业余无线电可让你通过收听广播、追踪飞行器和解码信号来探索无线通信的奥秘。然而,传统的业余无线电设备往往价格高昂且体积庞大,不易获取。我将向你展示如何利用树莓派以经济实惠的方式踏入业余无线电领域。
借助树莓派和RTL-SDR或HackRF等硬件,你可以接收信号、追踪飞行器和船只、解码传输内容,甚至在配备适当硬件并获得许可的情况下进行发射。
本指南将指导你如何为业余无线电配置树莓派,从选择合适的硬件到安装必要的软件。学完本指南,你将拥有一个功能完备的系统,随时准备探索无线电波的世界!
目录
什么是业余无线电(HAM Radio)?
开启业余无线电之旅所需物品
在树莓派上尝试业余无线电的酷炫创意
什么是业余无线电(HAM Radio)?
业余无线电,又称HAM radio,指的是非专业人员使用的任何无线电台。它是一项广受欢迎的爱好,许多科技爱好者出于各种原因打造自己的无线电台。例如,有些人喜欢追踪航班或船只,有些人想收听调频(FM)广播频谱,还有些人则偏好使用它进行简单的无线电通信。
在科技爱好者中,有几款业余无线电设备颇受欢迎,如RTL-SDR和HackRF。这些是软件定义无线电(SDR)设备。这意味着它们是功能完备的无线电设备,其中心频率和带宽等特性可通过软件命令在运行时进行调整,因此用途广泛。
在树莓派上开展业余无线电项目虽然鲜为人知,但却是切实可行的。得益于其便携性,树莓派是与SDR设备搭配的理想之选。这些设备通常通过树莓派的USB端口连接,并配有详尽的驱动程序设置说明。
开启业余无线电之旅所需物品
在开始设置业余无线电之前,需考虑一些关键事项,如选择正确的SDR设备并安装必要的驱动程序。
选择适合你的SDR
市面上有多种SDR设备可供选择。虽然它们形状和大小各异,但大致可分为两大类:
RTL-SDRs
这些是通用SDR设备,有多种变体。
仅可用于接收(不能发射)。
带宽有限,约为2.4 MHz(部分较新设备带宽可达3.2 MHz)。
由于变体众多,市场上也存在许多假冒SDR设备,其性能不如广告宣传(因散热性能不佳)。
HackRF
HackRF设备是更为专业的设备。
既可用于接收,也可用于发射。发射需根据你所在位置/国家的监管机构获得特定许可。
提供更宽的带宽,最高可达20MHz。
然而,与RTL SDR设备相比,HackRF设备价格相对较高。
除了RTL-SDR和HackRF外,还有几种专门的业余无线电设备,如LimeSDR、Adalm-Pluto和AirSpy。然而,对于大多数应用场景而言,RTL-SDR已足够使用;如果你既需要发射也需要接收,或者你的项目需要更大的带宽,则可以使用HackRF。
设置树莓派以连接RTL SDR
购买SDR设备后,你可以从安装必要的驱动程序并将SDR连接到树莓派开始。要使用树莓派安装RTL SDR设备,请按照以下步骤操作:
使用最新的树莓派操作系统镜像设置你的树莓派(你可以使用本指南)。
使用以下命令确保你的设备是最新的:
sudo aptupdate&&sudo aptfull-upgrade
使用包管理器安装RTL SDR驱动程序:
sudoapt install rtl-sdr
将你的RTL SDR加密狗连接到树莓派。
使用以下命令验证连接:
rtl_test
就这样,在树莓派上设置RTL SDR就是这么简单。如果你使用的是HackRF One而非RTL SDR,则可以使用以下命令安装你的设备:
sudoapt install hackrf
然后,你可以使用其官方文档页面上的命令来验证和测试你的设备。
在树莓派上尝试业余无线电的酷炫创意
设置好业余无线电后,让我们来看看你可以用我们的便携式无线电尝试的一些酷炫项目。
GQRX:分析完整频谱
GQRX是一款基于GNU Radio和QT SDK的开源SDR接收器软件。它能分析完整的射频(RF)频谱,包括普通调频(FM)以及SDR设备范围内的其他频率。
GQRX可轻松安装在树莓派操作系统上。
只需进入主菜单>首选项>添加/删除软件并搜索即可。
安装完成后,可从主菜单>声音与视频>Gqrx启动。
选择设备和设置后,你将看到GQRX的主界面。
GQRX的主显示界面展示了频率频谱和水瀑图。右侧菜单允许你配置中心频率、增益、静噪和音频输出等设置。
GQRX简单直观且功能强大。它可以使用连接的设备或先前保存的原始频谱数据来分析宽频调频(WBFM)、窄频调频(NBFM)、调幅(AM)或原始IQ。输出可通过耳机或扬声器本地收听、保存为录音或通过用户数据报协议(UDP)进行流传输。
这是一款出色的软件,强烈推荐给任何想要学习业余无线电并熟悉射频频谱的人。
Flight Radar 24:追踪航班数据
FlightRadar24是一个全球航班追踪系统。它由连接到网络并拥有自己的广播式自动相关监视(ADS-B)接收器的人们组成。你可以将你的树莓派和业余无线电变成一个ADS-B接收器,并连接到FlightRadar24网络,以监控商业航空公司数据。
开始使用FlightRadar24的最简单方法是使用其网站上的预构建镜像文件。
https://www.flightradar24.com/build-your-own
或者,你可以通过在其网站上创建你的FlightRadar24 ID,然后在终端中运行以下代码,将FlightRadar24软件安装到你现有的树莓派镜像上:
