業(yè)余無線電可讓你通過收聽廣播、追蹤飛行器和解碼信號(hào)來探索無線通信的奧秘。然而,傳統(tǒng)的業(yè)余無線電設(shè)備往往價(jià)格高昂且體積龐大,不易獲取。我將向你展示如何利用樹莓派以經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的方式踏入業(yè)余無線電領(lǐng)域。
借助樹莓派和RTL-SDR或HackRF等硬件,你可以接收信號(hào)、追蹤飛行器和船只、解碼傳輸內(nèi)容,甚至在配備適當(dāng)硬件并獲得許可的情況下進(jìn)行發(fā)射。
本指南將指導(dǎo)你如何為業(yè)余無線電配置樹莓派,從選擇合適的硬件到安裝必要的軟件。學(xué)完本指南,你將擁有一個(gè)功能完備的系統(tǒng),隨時(shí)準(zhǔn)備探索無線電波的世界!
目錄
什么是業(yè)余無線電(HAM Radio)?
開啟業(yè)余無線電之旅所需物品
在樹莓派上嘗試業(yè)余無線電的酷炫創(chuàng)意
什么是業(yè)余無線電(HAM Radio)?
業(yè)余無線電,又稱HAM radio,指的是非專業(yè)人員使用的任何無線電臺(tái)。它是一項(xiàng)廣受歡迎的愛好,許多科技愛好者出于各種原因打造自己的無線電臺(tái)。例如,有些人喜歡追蹤航班或船只,有些人想收聽調(diào)頻(FM)廣播頻譜,還有些人則偏好使用它進(jìn)行簡(jiǎn)單的無線電通信。
在科技愛好者中,有幾款業(yè)余無線電設(shè)備頗受歡迎,如RTL-SDR和HackRF。這些是軟件定義無線電(SDR)設(shè)備。這意味著它們是功能完備的無線電設(shè)備,其中心頻率和帶寬等特性可通過軟件命令在運(yùn)行時(shí)進(jìn)行調(diào)整,因此用途廣泛。
在樹莓派上開展業(yè)余無線電項(xiàng)目雖然鮮為人知,但卻是切實(shí)可行的。得益于其便攜性,樹莓派是與SDR設(shè)備搭配的理想之選。這些設(shè)備通常通過樹莓派的USB端口連接,并配有詳盡的驅(qū)動(dòng)程序設(shè)置說明。
開啟業(yè)余無線電之旅所需物品
在開始設(shè)置業(yè)余無線電之前,需考慮一些關(guān)鍵事項(xiàng),如選擇正確的SDR設(shè)備并安裝必要的驅(qū)動(dòng)程序。
選擇適合你的SDR
市面上有多種SDR設(shè)備可供選擇。雖然它們形狀和大小各異,但大致可分為兩大類:
RTL-SDRs
這些是通用SDR設(shè)備,有多種變體。
僅可用于接收(不能發(fā)射)。
帶寬有限,約為2.4 MHz(部分較新設(shè)備帶寬可達(dá)3.2 MHz)。
由于變體眾多,市場(chǎng)上也存在許多假冒SDR設(shè)備,其性能不如廣告宣傳(因散熱性能不佳)。
HackRF
HackRF設(shè)備是更為專業(yè)的設(shè)備。
既可用于接收,也可用于發(fā)射。發(fā)射需根據(jù)你所在位置/國(guó)家的監(jiān)管機(jī)構(gòu)獲得特定許可。
提供更寬的帶寬,最高可達(dá)20MHz。
然而,與RTL SDR設(shè)備相比,HackRF設(shè)備價(jià)格相對(duì)較高。
除了RTL-SDR和HackRF外,還有幾種專門的業(yè)余無線電設(shè)備,如LimeSDR、Adalm-Pluto和AirSpy。然而,對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)景而言,RTL-SDR已足夠使用;如果你既需要發(fā)射也需要接收,或者你的項(xiàng)目需要更大的帶寬,則可以使用HackRF。
設(shè)置樹莓派以連接RTL SDR
購(gòu)買SDR設(shè)備后,你可以從安裝必要的驅(qū)動(dòng)程序并將SDR連接到樹莓派開始。要使用樹莓派安裝RTL SDR設(shè)備,請(qǐng)按照以下步驟操作:
使用最新的樹莓派操作系統(tǒng)鏡像設(shè)置你的樹莓派(你可以使用本指南)。
使用以下命令確保你的設(shè)備是最新的:
sudo aptupdate&&sudo aptfull-upgrade
使用包管理器安裝RTL SDR驅(qū)動(dòng)程序:
sudoapt install rtl-sdr
將你的RTL SDR加密狗連接到樹莓派。
使用以下命令驗(yàn)證連接:
rtl_test
就這樣,在樹莓派上設(shè)置RTL SDR就是這么簡(jiǎn)單。如果你使用的是HackRF One而非RTL SDR,則可以使用以下命令安裝你的設(shè)備:
sudoapt install hackrf
然后,你可以使用其官方文檔頁(yè)面上的命令來驗(yàn)證和測(cè)試你的設(shè)備。
在樹莓派上嘗試業(yè)余無線電的酷炫創(chuàng)意
設(shè)置好業(yè)余無線電后,讓我們來看看你可以用我們的便攜式無線電嘗試的一些酷炫項(xiàng)目。
GQRX:分析完整頻譜
