如何使用 HackRF 平台製作一台射電望遠鏡？

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@孫天瑞今天同學無意之中給我介紹了這個開源硬體。簡單看了一下，頻率範圍10M-6GHz，各種變頻、採樣都做好了，感覺以它為基礎，可以做一台射電望遠鏡，大家感覺可行性如何與成本大約多少？

謝邀！但我想說的是， @康浩然你不就做數字後端的么？！你特喵的不是應該比我清楚么？！
另外隱約記得 @李雨珊玩過SDR？可以請教下她。

說回正題。答案是可以，但想弄台真能能用的射電望遠鏡，恐怕還要花不小的功夫。
下面是一些具體討論。
【因為我並未實際做過，所以僅從理論上進行分析。分析過程及結果僅供參考，歡迎吐槽。】

對射電望遠鏡沒有啥概念的讀者請先閱讀這個回答：射電望遠鏡的工作原理是什麼？ - 蕉葉的回答

既然題主是圈裡人，那咱們就不玩太低端的，要搞就照著真能玩點天文觀測的來搞。
首先還是來看看HackRF能幹啥吧~

硬體主要由以下幾部分組成

RFFC5072: 混頻器提供80MHz到4200MHz的本振

MAX2837: 2.3GHz to 2.7GHz 無線寬頻射頻收發器

MAX5864: ADC/DAC, 22MHz採樣率 8bit

LPC4320/4330: ARM Cortex M4處理器, 主頻204MHz

Si5351B: I2C可編程任意CMOS時鐘生成器，由800MHz分頻提供40MHz 50MHz 及採樣時鐘

MGA-81563: 0.1–6GHz 3V, 14 dBm 放大器

SKY13317: 20 MHz-6.0 GHz 射頻單刀三擲(SP3T)開關

SKY13350: 0.01-6.0 GHz 射頻單刀雙擲(SPDT)開關

以接收過程為例，信號由天線進入後流程如下

由射頻開關決定是否經由14dB的放大器進行放大

經過鏡像抑制濾波器對信號進行高通或低通濾波

信號進行RFFC5072晶元混頻到2.6GHz固定中頻

最新的固件支持可變中頻的選項

中頻範圍2.150GHz – 2.750GHz

信號送入MAX2837晶元混頻到基帶，輸出差分的IQ信號

其間MAX2837晶元可以對信號進行帶寬限制

MAX5864晶元對基帶信號進行數字化後送入CPLD和單片機 TODO FIXME

CPLD

LPC4320/4330處理器將採樣數據通過USB送至計算機

以上圖片及數據來源：硬體分析 | HackRF.net

其實看完這個指標我是覺得一臉懵逼的。。。ADC 22MHz的採樣率它是怎麼給我采出22MHz帶寬的？用了兩個ADC？
------------------------------ 2016.12.26 更新 ------------------------------
感謝 @JZ Wang 給出的MAX5864 晶元datasheet（https://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/MAX5864.pdf）。這個晶元裡面有兩個8-bit量化的ADC，所以可以使用復採樣，這樣每個ADC 22MHz採樣率，兩個配合就能實現22MHz帶寬的採樣了。
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還有就是最終輸出給電腦的數據直接就是採樣得到的數，沒做其他處理？還是可以用軟體控制其處理完之後再送給電腦？
對於觀測帶寬，不管是11MHz還是22MHz，對天文來說都是窄帶了。窄帶觀測能幹啥？個人覺得有兩個可以玩的，一個是總功率，一個是譜線。
總功率的話，可以嘗試測天體的光變，但這個對靈敏度和時間解析度有一定的要求；也可以測測天體多個頻段的流量密度，得到其譜指數。
譜線的話，可以測測銀河系中性氫譜線，看一眼銀河系不同位置相對地球的視向速度。當然也可是嘗試測測其譜線，或者看些脈澤源。

自覺是HackRF在總功率、譜線兩塊都是可以做的，但畢竟我自己沒坐過，也沒看到HackRF詳細技術文檔，也沒看到別人的案例。。。我只能猜了。但是喵不是亂猜的！
先扔個連接：rtl-sdr a€「 OsmoSDR
這個軟體無線電項目（RTL-SDR）使用的數字後端是一個DVB-T dongle，某寶有賣，幾十塊錢一個，比HackRF便宜兩個量級。而最重要的是，這個項目有很多第三方提供的應用或庫，其中就有一個叫做「simple_ra」的射電天文應用軟體！這個軟體提供了總功率測量和譜線測量兩種模式！

