軟件無線電在無線電監測領域中的應用

陳鈺羽，董城愿，陳 棋

（國家無線電監測中心云南監測站，云南 昆明 650031）

1 軟件無線電工作原理

軟件無線電，就是采用軟件數字信號處理技術，在可編程控制的通用硬件平臺上，利用軟件來實現無線電臺的各部分功能，包括前端接收、中頻處理以及調制解調等，都由軟件編程來完成。相較于傳統硬件無線電接收機，其具有很強的兼容性、可拓展性、開放性[1]。如圖1、圖2所示。

圖1 傳統硬件無線電接收機

圖2 軟件無線電監測工作原理框圖

2 現有軟件無線電在無線電監測領域應用情況

隨著軟件無線電技術的快速興起，軟件無線電設備在市場上種類很多，如USRP系列、Airspy系列、SDRplay系列、KiwiSDR、FlightFeeder、WR-G33DC等產品。軟件無線電產品主要可分為兩類，一類是高性價比，深受無線電愛好者喜愛；另一類是高性能指標，此類設備廣泛應用于移動通信或是無線電監測等領域。

針對本文重點研究軟件無線電在無線電監測領域的應用，無線電管理部門主要采用高性能指標的WRG33DC等設備作為獨立的監測接收機，高性價比的軟件接收機使用較少。然而高性價比的FlightFeeder、KiwiSDR已經在網絡上形成了可數據共享的監測測向網絡，分別為航空無線電愛好者、無線電愛好者提供了精準的航空飛行數據及良好的信號監測平臺，為此，下文主要介紹FlightAware、KiwiSDR兩種監測測向網絡，可為無線電管理部門開展無線電監測工作提供借鑒。

2.1 FlightAware監測測向網絡[2]

FlightAware主要用于向用戶提供準確的飛機飛行跟蹤數據。該網絡中包含20 000多個地面ADS-B及Mode S接收器，接收器主要類型為Flightfeeder、PiAware、Raspberry等，用戶可以通過網站免費申請Flightfeeder接收器，或者使用用戶自有的PiAware、Raspberry接收器加入該網絡實現數據共享。接收器通過接收飛機上配備的ADS-B應答機信號，來識別飛機識別碼以及三維位置信號（緯度、經度、高度），并將信號實時傳送至FlightAware，FlightAware將匯集數據并提供航班跟蹤數據和接口。針對未配備ADS-B的飛機，可以通過三個及以上的地面接收器接收飛機裝配的Mode S應答機信號（近100%的飛機都配備有Mode S），并利用TDOA工作原理對飛機進行跟蹤定位，從而向用戶提供航班追蹤數據。類似的還有VariFlight等網站，也是通過相同的工作機制，為用戶提供航班追蹤數據。

2.2 KiwiSDR短波監測測向系統[3]

如圖3所示，KiwiSDR短波監測測向系統具備頻譜監測、信號監聽、信號解調、IQ數據采集、TDOA定位、用戶自定義臺站數據庫等功能。系統對全球所有人員免費開放，支持手機端及PC端的各類瀏覽器進行訪問。任何用戶可對注冊在線的所有接收機進行隨意訪問和使用（目前該系統接收機在線數量多達669臺，400臺具備TDOA功能），可通過訪問網址隨時隨地獲取頻譜數據、開展信號監測定位。KiwiSDR接收機工作頻段為10 kHz～30 MHz，配有GPS天線，價格低廉。也可以通過在前端增加帶通濾波器使其應用于118～132 MHz頻段，如圖4所示。現有大多數軟件無線電接收機都要基于特定操作系統上的操作軟件才能實現原始IQ數據采集，而該接收機可作為獨立設備完成數據采集、信號分析等功能，也可以通過網址訪問實現監測功能的聯網共享使用。同一臺接收機最多可支持8個用戶同時在線使用。

圖3 KiwiSDR 接收機

圖4 KiwiSDR拓展接收系統（118～132 MHz）

2.2.1 工作原理

KiWiSDR是軟件定義的無線電附接到一個Seeed BeagleBone（BBG）的嵌入式計算機，包括BBG、GPS天線和外殼，并且預裝在BBG上的軟件。其中，BBG是專為開發者和業余愛好者設計的、低成本、開源、社區支持的開發系統。用戶可通過遠程訪問KiWiSDR自身具備的各種功能，通過集成解碼器和到達時間差（TDOA）信號定位等擴展程序，實現數據解碼和TDOA定位功能。

2.2.2 典型功能展示

2.2.2.1 全景頻譜監測功能

圖5 10 kHz～30 MHz全景頻譜監測功能

2.2.2.2 電波參數測量功能

系統支持包括頻率、功率電平、帶寬等電波參數測量功能。

圖6 電波參數測量功能

2.2.2.3 TDOA定位功能

系統具備TDOA定位功能，筆者利用系統中的三臺接收機對17815 kHz進行定位，定位位置為北馬里亞納群島，與實際發射位置相符。

2.2.2.4 解調解碼功能

系統支持AM、SAM、NBFM、DRM、LSB、

USB、CW、FSK、FT8、FAX、PSK31、CIS-12、XSQ、MWARA SP、HFDL、SITTOR tone、STANAG4529、PACTOR等多種信號解調解碼。

圖7 解調解碼功能

2.2.2.5 數據采集存儲功能

系統能夠完成信號音頻、IQ數據采集，將數據存儲在網絡服務器上，并支持用戶下載。

圖8 數據采集存儲功能

3 研究結論及建議

FlightAware監測測向網絡及KiwiSDR無線電監測系統均是采用價格低廉的軟件無線電接收機搭建而成的，能實現信號監測分析、TDOA定位、解調解碼等功能，此類系統在網絡上的興起和應用，也為開展無線電監測工作提供了一定的思考借鑒。

（1）類似于KiwiSDR的無線電監測測向系統可作為傳統短波監測測向系統的有效補充，尤其是在同頻信號分析定位、遠距離監測定位等方面，可有效彌補傳統短波監測測向系統在同頻信號定位難、遠距離定位精度不高等方面的缺陷。

（2）軟件無線電監測系統具有價格低廉、易于搭建等特點，可加強其在城市周邊的部署，將有助于提升快速干擾查找能力。同時也可搭建臨時軟件無線電監測測向系統應用于重大活動保障活動中，確保重大活動用頻安全。■