邑蟹岳辈、项目概览与实验目标1.1 ??? 项目背景软件定义无线电 (SDR) 测向基础本次实验旨在利用 软件定义无线电 (SDR) 硬件平台特别是 Ettus Research USRP B210来探索多通道接收系统的核心特性并将其应用于基础的信号测向技术。信号测向如到达角 (Angle of Arrival, AOA) 定位是无线电监测、雷达和通信定位系统中的关键技术。它的实现高度依赖于多天线阵列接收通道间的相位关系的精确测量与控制。1.2 实验目的本系列实验分为两个主要目标B210 双收通道相位特性分析与校准验证 B210 硬件在双路同时接收MIMO-RX时由于共用时钟带来的相位差的稳定性和可预测性。掌握在 GNU Radio Companion (GRC) 中使用复数共轭相乘等标准 DSP 方法对双路接收信号的固有相位差进行实时测量与校准的技术。基于双通道的到达角 (AOA) 定位原理演示理解 AOA 技术中信号入射角、天线间距与接收相位差之间的几何和数学关系。通过实际操作演示如何通过改变信号源的相对位置观察并利用测量到的实时相位差来验证 AOA 测向的基本原理。1.3 ?? 硬件与软件环境SDR 接收设备 Ettus Research USRP B210 (具备双路接收能力)。SDR 发射设备 (信号源) Great Scott Gadgets HackRF One (作为稳定的窄带信号发射源)。软件环境 Docker 容器化的 Ubuntu 环境预装 GNU Radio 3.10 及 UHD 驱动。二、启动 Docker 并准备环境按照之前的流程正常启动专为 B210 开发准备的 docker 环境systemctl start dockerxhost - # 清理旧的 xhost 设置xhost local:docker # 授予特定的 xhost 访问权限docker run -it --rm \--nethost \-e DISPLAY$DISPLAY \-v /tmp/.X11-unix:/tmp/.X11-unix \-v /dev/bus/usb/:/dev/bus/usb/ \-v /home/btfz/Desktop/B210:/home/gnuradio/B210 \--privileged \--group-addaudio \ubuntu:gnuradio-310 bashzshexport UHD_IMAGES_DIR/home/gnuradio/B210/B210_images/uhd_find_devices由于本案例会用到 hackrf因此下面是准备 hackrf 环境的操作sudo apt install usbutils? ~ lsusbBus 001 Device 008: ID 1d50:6089 OpenMoko, Inc. Great Scott Gadgets HackRF One SDRBus 003 Device 003: ID 2500:0020 Ettus Research LLC USRP B210sudo chmod 666 /dev/bus/usb/001/008hackrf_info三、实验一B210 双收相位差实时校准3.1 物理基础B210 的硬件特性导致其双路同时接收时相位差是稳定可预测的两个射频通路的关键在于它们共用一个主时钟 (Reference Clock)这个时钟确保了两个通道的采样操作是同步的。即使使用共同时钟由于射频电缆长度、滤波器和放大器组件的温度差异两个通道的起始相位可能存在一个固定的、非零的偏差。我们实验一就是使用一个 hackrf 的一个通道作为发一个 B210 的两个通道作为收来观察相位差的可预测性。并且在此基础上利用巧妙的数学原理实现相位差实时纠正3.2 数学基础我们在 GNU Radio 中计算两个复数信号S1和S2的相位差Δ??1??2最优雅且标准的 DSP 方法是1复数共轭相乘 (Complex Conjugate Multiplication)。将其中一个信号例如S2取共轭然后与另一个信号S1相乘。数学原理假设S1A1ej?1和S2A2ej?2。ResultS1×S?2Result(A1ej?1)×(A2e?j?2)Result(A1A2)ej(?1??2)结果 得到的复数结果的相位就是Δ??1??2其幅度是两个原信号幅度的乘积。2提取相位角 (Argument/Phase Extraction)。从上一步得到的复数结果中提取出其相位角。所需模块Complex to Arg (模块分类Math Operators)数学原理该模块计算复数的反正切函数 (arctangent,atan2(Q,I))将相位结果Δ?以弧度 (Radians) 为单位输出。通常范围是[?π,π]。3.3 实验效果我们的流程图实现了 B210 第一路接收向第二路接收的相位纠正因此在 time sink 图中可以清晰看到 signal3第二路接收 和 signal5相位纠正后的信号 实现相位同步。并且我们应一个独立的 time sink 展示实时的相位差已经转换为度数。我们会发现当我们调节发送基带数据的频率、发射功率时该相位差没有明显变化