基于LEA-5T的快速高精度授時(shí)系統

2．2 工作原理
GPS信號經(jīng)GPS天線(xiàn)接收并通過(guò)射頻電纜送至GPS芯片LEA-5T，LEA-5T芯片接收GPS信號后經(jīng)過(guò)內部比較／捕獲電路最終獲得時(shí)間碼信息及整秒時(shí)刻，并以時(shí)間數據和時(shí)間脈沖信號的形式向外輸出。時(shí)間數據是串口數據信號，按u-bolx自有通信協(xié)議UBXProtocol方式構成數據包，數據包含了各種時(shí)間信息、導航信息和衛星實(shí)況等，通過(guò)LEA-5T的外部接口(USB或UART)向外發(fā)送。時(shí)間脈沖信號是GPS整秒時(shí)刻信號，該信號是TTL電平信號，其信號的時(shí)間前沿即是GPS整秒時(shí)刻，該信號通過(guò)LEA-5T的I／O口向外發(fā)送。
保護電路用于監控射頻信號，為L(cháng)EA-5T及GPS天線(xiàn)提供開(kāi)路或短路保護。
電池用以在系統斷電時(shí)為L(cháng)EA-5T保存上次的捕獲到的信息，從而極大提高下次開(kāi)機時(shí)的授時(shí)時(shí)間。
信號處理器接收來(lái)自GPS芯片的時(shí)間數據信號和來(lái)自外部的控制命令，在芯片內部將這些數據經(jīng)過(guò)匯總和處理后，通過(guò)地址總線(xiàn)和數據總線(xiàn)與數字邏輯電路連接并實(shí)時(shí)刷新端口，從而將時(shí)間碼信息和控制命令實(shí)時(shí)送入數字邏輯電路，同時(shí)通過(guò)通信接口向外發(fā)送時(shí)間數據和系統當前控制狀態(tài)等信息。
數字邏輯電路(FPGA)根據來(lái)自GPS芯片的時(shí)間脈沖信號、來(lái)自信號處理器地址總線(xiàn)和數據總線(xiàn)的命令和數據以及高精度頻標信號，經(jīng)過(guò)內部邏輯電路后，產(chǎn)生各路同步頻率脈沖信號(Pulse_x)和IRIG-B碼(DC_Code)標準時(shí)間等信號，并經(jīng)隔離驅動(dòng)電路后向外發(fā)送，完成授時(shí)和時(shí)間統一功能。
頻率標準一般采用高精度溫補晶振(OCXO)，根據要求可選擇5 MHz或10 MHz頻率。
配置電路用于存儲數據邏輯電路的配置信息。

3 時(shí)間信息及確認
3. 1 獲取時(shí)間數據
UBX NAV Message數據包中包含GPS時(shí)間。GPS時(shí)間碼定義為1980年1月6日零時(shí)起的秒計數值，NAV_TIME GPS Message中，ITOM為周內的毫秒數，可據此數據得到天、小時(shí)、分、秒的信息，WEEK為周數，結合ITOM和1980年1月6日，得到當前幀數據的年、月、日、星期、時(shí)、分秒時(shí)刻。ITOM是一個(gè)無(wú)符號的長(cháng)整形數據，占4 B。
信號處理器接收時(shí)間數據并存入內存，在每次收到數據時(shí)更新該內存，并在每個(gè)程序周期中從存儲器內提取這些數據，以確保數據的實(shí)時(shí)性。
3．2 確定脈沖時(shí)刻
GPS脈沖時(shí)刻是GPS秒時(shí)刻的標記，它通過(guò)LEA-5T的I／O口輸出，脈沖的寬度和脈沖前沿屬性可以通過(guò)UBX_CFG_TM來(lái)設置。它與時(shí)間數據之間的時(shí)間關(guān)系如圖3所示。

圖3表明，時(shí)間脈沖信號先于串行時(shí)間數據到來(lái)，每個(gè)時(shí)間脈沖的秒時(shí)刻為下一個(gè)時(shí)間數據時(shí)刻，也是前一個(gè)時(shí)間數據秒時(shí)刻+1 s的數據時(shí)刻。時(shí)間數據發(fā)送頻率可以在0．02～1 000 Hz之間可調，時(shí)間脈沖的輸出脈寬可調，脈沖方式可設為上升沿或下降沿。并在每一秒內有一個(gè)時(shí)間標記，用于標記秒時(shí)刻。提取時(shí)間數據后，T北京=TGPS+8 h-14 s獲得當前幀北京時(shí)刻。