陳鈺羽，董城愿，陳 棋

（國家無線電監(jiān)測中心云南監(jiān)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(shù)字信號處理技術(shù)，在可編程控制的通用硬件平臺上，利用軟件來實(shí)現(xiàn)無線電臺的各部分功能，包括前端接收、中頻處理以及調(diào)制解調(diào)等，都由軟件編程來完成。相較于傳統(tǒng)硬件無線電接收機(jī)，其具有很強(qiáng)的兼容性、可拓展性、開放性[1]。如圖1、圖2所示。

圖1 傳統(tǒng)硬件無線電接收機(jī)

圖2 軟件無線電監(jiān)測工作原理框圖

2 現(xiàn)有軟件無線電在無線電監(jiān)測領(lǐng)域應(yīng)用情況

隨著軟件無線電技術(shù)的快速興起，軟件無線電設(shè)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(chǎn)品。軟件無線電產(chǎn)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(biāo)，此類設(shè)備廣泛應(yīng)用于移動通信或是無線電監(jiān)測等領(lǐng)域。

針對本文重點(diǎn)研究軟件無線電在無線電監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用，無線電管理部門主要采用高性能指標(biāo)的WRG33DC等設(shè)備作為獨(dú)立的監(jiān)測接收機(jī)，高性價比的軟件接收機(jī)使用較少。然而高性價比的FlightFeeder、KiwiSDR已經(jīng)在網(wǎng)絡(luò)上形成了可數(shù)據(jù)共享的監(jiān)測測向網(wǎng)絡(luò)，分別為航空無線電愛好者、無線電愛好者提供了精準(zhǔn)的航空飛行數(shù)據(jù)及良好的信號監(jiān)測平臺，為此，下文主要介紹FlightAware、KiwiSDR兩種監(jiān)測測向網(wǎng)絡(luò)，可為無線電管理部門開展無線電監(jiān)測工作提供借鑒。

2.1 FlightAware監(jiān)測測向網(wǎng)絡(luò)[2]

FlightAware主要用于向用戶提供準(zhǔn)確的飛機(jī)飛行跟蹤數(shù)據(jù)。該網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)站免費(fèi)申請F(tuán)lightfeeder接收器，或者使用用戶自有的PiAware、Raspberry接收器加入該網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。接收器通過接收飛機(jī)上配備的ADS-B應(yīng)答機(jī)信號，來識別飛機(jī)識別碼以及三維位置信號（緯度、經(jīng)度、高度），并將信號實(shí)時傳送至FlightAware，F(xiàn)lightAware將匯集數(shù)據(jù)并提供航班跟蹤數(shù)據(jù)和接口。針對未配備ADS-B的飛機(jī)，可以通過三個及以上的地面接收器接收飛機(jī)裝配的Mode S應(yīng)答機(jī)信號（近100%的飛機(jī)都配備有Mode S），并利用TDOA工作原理對飛機(jī)進(jìn)行跟蹤定位，從而向用戶提供航班追蹤數(shù)據(jù)。類似的還有VariFlight等網(wǎng)站，也是通過相同的工作機(jī)制，為用戶提供航班追蹤數(shù)據(jù)。

2.2 KiwiSDR短波監(jiān)測測向系統(tǒng)[3]

如圖3所示，KiwiSDR短波監(jiān)測測向系統(tǒng)具備頻譜監(jiān)測、信號監(jiān)聽、信號解調(diào)、IQ數(shù)據(jù)采集、TDOA定位、用戶自定義臺站數(shù)據(jù)庫等功能。系統(tǒng)對全球所有人員免費(fèi)開放，支持手機(jī)端及PC端的各類瀏覽器進(jìn)行訪問。任何用戶可對注冊在線的所有接收機(jī)進(jìn)行隨意訪問和使用（目前該系統(tǒng)接收機(jī)在線數(shù)量多達(dá)669臺，400臺具備TDOA功能），可通過訪問網(wǎng)址隨時隨地獲取頻譜數(shù)據(jù)、開展信號監(jiān)測定位。KiwiSDR接收機(jī)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(yīng)用于118～132 MHz頻段，如圖4所示?，F(xiàn)有大多數(shù)軟件無線電接收機(jī)都要基于特定操作系統(tǒng)上的操作軟件才能實(shí)現(xiàn)原始IQ數(shù)據(jù)采集，而該接收機(jī)可作為獨(dú)立設(shè)備完成數(shù)據(jù)采集、信號分析等功能，也可以通過網(wǎng)址訪問實(shí)現(xiàn)監(jiān)測功能的聯(lián)網(wǎng)共享使用。同一臺接收機(jī)最多可支持8個用戶同時在線使用。

圖3 KiwiSDR 接收機(jī)

圖4 KiwiSDR拓展接收系統(tǒng)（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(jī)，包括BBG、GPS天線和外殼，并且預(yù)裝在BBG上的軟件。其中，BBG是專為開發(fā)者和業(yè)余愛好者設(shè)計的、低成本、開源、社區(qū)支持的開發(fā)系統(tǒng)。用戶可通過遠(yuǎn)程訪問KiWiSDR自身具備的各種功能，通過集成解碼器和到達(dá)時間差（TDOA）信號定位等擴(kuò)展程序，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)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(jiān)測功能

圖5 10 kHz～30 MHz全景頻譜監(jiān)測功能

2.2.2.2 電波參數(shù)測量功能

系統(tǒng)支持包括頻率、功率電平、帶寬等電波參數(shù)測量功能。

圖6 電波參數(shù)測量功能

2.2.2.3 TDOA定位功能

系統(tǒng)具備TDOA定位功能，筆者利用系統(tǒng)中的三臺接收機(jī)對17815 kHz進(jìn)行定位，定位位置為北馬里亞納群島，與實(shí)際發(fā)射位置相符。

2.2.2.4 解調(diào)解碼功能

系統(tǒng)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(diào)解碼。

圖7 解調(diào)解碼功能

2.2.2.5 數(shù)據(jù)采集存儲功能

系統(tǒng)能夠完成信號音頻、IQ數(shù)據(jù)采集，將數(shù)據(jù)存儲在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上，并支持用戶下載。

圖8 數(shù)據(jù)采集存儲功能

3 研究結(jié)論及建議

FlightAware監(jiān)測測向網(wǎng)絡(luò)及KiwiSDR無線電監(jiān)測系統(tǒng)均是采用價格低廉的軟件無線電接收機(jī)搭建而成的，能實(shí)現(xiàn)信號監(jiān)測分析、TDOA定位、解調(diào)解碼等功能，此類系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)上的興起和應(yīng)用，也為開展無線電監(jiān)測工作提供了一定的思考借鑒。

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

（2）軟件無線電監(jiān)測系統(tǒng)具有價格低廉、易于搭建等特點(diǎn)，可加強(qiáng)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(jiān)測測向系統(tǒng)應(yīng)用于重大活動保障活動中，確保重大活動用頻安全?！?/p>