無源雷達的主要市場在軍事、商用機場和飛行跟蹤服務上。軍用和商用都比較複雜而且昂貴。商業應用範圍從個人項目到基於服務的訂閱，這些應用大部分都要依賴譯碼ADS-B/Mode-S的應答數據，以辨別空中目標並確定其高度。當有效工作時，這種方法在空-地通訊中易被誘騙攻擊。

本文旨在搭建一種可負擔得起的可行方案，不依賴於詢問-應答數據就可以得到飛機的精準位置。這種解決方案由各個接收機聯合組成一個雷達網絡，不像其他解決方案需運用ADS-B信號，本網絡將精確運用多點定位(MLat)方法來確定飛機的位置。在本次設計的網絡中，接收機即插即用，只需要一個以太網供電連接(Power of Ethernet, POE)就可以使用。

雷達技術自從二戰開始以來就已經存在，傳統雷達系統使用發射機來發射一個電磁波，然後接收目標回波，從而確定目標的位置。近年來，對無源雷達技術的研究日趨增加，無源雷達不發射信號，只運用已存在的目標的反射波來定位目標的位置。

為了探測隱形飛機，軍方一直致力於研究無源雷達的解決方案，但是這些方案都是信號處理量非常大，且實施起來造價昂貴。有不少業餘愛好者用無源接收機探測飛機的解決方案，但是為了解譯接收到的數據，這些方案實施起來都運用到了外部網絡，許多造價昂貴的設計也不是特別精確。

本設計目標：

1. 本項目每臺接收機的造價100美元以下，不包含服務器和POE的費用

2. 本項目將達到至少50m的精度；

3. 在無用戶操作的情況下，接收機網絡可以保持時間精度並獨立運行至少一週。

圖1所示是連接到中央服務器的一個單獨的接收機的模型圖。每一個接收機都說是由以下幾部分組成：接收飛機詢問-應答信號的射頻前端、捕捉GPS數據即秒脈衝信號的GPS單元、識別飛機詢問-應答信號的操控單元、同時還包含給各個接收單元供電的供電單元。如圖2所示，本次設計由一個通過以太網連接到中央服務器的4接收機網絡組成，它可以部署到不同的地方。

射頻前端

射頻前端捕捉飛機的詢問-應答信號(工作頻率為1090MHz)，首先用低噪放進行放大，然後用帶通濾波器濾除不必要的分量。

天線

天線捕捉信號，用半波長偶極子天線來實現。為了能夠接收到來自各個方向的信號，需使用全向天線。使用多點定位技術確定位置，指向性將不是問題。要求：總插損＜7dB。

低噪放（LNA）

低噪聲放大器在不改變信號信噪比太多的情況下對信號進行放大。要求1：噪聲係數＜ 1dB；要求2：增益＞ 10dB

帶通濾波器

帶通濾波器將濾除所有不需要的頻率分量（除了1090MHz）。要求1：總插損＜3dB；要求2: 3dB帶寬＜30MHz

包絡檢波器

包絡檢波器對飛機問詢-應答信號進行檢波，並將有用信息輸出(mode-s格式的開關鍵控信號)。要求：帶寬＞1100MHz。

GPS

GPS單元用來採集接收機的位置，同時也為每一個接收機接收到的信號打上時間戳。要求：GPS組件應可以產生一個參考信號(秒脈衝信號)，應能向微型控制單元提供位置數據。

GPS天線與組件

GPS天線用來接收GPS信號。GPS組件解碼GPS信號的位置信息並進行時間同步。這些數據序列將進入控制單元。定時模塊也需要這個組件輸出的秒脈衝信號。

定時模塊

當收到飛機的問詢-應答信號時，定時模塊用來產生精準的時間戳。要求：200ns的時間戳精度。

微控制單元

微型控制單元負責時間跟蹤，加時間戳，解譯問詢-應答信號，發送信號到服務器或者網頁並進行管理(獲得IP，找到服務器，重啟/控制測試)。要求：時鐘速度20+MHz，工作溫度需保持在70℃以下。

狀態指示燈

狀態指示燈為接收機提供基本的操作狀態顯示，作為用戶友好模塊，它的主要狀態指示包括：正常功能指示、連接到服務器的狀態指示和組件故障指示。

控制按鈕

一個按鈕可以人工重啟接收機，強制清零並重置服務器。當收到的問詢-應答信號有錯誤時，另一個按鈕負責發出一個觸發信號，用以核實服務器的功能和連接是否正常。

供電單元

供電電源通過POE方式為接收機供電，並用來傳送數據到中央服務器。穩壓器為接收機各個單元提供連續不斷的電壓。要求：能夠提供5V和3.3V的電壓，精度需優於10%。

服務器

中央服務器接收所接收到的問詢-應答信號的時間戳，由於飛機信號到達不同接收機的時間延遲不同，可利用多點定位技術計算出飛機的位置信息。

風險分析

本方案工程實現中的最大風險是射頻前端。為了接收飛機的問詢應答信號，它需要有足夠大的距離範圍。為了減少干擾並增加接收到問詢-應答信號的截獲概率，MLat接收機一般架設在塔頂。若打算使本設計商業化，還需要採取措施濾除干擾以提高靈敏度。在本設計中，射頻前端的風險因素最大，因為如果4-接收機不能接收問詢-應答信號，將不能對飛機進行定位。

安全和規範

需要注意的是，本項目在推進、實現和部署過程中可能會引起安全和規範上的憂慮，主要涉及到IEEE和ACM準則。

從ACM的準則看：“計算專業人員的一個基本目標是最大限度地減少計算的負面影響，包括對健康、安全、個人安全和特權的威脅。”這和1# IEEE代碼行為準則是相似的。

當所提出的接收機解決方案獲取的數據包括GPS位置數據，且會通過以太網將其發送到服務器時，就會引起特別注意。為了保護用戶的位置隱私，我們將對發送前的數據和服務器後端收集到的時間戳和位置數據庫進行加密。雖然應答器信號是由每個接收單元收集的，但這些設備本是無源的，不會干擾FCC的任何規定。

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