SDR-Rover/README.md

SDR Rover Link

1. Назначение проекта

SDR Rover Link — учебно-исследовательский проект по разработке цифрового радиоканала для наземного робототехнического комплекса с использованием программно-определяемого радио — SDR, Software Defined Radio.

Проект должен пройти полный путь от передачи простого текстового пакета до передачи телеметрии и отдельных JPEG-изображений через реальный радиоканал.

Основная задача проекта — не только получить работающую систему, но и последовательно изучить все этапы цифровой радиосвязи:

• формирование данных;
• разбиение данных на пакеты;
• контроль целостности;
• исправление ошибок;
• цифровую модуляцию;
• формирование IQ-сигнала;
• передачу через SDR;
• приём и демодуляцию;
• восстановление исходных данных.

---

2. Целевой сценарий

Разрабатываемая система предназначена для исследовательского наземного ровера.

Целевые требования:

Параметр	Требование
Дальность связи	до 10 км
Скорость ровера	до 25 км/ч
Прямая радиовидимость	может отсутствовать
Рабочие частоты	ниже 350 МГц
Основной тип данных	телеметрия и отдельные изображения
Формат изображения	JPEG
Частота передачи изображений	отдельные кадры, не видеопоток
Действие при потере связи	безопасная остановка ровера

Дальность 10 км без прямой видимости является целевым исследовательским требованием, а не гарантированной характеристикой первой версии системы.

---

3. Почему не используется обычное FPV-видео

Типовые FPV-системы работают преимущественно в диапазонах 2,4 и 5,8 ГГц.

Для наземного робота такие диапазоны имеют ряд ограничений:

• высокие потери при работе у поверхности земли;
• затенение рельефом, зданиями и растительностью;
• быстрое ухудшение изображения при слабом сигнале;
• высокая загруженность распространённых диапазонов;
• зависимость от постоянного широкополосного видеопотока.

В этом проекте вместо непрерывного видео предполагается передавать отдельные сжатые изображения.

Пример:

Камера
  ↓
JPEG-изображение
  ↓
Разбиение на пакеты
  ↓
Передача через SDR
  ↓
Сборка изображения на наземной станции

Такой подход позволяет существенно снизить требуемую скорость радиоканала.

---

4. Текущее оборудование

SDR-оборудование

• RTL-SDR — приёмник;
• ADALM-PlutoSDR — приёмопередатчик, ожидается поступление;
• HackRF One — может временно использоваться при необходимости.

Вычислительное оборудование

• компьютер под управлением Windows;
• Raspberry Pi — планируется для установки на ровер;
• бортовой вычислитель ровера — будет выбран позднее.

Программное обеспечение

• Python 3.12;
• Anaconda;
• Spyder;
• Git;
• GNU Radio — будет установлен на следующем этапе;
• libiio и драйверы PlutoSDR — будут установлены после получения устройства.

---

5. Предварительно рассматриваемые диапазоны

В рамках проекта рассматриваются:

• 27 МГц;
• 50 МГц;
• 144 МГц;
• другие разрешённые для лабораторных испытаний частоты ниже 350 МГц.

Конкретный диапазон будет выбран после анализа:

• доступной полосы;
• требований законодательства;
• размеров антенны;
• потерь распространения;
• уровня внешних помех;
• возможностей выходного радиочастотного тракта;
• допустимой мощности передачи.

Передача по эфиру должна выполняться только на разрешённых частотах и с соблюдением допустимой мощности. Первые опыты следует проводить через аттенюатор, эквивалент нагрузки или в экранированной лабораторной конфигурации.

---

6. Основные этапы проекта

Этап 0. Подготовка среды

• создание репозитория;
• настройка Git;
• настройка Python и Spyder;
• подготовка структуры каталогов;
• ведение документации.

Этап 1. Пакетный протокол

• структура пакета;
• типы сообщений;
• порядковый номер пакета;
• длина данных;
• CRC;
• кодирование и декодирование.

Этап 2. Виртуальный канал

• передача пакетов между Python-программами;
• имитация потерь;
• имитация повреждения битов;
• измерение числа ошибочных пакетов.

Этап 3. Передача файлов

• разбиение файла на фрагменты;
• нумерация фрагментов;
• подтверждение приёма;
• повторная передача;
• сборка исходного файла.

Этап 4. Передача изображений

• загрузка JPEG;
• разбиение JPEG на пакеты;
• передача через виртуальный канал;
• восстановление изображения;
• обработка потерянных фрагментов.

Этап 5. Физический уровень

• BPSK;
• QPSK;
• формирование символов;
• IQ-сэмплы;
• синхронизация;
• фильтрация;
• оценка BER и PER.

Этап 6. PlutoSDR

• подключение устройства;
• передача несущей;
• передача тестовой последовательности;
• передача цифрового пакета;
• приём сигнала RTL-SDR или вторым SDR.

Этап 7. Радиоканал передачи изображений

• передача JPEG через SDR;
• измерение времени доставки;
• испытания при различных уровнях сигнала;
• испытания при наличии помех;
• подбор скорости и модуляции.

Этап 8. Полевые испытания

• испытания на малой мощности;
• испытания на малой дистанции;
• постепенное увеличение расстояния;
• испытания с ретранслятором;
• испытания на наземном ровере.

---

7. Структура репозитория

SDR_Rover
│
├── README.md
├── docs
├── protocol
├── rover
├── ground_station
├── gnuradio
├── tests
└── tools

docs

Документация, лабораторные работы, схемы и отчёты.

protocol

Реализация пакетного протокола:

• структура пакета;
• CRC;
• кодирование;
• декодирование;
• типы сообщений.

rover

Программы, которые будут работать на борту ровера:

• получение изображения;
• сжатие JPEG;
• передача телеметрии;
• формирование радиопакетов.

ground_station

Программы наземной станции:

• приём пакетов;
• сборка изображений;
• отображение телеметрии;
• управление передачей.

gnuradio

Схемы GNU Radio Companion:

• передатчик;
• приёмник;
• BPSK-модем;
• QPSK-модем;
• тестовые генераторы.

tests

Автоматические и лабораторные тесты.

tools

Вспомогательные программы:

• анализ пакетов;
• генераторы тестовых данных;
• построение графиков;
• анализ журналов.

---

8. Принципы разработки

В проекте применяются следующие правила:

1. Каждый новый термин сначала объясняется, затем используется.
2. Каждый этап должен завершаться работающим результатом.
3. Радиоканал и пакетный протокол разрабатываются отдельно.
4. Код проверяется автоматическими тестами.
5. Все существенные решения фиксируются в документации.
6. Сложность увеличивается постепенно.
7. Испытания по эфиру начинаются только после проверки через виртуальный канал.
8. Передатчик сначала проверяется через аттенюатор или эквивалент нагрузки.

---

9. Текущий статус

Выполнено:

• установлен Python;
• установлена Anaconda;
• выбран Spyder;
• установлен Git;
• создан локальный Git-репозиторий;
• создана базовая структура каталогов.

Следующая задача:

Создать первый Python-модуль пакетного протокола и передать сообщение через виртуальный канал без SDR-оборудования.

---

10. Ближайший контрольный результат

Первая рабочая версия должна выполнять следующий цикл:

Текстовое сообщение
        ↓
Преобразование в байты
        ↓
Формирование пакета
        ↓
Добавление CRC
        ↓
Имитация радиоканала
        ↓
Проверка CRC
        ↓
Восстановление сообщения

Первое тестовое сообщение:

HELLO SDR

---

11. Автор

Антон

НИЯУ МИФИ

2026