Визначення напрямку на джерело радіовипромінювання за допомогою двоканального SDR приймача

Abstract

Тема радіопеленгації є вкрай широкою та складною, оскільки має застосування у багатьох сферах життя, від побутових до промислових. Попри велику кількість можливих систем та їхнього призна-чення, існують доступні рішення, що дозволяють почати дослідження цієї галузі радіотехніки та обробки сигналів, а також можуть слугувати основою для подальшої розробки спеціалізованої сис-теми. Таким рішенням є SDR трансивери та приймачі. Software-defined radio — це радіотехнічні при-строї, що містять в собі необхідні компоненти для оцифровування прийнятих сигналів (у випадку приймачів), та відтворення заданого сигналу (передача, у випадку трансиверів). Конструктивно ці пристрої містять гетеродин для переносу сигналів у частотному діапазоні, а також АЦП/ЦАП для прийому та передачі відповідно. У роботі реалізовано систему визначення напрямку до джерела сигналу радіовежі FM діапазону на основі двоканального SDR приймача та персонального комп’ютера. Визначення напрямку на джерела сигналу виконано за допомогою алгоритму MUSiC. Для реалізації оброблення сигналу використано програмні рішення GNU Radio та Matlab. Обидві програми широко застосовуються для обробки сиг-налів. Особливістю GNU Radio є графічний редактор блоків, за допомогою яких здійснюється прийом, обробка, зберігання та передавання сигналів. Matlab відомий своєю універсальністю та застосову-ється у багатьох сферах окрім радіотехніки. Його використання в цій роботі зумовлено зручною роботою з матрицями, а тому алгоритм MUSiC розглянуто детально і реалізовано відповідно до опису. Алгоритм MUSiC належить до методів оцінювання напрямків на джерело радіовипромінювання за максимуму просторового спектра потужності прийнятого сигналу. Перевагою алгоритму MUSiC серед інших популярних методів оцінки DOA (direction of arrival) є дієздатність навіть за від’ємного співвідношення сигнал-шум. Результатом виконаного дослідження на реалізованій установці є визна-чення пеленгу на радіовежу в умовах міської забудови. Дослідження виконувалось шляхом аналізу сиг-налу від радіостанції FM діапазону на частоті 100,6 МГц. Похибка визначення напрямку на джерело радіосигналу склала 6 градусів.

The topic of radio direction finding is quite broad and complex, as it has applications in many areas of life, from domestic to industrial. Despite the large number of possible systems and their purposes, there are accessible solutions which allow starting research in this field of radio engineering and signal processing and can also serve as a basis for further develop-ment of specialized systems. One of such solutions is SDR transceivers and receivers. Software-defined radio is a radio-electronic device that contains all the necessary components for digitizing received signals (in case of receivers) and repro-ducing a specified signal (transmission, in case of transceivers). Structurally, these devices contain a heterodyne for signal shifting in the frequency range, as well as ADC/DAC for reception and transmission, respectively. This work implements a system for determining the direction to the source of a FM radio signal based on a dual-channel SDR receiver and a per-sonal computer. Direction finding is performed using the MUSiC algorithm. GNU Radio and Matlab software solutions are used for signal processing. Both programs are widely used in digital signal processing. The GNU Radio is unique because of its graphical block editor that is used for signal reception, processing, storage, and transmission. Matlab is known for its versatility and is used in many areas besides radio technology. It’s use in this work is justified by its convenient handling of matrices, and therefore the MUSiC algorithm was presented in detail and implemented accordingly. The MUSiC algorithm belongs to methods for estimating directions to the source of radio emissions by maximizing the spatial power spectrum of the received signal. The advantage of the MUSiC algorithm over other popular DOA (direction of arrival) estimation methods is its effectiveness even in negative signal-to-noise ratios. The result of the research on the implemented setup is the deter-mination of the azimuth to the radio tower in urban conditions. The research was carried out by analyzing the signal from an FM radio station at a frequency of 100.6 MHz. The error in determining the direction to the radio signal source was 6 de-grees.