KrakenSDR GNU Radio 模块

简述

GNU Radio 是一款流行的免费开源工具包，提供各种数字信号处理模块。您可以使用它来构建解调器、解码器，以及各种利用相干数据的应用，例如干涉测量和波束形成。

KrakenSDR 源模块的工作原理

gr-krakensdr 模块与 KrakenSDR 的数据采集软件 Heimdall 协同工作。Heimdall 是 KrakenSDR 的核心软件，负责确保所有通道的采样数据在时间和相位上保持一致性（相干性）。

在启动时，Heimdall 会自动完成采样和相位一致性的校准，并在运行过程中定期检查以确认相干性是否保持稳定。GNU Radio 中的该模块通过 TCP 套接字连接 从 Heimdall 接收相干 IQ 数据，用于后续的信号处理。

Heimdall 服务器既可以运行在与 GNU Radio 程序相同的主机上，也可以运行在网络连接的设备上，例如 树莓派 4（Raspberry Pi 4）。

但如果使用网络传输，您需要确保网络带宽足以支持 5 通道的数据吞吐量。

模块安装

KrakenSDR 的源代码块可在
https://github.com/krakenrf/gr-krakensdr获取。

模块预览

这是一个用于 KrakenSDR 的 GNU Radio 模块。它通过 TCP 套接字连接与 KrakenSDR 的数据采集服务器软件 Heimdall 通信。

Heimdall 负责通过噪声源进行所有采样同步与相位一致性的校准，而该模块则接收 经过校准的相干 IQ 数据，并将其提供给 GNU Radio 进行后续的 数字信号处理（DSP）。

GNU Radio OOT Block 安装说明

sudo apt-get install gnuradio-dev cmake libspdlog-dev clang-format

git clone https://github.com/krakenrf/gr-krakensdr

cd gr-krakensdr
mkdir build
cd build
cmake ..
make
sudo make install

使用说明

首先安装Heimdall https://github.com/krakenrf/heimdall_daq_fw.

如果你使用的是预配置的测向镜像，首先需要禁用测向软件的自动启动，否则可能会干扰 Heimdall 的连接。进入 /boot 目录，将 start_kraken.sh 重命名，例如改为 start_kraken.sh_stop，以停止测向应用的自动启动。

接下来，将本仓库中的 heimdall_only_start.sh 和 heimdall_only_stop.sh 文件复制到你的 krakensdr 根目录中。

然后，在 heimdall_daq_fw 文件夹中，编辑 Firmware/daq_chain_config.ini 文件，将 out_data_iface_type 的值修改为 eth。

[data_interface]
out_data_iface_type = eth

然后，在 krakensdr 根目录下运行：

./heimdall_only_start.sh

现在你可以启动包含 KrakenSDR 源模块的 GRC 文件，程序将会通过套接字连接到本地 IP 地址 127.0.0.1 上运行的 heimdall 程序。

另外，你也可以在一台联网设备上运行 heimdall 程序，但需要确保使用高速千兆网络，并尽可能是直连方式，以保证网络吞吐量足以处理五个通道的数据。

GNU Radio KrakenSDR 示例流程图

我们还提供了三个示例 GRC 流程图，以及一个互相关器（cross correlator）和一个 DOA MUSIC 块，以帮助用户熟悉源模块的使用。

示例 1 – 简单的多通道 FFT

第一个示例文件提供了每个输出通道的 简单 FFT 频谱显示。名为“kraken_fft_display.grc”。

示例 2 – 使用 DOA MUSIC 块进行无线电测向

第二个示例使用 DOA MUSIC 块，配合天线阵列，实现无线电测向并输出信号的方位角信息。名为“kraken_music_doa.grc”。

示例 3 – 交叉相关采样与相位一致性检查

最后一个示例可用于验证 Heimdall 输出是否真正保持相干，方法是对 通道 1 到 4 与参考通道 0 之间进行交叉相关处理。

要使用该相关流程图，您需要在 Heimdall 源代码中修改一行代码，以强制噪声源始终保持开启状态。

要测试该模块，您需要对 Heimdall 核心代码进行轻微修改，以使噪声源保持常开：

1、使用文本编辑器打开文件：

Firmware/_daq_core/rtl_daq.c

2、在文件结尾附近，找到以下函数调用：

rtlsdr_set_bias_tee_gpio(..., 0);

将最后的 0 改为 1，使噪声源始终开启：

rtlsdr_set_bias_tee_gpio(..., 1);

3、然后在目录 Firmware/_daq_core 中运行：

make

4、完成测试后，请务必将这处修改还原为 0，并再次运行 make，以恢复默认行为。