喏~就是這個小玩意兒~（圖片來源：rtl-sdr and GNU Radio w/Realtek RTL2832U, E4000 and R820T）

這個小USB裝置能做到什麼程度的天文觀測？也許有人還記得我之前的一個回答：如何用鍋形電視衛星天線自製射電望遠鏡？ - 蕉葉的回答這個回答中提到了兩個小射電望遠鏡項目，一個為香港梁振聲博士的項目，一個是麻省理工的SRT項目。其中SRT應該算是准科研級的望遠鏡了，它就使用過這個小玩意兒觀測中性氫譜線。詳細情況請閱讀其文獻：http://www.haystack.mit.edu/edu/undergrad/srt/pdf%20files/2013_HigginsonRollinsPaper.pdf

上圖是SRT使用dongle作為數字後端，通過觀測銀河中性氫21厘米譜線測量出來的銀河旋轉曲線。

於是題主是不是要放棄HackRF，改玩RTL-SDR了？（括弧笑）
人家HackRF也是貴得有理由的，畢竟功能強大許多。

然而不管是 HackRF 還是 RTL-SDR，當有這個並沒有什麼亂用啊！你還得有合適天線和饋源啊！目前雖然HackRF頻率覆蓋是10M-6GHz，但你天線和饋源的帶寬沒法這麼大啊！除非你花力氣弄個超寬頻饋源出來（目前應該還沒有能覆蓋10M-6GHz的超寬頻饋源），否知你的可選觀測頻段會在很大程度上受到天線或饋源的限制。
我個人的意見是：做一個L波段的饋源，最好能有模擬前端，把觀測頻率限制在1400~1427MHz這個範圍內。
這種方案有幾點好處：
1、1400~1427MHz為無線電保護頻段。該頻段理論上不會存在人為干擾。題主在南京觀測應該也可以。
2、中性氫21裡面譜線處於這個範圍內（這就是對該頻段進行保護的原因），可以測量下銀河中性氫玩。這條譜線還一個好處就是夠強！
3、頻率低，天線可以使用網面，這樣同等重量下，天線面積可以做大些。
4、對於手工製作來說，低頻的頻率較窄的饋源比較容易製作。
然而這一方案，木有商業產品給你買，只能自己動手豐衣足食。不過我相信題主能搞定的，不行喊上單位里的人幫忙。具體可以參照SRT那個來，圖啊~材料清單啊~神馬的都已經給弄好了。當然要是題主能優化出更好的版本，那更好，畢竟SRT項目初衷就是要便宜，因而捨棄了一些性能上的追求。

天線部分其實也是個坑。。。天線不能太小，太小了靈敏度不夠；太大了支撐機構不好弄。SRT使用的應該是口徑2米左右的天線，感覺這個如果用商業化的載重大的赤道儀，應該也能抗住，不過這赤道儀價格恐怕不低。SRT與一般的射電望遠鏡一樣，使用的是地平式支撐系統。如果使用地平式，基本上就得自己碼程序寫驅動了。。。如果製作誤差比較大，可能還得進行指向校正。這套軟體弄下來，嗯，夠碩士畢業兩次了~

好了，來總結下我們的方案吧~
1、一個足夠大的天線鍋。個人傾向於1米以上口徑的網面天線。包括伺服控制單元。
2、1400~1427MHz接收機
3、 HackRF 或者 RTL-SDR又或者其他數字後端及相應軟體。

造價方面，SRT方案大概3W人民幣的樣子。這應該是不計人力成本的價格。
題主趕緊做，我看好你的！

hackrf或rtl-sdr的8bit adc不是問題，對常規無線電系統來說，因前端信號處理（放大混頻等）的非線性，大約就9個bit的線性，算上餘量10bit有效精度的adc足夠了。對射電天文系統來說，因前端增益很高，8bit都多了，事實上國外有些無人值守監測系統adc只有2個bit，還有些系統用了10bit的adc，但只記錄5bit的數據

天線你想好了嗎。
位置你選好了嗎。
你這個只能說是可以接收這個頻段的頻率。
射電的信號很弱的。

hackrf經度太低只有8bit，而且時鐘精度誤差大，在+-20ppm左右，不適合做射電望遠鏡