频谱分析仪
中图分类号:DF793.2
文献标志码:B
文章编号:1008-3650(2019)01-0091-04
Application of Spectrum Analyzer into Identifying the Wireless-communication Special Furtive-photographing Equipment
Abstract
There are amendments in the relevant laws and regulations fighting against illegal producing, selling and usage of the special equipment for furtive photographing so that the standards and procedures have been formulated on identifying such kinds of equipment, definitely requiring that public security organs hold the responsibility of identification through technical verification. Due to the users’ concealment or camouflage, difficulty frequently occurs in discovering and identifying the special furtive-photographing equipment, especially its wireless-communication type. Here, an introduction was firstly made on the special furtive-photographing equipment about its identification context, preliminary classification, then followed with an illustration of the method that technically uses spectrum analyzer, antenna and electromagnet-shielding box to identify the wireless-communication special furtive-photographing equipment. Finally, the spectrum analyzer was illuminated of its application procedure and parameter setting with solving one actual case. Spectrum analysis is of real technical support for identifying the wireless-communication special furtive-photographing equipment.
Key words:
special furtive-photographing equipment; wireless communication; spectrum analyzer
随着科学技术的发展, 照相和摄像器材越来越朝着小型化、数字化和智能化方向发展。然而, 这些高科技产品在给人们的工作和生活带来便利的同时, 也被一些不法分子用来制作成窃照专用器材, 用于非法窃取商业秘密和公民的隐私信息, 给企事业单位的正常经营活动和公民生活自由带来了很大的威胁。
为打击非法生产、销售和使用窃照专用器材的行为, 《刑法修正案（九）》在原第二百八十三条“ 非法生产、销售专用间谍器材罪” 的基础上增设了非法生产、销售窃听、窃照专用器材罪。由国家工商行政管理总局、中华人民共和国公安部和国家质量监督检验检疫总局联合制定的《禁止非法生产销售使用窃听窃照专用器材和“ 伪基站” 设备的规定》[1], 其中明确规定窃照专用器材“ 是指以伪装或者隐蔽方式使用, 经公安机关依法进行技术检测后作出认定性结论, 有以下情形之一的：1）具有无线发射功能的照相、摄像器材; 2）微型针孔式摄像装置以及使用微型针孔式摄像装置的照相、摄像器材; 3）取消正常取景器和回放显示器的微小相机和摄像机; 4）利用搭接、感应等方式获取图像信息的器材; 5）可遥控照相、摄像器件或者电子设备中的照相、摄像功能, 获取相关图像信息, 且无明显提示的器材（含软件）; 6）其他具有窃照功能的器材” 。上述第一种和第五种情形, 分别为具有无线发射功能和遥控功能的照相、摄像器材, 这两种类型的窃照专用器材由于使用无线通信方式进行控制信号或图像视频信号的传输, 因而可以统称为无线通信类窃照专用器材。无线通信类窃照专用器材主要包含无线发射端和无线接收端, 同时包含无线发射端和接收端的检材称为成套检材, 而仅包含无线发射端或接收端的检材称为非成套检材。
