Implementation of a low-cost radio frequency direction finder network, based on TDoA technique.

Abstract

The origin of a Radio signal transmission is useful to be located either for “search and rescue”, for military purposes, or just for airplane orientation regarding the landing. “Time Difference of Arrival” (TDoA) is a method that has been used to locate a signal such as an acoustic wave, a seismic wave, or an RF signal transmission. Thanks to the TDoA method, the transmitted signal reaches multiple distant receiver sites with synchronized 'clocks' at a different timing. So the approximate determination of the transmitter location in two or three dimensions would become possible by just placing some pairs of receivers, at known fixed locations. TDoA uses “Trilateration” or “Multilateration” mathematical techniques and high accuracy time information in order to gain a very good bearing resolution. In this scope, this thesis objective is the creation of a network of three or more ESP32-controlled remote Signal Receiving Stations, and a Raspberry-Pi controlled HTTP Server, providing a world map through “Node Red” environment. The user will be able to set both a radio frequency, and a modulation type (AM/FM) on the server’s page, and present the signal transmitter’s location on a map. The whole system will be based on the ‘’Trilateration’’ or ‘’Multilateration’’ technique.

Ο εντοπισμός της προέλευσης ενός εκπεμπόμενου Ηλεκτρομαγνητικού σήματος, είναι συχνά χρήσιμος, είτε για «έρευνα και διάσωση», για στρατιωτικούς σκοπούς ή απλώς επικουρικά κατά το προσανατολισμό ενός αεροπλάνου κατά την διάρκεια της προσγείωσης του. Το TDoA (Time Difference of Arrival) είναι μια μέθοδος που έχει κατά καιρούς χρησιμοποιηθεί για τον εντοπισμό είτε ενός ακουστικού κύματος, ενός σεισμικού κύματος, ή ενός εκπεμπόμενου σήματος ραδιοσυχνοτήτων (RF). Όταν εκπέμπεται ένα ραδιοφωνικό σήμα, φτάνει σε πολλαπλούς απομακρυσμένους δέκτες, σε διαφορετική χρονική στιγμή. Έτσι, ο προσδιορισμός σε δύο ή τρεις διαστάσεις της θέσης του πομπού είναι εφικτός, αν τοποθετηθούν δέκτες σε γνωστές θέσεις, και αξιοποιώντας το TDoA, τις εξισώσεις των "Trilateration" ή "Multilateration" και τις πληροφορίες χρόνου PPS, μπορεί να επιτευχθεί εντοπισμός της θέσης του Ραδιοφωνικού πομπού, με καλή ακρίβεια. Αυτή η διπλωματική εργασία, είχε στόχο τη δημιουργία ενός δικτύου τριών ή περισσότερων απομακρυσμένων σταθμών λήψης Ραδιοφωνικού σήματος, ελεγχόμενων από μικροελεγκτές ESP32, και τη κατασκευή ενός διακομιστή HTTP πάνω σε Raspberry Pi, όπου θα παρέχει ένα παγκόσμιο χάρτη μέσω του περιβάλλοντος "Node-Red". Ο χρήστης μέσω μιας σελίδας Web, θα μπορεί να διαλέξει μια Ραδιοφωνική συχνότητα και τη διαμόρφωση (ΑΜ/FM) που τον ενδιαφέρει, και θα μπορεί μετά από επεξεργασία να αποτυπώσει αυτόματα την τοποθεσία του Ραδιοφωνικού πομπού σε έναν χάρτη. Όλο το σύστημα θα βασίζεται στην τεχνική «Trilateration» ή «Multilateration».