基于LEA-5T的快速高精度授時系統

2．2 工作原理
GPS信號經GPS天線接收并通過射頻電纜送至GPS芯片LEA-5T，LEA-5T芯片接收GPS信號后經過內部比較／捕獲電路最終獲得時間碼信息及整秒時刻，并以時間數據和時間脈沖信號的形式向外輸出。時間數據是串口數據信號，按u-bolx自有通信協議UBXProtocol方式構成數據包，數據包含了各種時間信息、導航信息和衛星實況等，通過LEA-5T的外部接口(USB或UART)向外發送。時間脈沖信號是GPS整秒時刻信號，該信號是TTL電平信號，其信號的時間前沿即是GPS整秒時刻，該信號通過LEA-5T的I／O口向外發送。
保護電路用于監控射頻信號，為LEA-5T及GPS天線提供開路或短路保護。
電池用以在系統斷電時為LEA-5T保存上次的捕獲到的信息，從而極大提高下次開機時的授時時間。
信號處理器接收來自GPS芯片的時間數據信號和來自外部的控制命令，在芯片內部將這些數據經過匯總和處理后，通過地址總線和數據總線與數字邏輯電路連接并實時刷新端口，從而將時間碼信息和控制命令實時送入數字邏輯電路，同時通過通信接口向外發送時間數據和系統當前控制狀態等信息。
數字邏輯電路(FPGA)根據來自GPS芯片的時間脈沖信號、來自信號處理器地址總線和數據總線的命令和數據以及高精度頻標信號，經過內部邏輯電路后，產生各路同步頻率脈沖信號(Pulse_x)和IRIG-B碼(DC_Code)標準時間等信號，并經隔離驅動電路后向外發送，完成授時和時間統一功能。
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 時間信息及確認
3. 1 獲取時間數據
UBX NAV Message數據包中包含GPS時間。GPS時間碼定義為1980年1月6日零時起的秒計數值，NAV_TIME GPS Message中，ITOM為周內的毫秒數，可據此數據得到天、小時、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、分秒時刻。ITOM是一個無符號的長整形數據，占4 B。
信號處理器接收時間數據并存入內存，在每次收到數據時更新該內存，并在每個程序周期中從存儲器內提取這些數據，以確保數據的實時性。
3．2 確定脈沖時刻
GPS脈沖時刻是GPS秒時刻的標記，它通過LEA-5T的I／O口輸出，脈沖的寬度和脈沖前沿屬性可以通過UBX_CFG_TM來設置。它與時間數據之間的時間關系如圖3所示。

圖3表明，時間脈沖信號先于串行時間數據到來，每個時間脈沖的秒時刻為下一個時間數據時刻，也是前一個時間數據秒時刻+1 s的數據時刻。時間數據發送頻率可以在0．02～1 000 Hz之間可調，時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時間標記，用于標記秒時刻。提取時間數據后，T北京=TGPS+8 h-14 s獲得當前幀北京時刻。