随着无线通信技术的发展, 无线通信类窃照专用器材种类和数量越来越多, 伪装性和隐蔽性越来越强, 功能越来越复杂, 检验鉴定难度也越来越大。对使用有线通信方式传输视频图像或采用本地存储方式存储视频图像的检材进行检验鉴定时, 首先进行外观检验, 确认检材具有非通用性, 并以伪装或隐蔽方式使用, 然后进行电气性能检验确认检材能正常工作, 最后进行功能检验确认能够获取视频和图像。如果检材具有上述特征, 则可以认定检材为窃照专用器材。而对于无线通信类窃照专用器材的认定, 除了应具备上述特征外, 还需要进行技术检测认定检材具有无线通信的功能。频谱分析仪是对无线通信信号进行检测和分析的仪器, 通过频谱分析可以获得无线信号的中心频率和峰值功率等频率特性, 从而认定检材具有无线通信功能。本文以一个实际案例来说明频谱分析仪在无线通信类窃照专用器材检验鉴定中的应用方法。
1 材料
1.1 送检检材
某市公安局送检的疑似窃照专用器材如图1所示。经过外观检验和电气性能检验, 发现检材包含一个微型Wi-Fi摄像头一体机, 一个移动电源和一个手机。微型Wi-Fi摄像头一体机包含一个微型摄像头、一根天线、一个拾音器和电源数据连接线, 移动电源可以正常给一体机供电, 手机也可以正常开机。随后进行功能检验, 首先连接好一体机和移动电源, 长按一体机的复位按钮使其正常工作。然后打开手机Wi-Fi连接到一体机, 打开手机内置的软件, 即可在手机上查看到一体机拍摄的视频和图像。为进一步验证检材具有无线发射功能, 需要使用频谱分析仪进行技术检测。
 | 图1 送检检材全貌图Fig.1 The assemblage for identification |
1.2 频谱分析仪
频谱分析是将传统时域信号变换至频域加以分析的方法。频谱分析的目的是把复杂的时域波形经过傅里叶变换分解为若干单一的谐波分量来研究, 以获得信号的频率结构以及各谐波和相位信息。采用频谱分析仪, 可以在频域显示输入无线信号的频谱特性。
依据频谱分析仪的实现方法和频谱测试的实现技术, 频谱分析仪一般可分为带通滤波器分析仪、快速傅里叶变换分析仪、扫频式频谱分析仪和实时频谱分析仪[2]。目前常用的是扫频超外差式频谱分析仪, 能够自动在整个所关心的频带内扫频, 并显示信号幅度和频率成分。而实时频谱分析仪具有实时的频率时间触发能力, 能够捕获连续信号、间隙性信号和随机信号, 能够检测和分析间隙性高、突发性强的射频信号。
频谱分析仪的主要参数包括频率范围、频率分辨率带宽（resolution bandwidth, RBW）、视频分辨率带宽（video bandwidth, VBW）和显示平均噪声电平（displayed average noise level, DANL）。频率范围是指频谱分析仪能够调谐的最小频率和最大频率, RBW是频谱分析仪中频滤波器的3dB带宽, 是影响频谱分析仪分离和测量两个相邻信号的最小频率间隔, RBW越小, 频率分辨率越大, 但是增加了频谱分析仪的扫描时间。VBW则是视频带宽, VBW越小, 则观测的信号更精细, 信号曲线更平滑。DANL反映频谱分析仪的灵敏度, 只有当输入信号大于DANL时, 频谱分析仪才能测量出输入信号电平的大小。一般选用的频谱分析仪频率范围为9kHz~7.5GHz, DANL< -152dBm, 设置RBW 10Hz~1MHz, VBW为1~3Hz。
1.3 电磁屏蔽箱
屏蔽是以某种导电材料或导磁材料制成的屏蔽体将需要防护的区域封闭起来, 形成电磁隔离, 达到阻隔或减少电磁能传播的一种技术, 是抑制电磁干扰的有效措施之一[3]。电磁屏蔽箱的作用是屏蔽外部电磁信号, 以避免外部电磁环境对无线信号检测的影响。根据无线通信类窃照专用器材的技术测试需求, 一般选用屏蔽效能在60dB左右的电磁屏蔽箱。
1.4 天线
天线内置于电磁屏蔽箱, 用于接收检材发射的无线信号, 主要采用全向高增益鞭状天线。鞭状天线由于其形体为杆状, 体积小, 应用十分广泛[4]。根据无线信号的频段, 选择不同长度不同工作频段的天线。
2 方法
图2为使用频谱分析仪对检材进行频谱分析的示意图。
 | 图2 频谱仪连接示意图Fig.2 Connection of spectrum analyzer to other required parts |
在对无线通信类窃照专用器材进行技术检测时, 按照以下步骤进行：
步骤1：打开电磁屏蔽箱和频谱分析仪。此时可以在频谱分析仪上观察到环境电磁噪声, 其中包括空间的电磁信号和频谱分析仪的底噪。
步骤2：打开检材并将其无线发射端放入电磁屏蔽箱。在检材的无线接收端可以正常接收到检材无线发射端拍摄的视频和图像。
