软件无线电在无线电监测领域中的应用

陈钰羽，董城愿，陈 棋

（国家无线电监测中心云南监测站，云南 昆明 650031）

1 软件无线电工作原理

软件无线电，就是采用软件数字信号处理技术，在可编程控制的通用硬件平台上，利用软件来实现无线电台的各部分功能，包括前端接收、中频处理以及调制解调等，都由软件编程来完成。相较于传统硬件无线电接收机，其具有很强的兼容性、可拓展性、开放性[1]。如图1、图2所示。

图1 传统硬件无线电接收机

图2 软件无线电监测工作原理框图

2 现有软件无线电在无线电监测领域应用情况

随着软件无线电技术的快速兴起，软件无线电设备在市场上种类很多，如USRP系列、Airspy系列、SDRplay系列、KiwiSDR、FlightFeeder、WR-G33DC等产品。软件无线电产品主要可分为两类，一类是高性价比，深受无线电爱好者喜爱；另一类是高性能指标，此类设备广泛应用于移动通信或是无线电监测等领域。

针对本文重点研究软件无线电在无线电监测领域的应用，无线电管理部门主要采用高性能指标的WRG33DC等设备作为独立的监测接收机，高性价比的软件接收机使用较少。然而高性价比的FlightFeeder、KiwiSDR已经在网络上形成了可数据共享的监测测向网络，分别为航空无线电爱好者、无线电爱好者提供了精准的航空飞行数据及良好的信号监测平台，为此，下文主要介绍FlightAware、KiwiSDR两种监测测向网络，可为无线电管理部门开展无线电监测工作提供借鉴。

2.1 FlightAware监测测向网络[2]

FlightAware主要用于向用户提供准确的飞机飞行跟踪数据。该网络中包含20 000多个地面ADS-B及Mode S接收器，接收器主要类型为Flightfeeder、PiAware、Raspberry等，用户可以通过网站免费申请Flightfeeder接收器，或者使用用户自有的PiAware、Raspberry接收器加入该网络实现数据共享。接收器通过接收飞机上配备的ADS-B应答机信号，来识别飞机识别码以及三维位置信号（纬度、经度、高度），并将信号实时传送至FlightAware，FlightAware将汇集数据并提供航班跟踪数据和接口。针对未配备ADS-B的飞机，可以通过三个及以上的地面接收器接收飞机装配的Mode S应答机信号（近100%的飞机都配备有Mode S），并利用TDOA工作原理对飞机进行跟踪定位，从而向用户提供航班追踪数据。类似的还有VariFlight等网站，也是通过相同的工作机制，为用户提供航班追踪数据。

2.2 KiwiSDR短波监测测向系统[3]

如图3所示，KiwiSDR短波监测测向系统具备频谱监测、信号监听、信号解调、IQ数据采集、TDOA定位、用户自定义台站数据库等功能。系统对全球所有人员免费开放，支持手机端及PC端的各类浏览器进行访问。任何用户可对注册在线的所有接收机进行随意访问和使用（目前该系统接收机在线数量多达669台，400台具备TDOA功能），可通过访问网址随时随地获取频谱数据、开展信号监测定位。KiwiSDR接收机工作频段为10 kHz～30 MHz，配有GPS天线，价格低廉。也可以通过在前端增加带通滤波器使其应用于118～132 MHz频段，如图4所示。现有大多数软件无线电接收机都要基于特定操作系统上的操作软件才能实现原始IQ数据采集，而该接收机可作为独立设备完成数据采集、信号分析等功能，也可以通过网址访问实现监测功能的联网共享使用。同一台接收机最多可支持8个用户同时在线使用。

图3 KiwiSDR 接收机

图4 KiwiSDR拓展接收系统（118～132 MHz）

2.2.1 工作原理

KiWiSDR是软件定义的无线电附接到一个Seeed BeagleBone（BBG）的嵌入式计算机，包括BBG、GPS天线和外壳，并且预装在BBG上的软件。其中，BBG是专为开发者和业余爱好者设计的、低成本、开源、社区支持的开发系统。用户可通过远程访问KiWiSDR自身具备的各种功能，通过集成解码器和到达时间差（TDOA）信号定位等扩展程序，实现数据解码和TDOA定位功能。

2.2.2 典型功能展示

2.2.2.1 全景频谱监测功能

图5 10 kHz～30 MHz全景频谱监测功能

2.2.2.2 电波参数测量功能

系统支持包括频率、功率电平、带宽等电波参数测量功能。

图6 电波参数测量功能

2.2.2.3 TDOA定位功能

系统具备TDOA定位功能，笔者利用系统中的三台接收机对17815 kHz进行定位，定位位置为北马里亚纳群岛，与实际发射位置相符。

2.2.2.4 解调解码功能

系统支持AM、SAM、NBFM、DRM、LSB、

USB、CW、FSK、FT8、FAX、PSK31、CIS-12、XSQ、MWARA SP、HFDL、SITTOR tone、STANAG4529、PACTOR等多种信号解调解码。

图7 解调解码功能

2.2.2.5 数据采集存储功能

系统能够完成信号音频、IQ数据采集，将数据存储在网络服务器上，并支持用户下载。

图8 数据采集存储功能

3 研究结论及建议

FlightAware监测测向网络及KiwiSDR无线电监测系统均是采用价格低廉的软件无线电接收机搭建而成的，能实现信号监测分析、TDOA定位、解调解码等功能，此类系统在网络上的兴起和应用，也为开展无线电监测工作提供了一定的思考借鉴。

（1）类似于KiwiSDR的无线电监测测向系统可作为传统短波监测测向系统的有效补充，尤其是在同频信号分析定位、远距离监测定位等方面，可有效弥补传统短波监测测向系统在同频信号定位难、远距离定位精度不高等方面的缺陷。

（2）软件无线电监测系统具有价格低廉、易于搭建等特点，可加强其在城市周边的部署，将有助于提升快速干扰查找能力。同时也可搭建临时软件无线电监测测向系统应用于重大活动保障活动中，确保重大活动用频安全。■