基于LEA-5T的快速高精度授时系统

摘要：为了进一步提高授时系统的精度和授时速度，采用新一代具有室内高精度授时技术的授时芯片LEA-5T作为标准时间基准源，设计了快速高精度授时系统。设计了系统的原理电路、详细阐述了原理电路的工作原理、介绍了私有协议UBX Protocol、时间码信息的提取及时间基准信号的确定方法，最后提供了样机图片以供读者参考。实践表明，该系统产生同步脉冲信号与秒基准信号的同步精度为0．6 μs，可满足同步精度小于1μs的要求；首次授时速度快，热启动下小于4 s；信号敏感，在恶劣气候或只有一颗星可见时也可以实现授时。
关键词：GPS；LEA-5T；授时；高精度

0 引言
授时系统在电力系统、光电测量设备等领域里广泛应用，用来提供基于GPS的时间基准信息与信号，包括GPS标准时间码信息、GPS秒基准信号和各种频率的时间同步脉冲信号等，是实现并保证系统或设备上各部分组件之间在时间上保持精确统一的重要设备。
基于GPS接收机及其输出信号而进行时间信号统一的时统系统是目前授时系统的主要实现方法，由于受到传统GPS接收机的功能限制，在授时精度、速度和功能上受到一定的限制。基于新型授时芯片LEA-5T的快速高精度授时系统将GPS接收机和授时系统结合为一个整体，提高了系统的集成度，并使授时系统具备了LEA-5T芯片所具有优越性能：信号敏感、授时快、精度高，并可在恶劣气候下实现单卫星授时。

1 LEA-5T
1．1 性能特点
LEA-5T是目前世界上最大的GPS芯片生产商之一——瑞士u-blox公司出品的新一代高精度GPS授时芯片，其内置u-blox引擎，该引擎采用了KickStart快速弱信号捕获、SuperSense室内GPS高灵敏度跟踪、精确授时GPS等技术，KickStart技术可令设备在恶劣天气或天线较小或隐蔽等微弱信号条件下实现信号捕获；SuperSense室内GPS技术提高了跟踪灵敏度，最低可探测并处理-160 dBm的信号，精度授时技术可实现30 ns的精确度，并可单卫星运行。LEA5T内置1百万个相关器，50个通道，32通道高性能捕获隐形，超高精度18通道跟踪引擎，首次定位时间为1 s(热启动)，授时精度补偿后可达到15 ns。采用2．7～3．6 V电源，输出时间脉冲0．25～1 000 Hz可选，具有UART，USB 2．0等串行接口等。其内部电路及外观和管脚定义如图1所示。

1．2 UBX Protocol
LEA-5T时间数据以u-blox公司私有GPS通信协议UBX Protocol方式发送。UBX Protocol除了提供标准NMEA协议所提供的信息外，还提供更多的导航授时信息，时间可精确到毫秒。标准UBX包的结构由2 B的头部标识字(SYNC1、SYNC2)、2 B的类标识(class、ID)、2 B的负载长度(低端有效数据)、负载数据和2 B的校验和。