Radio Receiver 使用手册

一个应用程序,用于通过浏览器使用便宜的RTL-SDR接收器收听无线电传输。

什么是无线电接收器

无线电接收器是一个HTML5网页,它使用RTL-SDR USB接收器来接收和数字化无线电信号。然后,它在您的计算机上解调这些信号,并通过计算机的扬声器或耳机播放生成的音频。

大多数RTL-SDR接收器允许您接收30至1700 MHz之间的任何频率的信号。这包括有趣的无线电频段,如FM广播、海事无线电、航空频段(飞机和机场)、天气广播、业余无线电、警察和其他紧急服务等。

您还可以使用上变频器或某些接收器的“直接采样模式”收听低于30 MHz的频率。这些频率包括AM广播、短波广播、HF业余无线电和数字电台等。

无线电接收器可以解调立体声FM、AM、窄带FM、USB、LSB和CW。它具有可调节的带宽滤波器,因此您还可以收听莫尔斯电码传输或具有挑战性的远距离电台。

无线电接收器由Jacobo Tarrío编写,其源代码可在GitHub上获取

兼容的硬件和软件

无线电接收器需要在支持HTML5 USB API的浏览器中运行。通常,这意味着在计算机或Android设备上使用基于Chromium的浏览器(如Chrome、Edge、Opera)。

无线电接收器是为基于RTL-2832U的接收器编写的,并支持R820或R828调谐器芯片(或兼容芯片)。特别是,RTL-SDR Blog V3和V4接收器是受支持的,但基于旧版R820或R860的接收器也应该可以工作。

如果您使用的是Windows或Linux系统,可能需要配置计算机以使用RTL-SDR接收器(MacOS、Android和Chrome OS通常开箱即用)。

你需要了解的一些事情

SDR的工作原理

传统上,无线电完全由硬件组件(如振荡器、电感器、电容器、晶体管等)构建,这些组件经过选择和组合以接收和解调特定类型的信号。因此,每种类型的信号都需要自己的硬件,而修改无线电以接收不同的信号可能会很困难,甚至是不可能的。

现代无线电的方法是“软件定义无线电”(SDR),其中硬件仅接收并数字化信号,然后由计算机使用特殊软件处理这些信号。SDR系统非常灵活(改变它们可以接收的信号可能就像更改软件一样简单),而且价格便宜,因为相同的硬件设计可以用于许多不同类型的无线电信号。

您的RTL-SDR接收器最初是作为欧洲数字电视接收器设计的。它包含一个微处理器,用于解调无线电信号、提取视频流并将其发送到您的计算机。然而,它可以被配置为将信号发送到您的计算机而不是解码它们。无线电接收器随后会在您的浏览器中接收这些信号并解调它们。

频率、带宽与采样率

您的RTL-SDR接收器通过调谐到某个无线电频率,接收该频率附近的无线电信号,将其数字化,然后发送到您的计算机。

无线电波是振荡的电磁场。它们振荡的速率称为“频率”,以赫兹(Hz,每秒周期数)为单位。无线电频率通常在数千或数百万赫兹范围内,因此我们通常使用千赫兹(kHz)表示数千赫兹,或使用兆赫兹(MHz)表示数百万赫兹。

当您调谐接收器时,您会将其调整到接收某个频率。RTL-SDR接收器不仅接收其调谐到的确切频率的信号,还会接收一个“频段”内的信号。该频段中最低频率与最高频率之间的差值称为“带宽”。

将该频段内的信号“数字化”意味着将其转换为一串数字(数字“样本”),这些数字可以由计算机上运行的程序处理。每秒发送的样本数称为“采样率”。

带宽与采样率是紧密相关的:每秒1个样本对应1赫兹的带宽。因此,更大的带宽可以让您同时“看到”更多的信号,但需要更多的计算能力来处理更高的采样率。相反,如果您降低采样率以减少计算资源的使用,您将接收到更小的带宽。

调制

信号需要通过无线电传输时需要进行“调制”。这种调制是一种根据信号内容修改无线电波的方案。接收器随后可以“解调”接收到的无线电波以提取原始信号。

有许多调制方案。您可能听说过FM和AM,它们分别代表“频率调制”和“幅度调制”,但还有许多其他方案。无线电接收器可以解调商业FM和AM,还可以解调窄带FM(用于双向无线电和天气广播)、USB和LSB(用于业余无线电)以及CW(用于摩尔斯电码)。

分贝

无线电信号的功率以分贝(dB)表示。分贝不是像米、磅、升或英亩这样的度量单位:没有“一个分贝有多大”的概念。相反,它们是用于比较的单位。

当工程师比较两个信号的功率时,他们并不关心一个信号是否比另一个信号强一点点。他们想知道的是它是否强两倍、10倍、五百万倍、十亿分之一等等。

分贝让我们避免使用如此大的数字,通过告诉我们需要将参考信号乘以(或除以)多少次才能达到我们测量的信号的强度。

有一个精确的公式,但普通人无法在脑海中计算对数,因此有一个经验法则:从0 dB开始;每次将功率加倍时,增加3 dB;每次将功率乘以10时,增加10 dB。相反,如果除以2或10,则减去3或10 dB。

