QuadRF: 用于无人机追踪和射频可视化的 Raspberry Pi 5 相控阵 SDR

QuadRF 是一款相控阵软件定义无线电 (SDR)，可让用户实时可视化并追踪射频 (RF) 信号。该设备基于 Raspberry Pi 5 和具有皮秒级定时功能的 FPGA 板构建，能够穿透墙壁检测 WiFi 信号，并在 4.9 至 6 GHz 的特定频率范围内追踪飞行中的无人机。

通过 Raspberry Pi 5 MIPI 实现高带宽射频流传输

QuadRF 通过利用 Raspberry Pi 5 的 MIPI 通道，实现了超过 5 Gbps 速率的低延迟 I/Q (In-phase/Quadrature) 数据 SDR 流传输。这种方法绕过了传统的 USB 接口，转而使用 Pi 的摄像头和显示器 FFC MIPI 连接器，通过 RP1 芯片进行数据路由。

根据 QuadRF 文档，这种实现方式具有以下几个优势：

• 降低延迟： MIPI 提供全双工数据传输，且几乎不会给射频板带来硬件成本。
• 高采样率： 系统可以维持数百 MSPS (Mega Samples Per Second) 的 I/Q 数据而不丢失样本。
• 高速外设： 通过使用 MIPI 进行射频流传输，PCIe 连接器可以留作高速存储或网络连接使用。

实时射频可视化与增强现实

QuadRF 包括一个增强现实 (AR) 可视化器，可将射频信号“斑点”叠加在实时摄像头画面上。这使得用户能够实地定位其环境中的射频信号源。

在测试过程中，该设备成功识别了 5 GHz WiFi 网络（约 5.5 GHz）及相邻网络，并在显示器上呈现为不同的彩色斑点。系统还追踪了一架飞行中的 DJI Mini Pro 4 无人机，并在其穿过天空时识别出了其信号。

正如创作者 Martin McCormick 所指出的，AR 体验是由一个 Web 应用驱动的，该应用将射频点流式传输到浏览器，然后由浏览器将其与本地摄像头画面合并，以保持高帧率和低延迟。

硬件架构与可扩展性

QuadRF 被设计为 4x4 MIMO 软件定义无线电。虽然目前的便携式原型机是 3D 打印的，但最终的量产版本将采用注塑成型外壳。

最重要的架构目标之一是可扩展性。该系统旨在允许获得许可的操作员将多个 QuadRF 模块串联在一起。这可能会创建一个巨大的天线阵列，能够进行地月通信 (EME) 无线电实验和射电天文学研究，理论最大 EIRP 可达 1.15 MW。

技术限制与社区见解

虽然 QuadRF 是一个强大的射频分析工具，但它也存在特定的技术限制，社区用户也强调了几个关键点：

• 频率范围： 设备限制在 4.9-6 GHz 范围内。因此，它无法检测运行在 900 MHz 或蜂窝频段的无人机或设备。
• UI/UX： 早期原型机的用户界面较为粗糙，不过创作者表示 UI 是开源的，并正根据用户反馈进行改进。
• 时钟同步： 社区成员提出了关于如何在串联的模块之间分配共享且高精度的时钟，以保持相位一致性的问题。
• 安全影响： 查看 WiFi 流量和定位信号源的能力引发了关于此类工具隐私影响的讨论，尽管素材作者建议，政府机构早已具备此类能力。

"如果开源社区能做出这样的东西，想象一下政府的能力会有多强。"

规格摘要

特性	规格
核心处理器	Raspberry Pi 5
射频接口	MIPI (通过 RP1 芯片)
数据速率	> 5 Gbps
频率范围	4.9 - 6 GHz
天线阵列	4x4 MIMO 相控阵
目标应用	无人机追踪、WiFi 分析、EME 实验、天文学