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确认你的ADS-B接收器已连接到FlightRadar24网络:
fr24feed-status
然后,你可以前往FlightRadar24网站并使用你的ID登录,以追踪你附近的所有商业航班。
https://www.flightradar24.com/
你还可以通过导航到以下网址,在任何连接到同一网络的计算机上本地访问FlightRadar24仪表板:
http://:8754
在这里,你可以查看你自己的ADS-B接收器正在追踪并与全球FlightRadar24网络共享的商业航班信息:
如果你是一位狂热的航空爱好者,那么使用树莓派和业余无线电通过FlightRadar24追踪商业航班数据是一个易于设置的项目。
如果你正在寻找一个不通过FlightRadar24全球网络共享信息的本地ADS-B接收器,你也可以尝试他们GitHub页面上的dump1090程序。
RTL AIS:追踪你周围的船只
船舶自动识别系统(AIS)是船只在海上相互识别的通信协议。如果你住在港口或海岸线附近,使用树莓派和业余无线电,我们也可以接收正在传输的AIS数据包。
为此,我们需要两款软件程序。首先,我们需要软件来捕获和解码AIS数据包。这可以使用RTL AIS软件完成。这是一款开源软件,其详细信息(包括安装步骤)可在其官方GitHub页面上找到。
https://github.com/dgiardini/rtl-ais
安装完成后,只需在终端中运行以下命令即可运行:
./rtl_ais
现在,我们需要绘图软件来显示接收到的信息。你可以使用OpenCPN来完成这一任务。这是一款免费软件,可从其网站下载。
安装完成后,你可以连接你的OpenCPN以通过用户数据报协议(UDP)端口10110接收数据,你应该能够看到你的业余无线电捕获的你附近的所有海上交通信息。
使用业余无线电和树莓派构建的AIS接收器可以是海员可用昂贵AIS接收器的有效且经济的替代品。
即使你不是海员,如果你住在海上交通繁忙的地区,摆弄RTL AIS库也可以是一个有趣的爱好。
OpenWebRx:通过网络共享你的业余无线电
OpenWebRx是另一款像GQRX一样的频谱分析仪。它提供了GQRX的所有功能;然而,它不是在本地运行,而是在连接到网络的任何计算机上的网页上运行。
这使得这款软件非常便捷,并最大限度地提高了树莓派和SDR的便携性。
你可以从他们的网站获取镜像,并使用树莓派成像仪进行安装。
或者,你可以使用Debian软件包在你现有的树莓派操作系统上安装它。为此,你可以在终端中运行以下命令(逐个执行):
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命令验证openwebrx是否已安装并成功运行:
sudosystemctl status openwebrx
安装完成后,你可以通过在与你的树莓派同一网络上的任何一台个人计算机(PC)上导航到以下链接,在网页浏览器中运行OpenWebRX界面:
http://:8073
OpenWebRx的界面与GQRX和其他SDR接收器软件非常相似。它具有一个基于水瀑图的频谱图和右下角的无线电控制选项。
你可以使用右上角的“设置”菜单(齿轮图标)访问更多高级设置并修改接收器参数。
OpenWebRx提供的功能与GQRX非常相似。关键区别在于OpenWebRx为你提供了通过网络远程使用业余无线电的灵活性(GQRX可以配置为在网络上类似地工作,但这不是默认的操作方式)。
GNU Radio:设计你自己的无线电
GNU Radio是一款免费的软件开发工具包(SDK),可用于设计信号处理流程图。它可以将你的RTL SDR或HackRF设备作为输入源纳入其流程图中,以开发你自己的业余无线电算法。
安装GNU Radio非常简单。你可以使用以下命令从官方存储库安装:
sudoapt install gnuradio
然后,你可以通过导航到主菜单>编程>GNU Radio Companion来打开它。
在GNU Radio Companion中,你可以设计流程图以开发一种算法,用于接收你的RTL SDR或HackRF设备上的任何数据。例如,在下图中,我们开发了一个简单的调频(FM)无线电接收器,它可以调谐到任何广播调频(FM)频道,进行解调,并将音频播放到你的扬声器。
当你运行这个流程图时,GNU Radio将创建你自己的基于QT的图形用户界面(GUI)应用程序调频(FM)无线电接收器。
GNU Radio一开始可能有些难度。然而,他们的维基和开源社区上有许多出色的教程可供你入门。
https://wiki.gnuradio.org/index.php/Main_Page
一旦你掌握了它,GNU Radio就是摆弄你的树莓派和业余无线电设置的绝佳工具。它也可以是一个出色的学习工具。本文中提到的大多数应用程序都使用了GNU Radio库;例如,GQRX就是使用GNU Radio SDK构建的。
如你所见,你的业余无线电可以以多种创意方式使用。RTL SDR或HackRF是所有电子爱好者必备的设备,而树莓派则是它们的理想搭档。
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