因此,比参考信号强两倍的信号是3 dB;强10倍的信号是10 dB;强一千倍的信号是30 dB(乘以10三次);强五百万倍的信号是67 dB(乘以10七次然后除以2);十亿分之一是-90 dB(除以10九次)。

上变频器与直接采样

RTL-SDR接收器设计用于接收30至1700 MHz之间的信号。然而,30 MHz以下有许多有趣的信号(如AM广播、短波广播、大量业余无线电等),因此人们提出了几种方法来使用RTL-SDR接收这些频率。

一种方法是使用“上变频器”:一种将信号频率提高到RTL-SDR接收器可接收范围的设备。一些接收器集成了上变频器,而其他上变频器是外部设备。

另一种方法是使用“直接采样模式”:对接收器进行修改,绕过调谐芯片,使采样芯片直接接收无线电信号。

无线电接收器支持具有直接采样模式的接收器以及带有内部上变频器的RTL-SDR Blog V4。它还支持外部上变频器,并提供一个选项,可根据调谐频率自动打开或关闭上变频器的偏置T(如果存在)。

如何使用无线电接收器

主界面

无线电接收器的主界面如下所示,显示了一些模拟的无线电信号以更好地说明其工作原理。

该界面的主要部分从上到下依次为:频谱仪、瀑布图和底部栏。

频谱仪

频谱仪表示无线电接收器调谐到的频段。最低频率在左侧,最高频率在右侧,顶部的刻度显示了每个部分对应的频率。

频谱仪中“舞动”的黄线显示了每个频率上的信号功率:线越高,功率越大。左侧的分贝刻度可帮助您测量功率大小。0 dB是无线电接收器可以处理的最大功率,因此刻度上的所有数字均为负数。

在上图中,您可以看到93.5、93.9和94.3 MHz上有一些强信号,而94.1 MHz上有一个弱信号。

瀑布图

频谱仪显示当前接收到的信号,而瀑布图则可以让您查看过去接收到的信号。

瀑布图缓慢向下滚动,顶部显示较新的信号,底部显示较旧的信号。在每一行中,每个像素对应一个频率,如果该频率上有强信号,则像素会显示更亮的颜色。

通过瀑布图,您可以查看邻近频率上是否有定期传输、它们的宽度、重复频率以及其他重要信息。通过足够的练习,您甚至可以判断出传输的类型!

底部栏

底部栏允许您调整频谱仪和瀑布图的分贝范围,还可以放大或缩小特定频率范围。

包含分贝范围调整控件,由两个数字和一个“彩虹”分隔组成。您可以直接更改数字,也可以拖动彩虹两侧的滑块。当您进行调整时,您会看到频谱仪中的分贝刻度发生变化,瀑布图中的新线条也会改变颜色。

包含缩放控件,其中有两个“放大镜”按钮,中间有一个数字。“放大”按钮 增加放大级别,而“缩小”按钮 则减小放大级别。当前放大级别显示在按钮之间;如果您愿意,可以直接编辑它。

包含一个滚动条,您可以在放大时使用它来移动频谱。它的工作方式类似于经典的Windows滚动条:点击箭头按钮 进行小幅滚动,点击滑块和按钮之间的区域滚动一页,拖动滑块左右移动以自由滚动。

主控件

无线电接收器的主控件如下所示。它们允许您调谐到不同的频率,更改信号解调参数,并调整接收器的增益。

播放/停止/设置

按下“播放”按钮 开始收听广播。当广播正在播放时,“播放”按钮会变为“停止”按钮 ,您可以按下它来停止收听。

按下“预设”按钮 打开 预设窗口,按下“设置”按钮 打开 设置窗口

调谐

在无线电接收器中,您可以调整两个频率:“中心频率”和“调谐频率”。

中心频率决定了您将通过RTL-SDR接收器接收的频段。它始终是频谱仪和瀑布图中心的频率。

调谐频率是接收频段内包含您想要收听的信号的频率。

要更改任一频率,请在相应的框中输入频率。在右侧,您可以选择要使用的单位(Hz、kHz或MHz);此单位也用于频谱显示。

通常,只要调谐频率在频谱仪的频段内,您可以更改中心频率或调谐频率而不影响另一个。如果调谐频率超出频段范围,未更改的频率将被调整,以便您可以使用所选的频率。

例如:如果您的中心频率为93.9 MHz,带宽为1 MHz,而您将调谐频率设置为94.1 MHz,则中心频率将保持在93.9 MHz。但是,如果您将调谐频率更改为88.3 MHz,中心频率也将更改为88.3 MHz,以确保您选择的调谐频率有效。