步骤3：调节频谱分析仪输入衰减量, 关闭电磁屏蔽箱。一般情况下, 频谱分析仪可以同时观察到环境电磁噪声信号和无线图传信号。但如果无线图传信号功率太小或空间中存在相似频段的无线信号, 无线图传信号将会淹没在环境噪声中, 此时应该减少输入衰减量。如果无线图传信号功率过大, 超过频谱分析仪的最大安全输入电平, 则会损坏频谱分析仪, 此时应该调节频谱分析仪上的输入衰减量或者增加功率衰减器, 具体的衰减量应该根据信号的实际功率大小确定。最后, 在调整好输入衰减后关闭电磁屏蔽箱, 此时频谱分析仪上显示的环境电磁噪声明显减弱, 可以明显观察到检材无线发射端发射的无线信号。
步骤4：设置频谱分析仪的中心频率和扫宽, 使信号的峰值频率在屏幕中央。由于此时频谱分析仪的频率范围最大, 只能大致观察无线信号的频谱, 获得载波频率的大致范围, 要想获得无线信号准确的频率特性参数, 还需要进一步设置频谱分析仪的参数展开无线信号的频谱。首先根据载波频率的大致范围设置频谱分析仪的中心频率, 然后设置扫频宽度, 也可以直接设置频谱分析仪的起始频率和停止频率确定中心频率和扫频宽度。如果无线信号的峰值频率不在屏幕中央, 则应该重新设置中心频率, 可以使用频率按键重新设置, 也可以使用旋钮键移动信号的频谱。
步骤5：调整频谱分析仪的参考电平, 使得待测信号峰值等于参考电平。将频谱分析仪测量信号的峰值调整到参考电平位置, 这样可以获得最佳的测量精度。可以设置参考电平幅度, 使用数字键输入参考电平等于信号峰值电平, 也可以利用旋钮键调整信号峰值到参考电平处。
步骤6：使用MARK功能测量信号幅度和频率。激活频谱分析仪的MARK功能, 此时频谱分析仪会显示MARK点处的信号频率值和幅度值。如果MARK点不在测量信号的峰值处, 则使用PEAK功能将MARK点自动移动到迹线的峰值处, 显示出信号的峰值频率和幅度值。也可以使用旋钮键将MARK点移动到信号的峰值处。有些数字信号采用跳频技术来抗干扰, 这种无线信号的载波频率会在一定范围内跳变, 此时需要打开迹线2并设置为最大保持, 同时增加新的MARK点来测量信号的峰值频率和幅值。
在上述步骤中, 可以使用频谱分析仪的打印功能保存测试图像。将移动存储设备插入频谱分析仪, 点击频谱分析仪的打印按钮就可以截取并保存频谱分析仪的实时图像。
3 结果和讨论
按照第2章介绍的步骤对检材进行技术检测, 可以得到如下结果。
步骤1：打开频谱分析仪和电磁屏蔽箱, 此时可以看到环境噪声的频谱图, 如图3所示, 其中黄色的迹线为清除写入迹线1, 紫色的迹线为最大保持迹线2, 迹线2显示环境噪声信号的峰值功率为-32.76dBm。
 | 图3 环境噪声信号频谱图Fig.3 Spectrum of ambient noise signal |
步骤2：将检材的无线发射端, 即一体机放入电磁屏蔽箱。频谱分析仪可以观察到环境噪声和图传信号, 频谱图如图4所示, 其中无线图传信号的中心频率为2.425GHz。
 | 图4 环境噪声和无线图传信号频谱图Fig.4 Spectrum of ambient and wireless-transmitted image signal |
步骤3：由于无线图传信号的信号功率大于环境噪声信号且未超过频谱分析仪的最大安全输入电平, 因此不需要调整输入衰减量。当关闭电磁屏蔽箱, 手机上接收到的视频处于停滞状态, 频谱分析仪显示环境噪声信号大大降低, 但仍然可以观察到无线图传信号, 如图5所示。
 | 图5 无线图传信号频谱图Fig.5 Spectrum of wireless-transmitted image signal |
步骤4、5：设置频谱分析仪的中心频率为2.425GHz, 设置扫宽为50MHz, RBW和VBW均设置为10kHz, 根据信号的频谱图, 调整中心频率为2.4372GHz, 调整参考电平为-37dBm, 使信号显示在屏幕的适当位置。
步骤6：使用PEAK按键测量迹线2的峰值, 得到图传信号的峰值频率为2.4372GHz, 峰值功率为-37.62dBm, 如图6所示。
 | 图6 无线图传信号频谱展开图Fig.6 Expanded spectrum of wireless-transmitted image signal |
使用频谱分析仪通过上述步骤对检材进行技术检测, 获得了检材无线图传信号的峰值频率和峰值功率, 从而可以确认检材具有无线通信功能, 再结合对检材进行的外观检验、电气性能检验和功能检验结果, 可以认定检材为无线通信类窃照专用器材。
4 结论
窃照专用器材的检验鉴定是公安司法鉴定机构针对打击新型违法犯罪所开辟的新的业务方向, 相比使用有线通信和本地存储功能的窃照专用器材, 无线通信类窃照专用器材由于使用无线通信进行控制信号和图像传输, 对其使用的无线信号进行技术检测和分析成为作出认定性结论的一个必要环节。本文使用电磁屏蔽箱、接收天线以及频谱分析仪搭建的检测分析系统, 可以有效地检测和分析无线图传信号。本文针对实际检验案例所介绍的频谱分析仪使用流程及相关参数的设置方法, 可以对检测获得的信号进行频谱分析, 获得无线信号的参数, 从而为认定无线通信类窃照专用器材提供有力的技术支撑。
参考文献
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