用KrakenSDR制作被动雷达

用电视天线和软件定义无线电监测空中物体。

提起与无线电有关的项目，我在纽约的家的确是个糟糕的实验地点。如果我们可以看到和听到无线电波，那么电子舞曲（EDM）狂欢派对会像一个剥夺感官的牢笼。大城市的无线电干扰无处不在。不过有一次我发现，我可以把这里的电磁信号“万花筒”优势用在被动雷达站项目上。

被动雷达与普通雷达不同，它不会发出脉冲信号并观察反射波，而会使用环境信号。例如，参考天线接收来自蜂窝塔的信号，同时监测天线调谐到相同的频率，并对参考信号和监测信号进行对比。如果检测到来自某个物体的反射，那么根据反射波到达监测天线的时间可得出距离。根据多普勒效应，频率的改变可反映物体的速度。

我对被动雷达感兴趣，是因为我想测试一款新的软件定义无线电（SDR）。从2006年以来，我一直在关注《科技纵览》中的业余SDR开发情况，当时SDR远远超出了创客的预算。最大的飞跃发生在2012年，当时人们发现，使用RTL2832U调解器芯片的U盘电视调谐器可以制作价格低但有效的SDR接收器。随后行业内掀起了一股SDR浪潮，并大幅刺激了需求，一些制造商开始价格相对较低的高品质SDR，其中就包括采用了更好支持器件和设计的基于RTLx的U盘电视调谐器，以及全新的接收器，如RSPDx。其中一些新SDR既可发送信号也可接收信号，例如HackRF One和Lime Mini。

我发现CrowdSupply提供399美元的KrakenSDR，当时我正在利用这些设备研究SDR。虽然它只能接收信号，但它拥有不止一两个调谐器，而是有5个调谐器。这些调谐器采用RTL R820T2/R860芯片，而这些硬件结合起来，能够自动实现彼此间的想干同步。

这意味着，可以将5个全向天线排成一个圆圈，通过观察传输信号何时到达每个天线来进行无线电测向。通常，业余爱好者测向时必须四面摆动定向天线，有时这样做是有困难的，例如在开车时就很难实现。

不过，KrakenSDR吸引了我。作为一种成本极低的无线电技术，KrakenSDR可以用来制作被动雷达。于是我下单了，下一步是寻找合适的天线。KrakenSDR的无线电设备制造商KrakenRF推荐使用定向八木电视天线，这有两个原因：首先，虽然KrakenSDR能够使用多种信号（包括调频广播和蜂窝塔传输），但数字电视信号时最适合的选择，这种信号非常均匀地分布在广播频道的频段，与多变的窄带调频电台信号不同（无线电设备制造商KrakenRF指出，如果一定要用调频信号，那么可以选择重金属电台，“因为重金属更接近白噪声”）；第二个原因是，定向天线指向远离参考源，这意味着它不太可能被参考信号淹没。

我订购了两个小巧轻便的19美元电视天线。便携性很重要，因为我要携带整个装置往返于我公寓楼的屋顶。我在城市郊区的特殊位置有很多优势：首先，这附近经常有纽约机场的飞机着陆和起飞，在空旷的背景下，移动的大型金属物体是很好的雷达探测对象；其次，从我家屋顶可以看到帝国大厦，我可以从塔尖发射的6个以上的电视频道中任意选择一个作为参考信号。

我的装备包括一个耐用的电池组、KrakenSDR、线缆和天线，以及一个树莓派4（用于处理来自SDR的数据）。KrakenSDR为树莓派提供SD卡映象，为该树莓派捆绑了一个已配置的操作系统，可与其预安装开源软件一起运行。它还为树莓派设置了一个有网页界面的Wi-Fi接入点。我非常希望有更多公司采用这种方法，因为安装开源软件时，试图精准复制开发系统环境往往是一件令人沮丧的事。即便你最终不在树莓派上安装KrakenSDR软件，拥有一个已知的可用设置也是有用的参考，更加便于测试硬件。

我将参考天线朝向了帝国大厦，将监测天线撤到我所在的建筑物楼梯间上层结构的后面。这是为了防止天线受到参考信号的影响，同时让自己也能避开风。使用网页界面内置的频谱分析仪检查天线馈入信号，我发现选择帝国大厦的传输塔作为无线电照射源是非常成功的，因为参考信号会使接收器饱和，默认增益设置为27分贝，我将其降为了2.7分贝。

不过，强烈的光意味着会有明亮的反射。我一只手将监测天线指向了阴沉的天空，用另一只手拿着手机。令人高兴的是，我立刻在速度与距离的雷达图上看到了一个光点，过了一会儿，一架喷气式飞机轰鸣而来。（该雷达图约每3秒更新一次。）回波很强，能够大大提高信号截止阈值，使雷达回波不受噪声和多架飞机带来的干扰。SDR取得了成功！

应该承认的是，我的被动雷达装置没有太多的日常价值。但它清晰明确地展示出价格低廉的SDR技术的发展程度和速度。

来源：悦智网 作者：Stephen Cass