GQRX是一款基于GNU Radio和QT SDK的開源SDR接收器軟件。它能分析完整的射頻(RF)頻譜,包括普通調(diào)頻(FM)以及SDR設(shè)備范圍內(nèi)的其他頻率。
GQRX可輕松安裝在樹莓派操作系統(tǒng)上。
只需進(jìn)入主菜單>首選項(xiàng)>添加/刪除軟件并搜索即可。
安裝完成后,可從主菜單>聲音與視頻>Gqrx啟動(dòng)。
選擇設(shè)備和設(shè)置后,你將看到GQRX的主界面。
GQRX的主顯示界面展示了頻率頻譜和水瀑圖。右側(cè)菜單允許你配置中心頻率、增益、靜噪和音頻輸出等設(shè)置。
GQRX簡(jiǎn)單直觀且功能強(qiáng)大。它可以使用連接的設(shè)備或先前保存的原始頻譜數(shù)據(jù)來分析寬頻調(diào)頻(WBFM)、窄頻調(diào)頻(NBFM)、調(diào)幅(AM)或原始IQ。輸出可通過耳機(jī)或揚(yáng)聲器本地收聽、保存為錄音或通過用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議(UDP)進(jìn)行流傳輸。
這是一款出色的軟件,強(qiáng)烈推薦給任何想要學(xué)習(xí)業(yè)余無線電并熟悉射頻頻譜的人。
Flight Radar 24:追蹤航班數(shù)據(jù)
FlightRadar24是一個(gè)全球航班追蹤系統(tǒng)。它由連接到網(wǎng)絡(luò)并擁有自己的廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視(ADS-B)接收器的人們組成。你可以將你的樹莓派和業(yè)余無線電變成一個(gè)ADS-B接收器,并連接到FlightRadar24網(wǎng)絡(luò),以監(jiān)控商業(yè)航空公司數(shù)據(jù)。
開始使用FlightRadar24的最簡(jiǎn)單方法是使用其網(wǎng)站上的預(yù)構(gòu)建鏡像文件。
https://www.flightradar24.com/build-your-own
或者,你可以通過在其網(wǎng)站上創(chuàng)建你的FlightRadar24 ID,然后在終端中運(yùn)行以下代碼,將FlightRadar24軟件安裝到你現(xiàn)有的樹莓派鏡像上:
sudo bash -c"$(wget -O - http://repo.feed.flightradar24.com/install_fr24_rpi.sh)"
然后,你可以使用以下命令確認(rèn)你的ADS-B接收器已連接到FlightRadar24網(wǎng)絡(luò):
fr24feed-status
然后,你可以前往FlightRadar24網(wǎng)站并使用你的ID登錄,以追蹤你附近的所有商業(yè)航班。
https://www.flightradar24.com/
你還可以通過導(dǎo)航到以下網(wǎng)址,在任何連接到同一網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)上本地訪問FlightRadar24儀表板:
http://:8754
在這里,你可以查看你自己的ADS-B接收器正在追蹤并與全球FlightRadar24網(wǎng)絡(luò)共享的商業(yè)航班信息:
如果你是一位狂熱的航空愛好者,那么使用樹莓派和業(yè)余無線電通過FlightRadar24追蹤商業(yè)航班數(shù)據(jù)是一個(gè)易于設(shè)置的項(xiàng)目。
如果你正在尋找一個(gè)不通過FlightRadar24全球網(wǎng)絡(luò)共享信息的本地ADS-B接收器,你也可以嘗試他們GitHub頁(yè)面上的dump1090程序。
RTL AIS:追蹤你周圍的船只
船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)(AIS)是船只在海上相互識(shí)別的通信協(xié)議。如果你住在港口或海岸線附近,使用樹莓派和業(yè)余無線電,我們也可以接收正在傳輸?shù)腁IS數(shù)據(jù)包。
為此,我們需要兩款軟件程序。首先,我們需要軟件來捕獲和解碼AIS數(shù)據(jù)包。這可以使用RTL AIS軟件完成。這是一款開源軟件,其詳細(xì)信息(包括安裝步驟)可在其官方GitHub頁(yè)面上找到。
https://github.com/dgiardini/rtl-ais
安裝完成后,只需在終端中運(yùn)行以下命令即可運(yùn)行:
./rtl_ais
現(xiàn)在,我們需要繪圖軟件來顯示接收到的信息。你可以使用OpenCPN來完成這一任務(wù)。這是一款免費(fèi)軟件,可從其網(wǎng)站下載。
安裝完成后,你可以連接你的OpenCPN以通過用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議(UDP)端口10110接收數(shù)據(jù),你應(yīng)該能夠看到你的業(yè)余無線電捕獲的你附近的所有海上交通信息。
