基于LEA-5T的快速高精度授時(shí)系統

摘要：為了進(jìn)一步提高授時(shí)系統的精度和授時(shí)速度，采用新一代具有室內高精度授時(shí)技術(shù)的授時(shí)芯片LEA-5T作為標準時(shí)間基準源，設計了快速高精度授時(shí)系統。設計了系統的原理電路、詳細闡述了原理電路的工作原理、介紹了私有協(xié)議UBX Protocol、時(shí)間碼信息的提取及時(shí)間基準信號的確定方法，最后提供了樣機圖片以供讀者參考。實(shí)踐表明，該系統產(chǎn)生同步脈沖信號與秒基準信號的同步精度為0．6 μs，可滿(mǎn)足同步精度小于1μs的要求；首次授時(shí)速度快，熱啟動(dòng)下小于4 s；信號敏感，在惡劣氣候或只有一顆星可見(jiàn)時(shí)也可以實(shí)現授時(shí)。
關(guān)鍵詞：GPS；LEA-5T；授時(shí)；高精度

0 引言
授時(shí)系統在電力系統、光電測量設備等領(lǐng)域里廣泛應用，用來(lái)提供基于GPS的時(shí)間基準信息與信號，包括GPS標準時(shí)間碼信息、GPS秒基準信號和各種頻率的時(shí)間同步脈沖信號等，是實(shí)現并保證系統或設備上各部分組件之間在時(shí)間上保持精確統一的重要設備。
基于GPS接收機及其輸出信號而進(jìn)行時(shí)間信號統一的時(shí)統系統是目前授時(shí)系統的主要實(shí)現方法，由于受到傳統GPS接收機的功能限制，在授時(shí)精度、速度和功能上受到一定的限制?；谛滦褪跁r(shí)芯片LEA-5T的快速高精度授時(shí)系統將GPS接收機和授時(shí)系統結合為一個(gè)整體，提高了系統的集成度，并使授時(shí)系統具備了LEA-5T芯片所具有優(yōu)越性能：信號敏感、授時(shí)快、精度高，并可在惡劣氣候下實(shí)現單衛星授時(shí)。

1 LEA-5T
1．1 性能特點(diǎn)
LEA-5T是目前世界上最大的GPS芯片生產(chǎn)商之一——瑞士u-blox公司出品的新一代高精度GPS授時(shí)芯片，其內置u-blox引擎，該引擎采用了KickStart快速弱信號捕獲、SuperSense室內GPS高靈敏度跟蹤、精確授時(shí)GPS等技術(shù)，KickStart技術(shù)可令設備在惡劣天氣或天線(xiàn)較小或隱蔽等微弱信號條件下實(shí)現信號捕獲；SuperSense室內GPS技術(shù)提高了跟蹤靈敏度，最低可探測并處理-160 dBm的信號，精度授時(shí)技術(shù)可實(shí)現30 ns的精確度，并可單衛星運行。LEA5T內置1百萬(wàn)個(gè)相關(guān)器，50個(gè)通道，32通道高性能捕獲隱形，超高精度18通道跟蹤引擎，首次定位時(shí)間為1 s(熱啟動(dòng))，授時(shí)精度補償后可達到15 ns。采用2．7～3．6 V電源，輸出時(shí)間脈沖0．25～1 000 Hz可選，具有UART，USB 2．0等串行接口等。其內部電路及外觀(guān)和管腳定義如圖1所示。

1．2 UBX Protocol
LEA-5T時(shí)間數據以u-blox公司私有GPS通信協(xié)議UBX Protocol方式發(fā)送。UBX Protocol除了提供標準NMEA協(xié)議所提供的信息外，還提供更多的導航授時(shí)信息，時(shí)間可精確到毫秒。標準UBX包的結構由2 B的頭部標識字(SYNC1、SYNC2)、2 B的類(lèi)標識(class、ID)、2 B的負載長(cháng)度(低端有效數據)、負載數據和2 B的校驗和。