基于LEA-5T的快速高精度授時(shí)系統(tǒng)

摘要：為了進(jìn)一步提高授時(shí)系統(tǒng)的精度和授時(shí)速度，采用新一代具有室內(nèi)高精度授時(shí)技術(shù)的授時(shí)芯片LEA-5T作為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間基準(zhǔn)源，設(shè)計(jì)了快速高精度授時(shí)系統(tǒng)。設(shè)計(jì)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(shí)間碼信息的提取及時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)的確定方法，最后提供了樣機(jī)圖片以供讀者參考。實(shí)踐表明，該系統(tǒng)產(chǎn)生同步脈沖信號(hào)與秒基準(zhǔn)信號(hào)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(hào)敏感，在惡劣氣候或只有一顆星可見(jiàn)時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)授時(shí)。
關(guān)鍵詞：GPS；LEA-5T；授時(shí)；高精度

0 引言
授時(shí)系統(tǒng)在電力系統(tǒng)、光電測(cè)量設(shè)備等領(lǐng)域里廣泛應(yīng)用，用來(lái)提供基于GPS的時(shí)間基準(zhǔn)信息與信號(hào)，包括GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間碼信息、GPS秒基準(zhǔn)信號(hào)和各種頻率的時(shí)間同步脈沖信號(hào)等，是實(shí)現(xiàn)并保證系統(tǒng)或設(shè)備上各部分組件之間在時(shí)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(hào)而進(jìn)行時(shí)間信號(hào)統(tǒng)一的時(shí)統(tǒng)系統(tǒng)是目前授時(shí)系統(tǒng)的主要實(shí)現(xiàn)方法，由于受到傳統(tǒng)GPS接收機(jī)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(tǒng)將GPS接收機(jī)和授時(shí)系統(tǒng)結(jié)合為一個(gè)整體，提高了系統(tǒng)的集成度，并使授時(shí)系統(tǒng)具備了LEA-5T芯片所具有優(yōu)越性能：信號(hào)敏感、授時(shí)快、精度高，并可在惡劣氣候下實(shí)現(xiàn)單衛(wèi)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(nèi)置u-blox引擎，該引擎采用了KickStart快速弱信號(hào)捕獲、SuperSense室內(nèi)GPS高靈敏度跟蹤、精確授時(shí)GPS等技術(shù)，KickStart技術(shù)可令設(shè)備在惡劣天氣或天線(xiàn)較小或隱蔽等微弱信號(hào)條件下實(shí)現(xiàn)信號(hào)捕獲；SuperSense室內(nèi)GPS技術(shù)提高了跟蹤靈敏度，最低可探測(cè)并處理-160 dBm的信號(hào)，精度授時(shí)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)30 ns的精確度，并可單衛(wèi)星運(yùn)行。LEA5T內(nèi)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(bǔ)償后可達(dá)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(nèi)部電路及外觀和管腳定義如圖1所示。

1．2 UBX Protocol
LEA-5T時(shí)間數(shù)據(jù)以u(píng)-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(shí)信息，時(shí)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(shí)字(SYNC1、SYNC2)、2 B的類(lèi)標(biāo)識(shí)(class、ID)、2 B的負(fù)載長(zhǎng)度(低端有效數(shù)據(jù))、負(fù)載數(shù)據(jù)和2 B的校驗(yàn)和。