“调谐步进”在显示控件中最为有用,因此将在相关部分进行描述。

调制

下一行允许您为信号选择调制方案。您可以选择宽带FM(WBFM,用于商业广播)、窄带FM(NBFM)、AM、上边带(USB)、下边带(LSB)和连续波(CW)。您需要将调制方案与接收的信号匹配;否则,您只会听到噪音或杂音。

除了WBFM外,您还可以为所有方案选择带宽。通常,您需要将带宽与接收的信号匹配,但有时如果附近有干扰信号,您可能需要使用较小的带宽。

静噪控制在没有信号时自动静音。这使您可以监控不常使用的频道,而不必一直听到噪音。通过设置静噪控制的值,您可以决定信号需要多强才能解除静音。

对于WBFM,您可以启用或禁用立体声接收。当启用立体声接收时,检测到立体声信号时,立体声指示灯将变为绿色,否则为灰色。

调谐器增益

您的RTL-SDR接收器有一个放大电路来增强接收信号的功率。其放大级别(“增益”)可以自动控制(“自动增益”)或通过主控件手动控制。

(当RTL-SDR接收器处于“直接采样模式”时,只有自动增益控制可用。)

手动控制增益非常有用,但必须谨慎操作。增益过高会导致问题。建议将增益调整到足以良好接收信号,但不要高到提升噪声底限。具体操作如下:

首先,取消选中“自动增益”并将增益滑块一直向左移动以将其设置为最小值。调整频谱仪中的分贝范围,使黄线出现在底部。

现在,慢慢增加增益,同时观察频谱仪。您应该会看到一些信号上升,而其余部分保持在底部。当整个黄线开始上升时,停止增加增益。

此时,您将以最小的噪声获得最佳的信噪比。如果继续增加增益,信号电平会上升,但噪声也会随之增加。最终,噪声会大到淹没解调算法,使解调后的音频听起来更差。

显示控件

频谱显示上还有第二组控件,您可以通过鼠标或触摸屏点击和拖动来操作。

更改调谐频率

您可以看到一条黄色垂直线,周围有一个高亮区域,位于当前调谐频率上方。黄线表示频率,白色区域表示调制带宽。

您可以通过鼠标拖动黄线左右移动来更改调谐频率,或在触摸屏上用手指拖动。

您还可以通过鼠标或手指拖动白色区域的边缘来调整带宽。(这不适用于WBFM,因为它使用固定带宽。)

另一种更改调谐频率的方法是点击或点击屏幕上与您希望调谐到的频率对应的点。

当您通过点击或拖动更改频率时,频率始终以“调谐步进”为单位变化,该步进可以在主控件窗口中设置。这使得准确更改频率更加容易。

更改中心频率

您可以通过点击并拖动瀑布图左右移动来更改中心频率。中心频率将以所选频率单位(Hz、kHz或MHz)为单位变化。

预设窗口

您可以通过点击主控件窗口中的预设按钮 打开预设窗口。

该窗口显示已保存的电台和频率列表及其名称和调制方案。点击其中任何一个以切换到它。

使用“添加”按钮 将当前调谐的电台添加到预设列表中。点击每行中的“编辑” 和“删除” 图标分别编辑和删除该行。

点击表头(“名称”、“频率”和“模式”)以按该列中的值对表格进行排序。如果您再次点击同一表头,排序将在从前往后和从后往前之间切换。

您可以通过拖动窗口右侧和底部的线条或右下角的双箭头来调整预设窗口的大小。这样,您可以将其始终打开在不妨碍操作的位置。

设置窗口

您可以通过点击主控件窗口中的“设置”按钮 打开设置窗口。

“采样率”设置允许您更改RTL-SDR接收器的采样率;即每秒捕获的样本数。请注意,当您更改采样率时,频谱显示中可见的带宽也会发生变化(有关更多信息,请参阅“频率、带宽和采样率”部分)。

“PPM校正”设置允许您在RTL-SDR接收器频率不准确时进行调整。通过更改该值(表示频率漂移,单位为百万分之一),您可以使RTL-SDR接收器稍微调高或调低,直到准确为止。

“FFT大小”设置允许您更改频谱显示的分辨率。较高的值会导致更详细的频谱,但会消耗更多的处理能力。

“偏置T”是某些RTL-SDR接收器中的电路,可以通过天线连接为外部设备供电。当您选中此设置时,如果您的接收器有偏置T,则会启用它。

“0-29MHz方法”设置允许您选择当您尝试调谐到低于28.8 MHz的频率时,无线电接收器将执行的操作:

(请注意,“直接采样”设置对RTL-SDR Blog V4接收器无效。这些接收器将始终使用默认方法或外部上变频器。)

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