基于LEA-5T的快速高精度授時系統

摘要：為了進一步提高授時系統的精度和授時速度，采用新一代具有室內高精度授時技術的授時芯片LEA-5T作為標準時間基準源，設計了快速高精度授時系統。設計了系統的原理電路、詳細闡述了原理電路的工作原理、介紹了私有協議UBX Protocol、時間碼信息的提取及時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。實踐表明，該系統產生同步脈沖信號與秒基準信號的同步精度為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授時。
關鍵詞：GPS；LEA-5T；授時；高精度

0 引言
授時系統在電力系統、光電測量設備等領域里廣泛應用，用來提供基于GPS的時間基準信息與信號，包括GPS標準時間碼信息、GPS秒基準信號和各種頻率的時間同步脈沖信號等，是實現并保證系統或設備上各部分組件之間在時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行時間信號統一的時統系統是目前授時系統的主要實現方法，由于受到傳統GPS接收機的功能限制，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將GPS接收機和授時系統結合為一個整體，提高了系統的集成度，并使授時系統具備了LEA-5T芯片所具有優越性能：信號敏感、授時快、精度高，并可在惡劣氣候下實現單衛星授時。

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GPS等技術，KickStart技術可令設備在惡劣天氣或天線較小或隱蔽等微弱信號條件下實現信號捕獲；SuperSense室內GPS技術提高了跟蹤靈敏度，最低可探測并處理-160 dBm的信號，精度授時技術可實現30 ns的精確度，并可單衛星運行。LEA5T內置1百萬個相關器，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)，授時精度補償后可達到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時間數據以u-blox公司私有GPS通信協議UBX Protocol方式發送。UBX Protocol除了提供標準NMEA協議所提供的信息外，還提供更多的導航授時信息，時間可精確到毫秒。標準UBX包的結構由2 B的頭部標識字(SYNC1、SYNC2)、2 B的類標識(class、ID)、2 B的負載長度(低端有效數據)、負載數據和2 B的校驗和。