ip雷达（一种低成本的无源雷达设计方案）

无源雷达的主要市场在军事、商用机场和飞行跟踪服务上。军用和商用都比较复杂而且昂贵。商业应用范围从个人项目到基于服务的订阅，这些应用大部分都要依赖译码ADS-B/Mode-S的应答数据，以辨别空中目标并确定其高度。当有效工作时，这种方法在空-地通讯中易被诱骗攻击。

本文旨在搭建一种可负担得起的可行方案，不依赖于询问-应答数据就可以得到飞机的精准位置。这种解决方案由各个接收机联合组成一个雷达网络，不像其他解决方案需运用ADS-B信号，本网络将精确运用多点定位(MLat)方法来确定飞机的位置。在本次设计的网络中，接收机即插即用，只需要一个以太网供电连接(Power of Ethernet, POE)就可以使用。

雷达技术自从二战开始以来就已经存在，传统雷达系统使用发射机来发射一个电磁波，然后接收目标回波，从而确定目标的位置。近年来，对无源雷达技术的研究日趋增加，无源雷达不发射信号，只运用已存在的目标的反射波来定位目标的位置。

为了探测隐形飞机，军方一直致力于研究无源雷达的解决方案，但是这些方案都是信号处理量非常大，且实施起来造价昂贵。有不少业余爱好者用无源接收机探测飞机的解决方案，但是为了解译接收到的数据，这些方案实施起来都运用到了外部网络，许多造价昂贵的设计也不是特别精确。

本设计目标：

1. 本项目每台接收机的造价100美元以下，不包含服务器和POE的费用

2. 本项目将达到至少50m的精度；

3. 在无用户操作的情况下，接收机网络可以保持时间精度并独立运行至少一周。

图1所示是连接到中央服务器的一个单独的接收机的模型图。每一个接收机都说是由以下几部分组成：接收飞机询问-应答信号的射频前端、捕捉GPS数据即秒脉冲信号的GPS单元、识别飞机询问-应答信号的操控单元、同时还包含给各个接收单元供电的供电单元。如图2所示，本次设计由一个通过以太网连接到中央服务器的4接收机网络组成，它可以部署到不同的地方。

射频前端

射频前端捕捉飞机的询问-应答信号(工作频率为1090MHz)，首先用低噪放进行放大，然后用带通滤波器滤除不必要的分量。

天线

天线捕捉信号，用半波长偶极子天线来实现。为了能够接收到来自各个方向的信号，需使用全向天线。使用多点定位技术确定位置，指向性将不是问题。要求：总插损＜7dB。

低噪放（LNA）

低噪声放大器在不改变信号信噪比太多的情况下对信号进行放大。要求1：噪声系数＜ 1dB；要求2：增益＞ 10dB

带通滤波器

带通滤波器将滤除所有不需要的频率分量（除了1090MHz）。要求1：总插损＜3dB；要求2: 3dB带宽＜30MHz

包络检波器

包络检波器对飞机问询-应答信号进行检波，并将有用信息输出(mode-s格式的开关键控信号)。要求：带宽＞1100MHz。

GPS

GPS单元用来采集接收机的位置，同时也为每一个接收机接收到的信号打上时间戳。要求：GPS组件应可以产生一个参考信号(秒脉冲信号)，应能向微型控制单元提供位置数据。

GPS天线与组件

GPS天线用来接收GPS信号。GPS组件解码GPS信号的位置信息并进行时间同步。这些数据序列将进入控制单元。定时模块也需要这个组件输出的秒脉冲信号。

定时模块

当收到飞机的问询-应答信号时，定时模块用来产生精准的时间戳。要求：200ns的时间戳精度。

微控制单元

微型控制单元负责时间跟踪，加时间戳，解译问询-应答信号，发送信号到服务器或者网页并进行管理(获得IP，找到服务器，重启/控制测试)。要求：时钟速度20+MHz，工作温度需保持在70℃以下。

状态指示灯

状态指示灯为接收机提供基本的操作状态显示，作为用户友好模块，它的主要状态指示包括：正常功能指示、连接到服务器的状态指示和组件故障指示。

控制按钮

一个按钮可以人工重启接收机，强制清零并重置服务器。当收到的问询-应答信号有错误时，另一个按钮负责发出一个触发信号，用以核实服务器的功能和连接是否正常。

供电单元

供电电源通过POE方式为接收机供电，并用来传送数据到中央服务器。稳压器为接收机各个单元提供连续不断的电压。要求：能够提供5V和3.3V的电压，精度需优于10%。

服务器

中央服务器接收所接收到的问询-应答信号的时间戳，由于飞机信号到达不同接收机的时间延迟不同，可利用多点定位技术计算出飞机的位置信息。

风险分析

本方案工程实现中的最大风险是射频前端。为了接收飞机的问询应答信号，它需要有足够大的距离范围。为了减少干扰并增加接收到问询-应答信号的截获概率，MLat接收机一般架设在塔顶。若打算使本设计商业化，还需要采取措施滤除干扰以提高灵敏度。在本设计中，射频前端的风险因素最大，因为如果4-接收机不能接收问询-应答信号，将不能对飞机进行定位。

安全和规范

需要注意的是，本项目在推进、实现和部署过程中可能会引起安全和规范上的忧虑，主要涉及到IEEE和ACM准则。

从ACM的准则看：“计算专业人员的一个基本目标是最大限度地减少计算的负面影响，包括对健康、安全、个人安全和特权的威胁。”这和1# IEEE代码行为准则是相似的。

当所提出的接收机解决方案获取的数据包括GPS位置数据，且会通过以太网将其发送到服务器时，就会引起特别注意。为了保护用户的位置隐私，我们将对发送前的数据和服务器后端收集到的时间戳和位置数据库进行加密。虽然应答器信号是由每个接收单元收集的，但这些设备本是无源的，不会干扰FCC的任何规定。

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