使用業(yè)余無線電和樹莓派構(gòu)建的AIS接收器可以是海員可用昂貴AIS接收器的有效且經(jīng)濟(jì)的替代品。
即使你不是海員,如果你住在海上交通繁忙的地區(qū),擺弄RTL AIS庫(kù)也可以是一個(gè)有趣的愛好。
OpenWebRx:通過網(wǎng)絡(luò)共享你的業(yè)余無線電
OpenWebRx是另一款像GQRX一樣的頻譜分析儀。它提供了GQRX的所有功能;然而,它不是在本地運(yùn)行,而是在連接到網(wǎng)絡(luò)的任何計(jì)算機(jī)上的網(wǎng)頁(yè)上運(yùn)行。
這使得這款軟件非常便捷,并最大限度地提高了樹莓派和SDR的便攜性。
你可以從他們的網(wǎng)站獲取鏡像,并使用樹莓派成像儀進(jìn)行安裝。
或者,你可以使用Debian軟件包在你現(xiàn)有的樹莓派操作系統(tǒng)上安裝它。為此,你可以在終端中運(yùn)行以下命令(逐個(gè)執(zhí)行):
sudo suwget-O/usr/share/keyrings/openwebrx.gpg https://repo.openwebrx.de/openwebrx.gpgecho"deb [signed-by=/usr/share/keyrings/openwebrx.gpg] https://repo.openwebrx.de/debian/ experimental main">/etc/apt/sources.list.d/openwebrx-experimental.listapt-getupdateapt-getinstall openwebrxsu
你可以使用systemctl命令驗(yàn)證openwebrx是否已安裝并成功運(yùn)行:
sudosystemctl status openwebrx
安裝完成后,你可以通過在與你的樹莓派同一網(wǎng)絡(luò)上的任何一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)上導(dǎo)航到以下鏈接,在網(wǎng)頁(yè)瀏覽器中運(yùn)行OpenWebRX界面:
http://:8073
OpenWebRx的界面與GQRX和其他SDR接收器軟件非常相似。它具有一個(gè)基于水瀑圖的頻譜圖和右下角的無線電控制選項(xiàng)。
你可以使用右上角的“設(shè)置”菜單(齒輪圖標(biāo))訪問更多高級(jí)設(shè)置并修改接收器參數(shù)。
OpenWebRx提供的功能與GQRX非常相似。關(guān)鍵區(qū)別在于OpenWebRx為你提供了通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程使用業(yè)余無線電的靈活性(GQRX可以配置為在網(wǎng)絡(luò)上類似地工作,但這不是默認(rèn)的操作方式)。
GNU Radio:設(shè)計(jì)你自己的無線電
GNU Radio是一款免費(fèi)的軟件開發(fā)工具包(SDK),可用于設(shè)計(jì)信號(hào)處理流程圖。它可以將你的RTL SDR或HackRF設(shè)備作為輸入源納入其流程圖中,以開發(fā)你自己的業(yè)余無線電算法。
安裝GNU Radio非常簡(jiǎn)單。你可以使用以下命令從官方存儲(chǔ)庫(kù)安裝:
sudoapt install gnuradio
然后,你可以通過導(dǎo)航到主菜單>編程>GNU Radio Companion來打開它。
在GNU Radio Companion中,你可以設(shè)計(jì)流程圖以開發(fā)一種算法,用于接收你的RTL SDR或HackRF設(shè)備上的任何數(shù)據(jù)。例如,在下圖中,我們開發(fā)了一個(gè)簡(jiǎn)單的調(diào)頻(FM)無線電接收器,它可以調(diào)諧到任何廣播調(diào)頻(FM)頻道,進(jìn)行解調(diào),并將音頻播放到你的揚(yáng)聲器。
當(dāng)你運(yùn)行這個(gè)流程圖時(shí),GNU Radio將創(chuàng)建你自己的基于QT的圖形用戶界面(GUI)應(yīng)用程序調(diào)頻(FM)無線電接收器。
GNU Radio一開始可能有些難度。然而,他們的維基和開源社區(qū)上有許多出色的教程可供你入門。
https://wiki.gnuradio.org/index.php/Main_Page
一旦你掌握了它,GNU Radio就是擺弄你的樹莓派和業(yè)余無線電設(shè)置的絕佳工具。它也可以是一個(gè)出色的學(xué)習(xí)工具。本文中提到的大多數(shù)應(yīng)用程序都使用了GNU Radio庫(kù);例如,GQRX就是使用GNU Radio SDK構(gòu)建的。
如你所見,你的業(yè)余無線電可以以多種創(chuàng)意方式使用。RTL SDR或HackRF是所有電子愛好者必備的設(shè)備,而樹莓派則是它們的理想搭檔。
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