基于LEA-5T的快速高精度授時系統(tǒng)

摘要：為了進(jìn)一步提高授時系統(tǒng)的精度和授時速度，采用新一代具有室內(nèi)高精度授時技術(shù)的授時芯片LEA-5T作為標(biāo)準(zhǔn)時間基準(zhǔn)源，設(shè)計了快速高精度授時系統(tǒng)。設(shè)計了系統(tǒng)的原理電路、詳細(xì)闡述了原理電路的工作原理、介紹了私有協(xié)議UBX Protocol、時間碼信息的提取及時間基準(zhǔn)信號的確定方法，最后提供了樣機(jī)圖片以供讀者參考。實踐表明，該系統(tǒng)產(chǎn)生同步脈沖信號與秒基準(zhǔn)信號的同步精度為0．6 μs，可滿足同步精度小于1μs的要求；首次授時速度快，熱啟動下小于4 s；信號敏感，在惡劣氣候或只有一顆星可見時也可以實現(xiàn)授時。
關(guān)鍵詞：GPS；LEA-5T；授時；高精度

0 引言
授時系統(tǒng)在電力系統(tǒng)、光電測量設(shè)備等領(lǐng)域里廣泛應(yīng)用，用來提供基于GPS的時間基準(zhǔn)信息與信號，包括GPS標(biāo)準(zhǔn)時間碼信息、GPS秒基準(zhǔn)信號和各種頻率的時間同步脈沖信號等，是實現(xiàn)并保證系統(tǒng)或設(shè)備上各部分組件之間在時間上保持精確統(tǒng)一的重要設(shè)備。
基于GPS接收機(jī)及其輸出信號而進(jìn)行時間信號統(tǒng)一的時統(tǒng)系統(tǒng)是目前授時系統(tǒng)的主要實現(xiàn)方法，由于受到傳統(tǒng)GPS接收機(jī)的功能限制，在授時精度、速度和功能上受到一定的限制。基于新型授時芯片LEA-5T的快速高精度授時系統(tǒng)將GPS接收機(jī)和授時系統(tǒng)結(jié)合為一個整體，提高了系統(tǒng)的集成度，并使授時系統(tǒng)具備了LEA-5T芯片所具有優(yōu)越性能：信號敏感、授時快、精度高，并可在惡劣氣候下實現(xiàn)單衛(wèi)星授時。

1 LEA-5T
1．1 性能特點
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授時芯片，其內(nèi)置u-blox引擎，該引擎采用了KickStart快速弱信號捕獲、SuperSense室內(nèi)GPS高靈敏度跟蹤、精確授時GPS等技術(shù)，KickStart技術(shù)可令設(shè)備在惡劣天氣或天線較小或隱蔽等微弱信號條件下實現(xiàn)信號捕獲；SuperSense室內(nèi)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，精度授時技術(shù)可實現(xiàn)30 ns的精確度，并可單衛(wèi)星運(yùn)行。LEA5T內(nèi)置1百萬個相關(guān)器，50個通道，32通道高性能捕獲隱形，超高精度18通道跟蹤引擎，首次定位時間為1 s(熱啟動)，授時精度補(bǔ)償后可達(dá)到15 ns。采用2．7～3．6 V電源，輸出時間脈沖0．25～1 000 Hz可選，具有UART，USB 2．0等串行接口等。其內(nèi)部電路及外觀和管腳定義如圖1所示。

1．2 UBX Protocol
LEA-5T時間數(shù)據(jù)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(biāo)準(zhǔn)NMEA協(xié)議所提供的信息外，還提供更多的導(dǎo)航授時信息，時間可精確到毫秒。標(biāo)準(zhǔn)UBX包的結(jié)構(gòu)由2 B的頭部標(biāo)識字(SYNC1、SYNC2)、2 B的類標(biāo)識(class、ID)、2 B的負(fù)載長度(低端有效數(shù)據(jù))、負(fù)載數(shù)據(jù)和2 B的校驗和。