软件无线电平台

GNURadio伟德国际1946娱乐场软件无线电框架提供了全面的对各种通信系统常用的信号处理模块,并提供了完整的信号开发模块,并已经形成完善良好的伟德国际1946娱乐场生态环境。但由于长久以来没有价格平易近人的硬件外设方案,使得GNURadio的学习门槛较高。HackRF的出现将使得伟德国际1946娱乐场软件无线电被大众普遍认识提供了可能。
HackRF是一款历史上首次从软件、固件、电路原理图和PCB板图完全伟德国际1946娱乐场而毫无保留的软件无线电平台,可以覆盖10MHz – 6GHz,已经在kickstarter上成功融资。将会使得更多的软件工程师、Linux黑客们获得直接操作无线电波的可能。同时,对无线信号的安全分析也将会成为人们关注的新领域。
在当今的时代中,需要培养更多的电子战专家。但是,由于电子战所需要的广泛的通信知识和技术,导致了培训出大量电子战专家是非常困难的。伟德国际1946娱乐场软件无线电平台的出现,能够有效地解决这一问题。

 

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雷达告警接收机

许多雷达告警接收机(RWR)系统是基于一个宽频响的晶体检波器。下图展示了一个用GNURadio Companion搭建的简单雷达告警接收机的框图。模块中的晶体检波器将复数转换成为信号的幅值。为了便于理解RWR模型的操作,框图同时输出频域和时域的信息。

上图的运行结果在下图中显示。Scope Plot中以绿色显示了时域的信号,以蓝色表示阈值检测器的输出。FFT的图中以绿色表示实时的频谱,以蓝色表示了maxhold之后的频谱。


从频谱图中,能够清晰地观察到两个强的发射机和几个弱一些的发射机产生的信号。在时域曲线的右半部分中,能够清晰地看到两个相邻的脉冲。左半部分的更难于辨别,因为信号是从不只一个发射机里发出的。因此这个系统同时也能说明为什么一个上述的wide-open的接收机在解析多个连续信号是有困难的。

信道化接收机

信道化接收机和上述的基于晶时域图体检波器的雷达告警系统是类似的,但是加入了一些滤波器,这些滤波器能够将接收到的频带分割成一系列小的频道。下图展示了一个使用GNURadio Companion搭建的信道化接收机的模型及其运行时的界面。


从图中可以看出,本系统比上述基于晶体检波器的雷达告警系统复杂一些。雷达告警系统覆盖了整个2.4MHz的带宽,而信道化接收机模型有5个200kHz的滤波器,因此只能覆盖1MHz的带宽。
本示例中的频谱和上一个示例中的频谱是相似的,因为在它们考察的是同一频带。在时域曲线中清楚地表明了信道滤波器如何能够隔离单个通道。重要的是,Channel 2中的弱的发射(绿色曲线)从3.5ms的位置可以开始被轻微地观察到,即使存在Channel 4(紫色曲线)这样的大的连续发射 - 这清楚地表明了信道化接收机的主要优势之一。将图2和图4作对比之后能看出,在信道化接收机的每个信道的噪声被降低,因为可以清楚地看到在Channel 1(蓝色曲线)和Channel 2(绿色曲线)中存在的弱信号发射。
于是,我们就浅显易懂地演示了一个信道化接收机是如何通过使用过滤器抑制了带外噪声,从而获得了更高的接收灵敏度。

能量探测

本示例旨在搭建一个纯模拟的环境,给学生提供一个针对理论概念的直观的交互实验。GNURadio Companion以它的图形化快速开发能力,能够使得用户能敏捷地搭建、修改通信链路,从而让用户能快速地修改通信系统的不同架构及参数并直观地获得相应的实验结果。
下面是一个能量检测的框图。使用复数-幅度平方的转换模块,来将输入信号换算成能量,并且使用一个滑动平均模块来将能量对时间积分。并且我们加入了三个GUI Slider滑块,从而可以在程序运行过程中实时地调整阈值、噪声幅度以及积分所需的采样数目。程序执行过程中,上述三个参数改动之后,可以在结果中实时地看到反馈。

下面第一张图,以绿色表示时域的信号,以蓝色表示阈值检测器。第二张图表示了检测器的输出直方图。

 

参考文献

[1] Electronic-Warfare Training Using Low-Cost Software-Defined Radio Platforms VIII_2