从零开始研发GPS接收机连载——1、想法的萌发_频谱仪 gps

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前言

坚持写博客也已经半年了，很庆幸目前还在坚持，而且劲头也还没有减少。每一篇博客要么是经过了自己的思考、要么是经过了自己的实操、要么是自己总结了经验，还是非常认真对待的，绝大部分博客写下来所花时间短的两三个小时，长的五六个小时都有。那花这么多时间写博客的目的是什么？当然不是为了做雷锋了，最重要的就是为了自己回顾知识，同时展示自我了。尽管写这些东西大概率对我不会带来什么本质的变化，但可以当做一个知识素材的原始积累吧，积累了记录了总比随着时间消散了还是强多了。
但之前的知识越来越模糊了，不去回过头来实践一下是很难完全捡起来了的。所以最近突然就有了一个大胆的想法，要在家里利用手中的资源来开发一个GPS接收机。

预期的目标

利用手中的资源开发一个GPS接收机？当然不是简单的买一个现成的ublox模块来输出定位信息就完事了啊，我的想法是从捕获、跟踪、解算全流程都在FPGA中实现了，一般来说这往往是需要一个团队才能搞定，但现在我要看看一个人能不能搞定。因为有了之前的基础，我感觉自己还是有信心的，但也不敢说能够实现，也许这个连载写着写着就写不下去了也是有可能的。
很长一段时间，我是以全栈工程师的目标来要求自己的，尽管目前越大的公司分工越细，各个专业间的壁垒也是越来越厚，但我也是本着能多学一点是一点的想法，各个专业都希望去涉猎一点。特别是后面在一家创业公司后，这种”全栈”的能力得到了很大的锻炼，当然了越小的公司就越希望你啥都会，最好是你一个人全包了最好了。
但”全栈”并不意味着全部都精通，这也是不可能的。在精通FPGA的基础上，把与FPGA交互的一些专业也能做到有所熟悉，如果能够达到其他专业的工程师一两年的水平，无论是对于你排查问题的思路，工作的效率都能有极大的提升，因为你又多了纯FPGA工程师不具备的一些手段来解决问题，甚至在某些关键的时候能够脱颖而出。
研发一个GPS接收机涉及的内容如下图，涉及的内容和专业还是非常多的。其他的东西都有信心能够搞定，但硬件实在不行，我曾经不止一次想自学硬件，包括原理图和PCB这些东西，但到后面都是从入门到放弃。所以我很佩服那些又会硬件又会软件的人，估计我是没有机会能够学会硬件了。

硬件平台

那如果没有硬件那岂不是空中楼阁，怎么搞得起来呢？

其实我应该算是一个无线电爱好者，从学校开始到现在各种开发板之类的七七八八的也差不多买了将近上万块钱了。还是很舍得给自己投资的。
1、 从最开始的51单片机最小系统
这是大学的时候捣鼓这些东西

2、 CYCLONE II FPGA开发板——我的第一块FPGA开发板
尽管当时实验室有不少板子可以调的，但我还是希望有一块自己的板子。实验室板子都是XILINX的V4、V5系列的，再当时还是很高端的。但当时还是学生嘛，也就囊中羞涩了，花了四五百块买了个黑金的Altera CYCLONE II的开发板。因为当时xlinx的开发板不多而且还贵，满淘宝都是Altera的板子，所以也就没得选了。

3、 CYCLONE III FPGA开发板
只所以买第二块FPGA开发板，是因为当时我突然了解到CYCLONE III或者IV器件支持通过在线升级FPGA，例如通过串口升级FPGA。当时我被这种功能强烈吸引了，但我手上的CYCLONE II却不支持这种功能。就是为了单纯想自己实现这个功能，咔擦，花一千大洋搞了一块CYCLONE III的开发板。欣慰的是最后还真让我实现了这个功能。只是现在真的太久没用过ALTERA的板子了，基本上不怎么记得怎么实现的了。

4、 野火ARM开发板
对于这个开发板我实在是不知道该说啥，也是一时兴起，幻想着能够也精通ARM。结局就是 从入门到放弃！
这个板子就不了了之了，也是花了至少七八百。

5、 MiniEye开发板 AD9363 + zynq7030
这是我买的最贵的一个开发板了，2500大洋。教程基本都消化了一遍，基本都是视频教程，目前已经看不到了。但板子却没怎么用起来

6、 HackRF One 软件无线电平台
这个东西是在疫情刚开始的时候买的，这东西也花了一千多，正好在换工作的空档期间，就想买一个这个来玩一玩，听说能模拟和接收各种信号，例如GPS、LTE信号等。甚至还能接收民航客机的无线电等等。尽管有很多功能我都没去折腾，当时作为GPS模拟器还是知道怎么弄了。这样对于我现在要开展的工作也就够了
7、 简易信号源
支持137.5M~4400M的频率的信号源，只要两百多块钱，还能要求啥。买了
8、 简易频谱仪
号称支持35M~4400M，但效果真的是不太好，只有将SPAN打成350MHz的时候，勉强看起来还算正确，只要SPAN打小点立刻就会失真很严重。所以这东西感觉有点鸡肋。花了五百多块钱买的淘宝货。还能要求什么呢。

说了这么多，要准备干一番大事了。我现在主要能用的资源就是
1、 MiniEye开发板 AD9363 + zynq7030
2、 HackRF One 软件无线电平台
3、 简易信号源
4、 简易频谱仪
因为接收机只要接收，频谱仪基本用不上（基于它这个性能，其实根本也用不了，/(ㄒoㄒ)/~~）
信号源可以用来测试点频，来验证ADC是否能够正常接收信号。

最重要的就是AD9363 + zynq7030开发板和HackRF One 软件无线电平台
AD9363 + zynq7030开发板就是接收机的主体了。
HackRF One 软件无线电平台作为GPS模拟器。
为啥不直接接天上的信号呢？
1、 我住的地方高楼林立，可见天被遮挡了大半，不清楚当前时间天上卫星状况
2、 不想在买GPS有源天线，而且这个AD9363 + zynq7030开发板的RX SMA头估计没有馈电输出，无法驱动天线低噪放。
所以估计就怕到天线等东西准备好了还是无济于事。
因此采用GPS模拟器来进行测试。好处肯定显而易见了：模拟器出来的信号强度可以控制，而且模拟器信号中包含多少卫星信号也是已知的，可以先直接拿手机接收信号来确认卫星信息。

最后，晒一张硬件平台的真容：

鄙人房子太小，为了充分利用空间，在阳台的墙上搭了个台子。O(∩_∩)O哈哈~

总结

通过这个系列，希望能够从算法、FPGA、嵌入式开发、Linux等方面做一个全面回顾，以博文的形式做好记录，为博文添加素材，同时也对知识技能做好管理，以免自己的知识技能随着时间而流失。
当然了，对于大家想参考的话，连载文章只提供思路，和一些方案。文章中是不会提供详细的代码的，学武功没有捷径，靠的就是自己的主观能动性和日积月累
最后要说的是，这是一个巨大的工程，本人写这篇文章的时候，工作完全还没有开始，因此连我自己都不知道到哪个节点会不会卡住无法进行下去而被迫中止，毕竟个人的能力还是有限的，只能希望不要有这种事情发生。